CN105934617B - 球形紧急自动限流(s.a.f.e.r.)阀门 - Google Patents

Abstract

一种球形止回阀用一个球形体来控制流体流动。阀体具有一个流路和一个与该流路对准地容纳所述球形体的凹窝。所述球形体具有一个限位件，所述限位件在所述球形体内固定一个球止回件。当所述阀门处于“流通”位置且流体流量过度增大时，所述球止回件落座在所述球形体的一个狭窄开口中，于是限制流体流动。

Description

球形紧急自动限流(S.A.F.E.R.)阀门

技术领域

本发明总体涉及阀门。尤其是，本发明涉及球形止回阀。

背景技术

在石油和某些其它行业中，有时需要在大型容器内储放大量重流体并保持容器内的流体量的精确测量。为了完成此任务，通常使用观测计。流体液面高度通过可连接至柱体的上入口通道和下出口通道来测量，该柱体可具有可标有刻度以指示容器内的流体液面高度的玻璃壁或玻璃窗。玻璃尤其在工业环境下易碎且易泄漏。这可能在未进行检查的情况下导致严重的流体泄漏。阻止泄漏是符合期望的，因为流体可能是危险的、昂贵的，或通常为了清洁的目的。

常规地，球形止回阀已被应用在观测计的上、下通道内，当存在破裂或其它显著泄漏时，球形止回阀将落位在所述通道内。如果流体开始过量流向观测计，则球形止回阀门阻止流体流动，因此防止流体泄漏。

球形止回阀的一个早期例子在1963年12月10日授予L.A.Hendley的美国专利US3,113,587中被公开了。通常，球止回件处于如所述专利的图2所示的允许流体自由流动的休止位置。如果有过量流量，则必须使所述球止回件运动至如所述专利的图2A所示的阻断流动的落座位置。所述球应在流量过量的情况下从休止位置运动至阻断位置。当所述球处于阻断位置时，入口压力保持所述球止回件处于所述位置。

球形止回阀易于在反复使用后泄漏、破裂和卡死。球形止回阀也可能操作不可靠，尤其对于某些流体如石油而言。可能在阀门内表面上出现集结，或者污垢可逐渐聚集在内表面和球之间。在严重情况下，阀门可能因为球止回件未正确落位而变得无效，允许流体流过所述球止回件。

发明内容

本发明的优选实施方式的目的是提供一种用于控制过量流体流量的球形止回阀，其克服了上述缺陷。所述阀门内的球形体具有流道，在所述流道内有球止回件。阀体具有在阀体内的流路和以与该阀体的流路对准的方式容纳所述球形体的凹窝。安装在所阀体上的转动柄杆具有其尺寸设定为与在所述球形体的顶部上的狭槽配合且使所述球形体与所述柄杆一起转动的突出部。本发明的一个优选实施方式具有独特的锁定端件以使所述阀门能够耐受高压。

附图说明

从以下结合附图的说明中将获得对优选实施方式的完整理解，在全部附图中，相同的附图标记表示相同的零部件。

图1是根据本发明的第一优选实施方式的阀门的俯视图，其如图所示处于“流通”位置。

图2是所述阀门沿图1中的线2-2的侧向横剖视图，此时阀门处于“流通”位置。

图2A是图2中的阀门的分解侧向横剖视图，以轮廓实线示出所述球的休止位置，以轮廓虚线示出所述球的在落座而阻断流体流动时的位置。

图3是图1的阀门的侧向横剖视图，此时阀门处于“旁通”位置。

图4A是图1中的阀门的球形体的立体图。

图4B是以实线示出图5A所示的球形体的一个开口、以虚线示出在所述球形体的顶部上的偏置的凹形狭槽并以虚线示出其它的开口和部件的视图。

图5A是图4A所示的球形体的俯视图，此时以实线示出相对于枢转点偏置的凹形狭槽，以虚线示出所述球形体的阀腔。

图5B是图4B所示的球形体的沿图4B所示的线5D-5D的横剖视图。

图6A是图2A所示的阀门的限位件3的端视图。

图6B是图6A的限位件的横剖视图。

图7A是在图2A所示的阀门中的限位夹4的端视图。

图7B是图7A中的限位夹的横剖视图。

图8A是在图2A的阀门中被示出的下游承座6的横剖视图。

图8B是图8A中的下游承座6的端视图。

图9A是在图2A所示的阀门中的导向座7的横剖视图。

图9B是在图9A中的导向座7的端视图。

图10是根据本发明的第一优选实施方式的阀体9的横剖视图。

图11是根据本发明的第一优选实施方式的端件11的横剖视图。

图12A是在图1的第一优选实施方式中的导柱23的视图，其示出了导柱23的导向前端23-1、用于可能有的锁销或锁定销的孔23-2和用于止挡销25的孔23-3。

图12B是导柱23的视图，其中该导柱23从图12A所示的视图起翻转90度。

图13A是在图1所示阀门的第一优选实施方式中的锁定板24的俯视图。

图13B是图13A所示的锁定板24的侧视图。

图14A是在图1所示阀门的第一优选实施方式中的柄杆15的俯视图。

图14B是图14A中的柄杆15的侧视图，示出了与球形体2的顶部狭槽接合的且相对于柄杆15的中心偏置的突出部15b的末端。

图14C是图14A中的柄杆15的侧视图，示出了与球形体2的顶部狭槽接合的且相对于柄杆15的中心偏置的突出部15b的侧面。

图15A是在图1所示阀门的第一优选实施方式中的手柄22的端视图。

图15B是在图1所示阀门的第一优选实施方式中的手柄22的侧视图。

图15C是在图1所示阀门的第一优选实施方式中的手柄22的仰视图。

图16A是在图1所示阀门的第一优选实施方式中的用于手柄22的套筒25的视图。

图16B是套筒25的沿图16D所示的线16B-16B的横剖视图。

图16C是套筒25的沿图16E所示的线16C-16C的横剖视图。

图16D是图16A所示的套筒25的仰视图。

图16E是套筒25的从图16D所示的套筒25的仰视图起转动90度的仰视图。

图17是根据本发明的第二优选实施方式的直角型球形止回阀200的侧向横剖视图，此时所述阀门如图所示处于“流通”位置。

图18是如图17所示的根据本发明的第二优选实施方式的球形止回阀200的俯视图。

图19是在具有液罐和观测计的系统内的两个球形止回阀200的侧视图。

具体实施方式

参考以下的组成零件清单，在图1至图16中示出了本发明的第一优选实施方式：

100 阀门；

1 球止回件；

2 球形体；

3 限位件；

4 限位夹；

5 承座垫片；

6 下游承座；

7 导向座；

8 碟簧；

9 阀体；

10 阀体垫圈；

11 端件；

12 螺母；

13 柱螺栓；

14 止推垫圈；

15 柄杆；

16 柄杆填料；

17 压盖圈；

18 压盖随动件；

19 碟形垫圈；

22 手柄；

23 导柱；

24 锁定板；

25 止挡销。

根据本发明的阀门的第一优选实施方式采用了带有如图2至图3所示的对准的流路的阀体9和端件11。阀体9和端件11由与本申请相称的材料构成，例如不锈钢或黑色氧化物涂覆的碳钢。所述阀门通过将球形体2安放到阀体9内的凹窝中来组装。所述凹窝如此形成，球形体2的流路与阀体9的流路9A和端件11的流路11A对准。

导向座7优选设置用于使球形体2与阀体9对准和配合，碟簧8将导向座偏压在球形体2上。导向座7的弯曲表面与球形体2的弯曲表面配合。下游承座6和承座垫片5使球形体2与端件11配合和对准。下游承座6的弯曲表面与球形体2的外弧形配合。承座材料可以与本申请相称，例如是金属的或软座。如图2、图2A、图3和图10所示，可以在阀体腔内设有槽口、侧凹或凹口26以方便将柄杆组装入阀体。最好有必要以尽可能小的缝隙容纳所述柄杆。阀体9和端件11可按照任何适当方式接合，但优选利用如图1和图2所示的螺母12、13。

球形体2通过与止推垫圈14、柄杆填料16、压盖圈17、压盖随动件18、碟形垫圈19、填料压盖螺母20和填料压盖柱螺栓21协作的柄杆15进行操作。如图4至图5所示，球形体2在顶部具有凹形狭槽，该凹形狭槽容纳柄杆15的下部15b。柄杆15优选采用“超低排放”填料且利用手柄22被转动以转动所述球形体2。如图13A最佳地所示，所述阀门提供“流通”、“旁通”和两个“关断”位置。图3所示的“旁通”位置允许流体环绕该球止回件自由流动以便对流体系统的阻断、冲洗和正确操作做出评估。可以使手柄22、柄杆15和球形体2转动基本180度至如图1和图2所示的“流通”位置。如果观测计或者在下游与所述阀门相连的管路将受损或泄漏，则所造成的流出物流体动力学将使在所述球形体2内的球止回件1从休止位置(如图2和图2A中的实线所示)运动至阻断位置(如图2A中的虚线所示)。如果手柄22被转动90度(在任一方向上)，则所述阀门处于“关断”位置(附图未示出)，在所述关断位置上，球形体2未与所述阀体9和端件11中的流路对准，于是，所述阀门在所述阀门的两侧隔断流体流动。所述几何形状允许两个对置的“关断”位置，并且孔24-2的非对称图形防止了锁定板24的错误组装。

图1所示的优选实施方式采用了如图13A和图13B所示的锁定板24。在导板24的周边上的槽口24-1对应于所述“旁通”、“流通”和“关断”位置。在与手柄22相对的一侧上的导柱23竖向滑动，从而前端23-1能接合该导板24周边上的其中一个所述槽口。因此，仅转动该手柄22并不足以改变阀门位置，导柱23必须先被抬起以脱离对应的槽口。设有孔23-2穿透导柱23并且该孔与手柄22内的孔22-1对准。锁销或扣锁可以设置在孔23-2和手柄22中的通孔22-1内以防止导柱23被抬起而脱离锁定板24上的槽口。在图12A和图12B中示出了示例性的导柱。

如图4至图5和图14B至图14C所示，在球形体2内的狭槽2-1和在柄杆15底部上的突出部15b同样偏离中心。偏心量可以是相对微小的或者并非微小的。锁定板安装孔24-2的非对称对准将锁定板24和刻字与球形体2、柄杆15和手柄22正确对准。平面部15a同样位于平面部25a上，它将所述柄杆与手柄对准。这些防止了在手柄处于错误取向下的阀门错误组装。可以使所述球形体绕柄杆轴线自由转动，但其位置优选通过锁定板24内的槽口来确定。图2A的分解视图示出处于“流通”位置的阀门。如此构造球形体2的内部空间，使得所述球的休止位置由轮廓实线所示。在允许流体流过被限位夹4固定的限位件3的同时，球止回件1被限制在球形体2的一端内。限位件3优选呈环形且嵌套在沉孔中，并且限位夹4位于所述球形体2内的相邻凹槽中。在图6A、图6B、图7A和图7B中示出限位件3和限位夹4的优选实施方式，限位件3具有横跨其表面以提供两个D形通道的构件，但也可以采用其它的实施方式。尽管限位件3如附图所示处于水平位置，但限位件3优选能在球形体2内的凹槽中转动。

当流体流量过量时，流体动力学将造成球止回件1从其休止位置起运动且变成在如图2A中的虚线轮廓所示的位置上落位在所述球形体2的狭窄开口中。

承座垫片5、下游承座6、导向座7和碟簧8被用于密封和固定球形体2的位置并且在不同位置之间转动的期间内支承所述球形体。它们不参与将球止回件1限位在球形体2中。球止回件1和球形体2两者优选由光滑的精加工材料构成，以减小球运动阻力和阀门被黏稠流体阻塞。因此，根据本发明的第一优选实施方式的球形止回阀克服了先前已知阀门的缺点并且对在具有观测计的系统内控制重流体如石油尤其有益。

根据本发明的第二优选实施方式的球形止回阀200如图17至图19所示(虽然第二优选实施方式也具有手柄，但为了清楚起见，该手柄在图17至图19中未被示出)。第二优选实施方式的球形止回阀200与第一优选实施方式的球形止回阀100相比有些许不同，但采用了与第一优选实施方式的球形止回阀相同的球形体2和其它组成零件。

球形止回阀200具有进出所述球形体2的对准的流路。但不同于第一优选实施方式，球形止回阀200内的流路209A在阀体209末端通过阻断件202被阻断并具有流体连通机构201，其允许流体以直角流动至在球形体2的另一侧的流路211A。图18示出在球形止回阀200的外部的用于直角流体连通机构201的接头210。接头210垂直于离开球形止回阀200的流体接头220。接头210、220可以是管接头。这样的构造允许两个球形止回阀200直接连接如图19所示的液罐和竖向观测计，在两者间不需要附加管路。

如图18和图19所示，球形止回阀200的阀体209不同于球形止回阀100的阀体9。阀体209优选总体提供球形止回阀200的矩形的或其它基本统一的外表面，其延伸至接头210、220，而不是采用第一优选实施方式的如图1至图3、图10和图11所示的法兰。球形止回阀200中的柄杆215相比于在第一实施方式的球形止回阀100中的柄杆15可具有较大长度以容许阀体209的较大尺寸。但即便在外部流体接头对准而不是成直角的球形止回阀中，阀体209也与阀体9有以下区别，它优选与独特的锁定端件211接合以便更好地适用于球形止回阀200的高压应用或高温应用。

虽然直角流体接头210优选但并非必须地与阀体209结合为一体，但流体接头220具有独特构型。如图17所示，锁定端件211包含笔直的流路且尺寸被设定为牢固装配在阀体209中。两个突出部211-1从锁定端件211的顶部和底部突伸出。突出部211-1具有平坦的顶部和底部以防止锁定端件211相对于阀体209转动。突出部211-1和211-2于是被限制而无法在阀体209内转动。锁定螺母212使锁定端件211运动，从而突出部211-1被紧密地顶压在阀体209的垫圈或其它密封213上。因此，在第二优选实施方式中的球形止回阀200不具有在第一实施方式的阀体9和端件11内的螺母12和柱螺栓13。因此，第二优选实施方式为阀体209和端件211提供了更高的结构完整性并允许球形止回阀200能够被用于高压应用或高温应用。

Claims (16)

1.一种用于控制过量流体流量的球形止回阀，包括：

一个球形体，它具有一个贯穿该球形体的流道，一个球止回件位于所述流道内；

一个阀体，它具有一个在所述阀体内的流路和一个以所述球形体对准所述阀体的流路的方式容纳所述球形体的凹窝；

一个穿过所述阀的阀体匹配至所述球形体的转动柄杆，所述转动柄杆具有一个突出部，所述突出部的尺寸被设置成与在所述球形体的顶部上的狭槽配合并允许所述球形体与所述转动柄杆围绕转动中心一起转动，所述柄杆的突出部和在所述球形体的顶部上的狭槽偏置于所述柄杆的转动中心。

2.根据权利要求1所述的球形止回阀，其中，所述球形体具有一个将所述球止回件固定在所述球形体中的限位件。

3.根据权利要求1所述的球形止回阀，还包括一个上游导向座和一个碟簧，所述上游导向座和所述碟簧被成形和构造成与所述阀体内的流路对准的方式定位所述球形体。

4.根据权利要求1所述的球形止回阀，还包括一个下游承座和一个承座垫片，所述下游承座和承座垫片被成形和构造成以与所述阀体内的流路对准的方式定位所述球形体并为绕所述球形体的周面和绕所述下游承座流过的流体提供位置。

5.根据权利要求1所述的球形止回阀，其中，所述球形体具有多个用于提供所述球止回件的落座位置的内表面，所述球止回件在所述阀处于“流通”位置且流体流量过量时限制流体流动。

6.根据权利要求5所述的球形止回阀，其中，所述球止回件的落座位置通过在所述球形体内形成一个狭窄开口。

7.根据权利要求6所述的球形止回阀，其中，所述球形体的狭窄开口在其内部是圆锥形的。

8.根据权利要求6所述的球形止回阀，其中，所述球形体具有一个比所述球止回件的直径大的用于流体流动的较大开口。

9.一种球形止回阀，包括：

一个球形体，所述球形体具有贯穿其中的流道；

一个在所述流道内的球止回件；

一个匹配至所述球形体并且围绕垂直于所述流道的轴线转动取向的柄杆，在所述柄杆的第一端上有一个平面部；和

一个具有一个平腔的手柄，所述平腔在正确取向下与所述柄杆上的平面部配合，所述手柄使所述柄杆和所述球形体两者共同围绕所述轴线转动，以使所述手柄的多个不同取向的每一个都对应于所述球形体不同的各自取向，所述球形止回阀对于所述多个不同取向中的至少三个具有各自不同的操作模式；

所述柄杆具有一个与在所述球形体的顶部上的一个狭槽配合的突出部；所述突出部和所述狭槽偏置于所述柄杆和所述球形体的共同轴线；所述偏置保证了所述球形体、所述柄杆和所述手柄只能按照一个正确取向被安装在所述阀上。

10.根据权利要求9所述的球形止回阀，其中，所述阀还包括一个锁定板，所述锁定板限定出用于所述阀的至少三个不同位置，其中所述锁定板只能按照一个正确取向被安装在所述阀上。

11.根据权利要求10所述的球形止回阀，其中，所述锁定板在其周边具有多个槽口，所述柄杆通过一个可动的锁定机构与手柄相连接，所述锁定机构能与所述锁定板周边的槽口相互作用以将所述阀固定于所述至少三个不同位置的其中之一。

12.根据权利要求10所述的球形止回阀，其中，所述锁定板包括与所述至少三个不同位置中的各个相关的文字，并且所述正确取向与所述锁定板上的文字一致。

13.根据权利要求12所述的球形止回阀，其中，所述阀的至少三个不同的操作模式包括流通、旁通和关断，并且所述操作模式能从与所述至少三个不同位置中的每一个相关的文字被视觉地确定。

14.根据权利要求13所述的球形止回阀，其中，所述阀具有一个环形的限位件，所述限位件具有横跨其表面以提供多个通道的构件，当所述阀处于旁通操作模式时，液体自由流动穿过所述限位件的通道，但所述球形阀被所述限位件固定在所述流道内。

15.根据权利要求14所述的球形止回阀，其中，所述限位件的环形外周嵌套在所述球形体的流道中的孔中，并且一个限位夹位于所述与所述限位件相邻的凹槽中，所述限位夹固定所述限位件，防止所述限位件在液体穿过所述阀的流动方向上移动，同时允许所述限位件在所述流道内转动。

16.根据权利要求11所述的球形止回阀，其中，所述可动的锁定机构包括一个滑动的锁销。