CN102947633A - 具有条件性润滑表面的阀杆 - Google Patents

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Abstract

本发明描述具有条件性润滑表面(332)的可动阀装置(306)。示例性阀包括具有设置在所述流体阀的阀帽(304)内的石墨垫圈(314)的阀填料(308)，阀杆或阀轴(302)具有可对润滑材料进行保持的条件性表面。所述阀杆或阀轴的所述条件性表面设置在所述阀帽内，并在所述流体阀的操作过程中使所述润滑材料相对于所述石墨垫圈移动，且与该石墨垫圈接触。

Description

具有条件性润滑表面的阀杆
技术领域
本申请大体上涉及一种流体阀，更具体地涉及具有条件性润滑表面的可动阀装置。
背景技术
诸如旋转阀、线性阀等流体阀通常具有流体流动控制构件，该流体流动控制构件设置在流体流路中，且可操作地耦接至致动器，例如气动致动器、手动致动器等。阀杆或阀轴可操作地将流动控制构件与致动器耦接，上述致动器使流动控制构件在打开位置与关闭位置之间移动，以允许或是限制流体在阀的入口与出口之间流动。通常地，阀杆或阀轴穿过耦接至阀体的阀帽而在流动控制构件与致动器之间延伸。
阀填料或填料组件常被用来防止工艺流沿着阀杆或阀轴并穿过阀体而泄漏至环境。阀填料可包括沿着阀杆或阀轴的一部分设置的多个弹簧和/或填料密封件来提供密封。一些已知的阀填料使用高弹簧率的载荷装置或弹簧组件(例如贝氏弹簧)，以在相对小的偏转或压缩的范围内提供比较高的载荷。
无法对填料密封件提供预期的填料应力可能导致不适当的密封。例如，过小的填料应力可能导致工艺流经过填料密封件而泄漏至环境。过大的填料应力(例如比最大推荐填料应力更大)可能导致某些类型的填料密封件(例如石墨密封件)将材料转移至阀杆或阀轴，而使材料(例如石墨)聚集在阀杆或阀轴上并使填料密封件受损。附加地或替代地，过大的填料应力可能会使填料密封件与阀杆或阀轴之间的填料摩擦力增加，这可能降低阀性能，和/或，阀填料和/或阀杆或杆的操作寿命。
发明内容
在一实例中，阀包括具有设置在流体阀的阀帽内的石墨垫圈的阀填料，并且阀杆或阀轴具有保持润滑材料的条件性表面。阀杆或阀轴的条件性表面设置在阀帽内，并在流体阀的操作过程中使润滑材料相对于石墨垫圈移动，且与该石墨垫圈接触。
在另一实例中，用于流体阀的装置包括由第一材料制成的可动阀装置。可动阀装置相对于由比第一材料更软的第二材料制成的第二表面移动。条件性表面沿着可动阀装置的在操作中与第二表面接触的一部分保持润滑材料。
附图说明
图1A示出了已知的流体阀。
图1B示出了图1A的示例性流体阀的放大图。
图2示出了已知的阀装置和填料材料的放大图。
图3示出了使用在此描述的示例性阀装置来实现的流体阀。
图4A-图4D示出了在此描述的示例性阀装置。
图5示出了具有通过直接方法调整的表面的、在此描述的阀装置的另一实例的放大部分。
图6示出了具有通过间接方法调整的表面的、在此描述的阀装置的又一实例的放大部分。
图7示出了使用在此描述的示例性阀装置来实现的旋转阀。
具体实施方式
一般来说，在此描述的示例性方法和装置基本上降低或防止材料在两个不同材料间的动态机械界面上转移。更具体地，在此描述的方法和装置在硬的材料表面相对于相对较软的材料表面移动并与其接触时，显著降低在第一或硬的材料表面与第二或相对较软的材料表面间的界面上的摩擦力。在此描述的实例中，硬的表面的至少一部分包括具有润滑材料的条件性表面，该润滑材料被条件性表面包住、被内嵌在条件性表面中、被沉淀在条件性表面内、被条件性表面围绕、被转移至条件性表面或以其他方式被条件性表面保持。在一些实例中，润滑材料是与相对较软的材料基本相似或相同的材料。换言之，润滑材料或材料沉积物(例如更软的材料)被转移至条件性表面、被条件性表面包住、被浸渍在条件性表面内或被内嵌在条件性表面上。在操作中，包住(或保持)润滑材料的条件性表面与相对较软的材料接触或接合。通过这种方式，在此描述的示例性装置在相同材料间，而不是在两个不同材料间提供界面，藉此，可显著降低在不同材料间的界面上的摩擦力。
特别地，在此描述的示例性装置基本上防止材料在阀杆或阀轴与填料材料之间的转移，上述阀杆或阀轴相对于填料材料(例如石墨填料材料)移动(例如转动或滑动)且与其接触。条件性表面可具有有纹理的表面或相对光滑的或无纹理的表面(例如算术平均粗糙度(Ra)小于32微英寸的表面磨光)，来包住润滑材料。更具体地，阀杆或阀轴的至少一部分可调整为包括有纹理的表面(例如图4A-图4C的有纹理的表面410-414)或无纹理的表面或相对光滑的表面(例如图4D的无纹理的表面416)。例如，条件性表面可通过合适的制造过程(例如蚀刻、机械加工、压花)在界面上形成纹理，在流体阀的操作过程中，在该界面上，阀杆或阀轴的外表面与填料材料(例如石墨填料)接触。条件性表面将润滑材料或润滑剂包住(例如内嵌或浸渍)。润滑材料可以是与在流体阀操作过程中与阀杆或阀轴接触的填料材料基本相似或相同的材料(例如石墨材料)。在另一实例中，润滑材料可以是诸如聚四氟乙烯(使用碳纤维和PTFE加固)、硅、石墨、聚烯烃、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、Kevlar
Figure BPA00001656844900031
合成物及它们的任意组合等任意合适的材料和/或诸如干润滑剂、惰性接合剂、聚合物等任意合适的润滑材料。
在一特别的实例中，阀杆或阀轴的有纹理的表面或部分可通过至少一个腔室或凹处形成，这些腔室或凹处将润滑材料包住，或内嵌、填充、围绕或浸渍有润滑材料。在又一实例中，条件性表面可具有磨光的表面。因此，在阀杆或阀轴相对于填料材料移动时，可显著降低阀装置与填料材料间的摩擦力，藉此，可降低对填料材料和/或阀杆和轴的磨损或损伤。
在描述示例性方法和装置之前，结合图1A和图1B对已知的流体阀100进行简要说明。图1A是流体阀100(例如滑杆阀)的横剖视图。图1B示出了图1A的流体阀100的放大部分。流体阀100具有阀体102，其在入口106与出口108之间限定流体流动通道104。阀塞110设置在流体流动通道104内，且具有与阀座114协配的座面112，以对端口区域116进行控制，其中，流体可流过上述端口区域116而在入口106与出口108之间流动。阀杆118延伸穿过阀帽120，来将阀塞110耦接至致动器(未图示)(例如气动致动器、电致动器、手动致动器等)。阀帽120包括用于接收或罩住阀填料组件124的填料孔122，当致动器使阀杆118在第一位置(例如打开位置)与第二位置(例如关闭位置)之间移动时，上述填料孔122可滑动地接收阀杆118。阀填料组件124具有一密封件，用以防止工艺流流过阀杆118而泄漏和/或保护环境免受有害或污染的流体扩散。换言之，阀填料组件124具有一密封件，该密封件用于对抗流过流体流动通路104的工艺流的压强。
在图1B中最清晰地示出，阀填料组件124包括填料凸缘126，该填料凸缘126通过填料螺栓128和填料螺母130而耦接至阀帽120。填料材料或密封组件132围绕阀杆118，并设置在阀帽120的填料孔122内。在本实例中，填料材料或密封组件132包括石墨填料密封件或环134(例如柔性石墨环)、石墨合成垫圈136(例如石墨合成填料挡圈)、碳衬套138和填料箱环140。
填料材料132通常沿轴向压缩，以确保填料材料132的内孔或表面142与阀杆118密封，且填料材料132的外表面144与阀帽120的填料孔122密封。沿轴线146对填料材料132轴向加载使填料材料132沿径向膨胀，以在移动阀杆118上在填料材料132与阀杆118接触的界面或运动线148处提供动态密封，并在填料孔122中在填料材料132与填料孔122接触处提供静态密封。
因此，阀填料组件124必须适当地或充分地加载，以提供能对抗流过流体阀100的工艺流的压强的填料密封。为了保持密封，填料材料132必须保持处于载荷(例如轴向载荷)下。因此，在填料载荷不充分时，其妨碍填料材料132进行适当密封的能力。另一方面，当填料载荷过大时，会产生很大的阀杆摩擦力，其能降低填料材料132的有效寿命并导致阀发粘。
在所说明的实例中，可将多个偏置元件或弹簧150(例如贝氏弹簧)定位或连续堆叠在填料凸缘126与填料从动件154的凸缘或肩部152之间。填料螺母130可用于相对于填料从动件154可调节地驱动或推动弹簧，而上述填料从动件154转而沿轴向压缩填料材料132，以提供密封并防止工艺流流过阀杆118而泄漏。当填料螺母130被紧固在填料螺栓128上时，填料凸缘126将载荷传输至弹簧150。随着填料螺母130被紧固，弹簧150弯曲或压缩，以经由填料从动件154对填料材料132提供填料应力(例如轴向载荷)。
在本实例中，弹簧150通过对填料材料132提供均一的载荷并在阀操作(例如阀冲程)过程中保持这一均一的填料载荷，藉此来提供一种动载荷阀填料。换言之，弹簧150对填料从动件154提供基本恒定的载荷，以在填料材料132上施加基本恒定的压缩力。因此，若填料材料132发生固结(例如因磨损)，弹簧150延伸以使填料从动件154朝阀帽120移动，以将压缩力保持在填料材料132上，藉此，来保持填料材料132的密封完整性。
在处于填料载荷下，材料比石墨垫圈134的材料稍硬的石墨合成环136起到反挤压构件的作用，来帮助防止石墨垫圈134的稍软且柔韧的石墨材料转移至阀杆118。此外，材料比石墨合成环136的材料硬得多的碳衬套138有助于保持阀杆118在填料中定心，以防止石墨垫圈134和石墨合成环136中的更软的填料材料遭受变型和破坏。
操作条件(例如工艺流的温度和/或压强、工艺流或应用的类型等)要经常确定所使用的填料材料的类型，来对特定的工艺流或应用提供充分的密封。诸如石墨填料材料等某些已知的填料材料可在艰险的运行条件(例如工艺流温度高于450℉，压强高达大约4500psig下使用。例如，Grafoil填料比起例如聚四氟乙烯(PTFE)填料(例如Teflon
Figure BPA00001656844900062
)更不易受到不均匀热膨胀的影响。这种石墨填料材料(例如Grafoil
Figure BPA00001656844900063
填料)可能需要更高的轴向填料载荷，来实现和/或产生适当的密封。但是，如上所述，更高的轴向载荷会产生相对更高的阀杆摩擦力。附加地，在某些例子中，这种石墨填料材料可能需要润滑材料或润滑剂，以便在阀杆118相对于填料材料132移动时降低在阀杆118与填料材料132间的界面148上的摩擦力。否则，倘若所提供的填料应力过大，则可能会产生比较高的填料摩擦力，其可降低阀性能和/或降低填料材料操作寿命。
例如，比较高的或比最大期望填料应力更大的填料应力可能导致诸如石墨填料材料等某些填料材料破裂。填料材料的这种破裂能导致石墨材料不受控制地沉积在阀杆上，这可能导致不适当的密封或过早失效，进而导致流体流过阀杆并泄漏至环境中。
在本实例中，石墨垫圈134是层压石墨垫圈/具有PTFE材料(例如Teflon
Figure BPA00001656844900064
)的PTFE垫圈，以防止在石墨填料材料与阀杆118之间的转移。示例性合成层压环在美国专利5,299,812和美国专利5,542,681中说明，将上述两篇文献以全文参考的形式纳入本文。
为了进一步防止或降低材料在石墨填料材料与阀杆或阀轴之间转移，填料组件可包括由PTFE材料制成的填料垫圈或盘。例如，图1A和图1B的填料组件132包括由PTFE材料制成的填料垫圈或盘156，该填料垫圈或盘156设置在石墨垫圈134与石墨合成环136之间。PTFE填料垫圈156在阀杆118与填料材料132间的界面或运动线148上提供润滑(和密封)，藉此，可实质降低摩擦力，并降低材料在石墨垫圈134和/或石墨合成环136与阀杆118之间的转移。更具体地，PTFE填料垫圈156部分地相对于阀杆118挤出，以便在阀杆118移动或滑动穿过填料组件124时对其提供润滑。因此，随着使用PTFE填料垫圈156，可实质上降低或消除由石墨垫圈134和/或石墨合成环136的破裂引起的材料在阀杆118上聚集的情况。
但是，在诸如核应用等某些应用中，可能不允许使用具有PTFE材料(例如石墨/PTFE合成填料材料132)的填料材料。在这种应用中，经常使用由纯石墨材料制成的填料。但是，如上所述，使用由石墨制成的填料材料而没有润滑材料或润滑剂(例如在层压石墨/PTFE垫圈134和PTFE填料垫圈156中)会增加阀杆118与填料材料132的界面或运动线148间的摩擦力，从而导致填料材料132和/或阀杆118过早磨损或损伤。
图2大致示出了材料沉积物200在较软的材料或填料材料202与不具有润滑材料或润滑剂的、相对更硬的材料或阀装置204(例如阀杆或阀轴)之间不受控制地转移或聚集。例如，与图1A和图1B的示例性填料组件124不同的是，图2的示例性填料材料202不包括PTFE填料垫圈156和/或具有PTFE材料的任何合成材料。如图所示，材料沉积物200沿着在阀装置204相对于填料材料202移动(例如滑动或转动)时阀装置204与填料材料202接触的界面或运动线206而转移至阀装置204。填料材料202(例如石墨填料)通常比阀装置204的材料(例如不锈钢等)更软。因此，填料材料202会屈服于阀装置204，且在阀装置204相对于缺少润滑材料的填料材料202(例如图1A和图1B的层压石墨/PTFE垫圈134和PTFE填料垫圈156)移动(例如滑动或转动)时，填料材料202一般会破裂，从而导致在阀装置204上聚集材料沉积物200。材料沉积物200的聚集可能导致阀装置204的面或表面208擦伤、磨损或损伤。附加地或替代地，例如，填料材料202的面210可能会损伤或磨损，从而导致填料材料202在操作中发生故障(即无法提供密封并导致流过填料材料202的流体泄漏)。换言之，材料沉积物200不受控制且具有不限定的轮廓或形状，由于填料材料202可能无法平坦地接合或接触阀装置204且与阀装置204形成密封，因此，上述轮廓或形状干扰填料材料202的密封功能。
在某些实例中，填料组件(例如图1A和图1B的填料组件124)可具有刮拭装置或环。在阀装置204在第一位置(例如打开位置)与第二位置(例如关闭位置)之间移动时，刮拭环可从阀装置204除去材料聚集或材料沉积物200。但是，在从阀装置204除去材料沉积物200时，既可以手动(例如经由图1A和图1B的填料螺母130)也可以经由动载荷填料(例如压缩图1A和图1B的贝氏弹簧)来对填料应力或载荷进行调节，从而在填料材料202磨损时对填料材料202进行加载并使填料材料202的面210与阀装置204的面208接合(即重新接合)。但是，在操作中需要频繁对填料材料202进行上述调节，以在材料沉积物200继续从填料材料202的除去部分处形成时，在界面206上提供适当密封。频繁调节(即增加)填料应力或载荷可能导致填料材料202的过早或快速磨损和/或劣化，从而导致工艺流因填料材料202损伤或磨损而沿着阀装置204泄漏至环境。
图3示出了与在此描述的示例性可动阀装置302一起实现的流体阀300(例如滑杆阀等)。示例性可动阀装置302是可滑动地设置在流体阀300的阀帽304内的阀杆。可动阀装置302可由不锈钢或任何合适的材料制成。阀帽304包括填料孔306，用以接收或罩住填料组件308。填料组件308包括填料材料310，该填料材料310可滑动地接收可动阀装置302且实质环绕可动阀装置302，用于提供密封并防止工艺流沿着可动阀装置302的轴线312泄漏至环境。如图所示，填料材料310包括模压石墨带垫圈或密封件314、合成垫圈316、碳衬套318和填料箱环319。填料组件308也包括偏置元件320(例如贝氏弹簧)，用于经由从动件322和填料凸缘324对填料材料310施加填料应力或载荷(例如动载荷填料应力)。填料凸缘324经由填料螺母326和填料螺栓328耦接至螺帽304。填料螺母326相对于填料螺栓328转动，以对经由偏置元件320施加在填料材料310上的填料应力或载荷进行调节(例如增加或减少)。与图1A和图1B的填料组件124相反，图3的示例性填料组件308没有包括图1A和图1B的PTFE填料垫圈156或层压石墨/PTFE垫圈134。
可动阀装置302包括条件性表面330，该条件性表面330沿着可动阀装置302的、在可动阀装置302相对于填料材料310移动(例如滑动)时与填料材料310接合的表面或部分334将润滑材料或润滑剂332(例如干润滑材料)包住(例如内嵌或保持)。在本实例中，润滑材料332是石墨材料。但是，在其它实例中，润滑材料332可以是干润滑材料、聚四氟乙烯(PTFE材料)、聚醚醚酮材料(PEEK)、聚烯烃、聚乙烯和/或其它任何润滑材料或与条件性表面330在操作中接合的材料大致相似或相同的材料。
在操作中，致动器(未图示)使可动阀装置302在第一位置与第二位置之间移动，从而使可动阀装置302沿裂纹线(fault line)或界面336(例如自然微观分型线)相对于填料材料310滑动。因此，可动阀装置302的条件性表面330可被与填料材料310相同的材料包住、或是内嵌或浸渍有该材料，从而在两个基本相似的材料之间，而不是在两个不同的材料之间有效地提供界面。
示例性可动阀装置302明显降低在可动阀装置302与填料材料310间的界面336上的摩擦力，从而降低磨损并延长填料操作寿命。通过增加填料材料310的操作寿命，在此描述的示例性可动阀装置302明显降低与不得不更换和/或维修填料材料310和/或可动阀装置302相关的成本和关闭时间。
图4A-图4D示出了分别具有在此描述的条件性表面400的示例性可动阀装置402、404、406和408。示例性可动阀装置402、404、406和408可以是阀杆和/或轴。一般来说，可动阀装置402、404、406和408的条件性表面400可分别包括图4A-图4C的有纹理的表面410、412或414、或是在图4D中示出的相对光滑或无纹理的表面416。有纹理的表面例如可具有算术平均粗糙度(Ra)大于32微英寸的表面磨光或纹理，无纹理的表面例如可具有算术平均粗糙度(Ra)小于或等于32微英寸的表面磨光或纹理。
参照图4A-图4C，例如，有纹理的表面410包括槽或锯齿状图案420，有纹理的表面412包括矩阵或网眼图案422，有纹理的表面414包括磨损或有缺口的图案424。有纹理的表面410、412和414例如可通过磨光、压花、蚀刻(例如化学蚀刻)、机械加工、喷砂和/或任意其它合适的工艺来形成。如在下文中更详细地描述的那样，可通过使阀装置408相对于润滑材料移动，来调整无纹理的表面416(例如光滑磨光表面)，以使润滑材料转移和/或粘贴于阀轴408。在一特殊的实例中，润滑材料可包括粘合材料或粘合剂(例如PTFE)，该粘合材料或粘合剂帮助润滑材料(例如石墨材料)粘贴或转移至无纹理的表面416。
润滑材料或材料沉积物(例如较软的材料)可通过直接方法、间接方式或其它任何合适的制造工艺，来转移至可动阀装置402、404、406和408的条件性表面400、被该条件性表面400包住、浸渍在该条件性表面400内、或是内嵌在该条件性表面400上。一般来说，材料沉积物或润滑材料的聚集或转移可设置在条件性表面400上，其可提供和/或被加工成提供磨光表面。此外，可通过分别结合图5和图6在下文中描述的直接或间接方法来调整有纹理的表面410、412或414和无纹理的表面416中的任一个。
图5示出了具有通过直接方法调整的表面502的示例性可动阀装置500的放大部分。条件性表面502与填料材料504相邻。如上所述，可使条件性表面502具有纹理或不具有纹理。在本实例中，通过例如如上所述的制造工艺来使条件性表面502具有一个或多个凹陷、凹槽、腔室或凹处506的纹理。如图所示，条件性表面502具有沿可动阀装置500的、与填料材料504的面512交界并接触的面或表面510设置的多个凹槽508的纹理。每个凹槽508的大小适于接收材料沉积物514，其可具有与填料材料504的特性基本相似或相同的特性。凹槽508可具有适用于特定的应用的任何合适的大小或尺寸，和/或任何合适的大小，以便控制所要转移至可动阀装置500的期望量的材料沉积物514来提供条件性表面502，附加地或替代地，在其它实例中，材料沉积物514可以是不同于填料材料504的任何合适的材料，诸如比填料材料504相对更软的润滑材料。在另外的实例中，材料沉积物514可以是填料材料504、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、高密度聚乙烯、聚烯烃、惰性粘合剂和/或其它任何合适的材料的组合。
通过直接方法，使可动阀装置500相对于诸如填料材料(例如填料材料504)、层压填料材料(例如图3的石墨/PTFE垫圈134)等润滑材料移动或轮转。为了将润滑材料或润滑剂转移至可动阀装置500以提供条件性表面502，可动阀装置500可组装有测试固定装置、备用阀(bench valve)或阀帽状固定装置。可动阀装置500相对于相对更软的润滑材料轮转，来形成材料沉积物514。例如，可动阀装置500可与车间中的备用阀一起实现并轮转(例如转动或冲击)，以便使可动阀装置500相对于设置在备用阀的阀帽内的填料材料(例如图1A和图1B的填料材料132)移动。可对润滑材料加载至预定的压缩力或高应力水平和/或对其加热(例如不高于600℉的温度)，并可对可动阀装置500进行致动，以使其相对于润滑材料504或沿着润滑材料504(例如石墨填料材料)移动，来使材料沉积物514转移至条件性表面502、被条件性表面502包住、填充或内嵌在条件性表面502上。
一旦条件性表面502包住材料沉积物514，便可将可动阀装置500从备用阀去除，并组装在现场所使用的流体阀。附加地，可通过例如滚光、砂布或其它任何工艺来对条件性表面502进行加工，以提供磨光表面。磨光表面可进一步降低摩擦力，且防止填料材料进一步转移至可动阀装置500。接着，可将可动阀装置500组装在现场所使用的阀中。
在其它实例中，为了通过间接方法提供条件性表面502，可经由工具或机器(例如车床)将材料沉积物514转移至可动阀装置500。在一特定的实例中，通过使阀装置在例如车床中转动的同时将相对更软的材料沉积物514与可动阀装置500接合，就可将材料沉积物514转移至凹槽508、或是使沉积物514被凹槽508包住、或是浸渍或内嵌在凹槽508内。
在某些实例中，润滑材料可具有结合剂或树脂，以有助于将润滑材料(例如石墨材料)粘接至条件性表面(即有助于使用可动阀装置500包住润滑材料)。这种润滑材料特别有利于与无纹理的条件性表面(例如图4D的无纹理的表面416)。在一实例中，可动阀装置500可与具有石墨填料和PTFE组成物的润滑材料一起实现。例如，可动阀装置500可相对于备用阀的层压石墨/PTFE环(例如图1A和图1B的垫圈134)轮转。层压垫圈例如可包括由片状材料制成的柔性石墨环(例如87％石墨、80％石墨等)，其中层压有由PTFE片状材料制成的PTFE环(例如13％PTFE、20％PTFE等)。示例性层压环在美国专利5,299,812和美国专利5,542,681中说明，将上述两篇文献以全文参考的形式纳入本文。可对层压石墨/PTFE垫圈进行压缩(例如经由动载荷阀填料)和加热(例如至600℉的温度)，来帮助将合成润滑材料转移至条件性表面502。在某些实例中，这种工艺提供光滑的、黑的磨光表面或条件性表面。
PTFE润滑剂可帮助石墨材料粘接至可动阀装置500的有纹理和/或无纹理的表面。在一特定的实例中，在条件性表面502包住和/或内嵌有石墨填料材料和PTFE润滑剂之后，可将可动阀装置500加热至高于PTFE润滑剂的升华温度的温度，从而除去可能大致内嵌在可动阀装置500的面510旁边或附近的任何PTFE润滑材料。在另外的实例中，合成层压垫圈可包括石墨材料或层压有例如聚烯烃类、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚烯烃、聚苯并咪唑(PBI)和/或其它有助于或可使润滑(石墨)材料粘接至可动阀装置的有纹理和/或无纹理的表面的材料的其它润滑材料。
在操作中，转移至条件性表面502、或被条件性表面502包住(保持)的材料沉积物514相对于填料材料504移动并与其接触。因此，可降低可动阀装置500的、由相对更硬的材料制成且与填料材料504的面512接触的面510的比例或百分比。因此，在磨损表面或界面516上，接合表面的相对较大部分由相同或相似的材料制成，从而能显著降低摩擦力，并能实质减少如结合图2在上文中描述的在两个不同的材料之间可能出现的材料转移。附加地，在某些实例中，磨光条件性表面502和/或润滑材料可进一步降低界面516上的摩擦力。
因此，在此描述的示例性方法和装置提供沿两个不同材料间的界面516的均一的裂纹线，该裂纹线防止材料在填料材料504与可动阀装置500的相对较硬的面或表面510之间的去除或转移。更具体地，均一的裂纹线提供一自然的或受控的界面或运动线，从而在两个不同的材料(例如可动阀装置500和填料材料504)相对于彼此移动并接触时对材料转移或材料沉积物514进行控制。控制材料沉积物514在界面516上的聚集可显著降低摩擦力，进而降低在形成填料材料504和可动阀装置500(例如阀杆或阀轴)的两个不同的材料间的磨损。
图6示出了具有通过间接方法调整的表面602的另一示例性可动阀装置600。可使条件性表面602具有纹理(例如可具有槽、腔室、开口等)或不具有纹理。若具有纹理，则例如可通过机械加工、压花、喷砂、蚀刻(例如化学蚀刻)和/或其它任何合适的制造工序来使条件性表面602具有纹理。与结合图5描述的方法相反的是，润滑材料或润滑剂604可在操作中自然地转移到条件性表面602、或被条件性表面602包住、或内嵌在条件性表面602内、或是被条件性表面602保持。如图6所示，为了通过间接方法将润滑材料604供应或转移至可动阀装置600，可动阀装置600可与现场所使用的流体阀一起组装，而没有最初被转移至条件性表面602、沉积在条件性表面602上、被条件性表面602包住或是内嵌在条件性表面602内的润滑材料或润滑剂604。
在操作中，由于可动阀装置600由比填料材料606相对更硬的材料(例如不锈钢等)制成，因此，随着可动阀装置600相对于填料材料602轮转或移动，填料材料606会屈服于可动阀装置600。在可动阀装置600相对于填料材料606移动时，材料沉积物606的较小部分从填料材料606的表面或面610破裂，并转移至条件性表面602。在本实例中，条件性表面602具有包括凹槽612的有纹理的表面。凹槽612从填料材料606处接收材料沉积物608。例如，使具有可动阀装置600的阀相对于石墨填料材料606轮转可导致填料材料606的材料沉积物608转移至条件性表面602、被条件性表面602包住、或是内嵌在条件性表面602内。
在本实例中，随着可动阀装置600继续相对于填料材料606移动(例如滑动或转动)，相对更软的填料材料606的材料沉积物608从面610破裂，并转移至条件性表面602，直至凹槽612嵌满或填满材料沉积物608。一旦凹槽612被填满或嵌满材料沉积物608，被条件性表面602保持的材料沉积物608相对于填料材料606的面610移动并与其接触或接合，从而显著降低在可动阀装置600与填料材料606间的界面或磨损表面614上的摩擦力。换言之，由于可显著降低与填料材料606的面610接触或接合的可动阀装置600的面或表面616的数量或百分比，因此，可动阀装置600的条件性表面602在两个基本相同的材料间提供界面或运动线。
因此，即便在操作中初始设置时条件性表面602没有包住润滑材料604，在可动阀装置600相对于填料材料606移动时，自然或受控的裂纹线将沿可动阀装置600与填料材料606间的界面或磨损表面614形成。附加地，由于随着在流体阀的操作过程中条件性表面602接收(即填充有)填料材料606的材料沉积物608时，可基本降低具有不同材料的可动阀装置600的面616与填料材料606的面610间的接触区域，因此，可降低摩擦力和磨损。此外，可使凹槽612的大小或尺寸(例如具有深度和形状)设定为对由条件性表面602所接收的材料沉积物608的数量进行控制。在这种情况下，可对从填料材料606的面61破裂的材料沉积物608的数量进行控制。
与阀装置204可使材料沉积物在阀装置204与填料材料202间过度去除或转移的、图2的示例性硬表面或阀装置204和填料材料或较软材料202相反的是，图6所示的示例性可动阀装置600(及图3、图4A-图4D和图5所示的示例性可动阀装置300、402-408和500)对从填料材料606的面610移除的材料沉积物608的数量进行限制或控制。由于一旦填料材料606的材料沉积物608转移至可动阀装置600的条件性表面602(例如有纹理或无纹理的表面)、内嵌或填充在条件性表面602，就可显著降低在界面614上的摩擦力，因此，控制有纹理(例如凹槽或孔口)或无纹理的条件性表面602的尺寸或大小可对材料从填料材料606的面610转移的量进行限制或控制。因此，一旦条件性表面602包住或内嵌有填料材料606的材料沉积物608，则可实质防止或限制材料从填料材料606进一步转移至可动阀装置600。
在此描述的示例性方法和装置可用于实质降低或减少在第一或硬材料或表面相对于第二或相对更软材料移动(例如滑动或转动)时，在界面或磨损表面(例如运动线)上相互接触的两个不同材料间的材料转移。例如，图7示出了可与在此描述的示例性可动阀装置702(例如阀轴)一起实现的另一示例性流体阀(例如旋转阀)700。这种阀装置包括可具有有纹理或无纹理的表面的条件性表面704。附加地，可通过在此描述的直接或间接方法来提供条件性表面704。
在此描述的示例性方法和装置可用于具有相对于彼此移动且彼此接触的两个不同材料的滑杆阀、旋转阀、往复泵或其它任何类型的流体控制装置用。附加地或替代地，在此示例性方法和装置可用在操作过程中相对于彼此移动(例如滑动或转动)且彼此接触的至少两个不同材料间的界面上发生磨损的任何应用中。这种应用包括，但不局限于磨削应用(例如砂磨)、采矿和钻井应用、轴承材料或组件等。
尽管在此描述了某些方法和装置，但是本专利的覆盖范围不局限于此。恰恰相反，本发明覆盖字面上或是按照等同原则合理地落入所附的权利要求书的范围中的所有方法和装置。

Claims (22)

1.一种流体阀，包括：
阀填料，该阀填料具有设置在所述流体阀的阀帽内的石墨垫圈；以及
阀杆或阀轴，该阀杆或阀轴具有条件性表面，以保持润滑材料，
其中，所述阀杆或阀轴的所述条件性表面设置在所述阀帽内，并在所述流体阀的操作过程中使所述润滑材料相对于所述石墨垫圈移动，且与该石墨垫圈接触。
2.如权利要求1所述的流体阀，其中，所述润滑材料包括石墨材料。
3.如权利要求1所述的流体阀，其中，所述流体阀是旋转阀或滑杆阀。
4.如权利要求1所述的流体阀，其中，所述条件性表面是磨光的。
5.如权利要求1所述的流体阀，其中，所述条件性表面是有纹理的。
6.如权利要求5所述的流体阀，其中，有纹理的表面包括具有算术平均粗糙度(Ra)小于32微英寸的表面磨光或纹理。
7.如权利要求5所述的流体阀，其中，有纹理的表面包括凹槽、腔室或凹处。
8.如权利要求7所述的流体阀，其中，所述凹槽、腔室或凹处具有受控的尺寸、形状或大小。
9.如权利要求5所述的流体阀，其中，有纹理的表面是通过机械加工形成的。
10.如权利要求5所述的流体阀，其中，所述润滑材料内嵌或浸渍在有纹理的表面上。
11.如权利要求1所述的流体阀，其中，所述条件性表面在与所述阀组装之前包住所述润滑材料。
12.如权利要求1所述的流体阀，其中，所述条件性表面在所述阀的操作过程中包住所述润滑材料。
13.一种用于流体阀的装置，包括：
由第一材料制成的可动阀装置，其中，所述可动阀装置用于相对于由比所述第一材料更软的第二材料制成的第二表面移动；以及
条件性表面，该条件性表面用于沿着所述可动阀装置的在操作中与所述第二表面接触的一部分保持润滑材料。
14.如权利要求13的装置，其中，所述可动阀装置包括阀杆或阀轴。
15.如权利要求13所述的装置，其中，所述第一材料包括不锈钢，所述第二材料包括石墨。
16.如权利要求13所述的装置，其中，所述条件性表面包括有纹理的表面。
17.如权利要求16所述的装置，其中，有纹理的表面包括多个槽。
18.如权利要求13所述的装置，其中，所述润滑材料包括石墨。
19.如权利要求13所述的装置，其中，所述润滑材料与所述第二材料大致相似或相同。
20.一种装置，包括：
用于将润滑材料保持在由第一材料制成的阀轴或阀杆的至少一部分上的装置，其中，所述用于保持所述润滑材料的装置用于相对于由比所述第一材料更软的第二材料制成的第二表面移动且与该第二表面接触。
21.如权利要求20所述的装置，还包括用于将所述润滑材料转移至所述用于保持的装置的装置。
22.如权利要求20所述的装置，还包括用于向所述用于保持所述润滑材料的装置提供磨光的表面的装置。
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