CN103047433A

CN103047433A - 阀门密封件

Info

Publication number: CN103047433A
Application number: CN2012103852269A
Authority: CN
Inventors: W·J·赫尔弗
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: AR088457A1; US20130092859A1; BR112014008855A2; JP6110390B2; CN203082237U; EP2766645A1; WO2013055769A1; CN103047433B; US9568110B2; CA2851277A1; RU2014116456A; MX353927B; RU2626873C2; US20140319399A1; US8814138B2; JP2014528563A; MX2014004397A

Abstract

本发明描述了一种在阀门中使用的密封件。示例性的密封件包括环形的卡头。该卡头具有第一部分和第二部分。该第一和第二部分固定密封部分，且该第一和第二部分分别具有与密封部分的密封面相邻的第一和第二曲面。当流动控制部件向关闭位置移动时，该曲面的曲率半径使得流动控制部件和卡头之间的接触的初始点在密封面上。

Description

阀门密封件

技术领域

本公开大体上涉及阀门，且具体地涉及在阀门中使用的密封件。

背景技术

阀门通常用于在工业过程中控制流体。诸如温度和压力的过程条件通常指定可以在阀门中使用的密封件的类型。在高温条件下，通常使用金属密封件，因为软的非金属的密封件(例如聚四氟乙烯密封件)在面临温度超过450华氏度时可能升华或燃烧。然而典型地，金属密封件不能达到紧密的关断(如ANSI四级关断)。带有三级偏移设计的阀门在面临高温时通过使用包含石墨层压材料的密封件可以达到紧密的关断，但是三级偏移阀门需要昂贵的大型的致动器来驱动在阀门中使用的流动控制部件(如圆盘)。

发明内容

一种用于在阀门中使用的示例性的密封件包括环形的卡头，所述卡头具有第一部分和第二部分。可压缩的密封部分被捕获在所述第一和第二部分之间。所述第一和第二部分分别具有与所述可压缩的密封部分的密封面相邻的第一和第二曲面。当流动控制部件向关闭位置移动时，所述曲面使得所述流控制部件能够在接触所述曲面之前压缩所述密封部分。

另一种用于在阀门中使用的示例性的密封件包括环形卡头，所述卡头具有第一部分和第二部分。所述第一和第二部分固定密封部分，所述第一和第二部分分别具有与所述密封部分的密封面相邻的第一和第二曲面。当所述流动控制部件向关闭位置移动时，所述曲面的曲率半径使得流动控制部件和所述卡头之间的接触的初始点在所述密封面上。

另一种用于在阀门中使用的示例性的密封件包括用于固定密封装置的装置，所述固定装置具有第一和第二装置，所述第一和第二装置用于使得流动控制部件在接触所述固定装置之前接触所述密封装置。

附图说明

图1示出了包括示例性的密封件的蝶形阀的部分爆炸图。

图2示出了图1中的蝶形阀的一部分的剖视图。

图3示出了和图1中的示例性的密封件一起使用的示例性的卡头的放大的剖视图。

图4示出了描绘了在流动控制部件和示例性的的密封件之间的接触的初始点的图1中的示例性的密封件的放大的剖视图。

具体实施方式

尽管以下示例性的密封件为结合蝶形阀来描述的，但是该示例性的密封件也可以用在任何其他的旋转阀中(如球阀、

Vee-Ball^TM旋转控制阀等)。在工业过程(诸如石油和天然气分配系统和化学过程工厂)中，通常用阀门(诸如蝶形阀、球阀等)来控制流体。典型地，阀门的关断能力影响工业过程的运行性能。通常地，没有软的(例如橡皮的)密封件的阀门不能实现紧密的关断(例如ANSI四级关断)。但是典型地，过程条件指定可以用在阀门中使用的密封件的类型。例如聚四氟乙烯(PFTE)密封件，其可以使得阀门能够实现紧密的关断，如果面临高于450华氏度的温度则可能燃烧和/或升华。因此，PFTE密封件通常不适合高温应用。另一方面，金属密封件通常能够经受高温，所以传统地在暴露于高温的阀门中使用金属密封件。然而通常地，金属密封件不能实现紧密的关断。进一步地，当密封件从升高的温度冷却到环境温度时，金属密封件的密封性能将典型地下降。结果便是：带有暴露在高的运行温度下的金属密封件的阀门在该阀门冷却到环境温度时，可能过度地泄露，从而影响工业过程的性能和运行，并妨碍常规的阀门维护。

带有三级偏移设计的阀门在高温应用中通过使用由石墨层压材料制成的密封件可以达到紧密的关断。通常，在三级偏移阀门中的密封件耦接至流动控制部件，且该底座是集成至阀体的。为了达到紧密的关断，使用典型地比用在其他阀门设计中的致动器大的且更昂贵的致动器，将该流动控制部件驱动入该阀体。

此处所描述的示例性的密封件在示例性的密封件的寿命内可以始终在高温时提供紧密的关断(例如四级关断)。当阀门从高温冷却到环境温度时，示例性的密封件同样可以保持紧密的关断。示例性的密封件包括环形的卡头，该卡头具有第一部分和与第一部分相对的第二部分。第一和第二部分固定密封部分。第一和第二部分分别具有与密封部分的密封面相邻的第一和第二曲面。当流动控制部件向关闭位置移动时，第一和第二曲面使得流动控制部件和卡头之间的接触的初始点在密封面上。当流动控制部件初始地接触密封面时，该曲面的曲率半径提供了在流动控制部件和第一部分之间的第一间隙和在流动控制部件和第二部分之间的第二间隙。

该密封部分可以是可压缩的。在一个带有可压缩的密封部分的示例性的密封件中，当流动控制部件向关闭位置移动时，第一和第二曲面使得该流动控制部件能够在接触第一曲面或第二曲面之前压缩密封部分。当该流动控制部件位于关闭位置时，密封部分压缩，从而使得该密封部分和至少一个曲面密封地接合该流动控制部件。在示例性的密封件的寿命内，该密封部分被磨损至磨损条件。在该密封部分处于磨损条件下时，该流动控制部件仍然在接触第一曲面或第二曲面之前接触该密封面。然而，当流动控制部件处于关闭位置时，第一曲面、密封面和第二曲面密封地接合该流动控制部件。

图1是包括示例性的密封件102的蝶形阀100的部分爆炸图。图1中示出的该蝶形阀100在控制工艺流时可能面临大范围的温度和压力。该阀门100包括限定具有入口和出口的流体流动通道106的阀体104。环形保持器108耦接至阀体104以保持该示例性的密封件102。流动控制部件110(如圆盘、球等)安置在流体流动通道106内。该流动控制部件110可操作地耦接至驱动杆112，该驱动杆112将流动控制部件110从第一位置(如打开位置)旋转至第二位置(如关闭位置)。图1所示的该流动控制部件110位于实质上关闭位置，以形成流动控制部件110和该示例性的密封件102之间的流体密封。

图2是包括示例性的密封件102的蝶形阀100的剖视图。此处所描述的示例性的密封件102包括环形卡头200，其耦接(例如激光焊接或机械地、冶金地和/或化学地固定)至实质上挠性的环形的托架204的内圆周面202。当该流动控制部件110向关闭位置移动时，该流动控制部件110接触卡头200，这将使得托架204弯曲。卡头200位于托架204的内圆周面202上，从而使得当该托架204在运行期间弯曲时卡头200不接触密封件保持器108或阀体104。卡头200包括第一部分206和与第一部分206相对的第二部分208。该第一部分206和第二部分208固定环形密封部分210。第一部分206可以耦接(例如通过焊接、黏合或任何合适的紧固件)至该第二部分208，以限定容纳密封部分210的腔体。在图1和2中示出的示例性的密封件102中，该密封部分210被捕获在第一和第二部分206和208之间。如下文进一步详述的，当该流动控制部件110向关闭位置移动时，该流动控制部件110和卡头200之间的接触400(图4)的初始点在密封部分210的密封面212上。

在图2的剖视图中，托架204具有带有直的剖面的凸缘部分214和带有弯曲的剖面的挠性部分216。挠性部分216的弯曲的剖面给予了托架204弹性。然而，可以使用任何其他的能够给予托架204弹性的剖面或形状。当该流动控制部件110在关闭位置移动时或因为诸如大的压降的过程条件的改变而弯曲时，托架204的易弯曲的部分216提供了朝向流动控制部件110的弹力且使得该示例性的密封件102能够跟随该流动控制部件110且维持流体密封。

当流动控制部件110被驱动入密封件102之中时，预载的间隔218存在于托架204和阀体104之间，以影响由托架204所提供的弹力。例如，预载的间隔218的增加将增加由托架204所提供的弹力。由托架204所提供的朝向流动控制部件110的弹力使得在流动控制部件110向关闭位置移动时能够在示例性的密封件102和流动控制部件110之间形成流体密封。两个垫圈(未示出)耦接(例如粘合)至托架204的凸缘部分214，以形成静态密封来防止工艺流在阀体104和阀门保持器108之间漏出。

图3是包括在图1中的示例性的密封件102中的示例性的卡头200的放大的剖视图。第一部分206和第二部分208由金属(例如不锈钢)制成，从而为卡头200提供刚性。密封部分210包括三层300、302、304，这三层由可压缩材料(例如石墨压层)制成并由金属(例如不锈钢)薄层306和308分开，这防止了可压缩层300、302和304之间的黏结和/或可压缩层300、302和304转移至流动控制部件100。如下文进一步详述的，当流动控制部件110向关闭位置移动时，该流动控制部件110在接触第一部分206或第二部分208之前压缩密封部分210。

在图3的剖视图中，第一部分206和第二部分208实质上为多边形的形状。该第一部分206具有第一曲面310，且第二部分208具有第二曲面312。该第一曲面310和第二曲面312朝向流体流动通道106。此外，第一和第二曲面310和312是相邻的且实质上邻近密封面212，该密封面212同样朝向流体流动通道106。密封部分210的密封面212同样是弯曲的。因此，第一曲面310、第二曲面312和密封面212形成了卡头200的凸的内圆周面314，其限定了该示例性的密封件102的内径。

第一曲面310的曲率半径大于第二曲面312的曲率半径。在图3中所示出的示例性的卡头200的剖视图中，第一曲面310的曲率半径为0.242英寸，且第二曲面312的曲率半径为0.306英寸。第一曲面310和第二曲面312的曲率中心316和318分别为0.099英寸和0.075英寸，形成了在第一曲面310侧面的第一部分206的外表面320。第一曲面310的中心316比第二曲面312的中心318离卡头200的外圆周面322远0.048英寸。上面所提及的尺寸仅仅是示例性的，因此，在没有超出本公开的范围的情况下也能够使用其他的尺寸。

密封面212也是弯曲的且具有第一曲率半径和第二曲率半径，它们分别具有与第一曲面310和第二曲面312的中心316和318重合的中心。密封面212的曲率半径实质上与第一和第二曲面310和312的曲率半径也相等。因此，密封面212的具有第一曲率半径的部分与第一曲面310相邻，且密封面212具有第二曲率半径的部分与第二曲面312相邻。在图3所示的方向中，密封面212的中心点324位于密封面212的第一和第二曲率半径的交叉点上，从而使得密封面212能够沿着流动控制部件110的路径，进而使得当该流动控制部件向关闭位置移动时，在接触第一曲面310或第二曲面312之前接触密封面212。如下文进一步详述的，第一和第二曲面310和312使得流动控制部件110能够在接触第一部分206或第二部分208之前压缩密封部分210，以形成实现紧密关断(例如ANSI四级关断)的流体密封。

图4描绘了流动控制部件110和图1中的示例性的的密封件102接触的放大的剖视图。如图4所示，当流动控制部件向关闭位置移动时，第一和第二曲面310和312的曲率半径使得流动控制部件110和卡头200之间的接触400的初始点在密封面212上。当流动控制部件110初始地接触密封面212时，第一和第二曲面310和312的曲率半径提供了在流动控制部件110和第一部分206之间的第一间隙402和在流动控制部件110和第二部分208之间的第二间隙404。第二间隙404可能至少为第一间隙402的两倍大。在图4所示的示例性的密封件102中，第一间隙402是0.004英寸，且第二间隙404是0.008英寸。但是，在没有超出本公开的范围的情况下，也可以使用其他间隙。附加地，该第一曲面310和第二曲面312的曲率半径使得第一部分206和第二部分208分别能够充分地支持和抓牢密封部分210，从而防止该密封部分210响应于流体流动而明显地变形。如果第一和第二曲面310、312的曲率半径太小了，那么第一部分206和第二部分208可能不能充分地支持并抓牢该密封部分210，从而不能防止该密封部分210在流体流动方向上明显地变形。

在该流动控制部件110接触该密封面212之后，随着该流动控制部件110持续向关闭位置移动，托架204弯曲。由托架204所提供的弹力与移动入关闭位置的流动控制部件110的力相反，这引起了密封部分210对着流动控制部件110压缩，因此形成在密封面212和流动控制部件110之间的流体密封。该密封部分210的压缩使得密封件102能够在密封件102和流动控制部件110之间实现紧密的关断(例如ANSI四级关断)。

当该流动控制部件110到达关闭位置时，流动控制部件110密封地接合密封面212和至少一个曲面310和312。在图4所示的示例性的密封件102中，当该流动控制部件位于关闭位置时，该流动控制部件110压缩密封部分210并密封地接合该密封面212和第一曲面310。

在此处所描述的示例性的密封件102的寿命内，流动控制部件110可能移位至或从密封面212移位上万次。最后，密封部分210磨损至磨损条件。结果便是：流动控制部件110和卡头200之间的接触400的初始点沿着卡头200的内圆周面314移动。但是，第一和第二曲面310和312使得流动控制部件110和卡头200之间的接触400的初始点在密封件102的寿命内始终能够保持在密封面212上。因此，尽管第一和第二间隙402和404在密封部分210磨损时可能减小，但是第一曲面310和第二曲面312使得流动控制部件110能够避免接触第一和第二部分206和208，直至该流动控制部件110密封地接合该密封面212。

当该流动控制部件110位于关闭位置且该密封部分210处于磨损条件下时，该流动控制部件压缩密封部分210且密封地接合该密封面212且第一和第二曲面310和312。因此，流动控制部件110可以密封地接合该密封部分210，以使得示例性的密封件102在该示例性的密封件102的寿命内始终能够在高温应用中实现紧密的关断(例如ANSI四级关断)。该示例性的密封件102可能不必依赖第二密封面且不会牺牲该示例性的密封件102的任何部分。附加地，当该示例性的密封件102从高温冷却到环境温度时，该示例性的密封件102可以保持紧密的关断。

尽管此处描述了某些示例性的设备，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反地，本专利覆盖所有在等同原则下落入本专利的权利要求的范围的设备。

Claims

1.一种在阀门中使用的密封件，包括：

环形的卡头，所述卡头具有第一部分和与所述第一部分相对的第二部分，以及捕获在所述第一和第二部分之间的可压缩的密封部分，所述第一和第二部分分别具有与所述可压缩的密封部分的密封面相邻的第一和第二曲面，其中，当流动控制部件向关闭位置移动时，所述曲面使得所述流控制部件能够在接触所述曲面之前压缩所述密封部分。

2.根据权利要求1所述的密封件，其中所述曲面提供了在流动控制部件和所述第一部分之间的第一间隙和在所述流动控制部件和所述第二部分之间的第二间隙，当所述流动控制部件首先接触所述密封面时，所述第一间隙小于所述第二间隙。

3.根据权利要求1所述的密封件，其中所述第一曲面的曲率半径大于所述第二曲面的曲率半径。

4.根据权利要求1所述的密封件，其中所述密封面是弯曲的。

5.根据权利要求4所述的密封件，其中所述密封面具有第一曲率半径和第二曲率半径，所述第一曲率半径实质上与所述第一曲面的所述曲率半径相等，且所述第二曲率半径实质上与所述第二曲面的所述曲率半径相等。

6.根据权利要求1所述的密封件，其中所述卡头耦接至实质上挠性的环形托架。

7.根据权利要求1所述的密封件，其中所述第一部分耦接至所述第二部分，以限定用于容纳所述密封部分的腔体。

8.一种在阀门中使用的密封件，包括：

环形卡头，所述卡头具有第一部分和第二部分，所述第一和第二部分固定密封部分，所述第一和第二部分分别具有与所述密封部分的密封面相邻的第一和第二曲面，其中当所述流动控制部件向关闭位置移动时，所述曲面的曲率半径使得流动控制部件和所述卡头之间的接触的初始点在所述密封面上。

9.根据权利要求8所述的密封件，其中所述曲面的所述曲率半径提供了在流动控制部件和所述第一部分之间的第一间隙和在所述流动控制部件和所述第二部分之间的第二间隙，当所述流动控制部件初始地接触所述密封面时，所述第一间隙小于所述第二间隙。

10.根据权利要求8所述的密封件，其中所述第一曲面的曲率半径大于所述第二曲面的曲率半径。

11.根据权利要求8所述的密封件，其中所述密封面是弯曲的。

12.根据权利要求11所述的密封件，其中所述密封面具有第一曲率半径和第二曲率半径，所述第一曲率半径实质上与所述第一曲面的所述曲率半径相等，且所述第二曲率半径与所述第二曲面的所述曲率半径相等。

13.根据权利要求8所述的密封件，其中所述密封部分是可压缩的。

14.根据权利要求8所述的密封件，其中当所述流动控制部件位于所述关闭位置时，所述密封面和至少一个所述曲面密封地接合所述流动控制部件。

15.根据权利要求8所述的密封件，其中当所述流动控制部件位于所述关闭位置且所述密封部分处于磨损的条件下时，所述密封面、所述第一曲面和所述第二曲面密封地接合所述流动控制部件。

16.根据权利要求8所述的密封件，其中所述卡头耦接至实质上挠性的环形的托架。

17.根据权利要求8所述的密封件，其中所述第一部分耦接至所述第二部分，以限定用于容纳所述密封部分的腔体。

18.一种在阀门中使用的密封件，包括：

用于固定密封装置的装置，所述固定装置具有第一和第二装置，所述第一和第二装置用于使得流动控制部件在接触所述固定装置之前接触所述密封装置。

19.根据权利要求18所述的密封件，其中所述固定的装置包括用于挠性地将所述固定装置耦接至阀门的装置。