CN103097785A - 用于流体阀的阀座装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于流体阀的阀座装置。阀座装置(302)包括阀座圈(302)、密封组件(422)和保持件(424)。阀座圈(302)具有外表面(402)，其包括第一环形凹陷(414)和靠近第一环形凹陷(414)的第二环形凹陷(416)，以形成台阶轮廓(418)。密封组件(422)设置在第一环形凹陷(414)中，保持件(424)设置在第二环形凹陷(416)中，以保持密封组件(422)。阀座装置与阀箱(314)以及阀体(304)接合。当阀杆(318)被致动器上下移动时，启闭件(316)可开启或闭合阀箱(314)的开口(322)，以允许或阻挡流体在入口(308)和出口(310)之间流动。

Description

用于流体阀的阀座装置
技术领域
本公开概括而言涉及阀门，更具体而言涉及用于流体阀的阀座装置。
背景技术
过程控制系统中常用阀门来控制过程流体的流动。滑杆阀(例如闸阀、截止阀、隔膜阀、夹管阀等)通常具有设置在流体路径中的启闭件(例如阀塞)。阀杆可操作地将启闭件耦接到致动器，该致动器在开启位置和闭合位置之间移动启闭件以允许或限制阀门的入口和出口之间的流体流动。此外，为了提供期望的并且/或者实现特定的流体流动特性，阀门通常采用插在阀门入口和出口之间的流体流动路径中的阀箱。阀箱可降低流量、减小噪音并且/或者降低或消除气穴现象。
通常，使用阀门大小、诸如工作温度(例如温度在-100℉到450℉之间、温度高于450℉等)等的工业过程条件来确定可使用的阀门类型或阀门元件类型，例如用于实现阀箱、阀座、阀体及/或启闭件之间的密封的密封类型。
此外，所用的密封类型通常决定阀座/密封结构。例如，为了提供阀座和阀体间的密封，通常针对温度低于450℉的过程流体在阀座和阀体间设置例如由聚四氟乙烯(例如PTFE或Teflon
Figure BPA00001673865200011
)构成的密封。例如，密封可设置在绕阀座外围表面形成的环形凹陷内。阀座耦接到阀箱(例如通过螺纹)，这使得当阀体和阀箱耦接时阀座悬浮在阀体的流体流动路径中。密封防止阀体和阀座间的流体泄漏。然而，温度高于450℉的过程流体会使由聚四氟乙烯构成的密封突出或故障。
对于温度高于450℉的过程流体，阀座/密封结构包括设置在阀座和阀体之间的垫圈。然而，这种阀座/密封结构需要阀座固定(例如用螺栓固定)到阀体上。因而，用于高于450℉的过程温度的阀门的阀座/密封结构使用不同于用于温度低于450℉的过程流体的阀座/密封结构的阀体。
发明内容
此处所述的示例性阀座装置包括具有外表面的阀座圈，所述外表面包括第一环形凹陷和靠近第一环形凹陷的第二环形凹陷，以形成台阶轮廓。密封组件设置在第一环形凹陷中，保持件设置在第二环形凹陷中以把密封组件保持在阀座圈的第一环形凹陷中。
在另一示例中，阀门包括限定入口和出口之间的流体流动通道的阀体。阀座耦接到阀箱并设置在入口和出口之间的流体流动通道内。阀座的外围表面包括密封容纳区域和靠近密封容纳区域的保持件容纳区域。所述密封容纳区域使得阀座能够容纳可与第二密封组件互换的第一密封组件，所述第一密封组件用于温度低于600℉的过程流体，所述第二密封组件用于温度高于600℉的过程流体。保持件耦接到保持件容纳区域以把第一密封组件或第二密封组件之一保持在密封容纳区域中。
附图说明
图1是具有已知的密封组件的已知阀门的剖面视图。
图2A是实现有另一已知密封组件的另一已知阀门的剖面视图。
图2B是实现有另一已知密封组件的另一已知阀门的剖面视图。
图3是实现有此处所述的示例性阀座装置的阀门的剖面视图。
图4A和4B是图3的示例性阀座装置的放大部分。
图5A示出了实现有此处所述的另一示例性阀座装置的另一示例性阀门。
图5B是图5A的示例性阀座装置的放大部分。
图6是实现有此处所述的另一示例性阀座装置的又一示例性流体阀的放大部分。
具体实施方式
此处所述的示例性阀座装置可用于具有滑杆的阀门，例如控制阀、节流阀等，这种阀门包括阀内件装置(valve trim arrangement)(例如阀箱)。概括而言，此处所述的示例性阀座装置提供组件式(modular)阀座，这种阀座使得可在用于温度变化范围很大(例如-325℉到1100℉)的过程流体的不同类型的密封组件之间的互换性。作为此处所述的阀座装置提供的互换性的结果，总的只需要较少的元件来提供更多密封结构形式以用于可用于大范围过程流体温度的流体阀。换句话说，利用此处所述的示例性阀座，不必如已知的阀座设计通常所需的那样制造并库存阀座结构、阀箱结构及/或阀体结构的每种可能组合。因而，此处所述的阀座装置使得能够制造单一种阀体，这种阀体可以容纳与不同密封组件或结构一起使用时的阀座装置。
具体而言，此处所述的阀座装置可容纳用于具有第一温度范围，例如温度在约-100℉或更低和450℉之间的过程流体的第一密封组件、用于具有第二温度范围，例如温度在约450℉和600℉之间的过程流体的第二密封组件、或者用于具有第三温度范围，例如温度在约600℉和1100℉之间的过程流体的第三密封组件。例如，第一密封组件可包括聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯密封，第二密封组件可包括PTFE密封和防突圈，第三密封组件可包括内孔密封(例如，诸如C形密封的金属密封)。在所述示例中，保持件把密封组件和阀座装置保持在一起。此外，在示例中，阀座装置耦接到阀箱，这使得阀箱和阀体耦接时阀座、密封组件以及保持件悬浮在阀体内。
详细描述示例性阀座装置之前，下面结合图1简单地描述已知的流体阀100。图1所示的流体阀100包括阀体102，阀体102限定入口106和出口108之间的流体流动通路104。阀塞110可滑动地设置在阀箱112内，在开启位置和闭合位置之间运动，以控制通过流体阀100的流体流动。阀杆114把阀塞110耦接到(未示出的)致动器，该致动器使阀塞110朝向或者远离阀座116运动。阀座116耦接到阀箱112的第一端118(例如通过螺纹)，阀箱112的第二端120包括设置在阀体102和阀帽124之间的法兰122。当被耦接到阀体102时，阀箱112将阀座116悬浮或保持在阀体102之中。
工作时，致动器使阀塞110远离阀座116运动，以允许流体流动通过流体阀100(例如开启位置)，以及使阀塞110向阀座116运动，以限制通过流体阀100的流体流动。阀塞110与阀座116密封接合，以防止流体流过流体阀100(例如闭合位置)。当流体阀100处于图1所示的闭合位置(即阀塞110与阀座116密封接合)时，阀塞密封组件126防止阀塞110和阀箱112之间的流体泄漏。
此外，由如聚四氟乙烯的弹性体材料构成的密封128设置在形成于阀座116的外围表面132上的通道或环形凹陷130中。阀座116包括逐渐变细的边缘或表面134(例如倒角或导入的表面或边缘)，以使得能够或有助于组装密封128和阀座116。密封128(如O型圈)防止阀座116和阀体102之间的流体泄漏。由于密封128由聚四氟乙烯材料构成，图1的示例性流体阀100可用于温度在约-100℉和450℉之间的过程流体。温度大于450℉的过程流体可能会使密封128突出和/或脱落。
图2A示出了可用于温度在约325℉和600℉之间的过程流体的另一已知的阀门200。图2A所示的流体阀200包括阀体202，阀体202限定入口206和出口208之间的流体流动通路204。阀塞210可滑动地设置在阀箱212内，在开启位置和闭合位置之间运动，以控制通过流体阀200的流体流动。阀塞210包括密封组件214，以提供阀塞210和阀箱212之间的密封。阀杆216把阀塞210耦接到(未示出的)致动器，该致动器使阀塞210朝向或者远离阀座218运动。阀座218包括法兰220(例如环形法兰)，法兰220容纳多个紧固件222(例如螺栓)，以把阀座218耦接到阀体202。垫圈224设置在阀座218和阀体202之间，以减少或防止阀座218和阀体202之间的流体泄漏。
图2A所示的阀座和阀体结构通常用于温度在约450℉和600℉之间的过程流体。在过程流体温度在约450℉和600℉之间的应用中，通常不使用由弹性体材料(例如聚四氟乙烯或PTFE)制成的密封来提供阀座218和阀体202之间的密封，这是由于该密封会由于过程流体的温度而突出或脱落。此外，在过程流体温度在约-325℉和-100℉之间的应用中，通常不使用由弹性体材料制成的密封来提供阀座218和阀体202之间的密封，这是由于该密封太易碎。而且，流体阀200的阀座218和阀体202与图1的流体阀100的阀座116和阀体102结构不同。
图2B示出了实现有启闭件230的图2A的阀门200，启闭件230具有用于温度范围在约600℉和1100℉之间的过程液体的密封组件232。在本例中，启闭件230的密封组件232包括石墨活塞环234和由金属或任何其他材料制成的内孔密封236(例如C形密封)，以针对温度相对高(例如温度大于约600℉)的过程流体相对更好地抵抗过程流体在启闭件230和阀箱212(或阀体202)之间绕启闭件230泄露或泄露经过启闭件230。
因而，这样，需要使用多个或不同阀体和阀座结构的不同结构来适应不同的过程流体温度范围，这造成较大库存并增加制造成本。
图3示出了实现有示例性阀座装置302的示例性流体阀300。图4A和4B示出图3的示例性流体阀300的放大视图。示例性流体阀300可容纳可用于过程流体温度在约-325℉和1100℉或更高之间的应用的密封组件。
参看图3，流体阀300包括阀体304，阀体304限定入口308和出口310之间的流体流动通路306。阀内件组件312插在流体流动通路306之中，以控制入口308和出口310之间的流体流动。阀内件组件312包括流体阀300的内部元件，如阀箱314、启闭件316(例如阀塞)、阀座302和阀杆318。
阀箱314设置在入口308和出口310之间，以提供通过阀体304的某些流体流动特性(例如降低由流体流动通过流体阀300所产生的噪音和/或气穴现象)。阀箱314包括用于容纳(如可滑动地容纳)启闭件316的内孔320和至少一个开口322，当流体阀300处于开启位置(即当启闭件316和阀座302隔开一定距离时)流体可流过开口322。阀箱314可用不同方式的结构(例如，具有各种形状、大小或间隔的开口322)，以提供流体的特定期望流体流动特性，例如以控制流动、降低噪音及/或气穴现象、增强过程流体的减压等。
在所示例子中，阀箱314基本上是一个整体结构。阀箱314的第一端324包括与阀体304的表面328接合的法兰326。(未示出的)阀帽(如图1的阀帽124)与法兰326接合，以把阀箱314保持在阀体304内。当阀箱314和阀体304耦接时，阀箱314把阀座302悬浮或保持在阀体304内。因而，阀箱314还有助于维护、拆卸及/或替换阀内件组件312的其他元件。
阀箱314导引启闭件316，并在启闭件316在开启位置和闭合位置之间运动时提供横向稳定性、平衡以及对准，从而减少振动及其他机械应力。启闭件316在内孔320内严密贴合，并可在阀箱314内在闭合位置和开启位置间运动，其中在闭合位置，启闭件316阻挡阀箱314开口322，在开启位置，启闭件316离开(即不阻挡)开口322的至少一部分。
在所示例子中，启闭件316被示为具有圆柱体330和密封表面332的阀塞。然而，在其他示例中，启闭件316可以是阀瓣或任何其他结构，以改变通过流体阀300的流体流动。阀杆318可操作地耦接启闭件316和(未示出的)致动器。在本例中，启闭件316包括通道或管道334，以平衡或均衡由过程流体作用于启闭件316上的压力而施加在启闭件316上的力。这样，较小的致动力可用于使启闭件316在开启和闭合位置之间运动。启闭件316还包括凹陷部336，用于容纳阀塞密封组件338。阀塞密封组件338接合阀箱314的内表面340，以防止流体在阀箱314和启闭件316的外表面342之间泄漏。阀塞密封组件338包括由弹性体材料构成的密封件344(例如O形圈)和防突环346。防突环346防止过程流体温度位于约450℉和600℉之间时密封件344从启闭件316的外表面342和阀箱314的内表面340之间突出。阀塞密封组件338还可包括垫环或活塞环348。
如图4A和图4B最清楚显示的，阀座302是具有外围边缘或表面402以及内表面404的阀座圈。外表面402包括靠近阀座302第一端408的第一凹陷部或肩部406，用于容纳阀箱314的一部分或阀箱314的第二端410。在本例中，阀座302的第一端408通过螺纹耦接到阀箱314的第二端410。
阀座302的外表面402还包括第一环形凹陷或密封容纳区域414和靠近密封容纳区域414的第二环形凹陷或保持件容纳区域416，以限定或形成台阶部418(例如通过机械加工而形成)。保持件容纳区域416靠近阀座302的第二端420。密封组件422设置在阀座302的密封容纳区域414中，保持件424设置在保持件容纳区域416中，以把密封组件422保持在台阶部418的肩部或壁426和保持件424之间。如本例所示，保持件424通过螺纹428耦接到阀座302的保持件容纳区域416。当和阀座302耦接时，保持件424和肩部426限定了容纳密封组件422的腔。
密封组件422包括由弹性体或如聚四氟乙烯的含氟聚合物构成的密封430(例如O形圈)。防突圈432(例如硬塑料)提供额外密封，以防止流体阀300用于温度在约450℉和600℉之间的过程流体时密封430从阀座302和阀体304之间突出。在一些例子中，对于温度低于450℉的过程流体，不能使用防突圈432。如图所示，防突圈432设置在保持件424和密封430之间，密封430设置在防突圈432和台阶部418形成的肩部426之间。当阀座302(及阀箱314)和阀体304耦接时，密封430和阀体304的表面434(图4B)接合。
工作时，致动器(例如气动致动器)使阀杆318从而也使启闭件316在闭合位置和全开或最大流速位置之间运动，其中在闭合位置，启闭件316和阀座302密封接合，以限制或防止流体流动通过流体阀300，在全开或最大流速位置，启闭件316远离阀座302和阀箱314的开口322，以允许流体流动通过流体阀300。在开启位置，流体流过入口308、通过阀箱的开口322并通过出口310。在闭合位置，启闭件316阻挡阀箱314的开口322，密封表面332与阀座302密封接合，以防止入口308和出口310之间的流体流动。
密封组件422提供阀体304和阀座302之间的密封。阀体304和阀座302之间(以及启闭件316和阀箱314之间)的泄漏会影响流体阀300的截断分类。密封组件422设置在阀座302和阀体304之间，以在启闭件316位于闭合位置时防止流体阀300的入口308和出口310之间的泄漏，以改善流体阀300的截断分类。
图5A示出了实现有图3、图4A和图4B的阀座302但是具有另一示例性密封组件502的示例性流体阀500。图5B示出了图5B的流体阀500的放大部分。下文不对图5A和5B的示例性阀门500中与上述示例性流体阀300基本上类似或相同的那些元件、以及功能基本上类似或相同的那些元件进行详细描述。相反，请感兴趣的读者参考结合图3、4A和4B的上述相应描述。与结合图3、4A和4B所述元件基本上相似或相同的元件将用相同参考标号表示。特别地，示例性流体阀500包括图3的阀体304。
示例性阀门500与图3和图4的示例性阀门300类似。然而，示例性阀门500可用于温度高于约600℉的过程流体。示例性阀门500的启闭件504实现有阀塞密封组件506。在本例中，启闭件504的阀塞密封组件506包括石墨活塞环508和由金属或任何其他材料制成的内孔密封510(例如C形密封)，以针对温度相对高(例如温度高于约600℉)的过程流体相对更好地抵抗过程流体在启闭件504和阀体304之间的泄漏。
和图3、4A和4B的流体阀300类似，阀座302耦接到阀箱314并且设置在阀体304中。密封组件502设置在阀座302的密封容纳区域414中。保持件424设置在保持件容纳区域416中以把密封组件422保持在台阶部418的肩部或壁426和保持件424之间。在本例中，密封组件502包括由金属或者可抵抗高于600℉的温度的任何其他材料制成的内孔密封512(例如C形密封)。内孔密封512可抵抗这样的高温并提供阀座302和阀体304之间的密封。根据流体流过通路306的流向，内孔密封512可设置在密封容纳区域414中，其中内孔密封512的开口朝向流体流动方向。
图6示出了另一示例性流体阀600的放大部分，该流体阀600实现有此处所述的包括另一示例性保持装置604的另一示例性阀座602。不再详细描述图6的示例性阀门600中与上述示例性流体阀300或500的元件基本上类似或相同以及功能与之基本上类似或相同的那些部件。相反，请感兴趣的读者参考结合图3、4A、4B、5A和5B的上述相应描述。与结合图3、4A、4B、5A和5B所述元件基本上相似或相同的元件将用相同参考标号表示。特别地，示例性流体阀600包括图3、5A和5B的阀体304。
如图6所示，阀座602(如阀座圈)包括内表面606以及具有主直径的外围边缘或表面608。外表面608包括靠近阀座602的第一端612的凹陷部610，用于容纳阀箱314的一端410。在本例中，阀座602的第一端612通过螺纹耦接到阀箱314的一端410。
阀座602的外表面608还包括第一环形凹陷或密封容纳区域614以及靠近密封容纳区域614的第二环形凹陷或保持件容纳区域616(例如腔)。密封容纳区域614具有例如通过机械加工或任何其他适当的制造工艺形成的减小外径或密封外径。保持件容纳区域616是具有相对壁或肩部618a和618b以及壁618c的环形凹陷(例如具有C形截面形状的环形凹陷)。保持件容纳区域616靠近阀座602的第二端620。
密封组件622设置在阀座602的密封容纳区域614中或者滑动配合在密封容纳区域614上，保持件624设置在保持件容纳区域616中，以把密封组件622保持在肩部或壁616和保持件624之间。如本例所示，保持件624是设置在阀座602的保持件容纳区域616之中的揿钮圈。具体而言，保持件624至少部分设置或夹嵌在相对壁618a和618b之间。可包括备用圈628，以在密封组件622设置在密封容纳区域616中时对其提供进一步支撑。备用圈628可包括与密封容纳区域614的外径基本类似的内径，以及与阀座602的外表面608基本类似的外径。当和阀座602耦接时，保持件624及/或备用圈628和肩部626限定了用于容纳密封组件622的腔。
在所示例子中，密封组件622包括密封630(例如O形圈)，密封630由弹性体材料或者含氟聚合物(例如聚四氟乙烯)构成，其中设置了弹簧632a以使密封630的侧面632b偏向阀座602的外表面608以及阀体304的表面434。提供防突圈634(例如硬塑料防突圈)，以在流体阀600用于温度在约450℉和600℉之间的过程流体时防止密封630从阀座602和阀体304之间突出。在一些示例中，对于温度低于450℉的过程流体，不能使用防突圈634。如图所示，防突圈634设置在备用圈628和密封630之间，密封630设置在防突圈634和肩部626之间。当阀座602(及阀箱314)和阀体304耦接时，密封630和阀体304的表面434接合。在其他示例中，密封容纳区域614可容纳任何其他适当的密封组件，如密封组件422(图3、4A和4B)及/或密封组件502(图5A和5B)。
示例性阀座302和602提供了可容纳用于温度在约-100℉或更低和450℉之间的过程流体的第一密封组件(例如密封422、630)、用于温度在450℉和600℉之间的过程流体的第二密封组件(例如密封422、630和防突圈424、634)和用于温度在约600℉和1100℉或更高之间的过程流体的第三密封组件(例如密封组件502)的组件式阀座。这样，此处所述的示例性阀座极大降低了例如分别与图1和图2的流体阀100和200关联的制造成本与库存成本。因而，此处所述的阀座装置使得不同密封组件可用于相同的阀座/阀体结构。
虽然描述了某些装置，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖根据字面意义或者根据等价条件公平地落入所附权利要求范围内的所有装置。

Claims (22)

1.一种用于流体阀的阀座装置，包括：
具有外表面的阀座圈，所述外表面包括第一环形凹陷和靠近所述第一环形凹陷的第二环形凹陷，以形成台阶轮廓；
密封组件，其设置在所述第一环形凹陷中；以及
保持件，其设置在所述第二环形凹陷中以把所述密封组件保持在所述阀座圈的第一环形凹陷中。
2.如权利要求1所述的阀座装置，其中所述阀座圈的第二端要通过螺纹与阀箱耦接。
3.如权利要求2所述的阀座装置，其中所述阀座圈的第二端包括用于容纳所述阀箱的一部分的凹陷部。
4.如权利要求1所述的阀座装置，其中所述保持件通过螺纹与所述阀座圈耦接。
5.如权利要求1所述的阀座装置，其中所述阀座圈的第一环形凹陷和所述保持件使得所述阀座圈能够容纳第一密封组件或与所述第一密封组件不同的第二密封组件。
6.如权利要求1所述的阀座装置，其中所述密封组件包括聚四氟乙烯密封和防突圈。
7.如权利要求6所述的阀座装置，其中所述第一密封组件用于温度在约-100℉和600℉之间的过程流体。
8.如权利要求1所述的阀座装置，其中所述密封组件包括金属密封。
9.如权利要求8所述的阀座装置，其中内孔密封用于温度高于600℉的过程流体。
10.一种阀门，包括：
阀体，其限定入口和出口之间的流体流动通道；
阀座，其耦接到阀箱并设置在所述入口和出口之间的流体流动通道内，其中所述阀座的外围表面包括密封容纳区域和靠近所述密封容纳区域的保持件容纳区域，其中所述密封容纳区域使得所述阀座能够容纳可与第二密封组件互换的第一密封组件，其中所述第一密封组件用于温度低于600℉的过程流体，所述第二密封组件用于温度高于600℉的过程流体；以及
保持件，其耦接到所述保持件容纳区域以把所述第一密封组件或所述第二密封组件保持在所述密封容纳区域中。
11.如权利要求10所述的阀门，其中所述密封容纳区域由第一环形凹陷限定，所述保持件容纳区域由靠近所述第一环形凹陷的第二环形凹陷限定，其中所述第二环形凹陷靠近所述阀座的一端。
12.如权利要求10所述的阀门，其中所述保持件通过螺纹与所述阀座耦接。
13.如权利要求10所述的阀门，其中所述第一密封组件包括用于温度在约-100℉和450℉之间的过程流体的聚四氟乙烯密封。
14.如权利要求10所述的阀门，其中所述第一密封组件包括用于温度在约450℉和600℉之间的过程流体的聚四氟乙烯密封和防突圈。
15.如权利要求10所述的阀门，其中所述第二密封组件包括用于温度在约600℉和1100℉之间的过程流体的内孔密封。
16.如权利要求15所述的阀门，其中所述内孔密封包括具有C形截面的金属密封。
17.如权利要求10所述的阀门，其中所述阀座通过螺纹与流体阀的阀箱耦接。
18.如权利要求17所述的阀门，其中所述阀箱在与所述阀体耦接时使所述阀座悬浮在所述阀体内。
19.如权利要求10所述的阀门，保持件容纳区域包括形成相对壁的环形凹陷。
20.一种用于阀门的阀座，包括：
容纳装置，用于可交换地容纳可与第二密封装置交换的第一密封装置，其中所述第一密封装置用于具有第一温度范围的过程流体，所述第二密封装置用于具有第二温度范围的过程流体；以及
保持装置，用于把所述第一密封装置或第二密封装置和所述容纳装置保持在一起。
21.如权利要求20所述的阀门，还包括用于把所述阀座耦接到阀箱的装置。
22.如权利要求20所述的阀门，其中所述第一温度范围在约-100℉和600℉之间，所述第二温度范围在约600下和1100℉之间。
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