CN104204456B - 防止冷凝物的内部聚集的阀门加热装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明，提供了一种阀门组件，在阀门组件中，诸如感应加热装置等加热设备协作地接合至阀门的阀壳体或阀体上的预定位置，以有效地将阀门的温度保持在有关系统压力的饱和温度之上。保持这种温差有效地避免了冷凝物在阀体的内部和/或在阀门的其它内部结构特征上的聚集。

Description

防止冷凝物的内部聚集的阀门加热装置

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不适用

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不适用

技术领域

本发明一般地涉及阀门，更具体地涉及一种阀门组件，在这种阀门组件中，加热设备或加热装置协作地接合至阀门的阀壳体或阀体上的预定位置，以有效地将阀门的温度保持在有关的系统压力的饱和温度之上，从而避免冷凝物在阀体的内部和/或阀门的其它内部结构特征上聚集。

背景技术

使用工业控制阀的常见应用是蒸汽控制。就此而言，蒸汽控制阀通常被认为是蒸汽系统的最基本和不可缺少的部件。在许多工艺应用中，蒸汽控制阀不仅控制压力，而且还控制温度。另外，蒸汽控制阀可以仅用作开关装置或可以用作任意控制组合以便将调节、调制、混合或甚至隔离包括进来。

目前，许多已知的蒸汽控制阀根据蒸汽控制阀在正常工作条件和工作压力下关闭的工作原理进行工作。在该状态下，介质压力以将阀门保持在关闭位置或关闭状态的方式作用在阀门的活塞上。在这些类型的阀门中，诸如先导阀等辅助装置常用于打开排放路径以便于蒸汽从阀门的阀活塞腔室释放出来。由先导阀的打开造成的蒸汽释放和由此造成的作用在阀活塞上的压力减小(否则将阀门保持在关闭位置)有助于将阀门致动到其打开位置或打开状态。

然而，对于利用排放原理工作的蒸汽控制阀而言，存在这样的趋势：此类阀门会在活塞腔室内的阀体的内部表面或内表面上和/或在阀门的其它内部结构特征上形成冷凝物。尽管在现有技术中已知对上述蒸汽控制阀进行了隔离，但因为阀门不能被理想地隔离，隔离缺陷通常会导致热量从阀门逸出，因而通常仍会导致冷凝物的形成。当这发生并且阀门温度下降到相关系统压力的饱和线或饱和温度处或之下时，阀门由蒸汽本身造成的加热导致在阀门内形成上述冷凝物。冷凝物形成的另一原因是由于关于阀门温度的瞬变。就此而言，由于蒸汽控制阀通常非常大和重，因此阀门温度(其通常与内部压力相关联)不会立即跟随压力变化，而是会以既定水平保持很长一段时间。这种情况通常导致冷凝物的生成，因为如果阀门温度的变化不立即跟随压力变化，则阀门温度通常会下降到上述饱和线之下。

在活塞腔室内的阀体的内表面上和/或在阀门的其它内部结构特征上形成水或冷凝物会造成某些阀门性能的下降。更具体而言，冷凝物会增加需要由(先导阀所打开的)排放路径释放的体积(相对于只有蒸汽而言)，因此会减少阀门的打开时间。就此而言，与当根据阀门的正常工作参数在活塞腔室中仅存在蒸汽时原本存在的状态相比，打开排放路径后，水/冷凝物蒸发并且随后需要排放更大体积的蒸汽。本发明通过以下方法解决和克服了这个特定问题：提供设置有以禁止冷凝物生成的方式促进阀门的加热的设备从而将阀门内部保持为没有冷凝物并且避免由此造成的性能下降的阀门组件。将在下面对本发明的这些以及其它特征和属性进行更详细的讨论。

发明内容

根据本发明，提供了一种阀门组件，在阀门组件中，加热设备或加热装置协作地接合至阀门的阀壳体或阀体上的预定位置，以有效地将阀门的温度保持在有关系统压力的饱和温度之上。保持这种温差有效地避免了冷凝物在阀体的内部和/或在阀门的其它内部结构特征上的聚集。

更具体而言，在上述先导蒸汽控制阀的具体背景下，加热阀门以便将阀门温度保持为高于给定压力下的饱和线因阀门的金属温度高于蒸汽温度而防止了冷凝物的形成。通过防止冷凝物的形成，可以基于蒸汽的预期量精确地限定和优化蒸汽控制阀的上述排放路径，从而避免因冷凝物在阀门内的形成而引起的水和蒸汽的潜在未知混合导致设计的不确定性。

可以用于本发明的阀门组件的示例性加热装置是常规的感应加热装置。可以设想的是，可以以各种形状和尺寸设置这种加热装置，使得这种形状/尺寸取决于相应阀门(特别是其阀体)的结构属性。就此而言，可以设想的是，加热装置的尺寸和形状选择为：在协作地接合在阀体上之后加热装置的开启将会实现阀体的这些部分及其内部结构特征(对于避免冷凝物的形成最为关键)的有效加热。根据本发明提供的加热解决方案可以与根据常规排放原理运行的介质致动阀、隔离阀、安全阀等一起使用。加热解决方案还可以用于冷凝物的过量积聚会造成问题的领域中的现有阀门或用于升级形式的现有阀门，并且加热解决方案还可以以新的阀门结构实现。

通过结合附图阅读下面的详细描述，可以最好地理解本发明。

附图说明

通过参考附图，本发明的这些以及其它特征将变得更加清楚，其中：

图1是根据本发明构造的示例性阀门组件的俯视平面图；

图2是沿图1中的线2-2截取的横截面图；以及

图3是图2所示的圆形区域3的放大图。

在全部附图和详细描述中使用相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

现在参考附图，其中，附图只是为了示出本发明的优选实施例，而并不是为了限制本发明，图1至图3示出了根据本发明构造的阀门组件10。阀门组件10包括有效地连接在示例性阀门14上的加热装置12。如下面更详细地描述的，加热装置12的形状及其在阀门14上的定位选择为：使得加热装置12的开启能够将阀门14保持在相关系统压力的饱和温度之上的温度水平，以有效地避免冷凝物在阀体的内部和/或在阀门14的其它内部结构特征上聚集。

结合到本发明的阀门组件10中的示例性阀门14优选为诸如隔离阀或安全阀等介质致动阀，并且根据通常称为“排放原理”的方式进行工作。就此而言，如上所述，根据排放原理工作并且用在蒸汽控制系统中的阀门的常见问题是冷凝物不可避免地积聚在阀门的阀体的内表面和/或阀门的其它内部结构特征上。

示例性阀门14包括阀壳体或阀体16，从图2和图3所示的角度看，阀体16包括上主体部18和下主体部20。阀体16的下主体部20限定了穿过阀体16的主流动通道22。如图2最佳所示，流动通道22的入口端和出口端以及定位在入口端与出口端之间的主阀体腔室均由下主体部20的内表面24的各部分限定。阀体16(特别是阀体的上主体部18和下主体部20)通常由金属材料制成。

除了包括阀体16之外，阀门14还包括阀门活塞26，阀门活塞26的大部分位于流动通道22的主阀体腔室内。阀门活塞26可在闭合位置(如图2所示)之间选择性地移动，在闭合位置，阀门活塞26有效地阻断流体(例如，蒸汽)在流动通道22的入口端与出口端之间的流动。阀门活塞26可以从其闭合位置移动到打开位置，在打开位置，流动通道22的入口端与出口端设置为经由流动通道22的主阀体腔室彼此流体连通。当从图2所示的角度观察时，阀门活塞26限定了上阀门活塞腔室28和下阀门活塞腔室30。与阀体16一样，阀门活塞26通常由金属材料制成。

尽管没有在图2和图3中特别示出，但阀门14(作为根据排放原理工作的示例性介质致动阀)还配备有将在其内流动的上游压力经由流体通道22的入口端连通到上阀门活塞腔室28的流动通道。尽管上游压力还被引入到下阀门活塞腔室30并且试图将阀门活塞26从图2所示的闭合位置推动到打开位置，但移动到打开位置的这种运动受到相同压力的抵抗，该相同压力如上所述同样通向上阀门活塞腔室28。就此而言，阀门活塞26的暴露于上阀门活塞腔室28的上游压力的面积大于阀门活塞26的暴露于下阀门活塞腔室30的上游压力的面积，因此导致阀门活塞26被有效地保持在闭合位置。

如图1和图2所示，阀门14包括协作地接合至阀体16的至少一个先导阀32并且优选包括一对先导阀32。先导阀32有效地且选择性地使上阀门活塞腔室28排气或卸压到流动通道22的下游出口端或大气中。如将要认识到的那样，先导阀32的打开有助于上阀门活塞腔室28的排气或卸压且使上阀门活塞腔室28中的压力水平下降到下阀门活塞腔室30中的压力水平以下，因此有助于将阀门活塞26从图2所示的闭合位置致动到打开位置。更具体而言，上阀门活塞腔室28中的流体或蒸汽压力经由阀门14的一个或多个排放路径(未示出)卸压到流动通道22的下游出口端或大气中，该排放路径延伸穿过阀体16并且有效地穿过先导阀32，从而允许排放路径选择性地打开和关闭。

本领域的普通技术人员将认识到，除了包括上述阀体16、阀门活塞26、先导阀32以及各种流动和排放路径或通道之外，阀门14通常还包括其它结构特征。例如，阀门14的附加内部结构特征可以包括但不限于偏置弹簧、密封件、封隔件等。就此而言，同样如上所述，阀门14的上述结构特征旨在仅用作诸如按排放原理工作的隔离阀或安全阀等介质致动阀的一个实例。因此，本领域的普通技术人员将进一步认识到，在无需脱离本发明的精神和范围的情况下，可以以不同于上述那些构造的多个构造中的任一构造提供阀门14。

根据本发明构造的阀门组件10的优选的预期使用落入蒸汽控制系统的范围内。如上所述，在蒸汽控制系统中，使用排放原理进行工作的所有阀门(诸如阀门14)易于在阀体的内部和/或在阀体内部结构特征上形成冷凝物。尽管蒸汽控制系统内的阀门通常被隔离，但仍会因隔离缺陷出现冷凝物的形成，这会引起热量的逸出和蒸汽本身加热阀门的情况，从而造成阀体和其内部结构特征的温度下降到系统内的蒸汽压力的饱和温度之下。同样如上所述，冷凝物形成的另一原因是由于关于阀门温度的瞬变。就此而言，由于蒸汽控制阀通常非常大和重，因此阀门温度(其通常与内部压力相关联)不会立即随压力变化，而是会以既定水平保持很长一段时间。这种情况通常导致冷凝物的生成，因为如果阀门温度的变化不立即跟随压力变化，则阀门温度通常会下降到上述饱和线之下。

在具有如上所述的阀门14的基本结构特征的阀门内，阀体16和至少阀门活塞26的温度下降到蒸汽控制系统内的饱和温度之下的这种状况通常会导致在阀体16的下主体部20的内表面24上和至少在阀门活塞26的上阀门活塞腔室28内形成水或冷凝物。一旦先导阀32的致动以前述方式打开排放路径，阀体16的内部(特别是阀门活塞26的上阀门活塞腔室28内)的水/冷凝物蒸发，其后果是在上阀门活塞腔室28内的压力下降到阀门活塞26能够被致动到打开位置的点之前，需要将体积大得多的蒸汽排放到大气或流动通道22的下游出口端。就此而言，上阀门活塞腔室28中的压力下降是由于造成了冷凝物或水蒸发的排放路径的打开。排放更大体积的蒸汽以对上阀门活塞腔室28进行卸压或排气的需要通常会导致阀门14的不期望的更长的打开时间。

结合到阀门组件10中的加热装置12通过减少阀门14的打开时间特别适用于提高蒸汽控制环境中的阀门14的可操作性。就此而言，打开时间的减少是由于加热装置12有效地将阀门14(特别是其阀体16和阀门活塞26)的温度持续地保持在相关蒸汽系统压力的饱和温度之上，因此有效地避免了水或冷凝物在阀体16的下主体部20的内表面24上、阀门活塞26的上阀门活塞腔室28内和阀门14的其它内部结构特征上的聚集。

如图1至图3所示，结合到阀门组件10中的特定加热装置12优选地具有环形环状构造。另外，当从图2和图3所示的角度观察时，加热装置12定位在阀体16的上主体部18的大致平坦顶面上。图3包括许多箭头，这些箭头描绘了热量从开启的加热装置12流动到阀体16并且流动通过阀体16、流动到阀门14的内部结构特征，特别是流动到阀门14的阀门活塞26。有利的是，通过将至少阀门14的阀体16和阀门活塞26的金属温度保持为高于蒸汽温度并且高于任何给定压力的饱和线，在内表面24上或在上阀门活塞腔室28内不会形成冷凝物，从而避免可能因在先导阀32打开排放路径时便于阀门活塞26从闭合位置移动到打开位置以卸压阀门活塞26的上阀门活塞腔室28内的蒸汽压力所需的时间而引起的性能的下降。

在阀门组件10中，如图1至图3所示的加热装置12的尺寸和形状和加热装置12在阀体16上的具体位置选择为使加热装置12的性能最优化，以将阀体16及其内部结构特征(特别是阀门活塞26)这两者的温度保持为高于在给定压力下阀门14内的蒸汽的饱和温度。然而，由于阀门14的构造仅意在是示例性的，因此本领域的普通技术人员将认识到，对于具有与涉及阀门14的上述结构特征不同的结构特征的阀门而言，协作地接合至阀门14而以前述方式防止在阀门14内形成冷凝物的任何加热装置可以具有与前述加热装置12的尺寸和/或形状不同的尺寸和/或形状，并且进一步可以定位在这种阀门的多个不同位置中的任意一个位置上，这种位置选择为使热量从加热装置到这种阀门的阀体和内部结构特征的传递最优化。沿着这些线，在阀门组件10内，可以设想的是，加热装置12还可以设置在阀体16的除了上主体部18之外的各位置上。例如，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，加热装置12潜在地可以直接接合在下主体部20上。

与加热装置12所生成的热量仅施加在阀门14的一个部件或一部分上相反，涉及加热装置12的尺寸、形状和在阀门14上的位置的最终目的是加热装置12所生成的热量将对称地辐射过阀体16并且辐射到阀体16的内部结构特征(包括阀门活塞26)中。此外，加热装置12的容量优选地选择为有效地将阀门14(特别是阀门14的阀体16和阀门活塞26)的温度保持在比蒸汽系统压力的饱和温度高约5°F至约15°F的范围内。

在阀门组件10中，可以设想的是，加热装置12设置有如图1所示的电力(例如交流和/或直流)供应装置。此外，可以设想的是，在阀门组件10内，加热装置12在任何时候都被保持在通电的开启状态中。就此而言，由于阀门14的阀体16、阀门活塞26和其它部件或结构特征通常具有非常大的尺寸和重量，因此通常需要加热装置12的持续开启状态，以有效地将阀门14的温度保持为高于在阀门14中流动的蒸汽的饱和温度。然而，还可以设想的是，阀门14可选地在预定结构中可以设置有各种温度传感器，以允许持续监测阀门14的阀体16和/或其它结构特征的温度，从而潜在地允许加热装置12被周期性地循环关闭，并且当阀门14的温度下降到仍比蒸汽系统压力的饱和温度高的预定温度水平之下时重新开启。

本说明书提供了本发明的示例性实施例。本发明的范围不受这些示例性实施例的限制。不管由说明书明确提出还是由说明书暗示的，本领域的技术人员可以根据本说明书实现多种变化，例如结构、尺寸、材料类型和制造方法的变化。

Claims (12)

1.一种阀门组件，其用于预定压力范围内的并且具有相应饱和温度的流体，所述阀门组件包括：

阀体，其限定了具有入口端和出口端的主流动通道；

阀门活塞，其设置在所述阀体内，并且能够选择性地在闭合位置与打开位置之间移动，在所述闭合位置，所述活塞有效地阻断流体从所述流动通道的所述入口端直接流动到所述出口端，在所述打开位置，流体能够从所述入口端直接流过所述活塞到达所述出口端；以及

加热装置，其协作地接合在所述阀体的外表面上，并且构造为使热量对称地辐射穿过所述阀体；

所述阀体构造为限定从所述加热装置经由所述阀体直接到达所述阀门活塞的传热路径；

所述加热装置构造为将至少所述阀体和所述阀门活塞二者保持在预定温度水平，所述预定温度水平超过所述流体的所述饱和温度，并且

所述加热装置的尺寸、形状和在所述阀体上的位置设置为所述加热装置的开启有效地将至少所述阀体和所述阀门活塞保持在比所述流体的所述饱和温度高5°F至15°F的范围内的温度。

2.根据权利要求1所述的阀门组件，其中，所述加热装置是电力驱动的感应加热装置。

3.根据权利要求1所述的阀门组件，其中，所述加热装置具有大致环形构造，并且定位在所述阀体上以围绕所述阀门的至少一个内部结构特征。

4.根据权利要求1所述的阀门组件，其中：

所述阀门活塞限定至少一个活塞腔室；

所述阀体包括与所述活塞腔室连通的至少一个排放路径；

所述阀门包括有效地且选择性地经由所述排放路径对所述活塞腔室进行排气的至少一个先导阀；并且

所述加热装置的尺寸、形状和在所述阀体上的位置设置为所述加热装置的开启有效地防止在至少所述阀门活塞的所述活塞腔室中形成冷凝物。

5.根据权利要求4所述的阀门组件，其中，所述加热装置具有大致环形构造，并且定位在所述阀体上以围绕所述阀门的至少一个内部结构特征。

6.一种阀门组件，其用于预定压力范围内的并且具有相应饱和温度的流体，且至少包括阀体和能移动地设置在所述阀体内的阀门活塞，所述阀门组件包括：

加热装置，其协作地接合在所述阀体的外表面上，并且构造为使热量沿着延伸到所述阀门活塞的传热路径对称地辐射穿过所述阀体以将至少所述阀体和所述阀门活塞二者保持在预定温度水平，所述预定温度水平超过所述流体的所述饱和温度，

其中，所述加热装置的尺寸、形状和在所述阀体上的位置设置为所述加热装置的开启有效地将至少所述阀体和所述阀门活塞保持在比所述流体的所述饱和温度高5°F至15°F的范围内的温度。

7.根据权利要求6所述的阀门组件，其中，所述加热装置是电力驱动的感应加热装置。

8.根据权利要求6所述的阀门组件，其中，所述加热装置具有大致环形构造，并且定位在所述阀体上以围绕所述阀门的至少一个内部结构特征。

9.一种防止在阀门中形成冷凝物的方法，所述阀门用于预定压力范围内的并且具有相应饱和温度的流体，且至少包括阀体和能移动地设置在所述阀体内的阀门活塞，所述方法包括如下步骤：

(a)将加热装置协作地接合在所述阀体的外表面上；以及

(b)开启所述加热装置从而使热量沿着延伸到所述阀门活塞的传热路径对称地辐射穿过所述阀体，以将至少所述阀体和所述阀门活塞二者保持在预定温度水平，所述预定温度水平超过所述流体的所述饱和温度，

其中，步骤(a)包括将所述加热装置的尺寸、形状和在所述阀体上的位置设置为所述加热装置在步骤(b)中的开启有效地将至少所述阀体和所述阀门活塞保持在比所述流体的所述饱和温度高5°F至15°F的范围内的温度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤(a)包括在所述加热装置所生成的热量能够对称地辐射过所述阀体并且辐射到所述阀门活塞中的位置将所述加热装置协作地接合在所述阀体上。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤(a)包括将所述加热装置设置为大致环形构造并且定位在所述阀体上以围绕所述阀门的至少一个内部结构特征。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤(a)包括将电力驱动的感应加热装置协作地接合在所述阀体上。