CN105705847A - 带有塞密封件的可旋转阀组件 - Google Patents

Abstract

公开了一种可旋转阀组件(20)。在一个实施方式中，可旋转阀组件(20)包括主体(22)和阀塞(24)。阀塞(24)包括密封件，密封件被构造成与阀主体的内表面形成流密性屏障。可旋转阀组件可包括额外的密封件，包括设置在阀主体(22)中的密封件(96)。可旋转阀组件(20)还可与释放机构(40)一起用于控制使阀塞(24)旋转至打开位置的压力。

Description

带有塞密封件的可旋转阀组件

优先权申明

本申请要求2013年9月4日提交的美国临时申请No.61/959,845的优先权，该申请的全部内容特此以引用方式并入。

技术领域

本公开涉及用于减轻来自承压系统的压力的系统。更特别地，本公开涉及可用作减压装置的可旋转阀组件。

背景技术

处理或使用承压流体的系统有许多类型。为了确保这些类型的系统安全，每个这样的系统通常都包括安全装置，安全装置被设计成防止系统超压。在系统中的流体到达不安全水平的紧急情形下，流体的高压作用于安装装置，形成开口，以便从系统释放流体。通过使流体穿过开口排放到周围环境或安全贮存器，减小了系统中的压力并且防止系统的其它部分由于流体的高压而失效。已知的安全装置的示例例如在美国专利No.3,472,284、No.3,039,482、No.2,304,491、No.3,603,333、No.4,724,857、No.4,787,409、No.4,930,536、No.4,977,918、No.5,012,834、No.5,067,511、No.5,116,089、No.5,146,942、No.5,209,253、No.5,226,442、No.5,273,065、No.5,297,575、No.5,311,898、No.5,318,060、No.5,348,039、No.5,373,864和No.5,433,239中公开。

承压系统的一种类型的安全装置是减压阀，减压阀可以是重关闭阀(reclosingvalve)或非重关闭阀。通常，使用弹簧、销或者弹簧和销的组合在连接到承压系统时将移动塞保持与装置的主体或外壳密封接合。当流体的压力达到这些系统中的预定安全水平时，由承压流体施加到塞上的力克服了弹簧的偏置或者超过了保持塞不动的销的阻力。当出现这些事件中的任一种时，承压流体移动塞以露出开口，流体可通过该开口逸出，使系统中的压力减轻。一旦装置入口处的承压流体已经减小至足以使弹簧或其它机构将塞复位，重关闭阀就将自动地复位。非重关闭阀需要装置被手动复位，使得阀塞与密封件重新接合，并且如有必要，用销或其它消耗式组件来取代。

一种类型的减压阀是可旋转阀组件。已知的可旋转阀组件在共同拥有的美国专利No.5,607,140、No.5,947,445、No.6,098,495、No.6,367,498、No.6,488,044和No.6,491,055中公开，这些专利中的每个的全部内容都以引用方式明确并入本文中。可旋转阀包括安装在可旋转轴上的塞并且可使塞在阻挡流体的流动的关闭位置和允许流体流过阀的打开位置之间旋转。可手动地或者通过其它外力开始将塞旋转至打开位置。另选地，塞可安装在轴上，使得塞的旋转轴相对于塞中心偏离，使得承压流体对轴施加扭矩并且推动塞进行旋转。可将一装置联接到轴以防止轴旋转，直到轴上的扭矩达到一定水平从而指示流体的压力已到达超压情形为止。此时，轴被释放，塞旋转以将阀打开并且使系统排放。

设置在承压系统中的阀常常将包括在主体和塞之间的密封件，以限制或防止流体通过阀泄漏。如所例证的，例如，在美国专利No.6,367,498中，已知的密封件设置在阀主体中并且被构造成与阀塞的外周缘接合，以防止在阀关闭时承压流体在塞和主体之间流动。因为已知的密封件设置在阀主体中，所以在阀塞旋转时，已知的密封件保持固定不动。如此，对包括阀组件的移动部分和非移动部分之间的界面的密封机构的控制有限。另外，在承压系统的管道或其它部分内的加载不规则的情况下，阀主体会经受变形。这种不规则加载可使设置在阀主体内的密封件变形，从而对密封件的性能产生负面影响。为了更换设置在阀主体中的已知的密封件，必须拆开阀，这样会是昂贵且耗时的。另外，已知的阀将密封件垂直于阀打开时的流动设置，这样会增加密封件在流体经过阀时会受损和/或撕裂的风险。

需要一种克服了以上不足和/或本技术中的其它不足中的一个或更多个，和/或提供额外益处的减压阀装置。

发明内容

根据一个实施方式，一种可旋转减压阀组件包括限定内表面的主体和安装在主体内的塞。塞可在打开位置和关闭位置之间旋转。密封件与塞一起设置并且被构造成当塞处于关闭位置时与主体形成流密性屏障。

附图说明

被并入构成本说明书一部分的附图示出许多实施方式并且与描述一起用于说明本公开的原理。

图1示出可旋转阀组件的剖视图。

图2示出图1中示出的可旋转阀组件的入口侧的视图。

图3至图5示出处于操作中的图1的可旋转阀组件。

图6示出可旋转阀组件的另一个实施方式。

图7示出可旋转阀组件的有一个实施方式。

图8是示出夹具和密封件的图7的可旋转阀组件的详细视图。

图9是可旋转阀组件的再一个实施方式的立体图。

图10是图9的可旋转阀组件的剖视图。

具体实施方式

现在，将详细参照本发明示例性实施方式，在附图中示出这些实施方式的示例。只要有可能，将在图中始终使用相同的附图标记来表示相同或类似的部件。本申请的附图旨在提供对基本系统的工作元件的总体理解。因此，除非明确阐述，否则这些图不代表对图示相互关联的组件的成比例尺寸或精确位置的文字描绘。

图1示出本公开的可旋转阀组件20的一个实施方式。组件20包括阀主体22、阀塞24和安装件26，安装件26用于将阀塞24围绕轴38可旋转地安装在阀主体22中，轴38限定旋转轴线28。主体22具有限定穿过主体22的流体通道50的入口46和出口48。主体22的入口46从诸如容器或管道的流体压力源(未示出)接收流体和压力。

轴38可贯穿主体22并且可围绕旋转轴线28随着塞24相对于主体22旋转。轴38可以是延伸经过塞24的面或者贯穿塞24的单个连续轴，或者可以是从塞24延伸通过主体22的一个或更多个轴端部、轴端、耳状物等。限位开关、运动检测开关等(未示出)可设置在轴38的任一个外端或两个外端，以指示塞24是处于打开位置还是关闭位置和/或已经打开还是关闭。

阀组件20还可包括密封件96，当阀塞24处于关闭位置时，密封件96用于密封阀塞24的周缘和阀主体22的流体通道50之间的间隙。不同于已知的可旋转阀(在其中，密封件设置在阀主体内)，图示实施方式的密封件96设置在阀塞24内。

在塞24内设置密封件96提供了优于已知阀(在阀主体内包括密封件)的优点。具体地，将密封件96设置在塞24内提供了对密封机构更精确的控制，密封机构包括阀组件的移动部分(例如，塞24)和非移动部分(例如，主体22)之间的界面。另外，当阀主体22安装在承压系统的管道或其它部分内时，设置在塞24内的密封件远离传导到阀主体22的力。已经观察到，管道的不规则加载—特别地，在较大标称尺寸管道系统—可造成一些问题，包括在阀主体内发生变形。这种变形会削弱安装于主体的密封件的性能。然而，根据本公开，密封件96与阀主体22的变形无关。

在塞24内设置密封件96还可在更换密封件96时提供优点。可在不拆卸和/或安装好的阀中更换密封件，而非拆开整个阀和/或将阀主体从管道或其它承压系统拆下(这是更换已知的主体内密封件所需要的)。另外，或另选地，可为了更换密封件96拆下阀塞24，而主体22保持不拆卸。

在塞24内设置密封件96还可在阀打开时提供优点。当公开的塞24和密封件96打开使得流体可逸出阀时，密封件96可被设置成并非垂直于流体流动路径。在一个实施方式中，密封件96可被设置成大体平行于阀打开时的流体流动路径。当已知的密封件被设置成垂直于流体流动路径时，流体更有可能使密封件受损或撕裂。因此，通过如公开地将密封件96设置在塞24上，可保护密封件96免受这种损害。

如图1中所示，阀主体22设置有配合表面98，配合表面98被构造成配合密封件96。配合表面98的性质(例如，材料或形状)可被选定为优化了与密封件96的界面。例如，配合表面98的属性可被选定为减小或增大了配合表面98和密封件96之间的摩擦力。配合表面98可由与阀主体22相同的材料制成，或者配合表面98可由不同的材料制成。配合表面98可一体地形成在阀主体22内，或者配合表面98可以是插入和/或安装于阀主体22上的附加组件或附加层。配合表面98还可成形为实现了与密封件96的所需接合。

如图1中所示，阀塞24可被安装成便于在通道50中离心旋转。轴38和塞24的旋转轴线28在至少一个方向上偏离塞24的直径。结果，塞24在旋转轴线28第一侧上的第一部分124较大并且其暴露于入口流体压力的面积大于塞24在旋转轴线28第二侧上的第二部分128。这样形成了围绕旋转轴线28和轴38的力矩和转矩。这种布置的其它优点在于，轴38部分平衡了旋转轴线28和轴38两侧上的流体压力，因此减小了塞24必须直接抵抗密封的力。如图1中所示，轴的旋转轴线28偏离通道50的中心轴线。还可想到，轴的旋转轴线28可另外或另选地在上游或下游偏离塞密封件(例如，如图6中所示，且如以下讨论的)。

当阀塞24处于关闭位置时，承压系统中的压力围绕旋转轴线28在阀塞24上产生扭矩。如图2中所示，组件可包括释放机构40，释放机构40被构造成用于当围绕旋转轴线28的扭矩低于所选尺寸时防止阀塞24从关闭位置旋转、并且当围绕旋转轴线28施加的扭矩超过选定尺寸时释放塞24和轴38以旋转至打开位置。另外或另选地，可(例如，用弹簧)预加载阀塞和/或释放机构，诸如，在例如共同拥有的美国专利No.6,491,055中公开的，该专利的全部内容明确被并入上文。预加载可有助于将塞密封件接合至密封位置。

在一个实施方式中，释放机构40包括失效销54。如所示出的，失效销54安装在阀主体22上。释放机构40还包括接触臂66，接触臂66将围绕旋转轴线28的扭矩转换成施加到失效销54的负载。失效销54被构造成在接触臂66施加的预定负载下变形和/或失效。失效销54可以是永久地或不可逆地可变形结构，当承受预定负载时弯曲或破裂。尽管示出了失效销54，但本公开可想到使用被构造成在预定负载下变形和/或失效的任何合适的机构，包括(但不限于)梁、杆、板、盘、弹簧、或相当的结构(或其任何组合)。这些机构可以是永久或不可逆地可变形。另选地，这些机构可以可逆地变形，使得一旦去除了变形负载，它们就返回初始状况。如以上阐述的，可对释放机构预加载。例如，失效销54或其它可变形失效机构可经历预加载，以减小产生使故障机构变形和打开阀所必需的输出力的流体压力。其全部内容明确并入上文的共同拥有的美国专利No.6,491,055公开了示例性的预加载机构。

如图2中所示，失效销54经受由接触臂66施加的弯曲型负载。还可想到，失效销54(或其它合适的失效机构)可经受不同类型的负载(诸如，压缩、张力或剪切力)，如美国专利No.5,947,445(其全部内容以引用方式并入本文中)的图4至图6中所示的。还可想到，释放机构可包括磁性夹，磁性夹被构造成防止阀塞旋转，直到预定负载克服了磁性引力为止，如美国专利No.5,947,445(其全部内容以引用方式并入本文中)的图7中所示的。在另一个实施方式中，所公开的阀组件可与诸如美国专利No.6,367,498、No.6,448,044和No.6,491,055(其全部内容以引用方式并入本文中)中公开的连杆组件一起用于控制阀塞的打开。

图3至图5示出处于操作中的图1的阀组件。如图3中所示，阀塞24处于关闭位置，密封件96抵靠阀主体22的配合表面98形成流体密封。在图4中，随着阀塞24移动离开关闭位置，流体密封已经开始被破坏。在图5中，阀塞24处于完全打开的位置，从而允许流体逸出承压系统。

图6示出根据本公开的可旋转阀组件220的其它实施方式。如所示出的，组件220包括通过一对可旋转轴238安装在阀主体222内的阀塞224。通过夹持件260将密封件296保持在阀塞224内。阀主体222包括配合表面298，配合表面298被构造成当阀塞224处于关闭位置时与阀塞224中的阀密封件296配合。如所示出的，阀主体222的内表面可发生弯曲，以适应阀主体224的旋转。另外，如所示出的，可旋转轴238的旋转轴线在下游偏离密封件296。

图7和图8示出可旋转阀组件320的其它实施方式。如所示出的，组件320包括通过一对可旋转轴338安装在阀主体322内的阀塞324。通过夹持件360将密封件396保持在阀塞324内。如所示出的，使用一个或更多个螺杆361(图8)将夹持件360夹持于塞324中。另外或另选地，可使用任何其它合适的夹持机构将密封件396夹持于塞324。以将密封件396的密封部分设置在对于在塞324处于关闭位置时与阀主体322的配合表面398实现密封性界面而言希望的位置的方式来夹持密封件396。如所示出的，阀主体322的内表面可发生弯曲，以容纳阀塞324的旋转。

图8示出图7中示出的可旋转阀组件320的详细视图。图8中示出的密封件396是“双唇”密封，这样可用于在两个流动方向上(即，进出承压系统)实现密封性。然而，本公开不限于任何特定类型的密封构造。例如，可想到，可使用O形环密封件、防尘型密封件、或半岛型密封件(可从密封表面向外伸出)。密封件可被构造成，使得增大的入口压力可增大阀塞和阀主体之间的密封质量。例如，图8中示出的双唇密封件396入口侧的压力会造成入口侧唇与配合表面398更强有力地密封(至少直到达到阀的开口压力并且允许塞旋转为止)。在一个实施方式中，可用施加到阀塞的涂层材料生成密封件。另外，尽管图8中示出的密封件被示出为夹持到阀塞324中的单独部件，但还可想到，密封件可一体地形成在阀塞内。

图8示出了密封件396和配合表面398之间的界面可相对于流体通道(图8中未示出)的中心轴线偏离并形成一定角度。以此方式，只有当阀处于关闭位置时，密封件396和配合表面398才可相互接触，使得在塞324正向着打开位置旋转时，密封件396和配合表面398之间的摩擦可被减至最少或消除。可想到，偏离密封角(如图8中所示)的特征可与偏离旋转轴线(图1和图6)的特征相结合，以实现双偏离或三偏离构造。

在图9和图10中示出可旋转阀组件420的另一个实施方式。如所示出的，阀组件420包括阀主体422。主体422具有包含一系列螺孔472的凸缘471。在一个实施方式中，螺孔472设置在凸缘471中，以适应于具有类似标称尺寸的管凸缘的标准ANSI螺栓样式(或其它标准化螺栓样式)。可使用螺栓或其它连接装置将凸缘471与和承压系统(未示出)连接的对应管凸缘接合。然而，还可想到，本公开的可旋转阀组件可以以本领域的技术人员容易清楚的任何其它方式与承压系统接合。

如图10中所示的，主体422包括内表面，内表面限定具有入口446和出口448的流体流动路径450。主体422的内表面可具有球形或弯曲形状。当凸缘471(图9)与承压系统的管凸缘接合时，系统的管凸缘在箭头P所指示的方向上引导承压流体进入主体422，从而将承压流体导入入口446。

所公开的阀可包括可旋转安装在主体中的轴和设置在流体流动路径中的塞。塞可安装在轴上并且可在关闭位置和打开位置之间可旋转，在关闭位置，塞防止承压流体流过流体流动路径，在打开位置，可允许承压流体流过流体流动路径。在一个实施方式中，塞可按偏离方式安装在轴上，使得当塞处于关闭位置时，承压流体作用在塞上，对轴施加扭矩，以将塞从关闭位置旋转至打开位置。

如图10中所示，轴438可旋转地安装在主体422中。轴438包括贯穿主体422的外端和伸入塞424中的内端。诸如滚子轴承或轴衬的轴承可设置在轴438和主体422之间，有助于轴在主体内旋转。

另外如图10中所示，塞424设置在流体流动路径450中。在一个实施方式中，塞424可包括相对两侧，使内部通道居于其间。如图10中所示，塞424包括接合在一起的入口板468和出口板469。在一个实施方式中，入口板和出口板具有总体适应于主体422的内表面轮廓的弯曲横截面形状。然而，可想到，阀主体的内表面可在一个或更多个面上形成直通孔，并且阀塞可相应地成形。另外，塞可具有替代的构造，包括单板设计或多板设计。

再次参照图10，第二轴439可旋转地安装在主体422中，与轴438相对。如同轴438，轴439包括伸入流体流动路径450(并伸入塞424)的内端，诸如滚子轴承或轴衬的轴承可设置在轴439和主体422之间，有助于轴439在主体422内旋转。因为轴438和439可旋转地安装在主体422内，所以塞424可类似地相对于主体422旋转。塞424可在关闭位置和打开位置之间旋转，在关闭位置，塞大体垂直于流体流动的方向，在打开位置，塞大体平行于流体流动的方向。

密封件496设置在图10的塞424中。如所示出的，密封件496设置在阀塞424的入口板468中。密封件可另外或另选地设置在阀塞424的出口板469中。密封件496可被构造成提供与主体422的内表面的一部分可接合的线密封，以防止承压流体在塞和主体之间流动。密封件496可围绕塞424的周缘延伸。在一个实施方式中，密封件496可由诸如含氟弹性体的柔软弹性材料制成。

在一个实施方式中，密封件496可接合主体，使塞424在关闭位置和打开位置之间旋转大约1.5度至5度。通过使用与成球状或球形表面的线密封，可造成更容易打开和重新关闭的低扭矩值。如此，阀可用于低压应用。通过使用中空的塞424，可减小在打开位置和关闭位置之间移动的质量，这样也使该值可用于低压应用。

如图10中所示，可更换阀座498可设置在阀主体422的内表面上。阀座498可由金属构成。阀座498可由与阀主体422相同的材料构成。在另一个实施方式中，阀座498可由柔软材料构成，或者可由与密封件496相同的材料构成。可想到，可更换阀座498的外表面可包括诸如聚四氟乙烯(PTFE)的涂层，以减小密封件和塞之间的摩擦并且允许塞在低压应用中更自由地打开。可选择其它涂层和材料来改变密封件和塞之间界面的其它属性。

保持环(未示出)可与阀塞424接合，以将密封件496保持就位。在一个实施方式中，阀塞424和保持环可被构造成，使得保持环可利用压配合与阀塞424接合。本发明可想到，保持环可通过其它方法(诸如，例如保持环和阀塞上的对应螺纹)与阀塞接合。

可想到，可使用所描述的可旋转减压阀作为重关闭阀或非重关闭阀。在非重关闭阀的一个实施方式中，塞424可旋转大致90度，从关闭位置移动到打开位置。这样将入口板468和出口板469置于大体平行于流体流动的方向，提供最高的流体流动速率，以最有效地减小系统内的压力。在非重关闭阀的实施方式中，塞424可旋转小于90度(例如，大致85度)，从关闭位置移动到打开位置。在这个位置，入口板468和出口板469被设置成，使得流体持续对塞施力。当流体的压力和塞上产生的力降至低于一定极限时，弹簧或其它类似机构(未示出)可将塞旋转回到关闭位置。

可使用位置指示器(未示出)来指示塞是处于打开位置还是关闭位置。在一个实施方式中，位置指示器可附接于轴439并且可通过阀主体422上的透明顶盖来观察。

除了在阀塞上的密封件，还可想到，还可在阀主体上安装第二密封件。在此实施方式中，主体密封件和塞密封件可相互密封以形成流密性界面。可希望地使用协作的密封件来改变密封表面之间摩擦的效果。例如，为了轻松地关闭和打开阀，可选择协作的密封件的材料或形状来减小它们之间的摩擦。另选地，可能希望的是，选择密封材料和形状以增大密封件之间和/或密封件和阀主体之间的摩擦。此外，协作的密封件可被成形为相互互锁，以加固或以其它方式实现所需的密封界面。

以上的实施方式只是示例性的。本领域的技术人员在考虑到本公开的说明和实践的情况下将清楚其它实施方式。

Claims (13)

1.一种可旋转减压阀组件，所述阀组件包括：

主体，所述主体限定内表面；

塞，所述塞安装在所述主体内，所述塞能够在打开位置和关闭位置之间旋转；以及

密封件，所述密封件附接于所述塞并且被构造成当所述塞处于所述关闭位置时与所述主体的所述内表面形成流密性屏障。

2.根据权利要求1所述的阀组件，所述阀组件还包括：

轴，所述轴与所述塞联接，以允许所述塞在打开位置和关闭位置之间旋转。

3.根据权利要求2所述的阀组件，其中，所述塞限定中心直径；并且其中，所述轴偏离所述塞的所述中心直径。

4.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述密封件是双唇密封件。

5.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述密封件由施用于所述塞的涂层形成。

6.根据权利要求1所述的阀组件，所述阀组件还包括：

夹持件，其中，所述夹持件被构造成保持所述密封件抵靠所述塞。

7.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述密封件是第一密封件，所述阀组件还包括：

第二密封件，所述第二密封件设置在所述主体中；以及

其中，所述第一密封件和所述第二密封件被构造成当所述塞处于所述关闭位置时形成所述流密性屏障。

8.根据权利要求7所述的阀组件，其中，所述第一密封件由与所述第二密封件相同的材料形成。

9.根据权利要求1所述的阀组件，所述阀组件还包括：

释放机构，所述释放机构被构造成保持所述塞处于所述关闭位置，直到预定流体压差施加到所述塞。

10.根据权利要求9所述的阀组件，其中，所述释放机构包括被构造成当所述预定流体压差被施加到所述塞时变形的失效销、梁、杆、板、盘或弹簧中的至少一个。

11.根据权利要求2所述的阀组件，其中，所述轴包括用于指示所述塞的旋转位置的部件。

12.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述阀主体包括设置在所述阀主体的所述内表面上的可更换阀座。

13.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述阀塞是重关闭阀塞。