CN105546209A - 具有夹紧式座圈的阻流阀 - Google Patents

Abstract

流体阀包括具有通过流体通道来连接的流体入口和流体出口的阀体。阀座布置在流体通道中。控制构件可移动地布置在流体通道中，该流体控制构件与调节组件进行协作以控制流体流经流体通道。阀座被夹紧在阀体中，流体阀在阻流情况下以入口流体压强的压强下降10％或者更小来操作。

Description

具有夹紧式座圈的阻流阀

技术领域

本发明总地涉及控制阀门，并且更具体地涉及具有夹紧式座圈的阻流控制阀。

背景技术

流体阀对流体从一个位置向另一个位置的流动进行控制。当流体阀处于闭合位置时，阻止位于一侧的高压流体流动到位于该阀门的另一侧的低压位置。通常，流体阀包含可移动的流体控制构件，以及与该流体控制构件进行协作以控制流体流经该阀门的具有某种形式的座。在一些情况下，可能期望随着流体流经阀门，使流体特性化(例如，减小噪音)。在这些情况下，可以使用包括具有多个开口的笼的调节组件。可以设计这些开口的尺寸和形状，以特性化流经该调节组件的流体。但是，流体流经阀门的特性化是以流体流经调节组件时的很大压强下降为代价的。

在已知的流体控制阀的一个示例中，如图1中所示，控制阀10包括阀体12，阀体12具有通过流体通道18连接的流体入口14和流体出口16。在流体入口14和流体出口16之间，调节组件20布置在阀体12中。调节组件20包括笼22和座圈24。在笼22中布置诸如塞26之类的流体控制构件，塞26与座圈24接触以控制流体流经阀体12。杆28的一端连接到塞26，另一端连接到致动器30。致动器30控制塞26在笼22中的移动。

在一些操作中，需要控制阀在阻流状况下操作。当流体流经控制阀的速度达到超音速(例如，对于燃料流经控制阀以进行燃气轮机发电操作来说，大约每秒1070英尺)时，阻流产生。为了在燃气轮机发电中增加阻流控制阀的效率，阻流状况应当在入口压强的压强下降10％或者更少时发生。流动障碍物(例如，调整笼)使得流动更缓慢并在更高的压强下降时阻塞，这种情形降低了涡轮的效率。为了解决该问题，当前的燃气涡轮引擎包括燃料控制阀，其中该燃料控制阀具有螺纹座圈和裙部引导塞，以便生成经过该控制阀的大的无障碍燃料流动区域。

举一个例子，如图2中所示，已知的阻流控制阀110包括阀体112，阀体112具有通过流体通道118连接的流体入口114和流体出口116。在流体入口114和流体出口116之间，调节组件120布置在阀体112中。调节组件120包括裙部122和座圈124。流体控制构件譬如塞126至少部分地布置在裙部122中，并且该塞126与座圈124接触以控制流体流经阀体112。裙部122引导塞126往复地移动(例如，图2中的向上和向下)，使得塞126保持与座圈124准确地对准。杆128的一端连接到塞126，另一端连接到致动器130。致动器130控制塞126在裙部122中的移动。在裙部122和座圈124之间生成较大的流动区域131，使得经过该区域的流动障碍物最小，并且在相对较低的压强下降情况下发生阻流状况。

已知的螺纹座圈阻流控制阀具有多种问题。例如，已知的螺纹座圈阻流控制阀承受着由于超音速流动所产生的冲击波而造成的偶然的座圈退出(backout)。这些冲击波造成强烈的振动，这造成了座圈退出他的螺纹固定的位置，从而造成流动中断以及控制阀的故障。

已知的螺纹座圈阻流控制阀还承受着通过裙部和座圈之间的间隙的旋涡式流动。这种问题是由于从裙部的入口侧到裙部的后侧的流动通道几何形状发生改变所造成的。例如，如图2中所示，随着流体进入座圈，其在入口侧上流进到座圈是相对无阻碍的。但是，从后侧(与入口侧相反)流动进入座圈，必须在进入座圈之前多次改变方向。这种方向的改变造成了流动速度的改变，此外，相对于从入口侧流进座圈的流体的静态压强，其还改变了该流体的静态压强。这种压强差造成流体在流经座圈时，旋涡式地流动，这降低了控制阀的效率，并增加了经由座圈的压强下降。

此外，已知的螺纹座圈阻流控制阀在制造时是相对昂贵的，例如，这是由于必须对阀体螺口进行加工，这是费时的并且很难制造。

发明内容

在一个优选的实施例中，一种流体阀包括：阀体，其具有通过流体通道来连接的流体入口和流体出口；布置在所述流体通道中的调节组件；可移动地布置在所述流体通道中的流体控制构件，所述流体控制构件与所述调节组件进行协作以控制流体流经所述流体通道。所述调节组件包括夹紧式座圈，所述夹紧式座圈包括收敛扩散形喷嘴。

其它优选的实施例可以包括下面的优选形式中的一个或多个：

在一种优选的形式中，所述调节组件包括保持器，所述保持器将所述座圈夹紧在所述阀体中。

在另一种优选的形式中，所述保持器包括上主体部和从所述上主体部延伸的裙部，所述裙部引导所述流体控制构件的移动。

在另一种优选的形式中，所述保持器还包括紧固环，所述紧固环位于所述座圈的邻近处，其中所述座圈至少部分地布置在所述紧固环和所述阀体之间。

在另一种优选的形式中，所述裙部通过多个支腿来连接到所述紧固环。

在另一种优选的形式中，所述多个支腿中的至少一个支腿具有翼型的横截面形状。

在另一种优选的形式中，所述支腿的前缘包括具有锐边的分水。

在另一种优选的形式中，所述支腿的后缘具有锐边。

在另一种优选的形式中，所述翼型的横截面形状使层流最大化。

在另一种优选的形式中，所述多个支腿包括三至十个支腿。

在另一种优选的实施例中，一种阻流夹紧式座圈组件包括：包含上主体部的座圈保持器、自所述上主体部远离延伸的裙部，与所述裙部间隔开的紧固环、以及将所述紧固环连接到所述裙部的多个支腿，其中所述裙部适于引导流体控制构件的移动。座圈包括在缩脉处连接的收敛喷嘴和扩散喷嘴。所述紧固环适于抵靠阀体来夹紧所述座圈的一部分。

其它优选的实施例可以包括下面的优选形式中的一个或多个：

在一种优选的形式中，所述多个支腿中的至少一个支腿具有翼型的横截面形状。

在另一种优选的形式中，所述支腿的前缘包括具有锐边的分水。

在另一种优选的形式中，所述支腿的后缘具有锐边。

在另一种优选的形式中，所述翼型的横截面形状使层流最大化。

在另一种优选的形式中，所述多个支腿包括三至十个支腿。

在另一种优选的形式中，所述座圈包括环形架，所述环形架适于在所述紧固环和阀体之间被夹紧。

在另一种优选的形式中，与所述收敛喷嘴相比，所述扩散喷嘴更长。

在另一种优选的形式中，所述多个支腿中的至少一个支腿从所述紧固环向所述裙部径向向内弯曲。

在另一个优选的实施例中，一种用于阻流夹紧式座圈组件的保持器，包括：上主体部；自所述上主体部远离延伸的裙部，其中所述裙部适于引导流体控制构件的移动；与所述裙部间隔开的紧固环；将所述紧固环连接到所述裙部的多个支腿。

附图说明

图1是现有技术控制阀的横截面视图，其中该控制阀包括具有夹紧式座圈的调节组件；

图2是具有螺纹座圈和裙部引导塞的现有技术高压恢复控制阀的横截面视图；

图3是具有根据本公开内容的教导所构建的夹紧式座圈和保持器的高压恢复控制阀的横截面视图；

图4是图3的控制阀的保持器的透视图。

具体实施方式

本文所描述的阻流控制阀和调节组件有利地防止座圈的冲击波退出，引导流体流经座圈，防止或者减小流动旋涡，并降低制造成本和组装时间。此外，与具有笼的调节组件相比，本文所描述的阻流控制阀和调节组件在座圈的附近产生100％或更多(优选地200％或更多)的开放流动区域。

现转到图3，控制阀210包括阀体212，阀体212具有通过流体通道218连接的流体入口214和流体出口216。在流体入口214和流体出口216之间，调节组件220布置在阀体212中。调节组件220包括保持器222和座圈224。流体控制构件譬如塞226布置在保持器222中，塞226与座圈224接触以控制通过阀体212的流体流动。杆228的一端连接到塞226，另一端连接到致动器230。致动器230控制塞226在保持器222中的移动。

座圈224包括收敛部或收敛喷嘴240以及扩散部或扩散喷嘴242，它们在喉部或者缩脉244处相连接。在喉部244，流经座圈224的流体达到超音速。在一些实施例中，与收敛喷嘴240相比，扩散喷嘴242更长。在其它实施例中，与收敛喷嘴240相比，扩散喷嘴242更短，或者扩散喷嘴242和收敛喷嘴240具有相同的长度。不管怎样，塞226都与座圈224中的座表面(例如，咽喉244)进行协作，以控制流体流经座圈。

座圈224包括环形架246，后者座靠在阀体212中形成的环形肩248上。座圈224通过保持器222来夹紧到位，环形架246布置在保持器222和环形肩248之间。结果，座圈224不是通过螺纹来紧固的，因此不会受到由超音速流动造成的振动的退出。在一些实施例中，可以在环形架246和环形肩248之间和/或在环形架和保持器222之间，放置一个或多个密封件或垫圈(没有示出)。

保持器222包括在致动器230的附近，在阀体212中紧固的上主体部250。裙部部252自上主体部250向紧固环254延伸。紧固环254通过多个支腿或支撑256来连接到裙部部252。紧固环254适合于处于座圈224的顶部的环形凹槽258，以夹紧保持器222和阀体224之间的座圈224。在其它实施例中，可以在无需环形凹槽258的情况下，在保持器222和阀体212之间夹紧座圈224。支腿256将裙部252与紧固环254分开，从而在裙部252与紧固环254之间产生较大的流动区域260，如图4中所示。

支腿256可以具有翼型的横截面形状。在一些实施例中，这种翼型形状可以是对称的翼型形状(即，外弧线与弦线一致)。但是，其它横截面形状也是可以的。支腿256的横截面形状应当使流体阻力减到最小，同时防止圆周式流动。在一些优选的实施例中，支腿256的横截面形状应当强化或者最大化层流体流动，以减小阻力和湍流。例如，NACA6系列或7系列翼型形状可以用于使层流体流动最大化。

在一些实施例中，支腿256的前缘可以形成在锐状的前缘262中，例如，通过向前缘262加入楔子或分水264。在其它实施例中，前缘可以是光滑的或者圆的，通过辐射式边缘来形成(没有示出)。类似地，可以将后缘266形成为锐边。或者，后缘266也可以具有圆的或辐射式边缘。

此外，支腿256还可以从紧固环254向裙部252径向向内弯曲。例如，支腿256可以具有附着在紧固环254上的下部270，与附着在裙部252上的上部272相比，下部270是更加面向纵向的。这种支腿曲率使紧固环254与裙部252辐射地偏移。换言之，紧固环254可以具有与裙部252的外径相比更大的内径，以便进一步增加流动区域260，这进一步减小了经过保持器222的压强下降。

在图3和图4所示的实施例中，裙部252通过六个支腿256连接到紧固环254。在其它实施例中，可以使用更多或更少的支腿256。例如，在一些优选的实施例中，支腿256的数量可以是三个或更多，但十二或更少将用于优化强度和流动区域之间的关系。

上主体部250可以包括从裙部222远离延伸的对准圆柱体280。对准圆柱体280可以辅助上主体部250置于阀体212和阀帽282之间的中心或者对准。

虽然根据本公开内容的教导，本文描述了某些调节组件和控制阀，但所附权利要求书的保护范围并不受此限制。相反，权利要求书覆盖了清楚地落在可允许的等效范围中的本公开内容的教导的所有实施例。

Claims (20)

1.一种流体阀，包括：

阀体，所述阀体具有通过流体通道来连接的流体入口和流体出口；

布置在所述流体通道中的调节组件；以及

可移动地布置在所述流体通道中的流体控制构件，所述流体控制构件与所述调节组件进行协作以控制流体流经所述流体通道；

其中，所述调节组件包括夹紧式座圈，所述夹紧式座圈包括收敛扩散形喷嘴。

2.根据权利要求1所述的流体阀，其中，调节组件包括保持器，所述保持器将所述座圈夹紧在所述阀体中。

3.根据权利要求2所述的流体阀，其中，所述保持器包括上主体部和自所述上主体部远离延伸的裙部，所述裙部引导所述流体控制构件的移动。

4.根据权利要求2所述的流体阀，其中，所述保持器还包括紧固环，所述紧固环位于所述座圈的邻近处，所述座圈至少部分地布置在所述紧固环和所述阀体之间。

5.根据权利要求4所述的流体阀，其中，所述裙部通过多个支腿来连接到所述紧固环。

6.根据权利要求5所述的流体阀，其中，所述多个支腿中的至少一个支腿具有翼型的横截面形状。

7.根据权利要求6所述的流体阀，其中，所述支腿的前缘包括具有锐边的分水。

8.根据权利要求6所述的流体阀，其中，所述支腿的后缘具有锐边。

9.根据权利要求6所述的流体阀，其中，所述翼型的横截面形状使层流最大化。

10.根据权利要求4所述的流体阀，其中，所述多个支腿包括三至十个支腿。

11.一种用于阻流式流体控制阀的阻流夹紧式座圈组件，所述组件包括：

包含上主体部的座圈保持器、自所述上主体部远离延伸的裙部，与所述裙部间隔开的紧固环、以及将所述紧固环连接到所述裙部的多个支腿，其中所述裙部适于引导流体控制构件的移动；以及

座圈，所述座圈包括在缩脉处连接的收敛喷嘴和扩散喷嘴；

其中，所述紧固环适于抵靠阀体来夹紧所述座圈的一部分。

12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述多个支腿中的至少一个支腿具有翼型的横截面形状。

13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述支腿的前缘包括具有锐边的分水。

14.根据权利要求12所述的组件，其中，所述支腿的后缘具有锐边。

15.根据权利要求12所述的组件，其中，所述翼型的横截面形状使层流最大化。

16.根据权利要求11所述的组件，其中，所述多个支腿包括三个至十个支腿。

17.根据权利要求11所述的组件，其中，所述座圈包括环形架，所述环形架适于在所述紧固环和阀体之间被夹紧。

18.根据权利要求11所述的组件，其中，与所述收敛喷嘴相比，所述扩散喷嘴更长。

19.根据权利要求11所述的组件，其中，所述多个支腿中的至少一个支腿从所述紧固环向所述裙部径向向内弯曲。

20.一种用于阻流夹紧式座圈组件的保持器，所述保持器包括：

上主体部；

自所述上主体部远离延伸的裙部，其中所述裙部适于引导流体控制构件的移动；

与所述裙部间隔开的紧固环；以及

将所述紧固环连接到所述裙部的多个支腿。