CN103511712A - 具有线性致动器的轴向流体阀 - Google Patents

Abstract

本文描述了一种具有线性致动器的轴向流体控制阀。本文描述的示例性的轴向流体控制阀包括限定在入口和出口之间的通道的阀体。该示例性的轴向流体控制阀包括阀塞联动装置，其相对于轴向阀体是可移动的并沿着第一轴线与所述通道基本对齐。该示例性的轴向流体阀包括线性致动器，其具有可操作地耦接到阀塞联动装置的杆。该线性致动器沿着第一轴线在通道内移动阀塞联动装置的至少一部分，以改变流体通过通道的流动，其中，线性制动器的杆沿着不同于第一轴线的第二轴线移动。

Description

具有线性致动器的轴向流体阀

技术领域

本公开大体上涉及一种轴向流体阀，特别是一种具有线性致动器的轴向流体阀。

背景技术

流体控制阀(例如，滑动阀杆阀、球心阀、旋转阀、蝶形阀、球阀等)被用在过程控制系统中控制过程流体的流动，并通常包括用于阀的自动操作的致动器(例如，旋转致动器、线性致动器等)。尽管这些流体控制阀中的一些在许多应用中是有效的，但是存在折衷。例如，蝶形阀可以通过有效的方式来控制大流量，但是仅具有中等的准确性，其中的密封件通常受限于生命周期和温度范围。另一方面，球心阀通常提供非常硬的阀内件和精确控制，但是对于给定的管道尺寸通常提供较低的流量。

同轴或轴向的流体控制阀是对上述流体控制阀的替换选择。轴向阀的一个益处在于它们结合了球心阀型的阀内件以及由此提供的优点。特别地，在轴向阀中，阀内件可相对于流体流动通路定向，以增加效率并减小由于噪音和涡流引起的能量损耗。一些已知的轴向阀包括致动器，该致动器被安装到阀体的外表面，并被布置成所述致动器的输出轴(例如，杆、主轴等)被定向为基本上垂直于所述阀的流体流动通路。所述致动器的输出轴一般通过齿条-齿条、齿条-齿轮或类似的齿轮组件被连接到阀体中的流动控制部件(例如，阀塞)。所述致动器相对于阀座环在打开位置和闭合位置之间移动阀体中的流动控制部件，以允许或阻止流体通过所述阀流动。

在这些已知的轴向流体阀中，由于致动器杆的运动基本上垂直于流过所述阀的流体的流动通路，外部安装的致动器结构需要额外的空间，该额外的空间在实际中是非常有限的。另外，许多已知的轴向流体阀具有致动和密封(例如，垫圈、填料、密封环等)问题。这些已知的轴向流体阀通常使用流体流动通路中的致动器和传动装置，因此需要大量的密封件和垫圈来保护齿轮和其它致动组件免受压缩过程流体损坏。例如，一些已知的轴向阀使用复杂的齿轮箱来将致动器的运动转化成阀塞的线性运动。通常，齿轮箱位于流体流动通路中，并因此需要多个密封件来防止过程流体进入齿轮箱。操作具有大量移动部件的轴向流体阀需要大量的密封件，这大大地增加了流体泄漏到阀体外的可能性并增加了制造和维护成本。

发明内容

一个示例性装置包括限定入口和出口之间的通道的轴向阀体。所述示例性装置包括阀塞联动装置，所述阀塞联动装置相对于所述轴向阀体是可移动的，并沿着第一轴线与所述通道基本对齐。所述示例性装置包括具有杆的线性致动器，所述杆可操作地耦接到所述阀塞联动装置来沿着所述第一轴线在所述通道内移动所述阀塞联动装置的至少一部分，以改变通过所述通道的流体的流动。所述线性致动器的杆沿着不同于所述第一轴线的第二轴线移动。

在另一个示例中，这里描述的装置包括限定入口和出口之间的通道的轴向阀体。阀塞相对于所述轴向阀体可滑动地移动，并沿着第一轴线与所述通道的流体流动通路基本对齐。联动杆可操作地耦接到所述阀塞，并且所述联动杆的纵向轴线沿着不同于所述第一轴线的第二轴线定向。所述联动杆沿着与所述第一轴线基本对齐的方向移动，以移动所述阀塞。

在又一个示例中，装置包括阀杆和可操作地连接到所述阀杆的一端的阀塞。所述阀塞具有与所述阀杆基本对齐的轴线。联动杆可操作地连接到所述阀杆的另一端。线性致动器可操作地连接到所述联动杆，以沿着基本平行于所述阀杆的轴线的方向移动所述联动杆的至少一部分。所述阀塞和所述阀杆被布置在轴向阀体内，并与穿过所述轴向阀体的流体流动通路基本对齐。

附图说明

图1示出了根据本公开的教导的示例性轴向流体控制阀的横截面视图；

图2示出了图1的示例性轴向流体控制阀的立体剖视图；

图3示出了具有单个线性致动器和摇臂联动杆的可替换的示例性轴向流体控制阀的横截面视图。

具体实施方式

一些实施例在上面的附图中示出，并在下面详细地描述。在描述这些实施例中，相似或相同的附图标记用来表示相同或相似的部件。这些附图并不需按规定比例，附图中的一些特征和一些视图可为了清楚和/或简洁而放大比例或示意性地显示。另外，在说明书中已经描述了数个实施例。这些实施例的任一特征可包含于其它实施例的其它特征、替换或者结合其它实施例的其它特征。

这里描述的示例性轴向流体阀减少了阀噪音，提供轴向对齐的通道来减少湍流流动并提高了流量，减小了管道系统中容纳轴向阀所需的整体尺寸，显著地消除了需要多个密封件和垫圈的内流致动组件，并增加了流动效率以允许使用更小的泵和管道。一般地，这里描述的示例性轴向流体阀允许使用球心阀型阀内件(例如，阀塞和阀座环)，其通过阀塞联动装置可操作地耦接到一个或多个线性致动器(例如，气动致动器、液压致动器、电气致动器等)。阀塞联动装置的一部分以如下方式延伸到或穿过阀体内的孔，该方式减小或消除了通常在许多已知的轴向流体阀中发现的潜在泄漏通路。

这里描述的一个示例性轴向流体阀包括线性致动器，其与阀的流体流动通路偏移并流体隔离，并可操作地耦接(例如，连接)到阀塞联动装置(例如，阀杆或联动杆)。阀塞联动装置(例如，联动杆)的一部分在延伸到或穿过阀体并将阀塞联动装置与流体流动通路流体隔离的孔或开口内可滑动地移动。阀塞联动装置的至少一部分与流体流动通路轴向对齐，这通过减少限制并因此减小通过阀的通道的湍流而大大提高了流动效率。

更具体地，在这里描述的示例性轴向流体阀中，轴向阀体包括延伸到或穿过阀体的孔或开口。该孔或开口与轴向阀内的流体通道流体隔离，并适用于收容将致动器杆的线性运动传递到轴向阀中的阀塞的杆的联动杆(例如，连接杆、摇臂杆(rocker bar)等)。该联动杆可操作地连接到布置在阀体的流体通道外的至少一个线性致动器的杆，并还穿过与所述孔或开口相交的孔隙连接到阀塞杆。该阀塞杆通过填料密封到所述孔隙。

该示例性的阀体通过引导流体围绕孔或开口并由此围绕联动杆流动来允许联动杆穿过并与阀体的流体通道中的压强边界保持隔离。在操作中，联动杆传递线性致动器的杆的线性运动，致动器的杆移动所沿的轴线不同于阀内件组件在阀体的通道内移动所沿的轴线。例如，阀塞的杆和线性致动器的杆移动所沿的轴线可以平行，但是偏移(即，非同轴)。

这里描述的示例允许轴向流体阀的移动组件的较大部分布置在流体流动通路或流体流以外，由此显著地减小了所需的密封件和垫圈的数目。另外，由于致动器可以布置在流体流以外，这里描述的示例性的轴向流体阀减小了由密封失效而引起的泄漏。这里描述的示例性的轴向流体阀还减小了管道系统内容纳阀塞联动装置所需的整体尺寸，由此允许示例性的轴向流体阀与更小的泵和管道一起使用。

在这里描述的示例性的轴向流体阀中，由于阀体被配置成允许联动杆进入或穿过阀体，而不暴露于阀体的流体通道中的压强边界，所以可使用单个填料和垫圈来将联动杆和致动器与过程流体分离。这里描述的轴向阀体和阀塞联动装置显著地减小了操作轴向流体阀所需的移动部件的数目。因此，阀塞装置和外部线性致动器大大地简化了制造和加工要求，并因此减小了制造轴向流体阀的成本。进而，通过具有较少的移动部件，这里描述的示例性的轴向流体阀大大地降低了操作中机械故障和泄漏的可能性。

图1示出了这里描述的示例性的轴向流体控制阀100的横截面视图。该轴向流体控制阀100包括第一阀体部102、第二阀体部104、阀塞联动装置106和第一、第二线性致动器108a、108b。阀体部102、104被耦接来限定通道110，当轴向流体控制阀100被安装在流体过程系统(例如，分配管道系统)中时，通道110提供在入口112和出口114之间的流体流动通路。在一些实施例中，第一阀体部102和第二阀体部104可一体地形成，以将轴向流体控制阀100限定成基本一体的部件或结构。

第一阀体部102包括在入口102的第一法兰116和可移除地耦接到第二阀体部104的第三法兰120的第二法兰118。第一阀体部102的第二法兰118和第二阀体部104的第三法兰120通过法兰紧固件122(例如，螺栓)耦接。在其它实施例中，第二法兰118和第三法兰120可通过任何其它适当的固定方式可移除地耦接。第二阀体部104还包括在出口114的第四法兰124。在操作中，第一阀体部102的第一法兰116可被耦接到上游管道126，第二阀体部104的第四法兰124可被耦接到下游管道128。

在图1所示的实施例中，轴向流体控制阀100位于第一(闭合)位置。轴向流体控制阀100被置于在通过上游管道126的上游供给源和通过下游管道128的下游供给源之间的流体流动通路中。该过程流体可包括任何过程流体，例如，天然气。在操作中，阀塞联动装置106在阻止流体在入口112和出口114之间流动的第一位置(即，闭合位置)和在允许流体在入口112和出口114之间流动的第二位置(即，打开位置，未示出)之间运行。

在图1所示的示例性的轴向流体控制阀100中，阀塞联动装置106包括阀塞130、阀塞杆132和联动杆134。如本实施例中所示，阀塞杆132在第一端136被耦接到阀塞130并在第二端138被耦接到联动杆134。在一些实施例中，阀塞杆132可与阀塞130一体地形成为基本一体的构件或结构。在所示的实施例中，阀塞130和阀塞杆132的一部分被布置在通道110中，使得它们的纵向轴线基本轴向对齐(即，同轴)或基本平行于通道110的纵向轴线140及从其流过的流体。

在该实施例中，第二阀体部104包括孔142，孔142沿着基本垂直于通道110的方向延伸穿过第二阀体部104。该孔142具有内壁表面144和外壁表面146。孔142的内壁表面144与通道110中的过程流体流体地隔离。该过程流体流过通道110并围绕孔142的外壁表面146流动。孔142延伸穿过第二阀体部104，其尺寸适于收容联动杆134，并允许联动杆134沿纵向轴线140的平移，这将在下面更详细地描述。

如图2中更清楚所示，孔142通过外壁表面146与通道110流体地隔离。因此，通道110转向到轴向流体控制阀100中的孔142的任一侧，并且孔142被暴露于轴向流体控制阀100外的大气。在该实施例中，孔142是矩形的，但是在其它实施例中，孔142可以是圆形的、椭圆形的、半椭圆形的或者能够收容联动杆134的任何其它形状。

孔142的外壁表面146可成形为减小摩擦，并因此减小轴向流体控制阀100的通道110中的涡流。如图1和2中所示，第二阀体部104还包括远离孔142的外壁表面146延伸的同轴突起或圆锥部148。圆锥部148被成形为减小或减少涡流，并因此增加流动效率和减小由于涡流和噪音而引起的能量损耗。在一些实施例中，圆锥部148可与第二阀体部104一体地形成为基本整体的构件或结构。

在图1和图2中示出的实施例中，阀塞杆132延伸穿过孔142中的孔隙150。孔隙150包括维持通道110和孔142之间的密封的填料152，并允许阀塞杆132的平滑线性移动。填料152通过压紧螺母154保持在位置上，压紧螺母154可以压缩填料152来形成防水密封并阻止流体从通道110泄漏到孔142。

在该实施例中，轴向流体控制阀100还包括垫圈(即，密封件)156、157和阀笼158。垫圈156、157布置在第一阀体部102的第二法兰118和第二阀体部104的第三法兰120之间的阀笼158的任一侧上。阀笼158向外延伸，并在通道110的流体流动通路内轴向地对齐。阀塞120在阀笼158内是可滑动的，其尺寸适于紧密地配合在阀笼158内。在所示的实施例中，压缩环160接合在阀塞130和阀笼158之间。

阀座环162在入口112附近可操作地耦接到第一阀体部102的内表面。阀座环162包括用于收容阀塞130的锥形表面166的凸缘部164。在操作中，阀塞130沿朝向阀座环162的第一方向移动，以限制或阻止流体通过第一阀体部102、第二阀体部104流动，以及沿远离阀座环162的第二方向移动，以允许或增加流体通过第一阀体部102、第二阀体部104流动。

阀塞130是具有孔168a和168b的流动控制部件，用于平衡在通道110中的流体流和在阀笼腔室170中的阀塞130后面的区域之间的压强。在其它实施例中，阀塞130可包含2个以上或以下的孔，用来平衡阀笼腔室170中的阀塞130后面的压强。在其它实施例中，阀塞130可以是任何其它的流动控制部件，例如，不平衡阀塞。

为了在第一位置和第二位置之间移动阀塞联动装置106，联动杆134可操作地连接到第一线性致动器108a和第二线性致动器108b。联动杆134沿着纵向轴线172定向，并被布置在孔142中并延伸穿过孔142。在所示实施例中，联动杆134位于通道110的压强边界以外。

在该实施例中，第一和第二线性致动器108a、108b是气动的(由压缩气体操作)。气动致动器在涉及例如天然气等挥发性过程流体的应用中是有利的。然而，在其它实施例中，第一线性致动器108a和第二线性致动器108b可以是任何类型的线性致动器，例如，液压致动器、电气致动器、机械致动器、电机致动器、压电致动器或任何其它适当的致动器或驱动部件。

在所示的示例性的轴向流体控制阀100中，线性致动器108a、108b包括各自的增压缸180a、180b和致动器杆182a、182b。致动器杆182a、182b在联动杆134的末端通过适配器184a、184b耦接到联动杆134。在所示实施例中，适配器184a、184b通过紧固件186a-b(例如，螺栓)可移除地耦接到联动杆134。在其它实施例中，适配器184a、184b通过任何其它适当的固定装置可移除地耦接到联动杆134。在其它实施例中，杆182a、182b可以直接可移除地耦接到联动杆134，而不需要适配器184a和184b。

在操作中，压缩气体填满增压缸180a、180b，以朝向阀座环162推动杆182a、182b。线性致动器108a、108b沿着轴线188a、188b定向，轴线188a、188b基本平行于通道轴线140，但是相对于通道轴线140偏移(即，未同轴)。杆182a、182b沿着与通道轴线140基本对齐的轴线线性地移动联动杆134。在本实施例中，联动杆134用作连接杆并朝向或远离阀座环162来移动阀塞杆132并由此移动阀塞130，以改变穿过入口112和出口114之间的通道110的流体流动。

示例性的第一阀体部102、第二阀体部104和/或阀塞联动装置106可由任何适当的材料制成，例如，铸铁、碳钢、诸如不锈钢、高镍钢等耐蚀材料和/或任何其它适当的材料或其组合等。

图3示出了可替换的示例性轴向流体控制阀300的横截面视图。轴向流体控制阀300包括第一阀体部302、第二阀体部304、阀塞联动装置306和线性致动器308。第一阀体部302和第二阀体部304被耦接来限定通道310，当轴向流体控制阀300被安装在流体过程系统(例如，分配管道系统)中时，通道310提供在入口312和出口314之间的流体流动通路。

在所示实施例中，轴向流体控制阀300位于第二位置(即，打开位置)。轴向流体控制阀300可置于在通过上游管道316的上游供给源和通过下游管道318的下游供给源之间的流体流动通路中。在操作中，阀塞联动装置306在阻止流体319在入口312和出口314之间流动的第一位置(即，闭合位置，未示出)和在允许流体319在入口312和出口314之间流动的第二位置(即，打开位置)之间运行。

示例性的阀塞联动装置306包括阀塞320、阀杆322、联动杆324、销槽接头326、接头328和枢轴或支柱(fulcrum)330。如实施例中所示，阀杆322在第一端322被耦接到阀塞320。阀塞320和阀杆322的一部分布置在通道310内，使得它们的纵向轴线基本轴向对齐(即，同轴)或基本平行于通道310的纵向轴线334及从其流过的流体。

在该实施例中，第二阀体部304包括腔室336，该腔室336延伸到第二阀体部304内。腔室336收容联动杆304、销槽接头326和支柱330。支柱330是耦接到腔室336的内壁338的枢轴接头。

腔室336通过腔室336的外壁340与通道310流体地隔离。通道310在腔室336的下面任一侧的周围转向，并且腔室336的内侧暴露于轴向流体控制阀300外的大气。

阀杆322横越过腔室336的壁上的孔隙342。孔隙342包括用来维持通道310中的过程流体和腔室336的密封的填料344。填料344通过压紧螺母346保持在位置上，用以压缩填料344来形成防水密封并阻止过程流体从通道310泄漏到腔室336。

在所示实施例中，轴向流体控制阀300还包括垫圈(即，密封件)348、349和阀笼354。垫圈348、349布置在第一阀体部302的第二法兰350和第二阀体部304的第三法兰352之间的阀笼354的任一侧上。阀笼354在通道310的流体流动通路中轴向地延伸。阀座环356在入口312附近可操作地连接到第一阀体部302的内表面。阀座环356包括用来收容阀塞320的凸缘部358。在操作中，阀塞320沿朝向阀座环356的第一方向移动，以限制或阻止流体通过第一、第二阀体部302、304流动，以及沿远离阀座环356的第二方向移动，以允许或增加流体通过第一、第二阀体部302、304流动。

阀杆322的第二端360通过销槽接头326(例如，半接头)枢轴可滑动地连接到联动杆324的末端。在所示实施例中，联动杆324包括狭槽362，联动杆324和阀杆322在狭槽362中通过销364(例如，钉、旋钮等)连接。联动杆324通过支柱330枢轴连接到腔室336的内壁338。

为了在第一位置(闭合位置)和第二位置(打开位置)之间移动阀塞联动装置306，联动杆324通过接头328枢轴连接到线性致动器308。在所示实施例中，致动器308包括增压缸366和致动器杆368。致动器杆368通过铰链372枢轴耦接到中间杆370，而中间杆370通过接头328枢轴连接到联动杆324。在其它实施例中，致动器杆368和联动杆324可通过任何其它适当的机械方式可滑动地枢轴连接。

在所示实施例中，在操作中，压缩气体填满增压缸366，以沿向外方向(即，朝着阀座环356)推动致动器杆368。线性致动器308沿着轴线374定向，轴线374基本平行于通道轴线334，但是相对于通道轴线334偏移(即，未同轴)。致动器杆368通过中间杆370移动联动杆324，联动杆324围绕腔室336中的支柱330转动。因此，联动杆324移动阀杆322和阀塞320远离阀座环356来打开通道310，并允许流体从入口312穿过阀体流到出口314。在本实施例中，联动杆324用作杠杆或摇臂杆，其将致动器308的线性运动转换成阀塞320的线性运动。

这里描述的示例性的轴向流体控制阀100、300有利地减小了容纳轴向阀所需的整体尺寸，显著地减少了需要大量密封件和垫圈的内流致动组件的数目，并提高了流动效率。由于致动组件布置在流体流的压强边界以外，该示例性的轴向流体控制阀100、300还减小了不必要的泄漏。另外，示例性的轴向流体控制阀100、300包括更少的移动部件，这大大降低了制造和维护成本。这里描述的示例性的阀还包括在入口和出口之间轴向对齐的通道，用来提供穿过阀的最小限制的流动通路。

尽管这里已经描述了某些示例性的装置，但是本专利的保护范围并不限于此。相反地，本专利覆盖了或者按照字面含义或者按照等同原则合理地落入所附权利要求的范围内的所有方法和装置及其制造物品。

Claims (20)

1.一种装置，其特征在于，包括：

轴向阀体，其限定在入口和出口之间的通道；

阀塞联动装置，其相对于所述轴向阀体是可移动的，并沿着第一轴线与所述通道基本对齐；以及

线性致动器，其具有可操作地耦接到所述阀塞联动装置的杆，用于沿着所述第一轴线在所述通道内移动所述阀塞联动装置的至少一部分，以改变流体通过所述通道的流动，其中，所述线性制动器的所述杆沿着不同于所述第一轴线的第二轴线移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轴向阀体包括延伸到所述轴向阀体内的孔，所述孔与所述通道流体隔离，其中，所述阀塞联动装置的至少一部分布置在所述轴向阀体的所述孔内并在其内移动。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀塞联动装置包括联动杆，所述联动杆具有纵向轴线，其沿着不同于所述第一轴线的第三轴线定向，并且其中，所述联动杆沿着与所述第一轴线基本对齐的方向移动来移动阀塞。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀塞联动装置包括联动杆，所述联动杆枢轴连接到固定于所述轴向阀体的支柱。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线性致动器被固定到所述轴向阀体的外表面。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轴向阀体包括用来收容所述线性致动器的一体模制的壳体。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一轴线和所述第二轴线基本平行。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轴向阀体包括在所述入口和所述出口之间的一体结构。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括可操作地耦接到所述阀塞联动装置的第二线性致动器。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轴向阀体包括阀座，并且所述线性致动器朝着所述阀座移动所述阀塞联动装置以阻止流体在所述入口和所述出口之间流动，以及所述线性致动器远离所述阀座移动所述阀塞联动装置以允许流体在所述入口和所述出口之间流动。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括阀笼，其耦接到所述轴向阀体，并沿着所述第一轴线基本对齐来收容所述阀塞联动装置的至少一部分。

12.一种装置，其特征在于，包括：

轴向阀体，其限定在入口和出口之间的通道；

阀塞，其相对于所述轴向阀体可滑动地移动，并沿着第一轴线与所述通道的流体流动通路基本对齐；以及

联动杆，其可操作地耦接到所述阀塞，其中所述联动杆的纵向轴线沿着不同于所述第一轴线的第二轴线定向，其中所述联动杆沿着与所述第一轴线基本对齐的方向移动来移动所述阀塞。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述轴向阀体包括延伸到所述轴向阀体内用来收容所述联动杆的开口。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第二轴线基本垂直于所述第一轴线。

15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括可操作地耦接到所述联动杆的线性致动器。

16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述通道、所述入口以及所述出口沿着所述第一轴线基本对齐。

17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述联动杆和所述阀塞通过杆可操作地耦接，所述杆在所述通道内沿着所述第一轴线基本对齐。

18.一种装置，其特征在于，包括：

阀杆；

阀塞，其耦接到所述阀杆的一端，其中所述阀塞具有与所述阀杆基本对齐的轴线；

联动杆，其耦接到所述阀杆的另一端；以及

线性致动器，其可操作地连接到所述联动杆来沿着与所述阀杆的轴线基本平行的方向移动所述联动杆的至少一部分，其中所述阀塞和所述阀杆布置在轴向阀体内，并与穿过所述轴向阀体的流体流动通路基本对齐。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括第二线性致动器，其可操作地连接到所述联动杆，其中，所述线性致动器通过所述阀杆和所述联动杆移动所述阀塞，以改变流体通过所述轴向阀体的流动。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述线性致动器被可操作地耦接到所述联动杆的末端。

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