CN103672136B - 具有环形流动控制元件的轴向流体阀 - Google Patents

Abstract

本文公开一种具有环形流动控制元件的轴向流体阀。本文所述的一种示例性轴向流体阀包括限定入口与出口之间的通道的轴向流体阀体。该示例性轴向流体阀包括可由该阀体的内表面滑动地接收并且可沿与该通道的纵轴基本上平行的轴移动的套管。该示例性轴向流体阀包括联动装置或齿轮，该联动装置或齿轮可操作地连接到该套管以移动该套管以经过该套管改变该入口与该出口之间的流体流动。

Description

具有环形流动控制元件的轴向流体阀

技术领域

本文的公开整体而言涉及轴向流体阀，并且更具体而言涉及具有环形流动控制元件的轴向流体阀。

背景技术

流体控制阀(例如滑动杆阀、球心阀、回转阀、蝶形阀、球阀等等)在过程控制系统中用于控制过程流体的流动并且典型而言包括致动器(例如回转致动器、线性致动器等等)以致动该阀的操作。这些流体控制阀中的一些流体控制阀虽然可用于许多应用中，但是却有一些折中。例如，蝶形阀可用于以有效的方式控制大的流体体积，但是仅具有适中的准确性并且其中的密封件通常受到生命周期和温度范围的限制。另一方面，球心阀典型而言提供严格的调整和精确的控制，但是通常对于给定的线路尺寸提供较低的流动容量。

直线或轴向流体控制阀是上述流体控制阀的一种替换。轴向阀的一个好处在于它们具有球心阀型的调整并且因此具有由球心阀提供的优点。具体而言，在轴向阀中，可以相对于流体流动路径定向该调整，以增加效率并且降低由于噪声和紊乱导致的能量损失。通常将致动器的输出轴经由齿条-齿条、齿条-齿轮或类似的齿轮组件连接到轴向阀的阀体之中的流动控制元件(例如塞子)。致动器相对于底座环在开启位置与闭合位置之间移动阀体之中的流动控制元件，以允许或者阻止流体流过该阀。

然而，许多已知的轴向流体阀仍然在控制流体流动而不带有由于紊乱而导致的实质的骚乱或能量损失方面存在问题。这些已知的轴向流体阀通常利用流体流动路径中的致动器和传动装置，结果造成局限，增加了经过轴向流体阀的紊乱流动。此外，这些轴向流体阀中的许多轴向流体阀在致动和密封(例如垫圈、密封圈、密封环) 方面存在问题。流体流动路径中的致动器和传动装置需要大量的密封件和垫圈来保护内部齿轮和其他致动组件避免经受加压过程流体。例如，这些具有外部安装的致动器的已知的轴向流体阀通常需要使用密封圈来相对于延伸进入阀体的阀杆进行密封。密封圈可能破坏并且导致过程流体泄漏。在其他实例中，一些已知的轴向阀使用复合齿轮箱来将来自致动器的运动转换成塞子的线性移动。典型而言，齿轮箱处于流体流动路径中并且因此需要大量密封件来防止过程流体进入齿轮箱。操作具有这种需要大量密封件的大量移动零件的轴向流体阀极大地增加了流体泄漏到阀体外部的可能性并且增加了制造和维护成本。

发明内容

一种示例性装置包括用于限定入口与出口之间的通道的轴向流体阀体。该示例性装置包括可由该阀体的内表面滑动地接收并且可沿与该通道的纵轴基本上平行的轴移动的套管。该示例性装置包括联动装置或齿轮，该联动装置或齿轮可操作地连接到该套管以移动该套管以通过该套管改变该入口与该出口之间的流体流动。

在另一个实例中，一种装置包括用于限定入口与出口之间的通道的轴向流体阀体。环形流动控制元件可由该阀体的内表面滑动地接收并且可沿与该通道的纵轴基本上平行的轴移动，其中流体的流动将经过该流动控制元件。

在另一个实例中，一种装置包括用于限定入口与出口之间的通道的轴向流体阀体。套管可由该阀体的内表面滑动地接收并且可沿与该通道的纵轴基本上平行的轴移动。该实例包括用于在该通道中轴向地移动该套管以改变该入口与该出口之间的流体流动的装置。

附图说明

图1A示出了根据本文的公开的教导的具有线性致动器的示例性轴向流体阀处于第一位置中的横截侧视图。

图1B示出了图1A的示例性轴向流体阀处于第二位置中的横截侧视图。

图2示出了具有替换的线性致动器方向的示例性轴向流体阀的横截侧视图。

图3A示出了具有回转致动器的示例性轴向流体阀处于第一位置中的横截俯视图。

图3B示出了图3A的示例性轴向流体阀处于第二位置中的横截俯视图。

图3C示出了图3A和3B的示例性轴向流体阀的横截侧视图。

具体实施方式

在上述附图显示了并且在下文中详细描述了特定实例。在描述这些实例时，相似或相同的附图标记用于识别相同或相似的元件。附图不一定是按比例的，并且，为了清楚和/或简明起见，可以比例放大地或者示意性地显示特定附图以及附图的特定视图。另外，在整个说明书中描述了多个实例。来自任意实例的任意特征可以与来自其他实例的其他特征包括在一起、替代或者以其他方式组合。

本文所述的示例性轴向流体阀降低阀噪声，提供轴向对齐的流体流动通道以降低紊乱流动并且改善流动容量，显著地消除了需要大量的密封件和垫圈的流动内致动组件，并且增加流动效率以使得能够使用更小的泵和管线系统。通常，本文所述的示例性轴向流体阀使用环形流动控制元件(例如套管)来改变经过该环形流动控制元件并且环绕被布置在轴向阀体的通道中(例如位于通道中心)的密封件传递的流体的流动。

更具体而言，在本文所述的示例性轴向流体阀中，套管可由阀体的内表面滑动地接收并且沿流体流动通道移动(例如平移)。套管可以具有与该通道的中心轴轴向地对齐的中心轴。该套管可以可操作地耦接到致动器(例如线性致动器、回转致动器等等)以移动该套管以控制轴向流体阀的入口与出口之间的流体流动。轴向流体阀还可以包括中心地设置在阀体的通道中并且经由多个连接板(例如支撑元件)耦接到阀体的内表面的密封件。在操作中，流体在第一末端处流入套管，在第二末端处流出套管，并且环绕密封件流向轴向流体阀的出口。该套管将经由致动器朝向密封件移动，因而套管的第二末端接合该密封件以防止液体的流动经过套管并且从而经过轴向流体阀。该轴向流体流动通道通过降低经过阀的通道的约束并且因此降低经过阀的通道的紊乱流，极大地提高流动效率。

本文所述的示例性轴向流体阀包括线性致动器，该线性致动器具有与经过该轴向流体阀的流体的流动基本上垂直地放置的阀杆。该线性致动器杆经由连杆(例如联动装置)可操作地耦接(例如连接)到套管。该连杆被布置在阀体的腔体中并且被耦接到套管的外表面。在操作中，连杆将致动器的线性移动转换成套管在阀体的通道中的线性移动。该示例性轴向流体阀使得套管能够在阀体中轴向地滑动并且降低轴向流体阀的流体流动路径中的组件的数量。

在另一个示例性轴向流体阀中，套管包括在套管的外表面上的多个齿。具有小齿轮(例如齿轮)的回转致动器接合该齿，以在阀体中轴向地移动该套管，以控制经过套管的流体流动并且因此控制经过轴向流体阀的通道的流体流动。

在本文所述的示例性轴向流体阀中，流体流动路径基本上是线性的，这允许流体以比许多已知的阀更小的损失和噪声传递经过该阀。此外，本文所述的实例使得能够在流体流动路径或流的外部布置轴向流体阀的移动组件的相对大的部分，因而显著地降低了所需要的密封件和垫圈的数量。本文所述的套管和致动器或致动装置显著地降低操作轴向流体阀所需要的移动零件的数量。因此，套管和致动装置极大地简化了制造和加工要求并且因此降低了制造轴向流体阀的成本。

图1A示出了本文所述的一个示例性轴向流体控制阀100的横截侧视图。轴向流体控制阀100包括第一阀体部分102、第二阀体部分104、套管106、线性致动器108、连杆110(例如联动装置)和密封件112。阀体部分102和104耦接以限定通道114，当将轴向流体控制阀100安装在流体控制系统(例如管道分配系统)中时通道114 提供入口116与出口118之间的流体流动路径。在一些实例中，可以一体地形成第一阀体部分102和第二阀体部分104，以将轴向流体控制阀100限定为基本上单体的物件或结构。

第一阀体部分102包括位于入口116处的第一法兰120以及可拆除地耦接到第二阀体部分104的第三法兰124的第二法兰122。第一阀体部分102的第二法兰122和第二阀体部分104的第三法兰124 可以与任意合适的固定机构可拆除地耦接。第二阀体部分104还包括位于出口118处的第四法兰126。在操作中，第一阀体部分102 的第一法兰120可以耦接到上游管道128并且第二阀体部分104的第四法兰126可以耦接到下游管道130。

在图1A中所示的实例中，轴向流体控制阀100处于第一位置中 (例如开启)，并且在图1B中所示的实例中，轴向流体控制阀100 处于第二位置中(例如闭合)。将轴向流体控制阀100插入在经由上游管道128的上游供应源与经由下游管道130的下游供应源之间的流体流动路径中。过程流体可以包括任意过程流体，如天然气。在操作中，套管106在允许流体在入口116与出口118之间流动的第一位置(例如开启位置)与防止流体在入口116与出口118之间流动的第二位置(例如闭合位置)之间操作。

在图1A和图1B中所示的示例性轴向流体控制阀100中，套管 106具有内表面132、外表面134、第一末端136和第二末端138。第一阀体部分102的内表面140可滑动地接收套管106的靠近第一末端136的外表面134，并且第二阀体部分104的内表面142可滑动地接收套管106的靠近第二末端138的外表面134。套管106与轴向流体控制阀100的轴144基本上轴向地(例如同轴地)对齐，以限定经过第一阀体部分102、第二阀体部分104和套管106的流体流动路径。

如图1A和1B中所示的，密封件112被布置在通道114的中央并且基本上沿轴向流体控制阀100的轴144对齐。密封件112包括圆锥形表面146和密封表面148。圆锥形表面146提供环绕密封件 112的光滑的流动路径以降低轴向流体阀100中的紊乱流体流动。密封表面148用于接收套管106的第二末端138。密封件112可以是被设计为接合或接收套管106的第二末端138以防止经过套管106并且因此经过通道114的流体流动的任意密封元件(例如塞子)。由多个支撑元件150(例如吊带)将密封件112耦接到第二阀体部分 104的内表面142。支撑元件150可以是用于支撑密封件112的任意结构，其是最小约束的以降低流体流动路径中的阻碍并且足够强以在接收来自过程流体和/或套管106的压力时足以支撑密封件112。

在图1A和1B中所示的示例性轴向流体阀100中，经由连杆110 将套管106可操作地连接到致动器杆152。致动器108被定位为使得线性致动器杆152沿与轴向流体阀100的轴114基本上垂直的轴154 移动。将连杆110在第一接头156处可枢转地耦接到致动器杆152，并且在第二接头158处可枢转地耦接到套管106。套管106的外表面 134进一步包括轴环160，接头158位于轴环160上。在一些实例中，可以将轴环160与套管106一体形成为基本上单体的物件或结构。连杆110被布置在形成在第一阀体部分102与第二阀体部分104之间的腔体162中。致动器杆152经由钻孔164移动经过第一阀体部分102，钻孔164由用于支撑并且提供使得致动器杆152能够滑动的表面的第一阀杆密封件166和第二阀杆密封件168密封。在其他实施方式中，钻孔164可以包括更多或更少的阀杆密封件。

为了在阀体102、104的通道114中移动套管106，线性致动器 108移动致动器阀杆152进入腔体162。在该情况中，致动器杆152 导致连杆110逆时针(在所示方向中)转变并且旋转，以沿轴144 朝向密封件112移动套管106。轴向流体控制阀100进一步包括边界密封件170，边界密封件170分别被布置在第一阀体部分102中的第一环形槽172中和第二阀体部分104中的第二环形槽174中。边界密封件170提供套管106的外表面134与阀体部分102和104的内表面140和142之间的紧密的密封。更具体而言，边界密封件170 提供气密的密封，以防止过程液体泄漏进入腔体162中。

如图1A和1B中所示的，示例性轴向流体阀100还包括布置在第二阀体部分104与轴环160之间的弹簧176。弹簧176沿第一方向偏置套管106，并且从而最小化移动组件之间的空转。在其他实例中，弹簧176可以被布置在轴环160与第一阀体部分102之间或在第一阀体部分102与致动器杆152之间。弹簧176可以位于轴向流体阀 100中的任意其他位置处，以提供偏置装置来消除空转。

在操作中，由上游供应128向入口116提供流体，并且该流体经过第一末端136流入套管106。在如图1A的实例中所示的开启位置中，流体可以流出套管106的第二末端138并且环绕密封件112 朝向出口118流动到下游供应130。在图1B的实例中所示的闭合位置中，致动器杆152向下转变，以移动套管106的第二末端136以接合密封件112的密封表面148，以防止经过套管106以及因此在轴向流体阀100的入口116与出口118之间的流体流动。然而，在其他实例中，可以颠倒经过轴向流体阀100的流动，这样，流体可以首先通过密封件112随后经过套管106。

在图1A和1B中所示的实例中，套管106的横截面是圆形的。然而，在其他实例中，套管106的横截面可以是正方形、矩形、椭圆形或与阀体部分102和104各自的内表面140和142的形状相对应(例如匹配)的任意其他形状。

图2示出了与图1A和1B的轴向流体控制阀100类似但是具有可替换地定向的线性致动器208的轴向流体控制阀200的横截面视图。轴向流体控制阀200包括第一阀体部分202、第二阀体部分204、套管206、线性致动器208、连杆210和密封件212。套管206与轴向流体控制阀200的轴214基本上轴向地(例如同轴地)对齐，以限定经过第一阀体部分202、第二阀体部分204和套管206的流体流动路径。

在图2中所示的轴向流体控制阀200中，经由连杆210将套管 206可操作地连接到致动器杆216。线性致动器208被定位为使得致动器杆216沿与轴向流体阀200的轴214基本上平行但是偏移(即非同轴)的轴218移动。将连杆210刚性地耦接到致动器杆216和套管206。在其他实例中，可以经由本领域的熟练技术人员已知的任意固定机构将致动器杆216附接到套管。连杆210被布置在形成在第一阀体部分202与第二阀体部分204之间的腔体220中。致动器阀杆216经由钻孔222移动经过第一阀体部分202，钻孔222由支撑并且提供用于使得致动器杆216能够滑动的表面的杆密封件224密封。为了在阀体部分202和204的通道226中移动套管206，线性致动器208移动致动器杆216进入腔体220。在该情况中，连杆210传递来自致动器杆216的线性移动，以沿轴214朝向密封件212移动套管206并且因此防止经过轴向流体阀200的流体流动。

图3A示出了本文所述的可替换的示例性轴向流体控制阀300的横截面俯视图。轴向流体控制阀300包括第一阀体部分302、第二阀体部分304、套管306、第一小齿轮308(例如齿轮)、第二小齿轮 310(例如齿轮)和密封件312。将第一阀体部分302和第二阀体部分304耦接，以限定通道314，当将轴向流体控制阀300安装在流体控制系统中时通道314提供入口316与出口318之间的流体流动路径。在操作中，套管306在图3A中所示的、用于允许流体在入口 316与出口318之间流动的第一位置(例如开启位置)与图3B中所示的、用于防止流体在入口316与出口318之间流动的第二位置(例如闭合位置)之间操作。

在图3A和图3B中所示的示例性轴向流体控制阀300中，套管 306具有内表面320、外表面322、第一末端324和第二末端326。第一阀体部分302的内表面328可滑动地接收套管306的外表面 322。第一阀体部分302、第二阀体部分304和套管306形成用于流体流动的通道314。套管306基本上沿轴向流体控制阀300的轴330 轴向地(例如同轴地)对齐。

在所示实例中，套管306的外表面322进一步包括第一齿状部分332和第二齿状部分334。耦接到(图3C中所示的)回转致动器 336的第一小齿轮308和第二小齿轮310分别接合第一齿状部分332 和第二齿状部分334，以在轴向流体阀300中轴向地移动套管306。在所示实例中，第一小齿轮308被布置在形成在第一阀体部分302 中的第一腔体338中，并且第二小齿轮310被布置在形成在第二阀体部分302中的第二腔体340中。在其他实例中，可以使用单个回转致动器和小齿轮。

密封件312被布置在通道314中的中央并且与轴向流体控制阀 300的轴330轴向地对齐。密封件312包括圆锥形表面342和密封表面344。密封表面344被配置为接收套管306的第二末端326。套管 306的第二末端326进一步包括多个孔346(例如开口、洞、窗、槽)，以进一步允许精细控制经过轴向流体阀300的流体流动。如图3B中所示的，套管306的第二末端326接合密封件312，孔346变得更小，并且因此允许更少的流体流动经过套管306并且流出第二末端326。孔346允许更多受控的(例如节流的)流体流动经过轴向阀300。由多个支撑元件350(例如吊带、肋状物等等)将密封件312耦接到第二阀体部分304的内表面348。轴向流体阀300进一步包括多个边界密封件352，边界密封件352被布置在套管306的外表面322与第一阀体部分302的内表面328之间。在其他实例中，轴向流体阀300 可以包括更多或更少的边界密封件352以防止过程流体的泄漏。

图3C示出了不具有套管306的轴向流体阀300的横截面侧视图。如该实例中可见的，经由第一心轴354将回转致动器336可操作地耦接到第一小齿轮308。第一心轴354接合第一阀体部分302中的第一腔体338中的凹口356。在其他实例中，心轴354可以进一步包括轴衬(例如轴承)以确保小齿轮308的光滑旋转。

参考图3A-C，在操作中，过程流体在入口316处进入第一阀体部分302并且在第一末端324处流进套管306。在如图3A中的实例中所示的开启位置中，流体可以流出第二末端326并且环绕密封件312朝向出口318。为了到达如图3B中的实例中所示的闭合位置，第一小齿轮308逆时针旋转并且第二小齿轮310顺时针旋转，以朝向密封件312移动套管306。随着套管306的第二末端326接合密封件312的密封表面328，过程流体被阻止经过套管306并且因此在轴向流体阀300的入口316与出口318之间流动。在其他实例中，可以由任意设备或机构如电动致动器、液压致动器、气动致动器、压电致动器、机电致动器和它们的任意组合，在轴向流体阀之中可滑动地移动套管。

本文所述的示例性轴向流体控制阀100和300有利地减少紊乱流动和噪声，显著地降低流内致动组件的数量并且通过在入口与出口之间提供具有最小约束的流动路径的基本上线性的通道来增加流动效率。示例性轴向流体控制阀100和300还降低不想要的泄漏，因为致动组件被布置在流体流的压力边界之外。

虽然本文已经描述了特定示例性装置，但是本方面的覆盖范围不限于此。相反，本发明覆盖在文字上或者在等效教义之下落入所附权利要求的范围之中的所有方法、装置和制造物。

Claims (18)

1.一种轴向流体阀，包括：

限定入口与出口之间的通道的轴向流体阀体；

可由所述阀体的内表面滑动地接收并且可沿与所述通道的纵轴基本上平行的轴在第一开启位置与第二闭合位置之间移动的套管，所述套管具有第一末端和第二末端，所述纵轴垂直地延伸通过由所述第二末端形成的开口；

用于在所述通道中轴向地移动所述套管以改变所述入口与所述出口之间的流体流动的装置；

其中当所述套管处于所述第一开启位置时，通过由所述套管的所述第二末端形成的所述开口的流体流动被允许；并且

其中所述套管还包括在所述套管的所述第二末端处提供的多个轴向对齐的槽，并且其中当所述套管处于所述第一开启位置时，通过所述多个轴向对齐的槽的流体流动被另外允许。

2.如权利要求1所述的轴向流体阀，其中所述阀体包括在所述入口与所述出口之间的单一结构。

3.如权利要求1所述的轴向流体阀，其中所述通道、所述入口和所述出口基本上沿套管轴对齐，其中所述套管沿该套管轴移动。

4.如权利要求1所述的轴向流体阀，其中：

所述用于在所述通道中轴向地移动所述套管的装置包括联动装置或齿轮。

5.如权利要求4所述的轴向流体阀，还包括耦接到所述联动装置或所述齿轮的致动器，其中所述致动器经由所述联动装置或所述齿轮移动所述套管。

6.如权利要求5所述的轴向流体阀，其中所述致动器是线性致动器并且被放置以沿与套管轴基本上垂直的方向移动所述致动器的杆，其中所述套管沿该套管轴移动。

7.如权利要求5所述的轴向流体阀，其中所述致动器是线性致动器并且被放置以沿与套管轴偏移并且基本上平行的轴移动所述致动器的杆，其中所述套管沿该套管轴移动。

8.如权利要求4所述的轴向流体阀，还包括布置在所述通道中以接合所述套管的所述第二末端的密封件。

9.如权利要求5所述的轴向流体阀，其中所述套管包括在所述套管的外壁上的多个齿，以接合所述齿轮。

10.如权利要求4所述的轴向流体阀，还包括耦接在所述套管的外壁与所述阀体之间的弹簧。

11.一种轴向流体阀，包括：

限定入口与出口之间的通道的轴向流体阀体；以及

可由所述阀体的内表面滑动地接收并且可沿与所述通道的纵轴基本上平行的轴在第一开启位置与第二闭合位置之间移动的环形流动控制元件，所述流动控制元件具有第一末端和第二末端，所述纵轴垂直地延伸通过由所述第二末端形成的开口；

其中当所述流动控制元件处于所述第一开启位置时，流体的流动被允许经过由所述流动控制元件的所述第二末端形成的所述开口；并且

其中所述流动控制元件还包括在所述流动控制元件的所述第二末端处提供的多个轴向对齐的槽，并且其中当所述流动控制元件处于所述第一开启位置时，通过所述多个轴向对齐的槽的流体流动被另外允许。

12.如权利要求11所述的轴向流体阀，还包括致动器，所述致动器可操作地连接到所述流动控制元件以移动所述流动控制元件以改变所述入口与所述出口之间的流体流动。

13.如权利要求12所述的轴向流体阀，还包括可枢转地附接到所述致动器和所述流动控制元件的连杆。

14.如权利要求13所述的轴向流体阀，其中所述致动器是线性致动器并且被放置以沿与所述流动控制元件移动的轴基本上垂直的方向移动所述致动器的杆。

15.如权利要求12所述的轴向流体阀，其中所述致动器被沿着与所述流动控制元件移动的轴偏移并且基本上平行的轴放置。

16.如权利要求11所述的轴向流体阀，还包括布置在所述通道中以接合所述流动控制元件的所述第二末端的密封件。

17.如权利要求16所述的轴向流体阀，其中所述密封件与所述出口相邻。

18.如权利要求11所述的轴向流体阀，还包括耦接在所述流动控制元件的外表面与所述阀体之间的密封件。