CN103939627A - 具有多个密封件的蝶形阀 - Google Patents

Abstract

本公开描述了具有多个密封件的蝶形阀。示例性的蝶形阀包括阀体，所述阀体限定在入口和出口之间的通路。该示例性的蝶形阀包括第一柔性密封件，该第一柔性密封件耦接到邻近入口的阀体的第一表面以接合阀盘的第一部分。该示例性的蝶形阀还包括第二柔性密封件，该第二柔性密封件耦接到邻近出口的阀体的第二表面以接合与第一部分不同的阀盘的第二部分。

Description

具有多个密封件的蝶形阀

技术领域

本公开大体上涉及一种蝶形阀，更具体地，涉及一种具有多个密封件的蝶形阀。

背景技术

控制阀(例如，滑杆阀、回转阀、轴流阀、球阀等)通常用在例如输油输气管道分配系统和化学处理设备等工业处理中来控制过程流体的流动。在某些工业处理中，蝶形阀被用来控制过程流体的流动。由于蝶形阀造价低廉、相对较轻并提供快速紧密的截流，所以在某些应用中是有利的。典型地，例如压力条件、操作温度等工业处理条件以及过程流体的类型规定了阀组件的类型，包括可使用的蝶形阀密封件的类型。

某些已知的蝶形阀包括布置在阀体中用来调节穿过阀门的流体流动的圆形阀盘。阀轴穿过阀体上的孔耦接到阀盘，以在阀体内旋转阀盘。还已知这些阀盘在阀体内稍微移动(例如，游动)。在闭合位置上，阀盘的一侧上的密封边缘接合密封件以阻止流体穿过阀体流动。密封件(例如，平坦的金属密封件)通过密封件保持器被耦接或夹紧到阀体的表面。尽管在流体的流动紧靠阀盘的密封边缘迫使密封件紧靠阀盘的应用中是有效的，但是当流体的流动迫使密封件离开阀盘的密封边缘(例如，相反流动方向)时这些已知的蝶形阀效果较差。在效果较差的相反流动方向上，该密封件被推到密封件保持器，而阀盘被推到受限的密封件，这增加了阀盘和密封件上的整体载荷。该增加的载荷增加了旋转阀盘并由此来操作阀门所需的扭矩。

此外，在长时间使用以后，由于阀门组件的磨损，阀盘可能在阀体中移位或移动超出一优选的量。如果阀盘移动太多并且在阀体内没有适当地对准，不论在向前还是相反的流动方向上，阀盘的密封边缘将不会接合密封件来阻止流体穿过阀体流动。

发明内容

在一个示例中，装置包括阀体，所述阀体限定在入口和出口之间的通路。该示例性装置包括第一柔性密封件，其耦接到邻近所述入口的本体的第一表面以接合阀盘的第一部分。该示例性装置还包括第二柔性密封件，其耦接到邻近出口的本体的第二表面以接合与第一部分不同的阀盘的第二部分。

在另一个示例中，此处描述的装置包括阀体，所述阀体限定在入口和出口之间的通路。该示例性装置包括位于阀盘的第一侧上的第一密封表面和位于阀盘的第二侧上的第二密封表面，所述阀盘的所述第二侧与所述阀盘的所述第一侧相对。所述第一密封表面与耦接到所述阀体的第一密封件接合，所述第二密封表面与耦接到所述阀体的第二密封件接合。

在又一个示例中，装置包括用于控制流体穿过阀体的通路流动的控制部件，所述阀体具有入口和出口。该示例性装置包括用于阻止流体在通路中流动的第一密封部件，所述第一密封部件密封或接合所述控制部件以阻止流体沿第一方向流动。该示例性装置还包括用于阻止流体在通路中流动的第二密封部件，所述第二密封部件密封或接合所述控制部件以阻止流体沿与第一方向相反的第二方向流动。

附图说明

图1A示出了已知的蝶形阀的部分截面前视图。

图1B示出了图1A中已知的蝶形阀的一部分的横截面视图。

图1C示出了图1B中已知的蝶形阀的该部分的放大横截面视图。

图2A示出了根据本公开的教导的示例性蝶形阀处于闭合位置的横截面视图。

图2B示出了图2A的示例性蝶形阀的一部分的放大横截面视图；

图3示出了图2A和图2B的示例性蝶形阀处于打开位置的横截面视图。

图4示出了具有可替换的密封件结构的示例性蝶形阀的横截面视图。

具体实施例

某些实施例在上面的视图中示出并在下面进行详细描述。在描述这些实施例时，相似或相同的参考数字被用来表示相似或相同的元件。这些附图并不需要按比例绘制，为了清楚和/或简洁，附图中的某些特征和某些视野可按扩大比例或示意性地显示。另外，本说明书中描述了数个实施例。来自任一实施例的任意特征可包含于、替换于或者结合于来自其它实施例的其它特征。

图1A中示出了已知的蝶形阀10。该蝶形阀10可以是例如密苏里州圣路易斯的艾默生过程控制有限公司的分支制造的8580阀门，其包括单个聚四氟乙烯(PTFE)密封环20、阀盘30和阀轴40、42。阀轴40、42被连接到阀盘30的后侧，并在阀体50内旋转阀盘30以允许或阻止流体穿过阀体50流动。阀轴40、42设置在阀体50的各自的孔60、62内，并通过各自的轴承70、72旋转。在打开位置上，阀轴40、42被旋转，使得阀盘30平行于流体的流动(未示出)，并因此提供穿过阀体50的基本上无限制流动。在闭合位置(例如，图1A中所示的位置)，阀轴40、42被旋转，使得阀盘30阻塞阀体50的通道并阻止流体穿过阀体50流动。

图1B中示出了已知的蝶形阀10的横截面，图1C中示出了该横截面的放大部分。如图1A、1B和1C中所示，PTFE密封环20被固定到阀体50中。弹簧80径向向内(例如，朝着阀体50的中心)偏置PTFE密封环20的一部分。当阀10闭合时，阀盘30被旋转使得阀盘30的密封边缘90抵靠PTFE密封环20滑动到闭合位置。当阀盘30被旋转到位并径向向内偏置PTFE密封环20以在PTFE密封环20和阀盘30的密封边缘90之间形成充分紧密密封时，弹簧80允许PTFE密封环20压缩。PTFE密封环，例如图1A、1B和1C中所示，提供了良好的密封性能和较长的密封寿命。

然而，这些已知的蝶形阀通常在向前的流动方向(例如，优选的流动方向)上比在相反的流动方向(例如，非优选的流动方向)上更有效。在闭合位置上，如图1B和图1C中所示，来自沿向前流动方向(如流动箭头方向所示)的过程流体的流动的压力在流体流动方向上推动PTFE密封环20，并因此抵靠阀盘30的密封边缘90，从而在PTFE密封环20和阀盘30之间形成充分紧密密封，这避免了在阀盘30周围以及穿过阀体50的过程流体的泄露。然而，在相反的流动方向(例如，非优选的流动方向)上，来自过程流体的压力可抵抗弹簧80的偏置力推动PTFE密封环20离开阀盘30的密封边缘90并到达密封件保持器95。已知在阀体50中稍微移动(例如，游动)的阀盘30然后被推到PTFE密封环20(这受密封件保持器95限制)并因此增加了PTFE密封环20和阀盘30上的载荷。因此，操作阀门所需的扭矩增加，并且可能增加PTFE密封环20的磨损。因此，这些已知的蝶形阀通常在仅涉及单个流体流动方向(例如，优选流动方向)的应用中使用和/或更有效。

并且，这些已知的蝶形阀必须保持非常紧凑的公差。阀盘30被布置成使得阀盘30的密封边缘90充分接近PTFE密封环20，以将PTFE密封环20压缩到闭合位置，并进而允许在打开和闭合阀10时阀盘30滑动穿过PTFE密封环20。然而，在长时期使用后，阀盘30可能在阀体50的通道中移动超出理想的量。该移动可能由于在重复打开和闭合阀10的过程中施加在PTFE密封环20上的循环力而发生。并且，磨损发生在轴承70、72，阀轴40、42和/或阀体50中的孔60、62上。最后，阀轴40、42可能在阀体50中移动并使得阀盘30在阀体50中没有对准。如果阀盘30在阀体50中移位或移动超出允许的量，将不能适当地接合PTFE密封环20以阻止过程流体流动穿过蝶形阀10。

此处描述的示例性多密封件的蝶形阀具有增加的寿命，提供比单个密封件的蝶形阀更有效的密封(例如，截流)，允许阀在两个流动方向上使用，在由于磨损引起的阀盘移位时避免过多泄漏并且显著地减小了维护成本。一般地，此处描述的示例性蝶形阀包括阀体、阀盘和多个(例如，两个)密封环(例如，PTFE密封环、悬臂式金属密封环、石墨叠片密封环等)。在一些实施例中，当阀门处于闭合位置时，密封件布置在阀盘的任一侧上。

特别地，此处描述的示例性蝶形阀包括设置在阀体中的第一密封件和第二密封件。第二密封件在阀体中与第一密封件同轴对准并分隔开。在闭合位置上，阀盘被旋转到一位置，使得第一密封件接合阀盘的第一部分(例如，表面、边缘、角部等)，第二密封件接合与第一部分相反的阀盘的第二部分。该第二密封件有利地保持阀盘对准在阀体中，并在阀门被布置在能够使示例性蝶形阀承受两个流体流动方向的流动通路中时提供有效的密封(例如，截流)。

更具体地，阀盘可被旋转到闭合位置，在闭合位置上，阀盘的第一部分接合第一密封件，而阀盘的第二部分接合第二密封件。在操作中，当过程流体沿第一方向流动时，来自过程流体的压力朝着阀盘的第一部分推动第一密封件，并形成充分紧密密封来阻止过程流体在阀盘的边缘周围流动。如果流动方向相反，来自过程流体的压力朝向阀盘的第二部分推动第二密封件，并同样形成充分紧密密封来阻止过程流体在阀盘的边缘周围流动。

由于阀盘在阀体中移位或移动时，第二密封件提供了额外的密封，所以此处描述的示例性蝶形阀还具有增加的寿命。如果阀盘由于循环力和/或磨损而在阀体中移动，那么第一密封件或第二密封件偏置阀盘(即，对准阀盘)到其适当位置并提供辅助或安全密封来进一步限制过程流体围绕阀盘并因而穿过阀体的流动。

图2A示出了此处描述的示例性蝶形阀100的横截面视图。所示的蝶形阀100例如可被用来控制诸如天然气、石油、水等过程流体的流动。蝶形阀100包括阀体102、阀盘104(例如，可移动的流动控制部件)、第一密封件106、第二密封件108和阀轴110。当蝶形阀100被安装在流体过程系统(例如，分配管道系统)中时，阀体102限定了在入口114和出口116之间的通路112。在此处描述的实施例中，入口114和出口116中任一个可以是过程流体穿过阀100流动的入口或出口，这取决于流体流动的方向。如图所示，第一密封件106和第二密封件108沿着穿过阀体102的流体流动通路同轴对准并相互分隔开(例如，分离)。在所示实施例中，第一密封件106和第二密封件108是PTFE密封环。然而，在其它实施例中，第一密封件106和第二密封件108可以是任意类型的密封件(例如，石墨叠片密封件)。

在图2A中示出的实施例中，蝶形阀100处于闭合位置。蝶形阀100可插入上游供给源和下游供给源之间的流体流动通路中，以控制其间流体的流动。在操作中，阀盘104在阻止流体在入口114和出口116之间流动的闭合位置(例如，图2A中所示的位置)和允许流体在入口114和出口116之间流动的打开位置(例如，图3中所示的位置)之间运行。

如图2A中所示，阀盘104被耦接到阀轴110，阀轴110设置在阀体102的孔(未示出)中。阀轴110通过轴承(未示出)可旋转地耦接到阀体102。轴承可以是本领域技术人员已知的任意类型的轴承，用以允许阀轴110和阀盘104在阀体102中旋转。

第一密封件106通过第一密封件保持器120被耦接到阀体102的第一表面118。第二密封件108通过第二密封件保持器124被耦接到阀体102的第二表面122。第一密封件保持器120和第二密封件保持器124在阀盘104和第一密封件106、第二密封件108之间形成流体密封。第一密封件保持器120和第二密封件保持器124被配置来提供用于替换第一密封件106、第二密封件108的简化的维护通道并阻止第一密封件106、第二密封件108直接暴露于过程流体。第一密封件保持器120和第二密封件保持器124通过例如螺栓的机械固定件126a-d或任何类型的其它机械固定件等可移除地耦接或夹紧到第一表面118和第二表面122。图2A中所示的示例性夹紧设计通过在第一密封件保持器120和第二密封件保持器124、阀体102、第一密封件106和第二密封件108之间形成密切接触而提供其间的密封，以基本上阻止过程流体在第一密封件保持器120、第二密封件保持器124和阀体102之间的流动。在所示实施例中，蝶形阀100具有四个机械固定件126a、126b、126c、126d。然而，在其它实施例中，蝶形阀100可具有更多或更少的机械固定件。另外，垫圈(未示出)可邻近第一密封件保持器120、第二密封件保持器124、阀体102、第一密封件106和第二密封件108设置，以改进密封性能。

图2B中示出了蝶形阀100的放大横截面视图。如图所示，第一密封件106和第二密封件108包括各自的法兰部128、130和密封部132、134。第一密封件106的第一法兰部128被夹紧或耦接在第一密封件保持器120和阀体102的第一表面118之间。第二密封件108的第二法兰部130被夹紧或耦接在第二密封件保持器124和阀体102的第二表面122之间。第一密封件106具有设置在位于第一密封件保持器120和阀体102的第一表面118之间的第一空腔138中的第一弹簧136。相似地，第二密封件108具有设置在位于第二密封件保持器124和阀体102的第二表面122之间的第二空腔142中的第二弹簧140。

如图2A和图2B中所示，阀盘104具有第一侧144、第二侧146和外围边缘148。如图2B中所示，外围边缘148包括第一锥形表面150(例如，阀盘104的第一部分，第一密封表面)和第二锥形表面152(例如，阀盘104的第二部分，第二密封表面)。在所示的实施例中，第一锥形表面150和第二锥形表面152相对于阀盘104的第一侧144和第二侧146是弯曲的和/或有角度的。然而，在其它实施例中，第一锥形表面150和第二锥形表面152可具有允许第一密封件106和第二密封件108滑动通过阀盘104的外围边缘148的任何形状。在某些实施例中，外围边缘148可以是从阀盘104的第一侧144到第二侧146连续的(例如，平滑的)弧线或曲线。

在图2A中所示的实施例中，第一密封件106和第二密封件108具有相同的直径。然而，在其它实施例中，第一密封件106和第二密封件108可具有不同的直径。在这些实施例中，第一锥形表面150和第二锥形表面152可被调整来适应不同直径的密封件。

如图2A和图2B中所示，第一密封环106密封接合第一锥形表面150，第二密封环108密封接合第二锥形表面152。更具体地，第一弹簧136偏置第一密封件106的第一密封部132来密封接合第一锥形表面150，而第二弹簧140偏置第二密封件108的第二密封部134来密封接合第二锥形表面152。第一密封部132和第一锥形表面150之间的分界面(例如，接触点或表面)阻止过程流体沿第一方向流动，例如，如图2A和图2B中所示的箭头A。来自第一弹簧136的偏置力和来自沿第一流动方向A的过程流体的压力推动第一密封件106的第一密封部132来形成紧靠第一锥形表面150的充分紧密密封，以阻止流体在阀盘104周围并穿过阀体102的流动。在相反的一侧上，当流体的流动沿与第一流动方向相反的第二流动方向时，例如，如图2A和2B中所示的箭头B，第二密封部134和第二锥形表面152之间的分界面阻止过程流体的流动。来自第二弹簧140的偏置力和来自沿第二流动方向B的过程流体的压力推动第二密封件108的第二密封部134来形成紧靠第二锥形表面152的充分紧密密封，以阻止流体在阀盘104周围并穿过阀体102的流动。因此，第一密封件106和第二密封件108沿任一流动方向A或B流体密封阀100。第一密封件106和第二密封件108朝着第一密封件106或第二密封件108中的另一个偏置阀盘104，使得如果阀盘104在阀体102中移动，那么密封件106和108将阀盘104偏置回其适当的对准位置。

在操作中，阀盘104在阻止流体流动穿过在入口114和出口116之间(例如，流动方向A)或在出口116和入口114之间(例如，流动方向B)的通路112的闭合位置(例如，图2A中所示的位置)和允许流体流动穿过阀体102的通路112的打开位置(例如，图3中所示的位置)之间转动。为了控制过程流体穿过阀100的流动，控制阀工具(未示出)被可操作地耦接到阀100，并大体上响应于来自过程控制器的控制信号提供气动信号到阀致动器(未示出)，过程控制器可以是分配控制系统(全部未示出)的一部分。该阀致动器可耦接到阀轴110，使得气动信号移动阀致动器，并由此旋转阀轴110。

如图3中所示，阀盘104已经被旋转到平行于穿过阀体102的通路112的流体流动(例如，流动方向A或流动方向B)的位置。为了闭合蝶形阀100以阻止或限制流体穿过阀体102的流动，阀轴110沿顺时针或逆时针(如箭头所示)旋转阀盘。例如，阀盘104可沿顺时针旋转，当阀盘104接近闭合位置时，阀盘104的第一锥形表面150的一部分接合第二密封件108，而阀盘104的第二锥形表面152的一部分接合第一密封件106。当阀盘104的外围边缘148穿过第一密封件106和第二密封件108滑动到闭合位置时，第一密封件106和第二密封件108径向弯曲、伸展，然后通过弹簧缩回。如图2A和2B中所示，一旦阀盘104被旋转到闭合位置时，阀盘104垂直于流体流动，第一密封件106密封接合第一锥形表面150并且第二密封件108密封接合第二锥形表面152，以阻止流体沿任一方向A或B流动。

如上显示和描述，如果阀盘104在阀体102中移位，示例性的蝶形阀100还阻止过程流体在阀盘104周围的泄漏。如上所述，在长期使用后，阀轴110、孔(未示出)以及轴承(未示出)由于打开和闭合阀100的摩擦循环力而受到磨损。在阀盘104在阀体102中移位或移动的情形下，第一密封件106或第二密封件108中的一个将不能密封接合第一锥形表面150或第二锥形表面152，第一密封件106或第二密封件108中的另一个能够提供额外的密封(例如，安全密封或辅助多余密封)并将阀盘偏置到其适当的对准位置，以阻止流体在阀盘104周围以及穿过阀体102的流动。

图4中示出了具有可替换类型的密封件的示例性蝶形阀400的放大横截面视图。蝶形阀400以与上述阀100基本相似的方式操作。蝶形阀400包括阀体402、阀盘404、第一悬臂式密封件406和第二悬臂式密封件408。第一悬臂式密封件406通过第一密封件保持器412被耦接到阀体402的第一表面410。第二悬臂式密封件408通过第二密封件保持器416被耦接到阀体402的第二表面414。第一悬臂式密封件406和第二悬臂式密封件408具有各自的法兰部418、420和弯曲的密封部422、424。示例性蝶形阀400还包括分别设置在第一悬臂式密封件406和第一表面410之间以及第二悬臂式密封件408和第二表面414之间的垫圈426、428。

第一悬臂式密封件406和第二悬臂式密封件408的弯曲轮廓提供柔性。第一悬臂式密封件406和第二悬臂式密封件408可例如由金属或具有施加柔性的特性的任何其它材料制成。在所示实施例中，阀盘404具有边缘430，边缘430具有平滑的弧形轮廓。当阀盘404被旋转到闭合位置(例如，图中所示位置)时，随着阀盘404的边缘430滑动穿过第一、第二弯曲的密封部422、424，第一悬臂式密封件406和第二悬臂式密封件408弯曲。与上述的蝶形阀100相似，蝶形阀400提供沿任一流体流动方向的有效密封。

在示例性蝶形阀100中，密封件106和108是PTFE密封件，而在示例性蝶形阀400中，密封件406和408是悬臂式密封件。在其它实施例中，一个密封件是PTFE密封环，另一个密封件是悬臂式密封环。然而，此处描述的示例性蝶形阀可与任何类型的密封环一起操作。

此处描述的示例性蝶形阀100、400有利地允许阀在两个流动方向上的有效使用。第二密封件的增加和位置在第二流动方向上提供了比单个密封件的蝶形阀更有效的密封并帮助保持适当的阀盘对准。当阀盘由于磨损而移位时，示例性的蝶形阀100和400还避免过多泄漏，并因此增加了蝶形阀的寿命。由于增加的寿命，该示例性的蝶形阀还显著地降低了维护成本。

尽管此处已经描述了某些示例性装置，但是本专利的保护范围并不限于此。相反地，本专利覆盖在字面上或在等同原则下合理地落入所附权利要求的范围内的所有方法、装置和制造物品。

Claims (20)

1.一种装置，其包括：

阀体，其限定在入口和出口之间的通路；

第一柔性密封件，其耦接到邻近所述入口的所述阀体的第一表面以接合阀盘的第一部分；以及

第二柔性密封件，其耦接到邻近所述出口的所述阀体的第二表面以接合与第一部分不同的阀盘的第二部分。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当穿过所述通路的流体的流动沿第一方向时，所述第一柔性密封件提供紧靠所述阀盘的所述第一部分的密封。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当穿过所述通路的流体的流动沿与第一方向相反的第二方向时，所述第二柔性密封件提供紧靠所述阀盘的所述第二部分的密封。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述装置处于闭合位置时，所述阀盘的所述第一部分接合所述第一柔性密封件，并且所述阀盘的所述第二部分接合所述第二柔性密封件。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一柔性密封件和所述第二柔性密封件同轴对准。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一柔性密封件和所述第二柔性密封件中的至少一个包括金属。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一柔性密封件和所述第二柔性密封件中的至少一个是悬臂式密封件。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀盘通过阀轴可旋转地耦接到所述阀体。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一柔性密封件和所述第二柔性密封件具有相同的直径。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一柔性密封件通过第一密封件保持器耦接到所述阀体，所述第二柔性密封件通过第二密封件保持器耦接到所述阀体。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一柔性密封件和所述第二柔性密封件中的每一个包括各自的弹簧。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀盘的所述第一部分包括第一锥形轮廓。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述阀盘的所述第二部分包括第二锥形轮廓。

14.一种装置，其包括：

阀体，其限定在入口和出口之间的通路；

第一密封表面，其位于阀盘的第一侧上；以及

第二密封表面，其位于阀盘的第二侧上，所述阀盘的所述第二侧与所述阀盘的所述第一侧相反，其中，所述第一密封表面与耦接到所述阀体的第一密封件接合，所述第二密封表面与耦接到所述阀体的第二密封件接合。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一密封件设置在所述阀体的所述通路中，以与所述第二密封件偏斜。

16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，当所述装置处于闭合位置时，所述阀盘的所述第一密封表面接合所述第一密封件，并且所述阀盘的所述第二密封表面接合所述第二密封件。

17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述阀盘通过阀轴可旋转地耦接到所述阀体。

18.一种装置，其包括：

用于控制流体穿过阀体的通路的流动的控制部件，所述阀体具有入口和出口；

用于阻止流体在通路中流动的第一密封部件，所述第一密封部件密封或接合所述控制部件以阻止流体沿第一方向流动；以及

用于阻止流体在通路中流动的第二密封部件，所述第二密封部件密封或接合所述控制部件以阻止流体沿与第一方向相反的第二方向流动。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，当所述入口处的压力大于所述出口处的压力时，所述第一密封部件阻止流体在通路中的流动。

20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，当所述出口处的压力大于所述入口处的压力时，所述第二密封部件阻止流体在通路中的流动。