CN104048059A - 用于高温控制阀的复合动力阀密封组件 - Google Patents

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Abstract

滑杆控制阀包括阀体，位于阀体和可滑动安装在阀体中的阀塞之间的阀座圈，阀塞和阀座配合控制流体流动经过控制阀。复合密封组件位于阀塞和阀座之间，复合密封组件包括位于第一支撑圈和第二支撑圈之间的复合密封圈。偏置元件靠近第二支撑圈，且挡圈靠近偏置元件，从而保持偏置元件靠近第二支撑圈。

Description

用于高温控制阀的复合动力阀密封组件
技术领域
本发明涉及过程控制阀，譬如滑杆阀，且更特别地涉及滑杆控制阀，其具有用于高温操作的复合动力阀密封组件。
背景技术
过程控制阀用于需要对过程流体流动调整或者控制的系统或者过程中。这样的控制阀可配置成滑杆阀、旋转阀、球形阀等。通过设定控制元件的位置，譬如阀塞，相对于阀座的位置，可以精确地设定流经控制阀的流体。阀塞大体上在阀体内相对阀座滑动或者移动。在一些控制阀中，可包括阀盒，阀塞在该阀盒中滑动。因为阀塞在阀体中滑动，所以防止阀塞和阀体(或者阀盒)之间的流体流动是重要的。同时，需要在阀塞和阀体(或者阀盒)之间减少摩擦和最小化磨损及粘合。
在一些控制阀中，密封件可集成到阀塞自身中，密封件或者可以集成到阀体(或者阀盒)或阀帽中。无论如何，密封件必须防止流体在阀塞和阀体或者阀帽之间流动。在防止流体于控制元件和阀体或者阀帽之间流动，及减少控制元件和阀体或者阀帽之间产生的摩擦两者上做出的努力中，一些滑杆阀已经将相对较软的材料集成到密封件中。这样的密封件是弹簧加载、压力辅助唇形的密封件，其由有序、填充或者增强的聚四氟乙烯护套配合不锈钢、镍或者钴基合金构成的耐腐蚀弹簧构成。其他含氟聚合物、超高分子量聚乙烯以及聚氨酯是所使用的其他护套材料。已经使用过的其他类型的密封件包括具有基于聚四氟乙烯(PTFE)的耐磨环的合成O形环、星形封、支撑圈以及基于PTFE的金属增强整装密封件。当减少摩擦和提高质量时，弹性密封件、软质材料通常无法在高温环境下使用，因为高温条件下，材料会融化、蠕变或者降解。所有的这些软质材料仅仅用于相对较低的温度下，小于600°F(小于约316℃)。
传统的高温滑杆控制阀通常具有可以承受高温的集成的单片、硬质石墨密封圈。因石墨密封圈能够承受高温，石墨密封圈通常不会在阀塞和阀体(或者阀盒)或阀帽之间提供优化的密封，因为它们不柔软、不服帖和不具有弹性。石墨密封圈可因阀塞和阀体(或者阀盒)之间生成的摩擦而受损，且它们相对于粘附到阀塞或者阀体(或者阀盒)的流动流颗粒或者污染物中的颗粒或者污染物来说较为脆弱。比起低温环境下使用的较软的橡胶或者塑料柔性材料来说，单片石墨材料缺乏柔软度，导致更为严重的关闭泄漏。此外，石墨密封圈具有相对较高的摩擦系数，当阀塞移动之时，这引起过度摩擦和磨损。这种过度摩擦和磨损引起了密封件和/或控制元件的降解以及过早失效。
发明内容
滑杆控制阀包括具有出口和入口的阀体。入口和出口通过流体流动通道流动地连接。阀座位于流体流动通道中。可滑动控制元件与阀座配合从而控制流体流经阀体。密封组件位于控制元件和阀体之间。密封组件包括位于第一支撑圈和第二支撑圈之间的复合密封圈。偏置元件位于靠近支撑圈之一，且挡圈将偏置元件保持为位于靠近支撑圈，这样由偏置元件产生的力被传递到支撑圈，并因而传递到复合密封圈。
在另一个实施方式中，高温滑杆控制阀的密封组件包括位于第一支撑环和第二支撑圈之间的复合密封圈。偏置元件位于靠近第二支撑圈，且挡圈位于靠近偏置元件。复合密封圈可以由PTFE和金属制成。
在又一个实施方式中，密封圈组件可位于形成在控制组件中的环形槽中。
在又一个实施方式中，密封圈组件可位于形成在阀体中的环形槽中。
所公开的密封圈组件在高温环境下提供了卓越的密封性能，同时降低或者最小化控制部件和阀壳体之间的摩擦。
附图说明
图1为根据本发明教导构建的滑杆控制阀的剖视图
图2为图1中滑杆控制阀控制元件的近距剖视图，其包括复合密封组件；
图3为包含了复合密封组件的控制元件部分的近距剖视图。
因为本发明受各种改进和替换结构的影响，复合动态阀密封组件已在附图示出，且下面将详细说明。应理解的是，然而，并非旨在将本发明限制在所公开的特定形式中，相反，旨在覆盖落入到由附随的权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的所有的改进、替换结构，和等同方式。
具体实施方式
为了下方的说明，术语，譬如向内，向外，径向向内或者径向向外被用来指相对于阀杆中心轴线A的相对位置。同样地，譬如上、下、向上或向下之类的术语，被用来指示当控制阀如图所示放置时，相对的朝向。
现在参考附图，图1显示了根据本发明所公开示例的教导来组装的滑杆控制阀10，且其具有阀体12、流体入口14、流体出口16以及连接流体入口14和流体出口16的通道18。虽然在图1中示出的控制阀为滑杆阀，但本发明的教导也可应用于其他类型的控制阀，譬如旋转滑阀、球阀、球心阀等。控制部件，譬如阀塞20，可滑动地安装在阀体12中，且可在闭合位置(如图1所示)和打开位置(未示出)之间转换，在闭合位置其防止流体流经阀体12，在打开位置使得流体流经阀体12。在图1的示例中，阀塞为平衡阀塞20。在其他实施方式中，阀塞可以是非平衡的。阀10包括阀座圈22，其与阀塞20配合以控制流体流经阀体12。控制阀10也包括耦接至阀塞20且延伸穿过阀帽28的阀杆26。阀杆26沿着轴线A延伸，并连接到阀致动器(未示出)，用以在闭合位置和打开位置之间移动阀塞，在所示出的闭合位置上，阀塞20与阀座圈22接触，因而防止流体流经通道18，而在打开位置，阀塞20与阀座圈22分隔开，因而使得流体流经通道18。
现在参考图2和3，如图2左侧所示，阀密封组件30位于形成在阀塞20中的环形槽32中。可选地，密封组件30可位于形成在阀体12中的环形槽33中，如图2右侧所示。无论如何，密封组件30可包括由聚四氟乙烯(PTFE)/金属混合物制成的复合密封圈34。在一个实施方式中，复合密封圈34可以由PTFE主体36构成，该主体包括嵌入PTFE主体36中的金属增强环38(见图3)。该金属增强环38实际上可由任意譬如S31600不锈钢的耐用金属形成。金属增强环38具有“Z形”截面。金属增强环38可包括具有第一内边缘42和第二外边缘44的第一部分40，以及具有第一内边缘48和第二外边缘50的第二部分46。第一部分40和第二部分46可相互隔开，并大体上垂直定向于轴线A。第一部分40和第二部分46在一个示例中可位于平行的平面中。第三部分52包括第一内边缘54和第二外边缘56。例如，如图3所示，第三部分52的内边缘54连接到第一部分40的内边缘42，且第三部分52的外边缘56可连接到第二部分46的外边缘50。在其他实施方式中，第三部分52可以反过来，这样第三部分的外边缘56连接到第一部分40的外边缘44，而第三部分52的内边缘54连接到第二部分46的内边缘48。无论如何，金属增强环38将施加到密封组件30的轴向载荷转换为复合密封环34的径向变形，从而在阀塞20和阀体18之间形成流体密封，同时PTFE主体36润滑阀塞20和阀体12之间的连接。
复合密封圈34可位于第一支撑圈60和第二支撑圈62之间。第一和第二支撑圈60，62可由任意的可硬化材料形成，譬如S41600不锈钢。第一和第二支撑圈60、62维持复合密封圈34在环形槽32中合适的定位，并为复合密封圈34提供防挤出保护。第一和第二支撑圈60、62也保护复合密封圈34不受如过热和超压的环境因素的影响。偏置元件64，如碟形弹簧、缠绕式垫片、或者螺栓压帽，例如，可位于靠近第二支撑圈62。偏置元件64对第二支撑圈62施加轴向力，其又将该力传递给复合密封圈34。金属增强环38将轴向力转换为PTFE主体36的径向变形。该PTFE主体36向外(即径向)膨胀，形成了抵住阀体12的紧密密封。PTFE主体36的向外膨胀也有助润滑控制元件20和阀体12的连接处，从而在控制元件20移动期间减少摩擦。挡圈70将偏置元件64保持在抵住第二支撑圈62的位置上。挡圈70可至少部分地位于在形成于控制元件20或阀体12中的环形缝隙72中。挡圈70防止偏置元件64与第二支撑圈62分离。
根据所公开实施例的一个或多个，提供了一种用于高温控制阀的复合密封组件其具有优越的密封能力，同时减少控制元件和阀体之间的摩擦。通过形成由PTFE和金属制成的复合密封主体，复合密封主体将轴向载荷转化为径向变形，这形成了更好的密封，同时润滑了控制元件与阀体之间的连接处。
仅为了清楚理解，给出了上述详细说明，且不应由此理解为限制，因为变形对于本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (20)

1.一种滑杆控制阀包括：
阀体，其具有通过通道流体连接的入口和出口；
密封圈，其安装在所述通道中；
控制元件，其滑动地设置在所述阀体中，所述控制元件和所述阀座配合，从而控制流体流动经过所述阀体；以及
复合密封组件，其具有位于第一支撑圈和第二支撑圈之间的复合密封圈，靠近所述第二支撑圈的偏置元件，以及保持所述偏置元件靠近所述第二支撑圈的挡圈。
2.根据权利要求1所述的滑杆控制阀，其中所述复合密封圈包括主体部分和嵌入所述主体部分中的金属增强环。
3.根据权利要求2所述的滑杆控制阀，其中所述主体部分由PTFE形成。
4.根据权利要求3所述的滑杆控制阀，其中所述金属增强环具有Z形截面。
5.根据权利要求4所述的滑杆控制阀，其中所述金属增强环包括相互隔开的第一部分和第二部分，所述第一和所述第二部分都基本上垂直定向于所述阀塞的纵向轴线。
6.根据权利要求5所述的滑杆控制阀，其中所述第一部分为具有内边缘和外边缘的环，所述第二部分为具有内边缘和外边缘的环。
7.根据权利要求5所述的滑杆控制阀，进一步包括位于所述第一部分和所述第二部分之间的第三部分，所述第三部分不垂直且不平行于所述第一部分和所述第二部分，所述第三部分为具有内边缘和外边缘的环状。
8.根据权利要求7所述的滑杆控制阀，其中所述第三部分的所述内边缘连接到所述第一部分的所述内边缘，且所述第三部分的外边缘连接到所述第二部分的所述外边缘。
9.根据权利要求1所述的滑杆控制阀，其中所述阀密封组件位于形成在所述阀塞中的环形槽中。
10.根据权利要求1所述的滑杆控制阀，其中所述阀密封组件位于形成在所述阀体中的环形槽中。
11.一种用于高温控制阀的复合密封组件，所述复合密封组件包括：
复合密封环，其位于第一支撑圈和第二支撑圈之间；
偏置元件，其靠近所述第二支撑圈；以及
挡圈，其保持所述偏置元件抵住所述第二支撑圈。
12.根据权利要求11所述的复合密封组件，其中所述复合密封圈包括主体部分和嵌入所述主体部分中的金属增强环。
13.根据权利要求12所述的复合密封组件，其中所述主体部分由PTFE形成。
14.根据权利要求13所述的复合密封组件，其中所述金属增强环具有Z形截面。
15.根据权利要求14所述的复合密封组件，其中所述金属增强环包括相互隔开的第一部分和第二部分，所述第一和所述第二部分都基本上垂直定向于所述阀塞的纵向轴线。
16.根据权利要求15所述的复合密封组件，其中所述第一部分为具有内边缘和外边缘的环，所述第二部分为具有内边缘和外边缘的环。
17.根据权利要求15所述的复合密封组件，进一步包括位于所述第一部分和所述第二部分之间的第三部分，所述第三部分不垂直且不平行于所述第一和所述第二部分，所述第三部分为具有内边缘和外边缘的环状。
18.根据权利要求17所述的复合密封组件，其中所述第三部分的所述内边缘连接到所述第一部分的所述内边缘，且所述第三部分的外边缘连接到所述第二部分的所述外边缘。
19.根据权利要求12所述的复合密封组件，其中所述金属增强环由S31600不锈钢制成。
20.根据权利要求12所述的复合密封组件，其中至少一个所述支撑圈由S41600不锈钢制成。
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