CN103597261B - 可在线修理的金属阀座浮球阀 - Google Patents

Abstract

一种用于在线修理的金属阀座浮球阀，其具有阀体、安装在该阀体内的球体、连接该球体的阀杆和连接至该阀体的阀盖。浮球阀还具有邻近球体的安装在阀体内的第一阀座和第二阀座、邻近第一阀座并与第一阀座和第二阀座成列排布地安装在阀体内的张紧环和邻近张紧环并与张紧环成列排布地安装在阀体内的阀座偏压件。张紧环可以具有邻近上端的开口和沿着下端的楔形表面。

Description

可在线修理的金属阀座浮球阀

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年6月8日递交的美国临时申请第61/494,466号的权益。

联邦政府资助的研究或开发的相关说明

不适用

联合研究协议当事人名称

不适用

“序列表”、表格或计算机程序的援引

不适用

背景技术

球阀在行业内为大众所熟知，比如动力行业（球阀例如可被用于输送蒸汽或超热蒸汽的管道中）、炼油行业等。在球阀中，具有贯穿其中的孔的球体布置在阀的流路上。球体可被插入阀体的阀杆转动。阀杆可将球体自打开位置旋转至关闭位置其中，在打开位置，贯穿球体的孔与流路对准，在关闭位置，球体的实心部与流路对齐。球体和将该球体密封在阀内的阀座的至少一部分可以经由阀的流路进行安装和拆除。因此，为了修理和/或更换阀内的球体和/或阀座，该阀必须至少部分地被移离管道。需要一种球阀，其可以在其保持在线的同时也即在和管道接合的状态下有效地进行维护和修理。

发明内容

一种用于在线修理的金属阀座浮球阀，其具有阀体、安装在阀体内的球体、连接球体的阀杆，和连接至阀体的阀盖。该浮球阀还具有邻近安装在阀体内的球体的第一阀座和第二阀座、邻近第一阀座并与第一阀座和第二阀座成列排布地安装在阀体内的张紧环和邻近张紧环并与张紧环成列排布地安装在阀体内的阀座偏压件。张紧环可以具有邻近上端的开口和顺沿下端的楔形表面。

附图说明

通过参考附图，本领域技术人员可以更好地理解各实施例，且众目的、特征和优点对于本领域技术人员来说将会更加明显。这些附图仅用于例示本发明的典型实施例，且并不认为是对其范围的限制，因为本发明可允许其它同样有效的实施例。附图不一定是等比绘制的，为了清楚和简要，附图中的某些特征和某些视图将以放大的比例或示意的方式予以示出。

图1示出了球阀的局部横截的示意性透视图。

图2是球阀的分解透视图。

图3是球阀的透视横截面视图。

图4示出了球阀的另一实施例的局部横截的示意性透视图。

图5是图4中的球阀实施例的分解透视图。

图6示出了图4所示实施例的另一示意性透视图。

图7是张紧环的一个实施例的立面视图。

图8是图7示出的实施例的侧视图。

图9是张紧环拆卸工具的一个实施例的示意图。

图10示出了用于从底部进入的一个实施例。

具体实施方式

随后的说明内容包括了示例性的多个装置、方法、技艺和体现本发明实质内容之技艺的指令序列。但应当理解，所描述的实施例在没有这些具体细节的情况下也可进行实施。

图1示出了在线浮球阀100的局部横截示意图。球阀100被示出为位于打开位置，在该打开位置，贯穿阀100的流路102允许流体流过。阀100具有球体104、第一阀座106（或弹簧座）、第二阀座108（或主密封座）、阀座偏压件110、阀杆112、两个接口端113和阀盖114。球体104被示出为位于打开位置。在该打开位置，孔116允许流体通过流路102流过阀100。在关闭位置，球体104被旋转90度，从而借由球体104的抵靠第一阀座106和/或第二阀座108的实心部来密封流路102。阀杆112可通过在阀体118内的通道120插入阀体118。致动器（未示出）可接合到阀杆112以在打开位置与关闭位置之间驱动球体104。如图所示的两接口端113被构造成与管道（未示出）焊接，然而应当理解，接口端113可以是任何合适的连接形式，包括但不限于对头焊接、承插焊接、螺栓法兰配合等。

如图1所示，通道120可被构造成在接口端113接合到管道系统时允许球体104、第一阀座106、第二阀座108和/或阀座偏压件110被自阀100中拆除，下面将对此做更详细的描述。第一阀座106和第二阀座108可例如由任何基于周期表的金属制成。

阀盖114可被构造成在邻近通道120的位置固定至阀100。当允许阀杆112穿过球体104的同时，阀盖114可利用密封件121（像例如阀体垫片）密封通道120。阀盖114可具有致动机构部122和阀部124。致动机构部122可被构造成用于将致动器接合至阀盖114并从而接合至阀杆112。阀部124可被构造成在密封通道120的同时将阀盖114固定至阀100。阀部124可具有通道接合部126、一个或多个连接件128和阀杆孔130。通道接合部126可部分固定在通道120内，从而基本上阻止流体流出流路102。此外，可在金属环132的下方设置密封装置，和/或设置密封件121以进一步阻止流体自通道120流出。如图所示，所述一个或多个连接件128可以是用以将阀盖114固定至阀100的多个螺母和螺栓。

阀杆孔130可以是在阀盖114的阀部124内的开孔，其允许阀杆112从中穿过。还可设置一个轴承134或多个轴承，以帮助密封和/或支承穿过阀盖114的阀杆112的旋转。

如图所示，第一阀座106是大致呈环形的构件，其具有阀座表面136a和偏压件接合部138。阀座表面136a可被构造成接合球体104的外表面并阻止流体在阀座表面136a与球体104之间经过。偏压件接合部138可被构造成接合阀座偏压件110。阀座偏压件110可将第一阀座106偏压至与球体104密封接合。阀座偏压件110可以是整体件、开口环和/或具有多个部件。例如，阀座偏压件110可以具有分离的两个部件。使两个部件分离有助于安装和/或拆除该阀座偏压件110。第一阀座106还可具有台肩140。该台肩140可允许操作者或工作人员将第一阀座106与拆卸工具300接合（见图3）以挤压阀座偏压件110。如下文将更详细地论述的那样，当阀座偏压件110被挤压时，球体104可被拆离阀100。阀座偏压件110可以是任何合适类型的偏压件，其包括但不限于一个或多个蝶形弹簧、一个或多个波形环、一个或多个螺旋弹簧、一个或多个波形弹簧或波形环、一个或多个弹性体构件、一个或多个片簧、以及它们的任何组合等。除此之外或作为替代，还可以具有用以偏压第一阀座106的第二阀座偏压件如波形环301（见图3）。可使用间隔件141将阀座偏压件110与波形环301分隔，或者波形环301可直接接合阀座偏压件110。间隔件141可以是固定的刚性件、浮动环、或任何其它合适的装置。尽管第二阀座偏压件被示出为波形环301，但应当理解，任何合适的装置或装置组合均可用作第二阀座偏压件，其包括但不限于任何数量的蝶形弹簧（如4个依次排列的蝶形弹簧）、一个或多个螺旋弹簧、多个波形弹簧或波形环、一个或多个弹性体构件、一个或多个片簧、以及它们之间的任何组合等。第二阀座偏压件，如波形环301，允许通过挤压以使得第一阀座106更好地移动。

如图所示，第二阀座108是大致呈圆柱形的构件，其具有阀座表面136b和基部142。阀座表面136b可被构造成与球体104的外表面接合并阻止流体自阀座表面136b与球体104之间流过。基部142可被构造成与阀100的内台肩144严密接合。基部142可包括由不锈钢焊接形成的层、或是与第二阀座108一体连接的缓冲结构。第二阀座108可被构造成在阀100内保持固定直至其被从阀100拆除。

图2示出了阀100，其阀盖114已被拆下以备拆除球体104（如图1所示）、第一阀座106（如图1所示）和/或第二阀座108（如图1所示）。为拆除球体104（如图1所示），所述一个或多个连接件128分离以允许阀盖114自阀100被拆除。所示阀盖114具有上阀盖法兰200。当阀盖114自阀100上拆除后，阀100上的通道120可进入。通道120可允许操作者或工作人员接近并拆除球体104、第一阀座106和/或第二阀座108。

图3示出了被构造用于拆除球体104（即如图1和2所示阀盖114已被拆除）、第一阀座106和/或第二阀座108的阀100。拆卸工具300可从阀100的上表面302进行安装。拆卸工具300可帮助拆除球体104、第一阀座106和/或第二阀座108。

拆卸工具300可具有活动件304、致动件306、多个框架构件308和支承杆310。如图所示，每个框架构件308具有开口部312、支承件313和连接部314。开口部312可被构造成进入通道120。可将开口部312的尺寸具体设定成适于进入通道120并与通道120的内周缘316接合。通过接合内周缘316，致动件306可以具有更高的杠杆作用来致动活动件304以分离第一阀座106。支承件313可将开口部312接合至连接部314。如图所示，支承件313是大致呈矩形的支承件。连接部314可被构造成容纳支承杆310，从而将框架构件308彼此连接。连接部314可以是框架构件308内的孔。支承杆310可具有额外的长度，以允许基于阀100的尺寸和/或通道120的尺寸对框架构件308之间的距离进行调整。

致动件306如图所示是杠杆，该杠杆在转动时将移动活动件304。当杠杆绕枢轴销318旋转时，活动件304朝向第一阀座106摆动。活动件304可具有用于接合台肩140的接合部320。该接合部320可被构造成将活动件304固定到第一阀座106或直接固定到阀座偏压件110。在活动件304的接合部320固定到第一阀座106或阀座偏压件110时，杠杆的继续运动可挤压阀座偏压件110。在阀座偏压件110被挤压时，第一阀座106不再压靠球体104，从而球体104可被抓持并自阀100中拆除。当球体104自阀100中拆除后，拆卸工具300可自阀100中拆除，从而允许第一阀座106和/或第二阀座108自阀100中拆除。球体104、第一阀座106、第二阀座108和/或阀座偏压件随后可在阀100中进行修理和/或更换，和/或对球体104和阀座106,108的进一步的维修工作可在流路102或腔室中完成。

图4-6示出了在线浮球阀110a的另一实施例的透视图（图4为局部横截视图）。球阀100a被示出为处于关闭位置，从而贯穿阀100a的流路102a不允许流体流过。阀100a可例如具有球体104a、第一阀座106a（或弹簧座）、第二阀座108a（或主密封阀座）、阀座插入件109a（例如作为防锈层或罩的不锈钢环，或由不锈钢焊接形成的层，或是与第二阀座108a一体连接的缓冲结构）、张紧环400、第一阀座偏压件110a、环形垫圈或垫片111a、第二阀座偏压件110b、间隔件141a、阀杆112a、两个接口端113a和阀盖114a。球体104a被示出为位于关闭位置。在关闭位置，球体104a借由球体104a的抵靠第一阀座106a和/或第二阀座108a的实心部密封流路102a。在打开位置，球体104a旋转例如90度从而孔116a允许流体通过流路102a流过阀100a。阀杆112a可通过阀体118a内的通道120a插入阀体118a。致动器（未示出）可接合至阀杆112a，以在打开位置与关闭位置之间驱动球体104a。如图所示的两接口端113a被构造成与管道（未示出）焊接，然而应当理解，接口端113a可以是任何合适的连接，包括但不限于对头焊接、承插焊接、螺栓法兰配合等。

如图5和6所示，通道120a可被构造成在接口端113a接合到管道系统时允许球体104a、第一阀座106a、第二阀座108a、张紧环400、第一阀座偏压件110a和/或第二阀座偏压件110b自阀100a中拆除，下文将对此做更加详细的描述。第一阀座106a和第二阀座108a例如可由金属制成。

阀盖114a可被构造成在邻近通道120a的位置被固定至阀100a。阀盖114a可利用密封件121a（像例如阀体垫片或金属密封垫片）密封通道120a，同时允许阀杆112a接触球体104a。阀盖114a可具有致动机构部122a和阀部124a。致动机构部122a可被构造成用于将致动器接合至阀盖114a，并从而接合至阀杆112a。阀部124a可被构造成在密封该通道120a时将阀盖114a固定至阀100a。阀部124a可具有通道接合部（图4-6未示出）、一个或多个连接件128a和阀杆孔130a。通道接合部（图4-6未示出）可部分固定在通道120a内，从而充分地阻止流体流出流路102a。此外，可设置间隔件132a和/或密封件121a以进一步阻止流体自流路102a流出。如图所示，所述一个或多个连接件128a可以是用以将阀盖114a固定至阀100a的多个螺母和螺栓。

阀杆孔130a可以是阀盖114a的阀部124a内的开口，其允许阀杆112a从中经过。也可设置一个轴承134a或多个轴承，以帮助密封和/或支承穿过阀盖114a的阀杆112a的旋转。

如图所示，第一阀座106a是大致呈环形的构件，其具有阀座表面136a和张紧部138a。阀座表面136a可被构造成接合球体104a的外表面并阻止流体在阀座表面136a与球体104a之间经过。张紧部138a可被构造成接合张紧环400（或在替代结构中接合阀座偏压件110或垫片111a）。在张紧环400被成列排布地插入密封列402（该密封列402是球体104a、第一阀座106a、第二阀座108a、张紧环400以及一个或多个第一阀座偏压件110a和/或第二阀座偏压件110b的某个组合）内时，张紧环400将张紧球体104a与相应的第一阀座106a和第二阀座108a之间的密封。换句话说，当张紧环400被插入密封列402内时，所述一个或多个第一和/或第二阀座偏压件110a和110b可将第一阀座106a和第二阀座108a偏压至与球体104a密封接合。

参见图7和8，其中示出了张紧环400的一个实施例。张紧环400具有本体403，该本体限定出可形成为流路102a的一部分的中央通道404。张紧环400还限定出开口406，该开口用于利用张紧环拆卸工具500（见图9，图中示出了张紧环拆卸工具500的一个实施例，其利用手柄502操纵用于操纵、抓持和/或钩持的钩形和锥形的端部504）操纵、抓持和/或钩住张紧环400。开口406可以是或不是通孔，可以是直孔或由两个交叉的通道形成的孔，可形成为具有多种形状，包括最适合用于抓持或钩持的凹形内表面，或可以被形成为适于撬动的表面。张紧环400可具有优选沿下端410的一个或多个锥形边408（图中例示出具有呈10度的锥形的两个边缘）。在当前的优选实施例中，张紧环400由于锥形边408而形成楔形装置，该锥形边形成用于插入或拆离密封列402的楔形表面416。张紧环400可制成为不具有楔形表面416。张紧环400可由其它形状（如卵形或除图7中示出的圆形外部构造之外的其它形状）形成，并可具有凸伸超出上端412的接片（其中该接片可包围开口406）。张紧环400还可具有台肩414（见图6），该台肩414以比第一阀座106a更大的半径伸出。台肩414可允许操作者或工作人员利用拆卸工具500（见图9）操纵或接合张紧环400，以操纵或挤压第一阀座偏压件110a和/或第二阀座偏压件110b，或帮助定位开口406。张紧环400可由任何合适的材料制成（例如不锈钢）。

拆卸工具500可以是用于拆除的任何工具，包括用于抓持的人手、常用的螺丝刀或带有螺纹的装置。

第一和/或第二阀座偏压件110a/110b可以是用于弹性加载的任何合适的类型的偏压构件，包括但不限于一个或多个蝶形弹簧、一个或多个波形环、一个或多个螺旋弹簧、一个或多个波形弹簧或波形环、一个或多个弹性体构件、一个或多个片簧、以及它们的任何组合等。第二阀座偏压件110b对偏压第一阀座106a而言是可选的，并且如果不使用第二阀座偏压件110b的话，垫片111a也可被省去。垫片111a是可选的（即可以被除去），或者该垫片可以用于将第一阀座偏压件110a与第二阀座偏压件110b隔开。第一阀座偏压件110a可直接与第一阀座106a接合，在这种情况下，张紧环400可就位于第一阀座偏压件110a的相对侧。间隔件141a是可选的（即可以被省掉），且如果包括该间隔件的话，其可以是固定的刚性件、浮动环、或是任何其它合适的装置。第二阀座偏压件110b允许通过挤压使得阀座106a更好地移动，并允许插入或拆除张紧环400。还可以将两个以上的阀座偏压件使用与密封列402中。

图10示出了具有底部入口的在线浮球阀100b的一个实施例。球阀100b被示出位于关闭位置，从而贯穿阀100b的流路102b不允许流体流过。阀杆112b可通过阀体118b内的通道120b插入阀体118b。具有底部入口的在线浮球阀100b是用于自底部从阀体118b拆除球体104b、第一阀座106b和第二阀座108b，且可例如包括阀座插入件109b（例如作为防锈层或罩的不锈钢环，或由不锈钢焊接形成的层，或是与第二阀座108b连接为一体的缓冲结构）、张紧环400b、第一阀座偏压件110c、环形垫圈或垫片111b、第二阀座偏压件110d和/或间隔件141b。阀入口阀盖124b被构造成允许经由阀体118b的底部420穿过第二入口通道120c以进入并拆除上述部件。应当理解，用于拆除球体和阀座的在线浮球阀100b也可以形成为用于从侧面与图10类似地进入并拆除，但其阀入口阀盖124b位置例如旋转90度。

尽管参照不同的实施和运用方式对众实施例进行了描述，但应当明白，这些实施例是示例性的，并且本发明主题的范围并不受限于这些实施例。多种变化、更改、增加和改进是可能的。例如，本文所用的技术可以应用到用于管道系统的任何阀。

作为单数情形在本文中描述的部件、操作或结构也可以用于多个的情形。通常，在示例性结构中作为单个部件示出的结构和功能可作为组合的结构或部件来实施。类似地，作为单个构件所示出的结构和功能可作为多个单独构件来实施。这些和其它变化、更改、增加和改进将落入本发明主题的范围内。

Claims (17)

1.一种用于在线修理的金属阀座浮球阀，其中，所述金属阀座浮球阀具有阀体、安装在该阀体内的球体、连接该球体的阀杆和连接至该阀体的阀盖，其还包括：

邻近该球体安装在该阀体内的第一阀座；

邻近该球体安装在该阀体内的第二阀座；

邻近该第一阀座并与该第一阀座和该第二阀座成列排布地插入在该阀体内的张紧环，其中该张紧环允许被插入或拆除,所述张紧环限定有中央通道和开口，其中，所述开口是由至少两个相交的通道形成的孔并且包括被构造成用于钩住所述张紧环的凹形内表面；和

邻近所述张紧环并与所述张紧环成列排布地安装在该阀体内的阀座偏压件。

2.根据权利要求1所述的浮球阀，还包括：

邻近所述第一阀座并与所述第一阀座成列排布地安装在所述阀体内的垫片；和

邻近所述垫片并与所述垫片成列排布地安装在所述阀体内的第二阀座偏压件。

3.根据权利要求2所述的浮球阀，还包括：

邻近所述第二阀座地安装的阀座插入件；和

邻近所述第二阀座偏压件安装的间隔件。

4.根据权利要求1所述的浮球阀，其中，所述张紧环被插入在所述第一阀座和所述阀座偏压件之间。

5.根据权利要求1所述的浮球阀，其中，所述开口是通孔。

6.根据权利要求1所述的浮球阀，其中，所述张紧环还包括楔形表面。

7.根据权利要求1所述的浮球阀，还包括安装在所述阀体内的第二阀座偏压件，其中，所述第二阀座偏压件的一端相对地置靠另一阀座偏压件的一端。

8.根据权利要求1所述的浮球阀，还包括安装在所述阀体内的第二阀座偏压件，其中，所述第二阀座偏压件叠置在另一阀座偏压件的上部。

9.根据权利要求1所述的浮球阀，其中，所述阀体具有被构造成用于拆除至少所述球体的第二入口通道，并且所述第二入口通道由阀入口阀盖选择性地封闭。

10.根据权利要求9所述的浮球阀，其中，所述第二入口通道被限定为穿过所述阀体的底部。

11.根据权利要求9所述的浮球阀，其中，所述第二入口通道被限定为穿过所述阀体的横向侧，以使得所述第二入口通道被构造成横向于所述阀杆的轴线。

12.根据权利要求1所述的浮球阀，还包括张紧环拆卸工具，其中所述张紧环拆卸工具包括手柄和带钩的锥形端。

13.根据权利要求1所述的浮球阀，还包括凸伸超出所述张紧环上端的接片。

14.根据权利要求1所述的浮球阀，还包括：

邻近所述阀座偏压件安装在所述阀体内的第二阀座偏压件；

其中，所述张紧环插入在所述第一阀座和所述阀座偏压件之间；

所述张紧环限定有中央通道和开口；和

所述张紧环还包括楔形表面。

15.一种用于在线张紧和修理金属阀座浮球阀的装置，包括根据权利要求1-14中任一项所述的张紧环。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述开口是通孔。

17.一种用于在线修理根据权利要求1-14中任一项所述的金属阀座浮球阀的方法，包括以下步骤：

打开进入所述金属阀座浮球阀的阀体的通道；

从所述阀体拆除张紧环；

拆除安装在所述阀体内的球体；

更换所述球体至所述阀体内；和

通过将张紧环插入在安装于所述阀体内的第一阀座和阀座偏压件之间来更换所述张紧环。