CN106795972B - 具有柔性塞的平衡双座球形阀 - Google Patents

Abstract

阀塞包括圆柱体、第一塞座、第二塞座、和卷绕部分。所述圆柱体具有第一端和第二端。所述第一塞座被设置在所述第一端处。所述第二塞座被设置成邻近所述第二端。所述卷绕部分被设置在所述第一座和所述第二座之间。所述卷绕部分提供了用于使所述圆柱体在所述第一塞座和所述第二塞座之间弯曲的柔韧性。

Description

具有柔性塞的平衡双座球形阀

在前申请的交叉引用

本申请要求2014年10月8日提交的申请号为14/509,671的美国专利申请的权益，该申请通过引用的方式被并入本文以用于所有目的，就如同在本文中完整地陈述。

技术领域

本发明通常涉及阀。更具体地，本发明涉及球形阀。

背景技术

众所周知，阀是调节流体在管子或其他这样的管道中流动的重要设备。正如本领域技术人员所知道的，当阀内的阀塞的位置通过执行器被改变时，阀调节流体流动的速率。阀例如球形阀的两个重要特征是，通常渴望能够完全阻止在闭合位置处的流动流体，并且能够承受从其流过的流体的温度和化学影响。为了适当地阻止流体的流动，使阀内的配合面以较高的精度进行接合是有利的。即使具有该较高的精度，阀通常包括例如垫圈、O型环或类似物的弹性密封件，以在阀被定位在闭合结构时确保不漏流体的密封。典型的球形阀被用在许多应用中，所述应用的范围从简单的液位控制到锅炉给水系统、过热绕流应用、放射性流体的控制、腐蚀性或酸性流体，等等。不幸的是，弹性材料不能承受这些相对极端条件中的一些。另外，已知的是，大的球形阀例如那些具有直径大于6英寸的流量控制孔或口的球形阀遭受了密封失效。

不幸的是，很难提供通过一范围的压力和温度而起作用、兼容各种流体、允许阀以最小的努力打开和关闭、并且足够耐磨以承受重复打开和关闭操作的密封。虽然这些问题在过去是众所周知的，但是传统的阀仍然经受着这些缺点中的一个或多个。

因此，希望提供一种至少在一定程度上克服本文所述的缺点的阀。

发明内容

本发明在很大程度上满足了前述要求，其中，在一个方面，提供了一种在一些实施例中至少一定程度上克服本文所述的缺点的阀。

本发明的实施例涉及一种阀塞。所述阀塞包括圆柱体、第一塞座、第二塞座、和卷绕部分。所述圆柱体具有第一端和第二端。所述第一塞座被设置在所述第一端处。所述第二塞座被设置成邻近所述第二端。所述卷绕部分被设置在所述第一座和所述第二座之间。所述卷绕部分提供了用于使所述圆柱体在所述第一塞座和所述第二塞座之间弯曲的柔韧性。

本发明的另一实施例涉及一种用于球形阀的内件。所述内件包括笼和阀塞。所述笼具有第一笼座、开口、和第二笼座。所述第一笼座被设置成邻近所述笼的第一端。所述开口被设置在所述第一笼座上方。所述第二笼座被设置在所述开口上方。所述阀塞包括圆柱体、第一塞座、第二塞座、和卷绕部分。所述圆柱体具有第一端和第二端。所述第一塞座被设置在所述第一端处。所述第一塞座被构造成与所述第一笼座配合。所述第二塞座被设置成邻近所述第二端。所述第二塞座被构造成与所述第二笼座配合。所述卷绕部分被设置在所述第一座和所述第二座之间。所述卷绕部分提供了用于使所述圆柱体在所述第一塞座和所述第二塞座之间弯曲的柔韧性。

本发明的又一实施例涉及一种球形阀。所述球形阀包括主体、笼、和阀塞。所述笼被设置在所述主体中并且具有第一笼座、开口、和第二笼座。所述第一笼座被设置成邻近所述笼的第一端。所述开口被设置在所述第一笼座上方。所述第二笼座被设置在所述开口上方。所述阀塞包括圆柱体、第一塞座、第二塞座、和卷绕部分。所述圆柱体具有第一端和第二端。所述第一塞座被设置在所述第一端处。所述第一塞座被构造成与所述第一笼座配合。所述第二塞座被设置成邻近所述第二端。所述第二塞座被构造成与所述第二笼座配合。所述卷绕部分被设置在所述第一座和所述第二座之间。所述卷绕部分提供了用于使所述圆柱体在所述第一塞座和所述第二塞座之间弯曲的柔韧性。

因此，本文已经概括地而不是宽泛地描述了本发明的特定实施例，以便本文中的对本发明的详细说明可被更好地理解并且以便本发明对本领域的贡献可以更好地被理解。当然，本发明存在将在下文描述并且将形成本发明的所附权利要求的主题的另外的实施例。

在这方面，在详细地说明本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明在本发明的应用中并不限于以下说明中陈述的或附图中示出的构造的细节和部件的布置。本发明能够为除了所描述的那些实施例以外的实施例并且能够以多种方式被实践和执行。并且，应当理解的是，本文中所使用的用语和术语以及摘要是为了进行描述并且不应当认为是限制性的。

照此，本领域技术人员应理解，本申请所基于的设想可容易地被用作用于设计执行本发明的数个目的的其它结构、方法和系统的基础。因此，重要的是，权利要求被认为包括这种等价构造，只要其不超出本发明的精神和范围。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的球形阀的截面侧视图；

图2为球形阀的一部分的分解截面视图，其中该视图的一半处于闭合结构，而另一半处于根据图1的打开结构。

图3为根据图1的处于部分闭合结构的球形阀的详细截面图。

图4为根据图1的处于完全闭合结构的球形阀的详细截面图。

具体实施方式

本发明在一些实施例中提供了一种用于在平衡双座球形阀内件中使用的柔性塞和一种具有柔性塞的球形阀。球形阀被构造成对经过流体的相对宽范围的压力、温度和化学活性从该球形阀通过的流体的流动提供控制。在具体的实施例中，这些性质借助完全由金属制成和/或不包括弹性或聚合部件的柔性金属塞被逐渐灌输入球形阀中。球形阀被构造成在被定位在闭合结构时由于具有设置在其之间的柔性部分的双座而提供不漏流体的密封。除了柔性的、全金属构造，实施例还包括以下特征中的一些或全部：用于减小的执行器推力的压力平衡；异常阀座渗漏紧度(第五类)；能够连续高温操作；塞的柔性区域能够无限循环寿命；采用标准的差动角阀座；适用于球形阀内件尺寸的所有范围；能够在网下流动或者在网上流动；不具有移动部件的简单的设计；和/或利用通常的加工公差加工。

现在将参照附图来说明本发明的实施例，附图中相同的附图标记始终代表相同的部件。现在参照图1，示出了平衡、笼式球形阀10。球形阀10一般包括主体12、阀盖14、和内件16。内件16包含球形阀10的调节或控制通过球形阀10的流体流的内部部件，并且包括柔性塞18和笼20。柔性塞18包括第一塞座22和第二塞座24。笼20包括第一笼座26和第二笼座28。通过球形阀10的流体流由阀杆30驱使柔性塞18沿着中心纵向轴线32的直线运动来控制。阀杆进而通过执行器组件34的作用被驱使以沿着中心纵向轴线32平移。执行器组件34可以包括任何合适的传统的执行器组件。

第一塞座22和第二塞座24分别与第一笼座26和第二笼座28配合，以为柔性塞18提供在笼20中接触的区域，以产生阀闭合，以便阻止流体流通过球形阀10。在不同的示例中，球形阀10可以处于上行流或下行流结构。在具体的示例中，在图1中示出的球形阀10被示出处于上行流结构。如通过一组从入口42、通过内件24、并离开出口44的流动箭头40所表示的，流体流向上流过内件16。移动柔性塞18所需的力由执行器组件34供应，该执行器组件通过阀盖14被直接连接至主体12。来自执行器组件34的驱动力通过阀杆30被传递到柔性塞18，该阀杆被刚性附连至执行器组件34和柔性塞18。笼20被构造成提供一导向部，以便柔性塞18在该导向部内滑动。另外，如本文进一步所描述的，笼20包括第一笼座26和第二笼座28。笼20被设置在主体12内并且通过由附连的阀盖14施加的压缩力保持就位。

阀盖14被构造成保持主体12内的流体的压力。阀盖14不仅提供用于执行器组件34到主体12的安装，可压缩地保持笼20，而且容置填充物46以建立围绕阀杆30的流体密封。阀盖14可以包括任何合适类型的阀盖。在具体的示例中，阀盖14是图1中所示的螺栓-凸缘类型，其中图1示出了阀盖14具有单个整体凸缘或肩部48。

图1中示出的平衡-塞球形阀10允许上游流体、从而允许下游流体压力通过设置在柔性塞18中的通道50，因此使柔性塞18的顶侧和底侧上的压力载荷平衡。该压力平衡使得在柔性塞18上的大部分静态不平衡力无效。减小的不平衡力允许通过比传统非平衡阀体所必需的那些执行器更小的执行器来操作球形阀10。

图1中所示的球形阀10被示出处于打开和闭合结构。也就是说，该截面视图沿着中心纵向轴线32被分解为处于闭合结构的左边视图52和处于打开结构的右边视图54。图2更详细地示出了视图52和54。在图2中，视图52示出了第一密封56、第二密封58和设置在第一和第二密封56和58之间的开口60。以这种方式，开口60可以响应于被密封的第一密封56和第二密封58而被完全密封。响应于未被密封的密封56和密封58，开口60被构造成允许流体从其流过。就这一点而言，开口60可以包括任何合适的被构造成允许流体从其流过的通道或多个通道。在具体的示例中，开口60可以包括在笼20的一部分处的筛或类似网的区域。在另一示例中，开口60可以包括钻透笼20的或者在笼中形成的一个或多个孔。在又一示例中，开口60可以包括槽或者其他这样的用于使流体流过球形阀10的管道。

弹簧或卷绕物70设置在第一塞座22和第二塞座24之间。卷绕物70被构造成在处于第一塞座22和第二塞座24之间的柔性塞18中提供柔韧性。如所示出的，卷绕物70包括蜿蜒的壁，蜿蜒的壁的材料特性允许卷绕物70在压缩时弯曲，然后在没有载荷时返回至名义上的形状。该柔韧性使得能够形成第一密封56和第二密封58，同时调节轻微的不规则事物。这个作用类似于弹性密封件在传统阀中所起的作用。不过，在球形阀10中，柔性塞18的使用提供了这个能力，但没有弹性密封件的缺点。例如，当在柔性塞18中使用碱金属时，卷绕物70可以为耐热、耐辐射、和/或耐化学的。在另一示例中，卷绕物70可以能够承受比弹性密封件大得多的打开/闭合循环。这些优点和其他优点可以由卷绕物70提供。

图3是根据图1的处于部分闭合结构的球形阀10的详细截面图。如图3所示的，在该部分闭合的或原始的结构下，第一塞座22被带至与第一笼座26接触，以建立第一密封56。卷绕物70包括弹簧比率(k)，单位为牛/米(N/m)。可能影响卷绕物70的弹簧比率的因素包括所选材料的厚度和那些材料的包括材料已经经受的温度分布的材料特性。

阀杆力从约0牛顿开始直到弹簧比率被克服，出现间隙72。弹簧比率和间隙72确定闭合第一密封56的压缩力的量。也就是说，一旦足够的载荷被设置在阀杆30上(阀杆力)以使得第二塞座与第二笼座28接触，任何额外的阀杆力实际上不被传递到第一密封56，但是反而进一步压缩第二密封58。通过改变这些因素，弹簧比率可能被配置成在第一塞座22上提供足够的力，以密封第一密封56。优点是，第一密封56上的压缩闭合力可通过以大约0牛顿的阀杆力调节弹簧比率和间隙72的尺寸来控制。该关系被描述在以下方程式中：

F₁＝kx 方程式1

其中F₁为第一密封56上的压缩力，k为卷绕物70的弹簧比率(单位为千克(kg)/米(m))，x为当第一塞座22和第一笼座26进行接触并且阀杆力为0牛顿时的间隙72的长度(m)。以这种方式，可以施加足以密封第一密封56的力，同时最小化过压第一密封56的可能性。用于密封第一密封56的力的量取决于各种因素，诸如球形阀10中的第一密封56的接触面积、接触面积处的表面精加工和材料属性、加工公差、期望的流速、压力、流体等，经验数据，等等。

在该部分闭合位置，球形阀10中的流动处于上方流动或下方流动的结构时，流体压力被平衡。例如，在上方流动的结构中，从笼20下方进入的流体就可以流过通道50，使得柔性塞18两侧的压力被平衡。在下方流动的结构中，流体可以流过间隙72，以在柔性塞18上方流动，然后流过通道50，以再次平衡柔性塞18上的压力。在传统的单座阀中，关闭阀所需的执行器载荷具体地在较大内件尺寸处和/或针对通过内件的较高的压力降可以变成过度的。

图4为根据图1的处于完全闭合的结构的球形阀10的详细截面图。如图4所示的，在闭合的结构中，第二塞座24被带至与第二笼座28接触，以建立第二密封58。一旦这个初始接触被建立，第二密封58的进一步压缩起到密封第二密封58的作用。

为了闭合第二密封58，除了F₁之外的第二力(F₂)被施加至阀杆30。用于密封第二密封58的力的量取决于各种因素，诸如，球形阀10中的第二密封58的接触面积、接触面积处的表面精加工和材料属性、加工公差、期望的流速、压力、流体等，经验数据，等等。用于密封第二密封58的力的量被描述在以下方程式中：

F_密封＝kx+F₂ 方程式2

其中，F_密封为由执行器组件34施加(在图1中示出)并且通过阀杆30传递到柔性塞18的力，k为卷绕物70的弹性比率(kg/m)，x为当第一塞座22和第一笼座26进行接触并且阀杆力为0牛顿时的间隙72的长度(m)，F2为被配置成密封第二密封58的力的量。以这种方式，可以施加足以密封第二密封58的力，同时最小化过压第二密封58的可能性。

本发明的许多特征和优点通过详细的说明而变得清楚，并且因此，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的实质精神和范围内的本发明的所有这种特征和优点。此外，因为本领域技术人员容易想到许多修改和变形，所以不希望将本发明限制在所示的和所描述的精确构造和操作中，并且因此，所有适当的修改和等价物都可被认为落入本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种阀塞，所述阀塞包括：

圆柱体，所述圆柱体具有第一端和第二端；

第一塞座，所述第一塞座被设置在所述第一端处；

覆盖所述第二端的表面；

被设置成穿过所述表面的通道，所述通道提供了用于使流体在所述阀塞的上方和下方之间流动的流动路径，以平衡流体压力；

第二塞座，所述第二塞座被设置成邻近所述第二端；以及

卷绕部分，所述卷绕部分被设置在所述第一塞座和所述第二塞座之间，所述卷绕部分提供了用于使所述圆柱体提供在所述第一塞座和所述第二塞座之间弯曲的柔韧性，其中，所述阀塞是整体式金属结构。

2.根据权利要求1所述的阀塞，进一步包括：

阀杆，所述阀杆从所述表面延伸并且被构造成传递来自执行器组件的力。

3.一种用于球形阀的内件，所述内件包括：

笼，所述笼具有：

第一笼座，所述第一笼座被设置成邻近所述笼的第一端；

开口，所述开口被设置在所述第一笼座上方，所述开口由多个圆柱形金属网限定；以及

第二笼座，所述第二笼座被设置在所述开口上方；以及

阀塞，所述阀塞具有：

圆柱体，所述圆柱体具有第一端和第二端；

第一塞座，所述第一塞座被设置在所述第一端处，所述第一塞座被构造成与所述第一笼座配合；

覆盖所述第二端的表面；

被设置成穿过所述表面的通道，所述通道提供了用于使流体在所述阀塞的上方和下方之间流动的流动路径，以平衡流体压力；

第二塞座，所述第二塞座被设置成邻近所述第二端，所述第二塞座被构造成与所述第二笼座配合；以及

卷绕部分，所述卷绕部分被设置在所述第一塞座和所述第二塞座之间，所述卷绕部分提供了用于使所述圆柱体在所述第一塞座和所述第二塞座之间弯曲的柔韧性，其中，所述阀塞是整体式金属结构。

4.根据权利要求3所述的内件，进一步包括：

阀杆，所述阀杆从所述表面延伸并且被构造成传递来自执行器组件的力。

5.一种球形阀，所述球形阀包括：

主体；

设置在所述主体中的笼，所述笼具有：

第一笼座，所述第一笼座被设置成邻近所述笼的第一端；

开口，所述开口被设置在所述第一笼座上方，所述开口由多个圆柱形金属网限定；以及

第二笼座，所述第二笼座被设置在所述开口上方；以及

阀塞，所述阀塞具有：

圆柱体，所述圆柱体具有第一端和第二端；

第一塞座，所述第一塞座被设置在所述第一端处，所述第一塞座被构造成与所述第一笼座配合；

覆盖所述第二端的表面；

被设置成穿过所述表面的通道，所述通道提供了用于使流体在所述阀塞的上方和下方之间流动的流动路径，以平衡流体压力；

第二塞座，所述第二塞座被设置成邻近所述第二端，所述第二塞座被构造成与所述第二笼座配合；以及

卷绕部分，所述卷绕部分被设置在所述第一塞座和所述第二塞座之间，

所述卷绕部分提供了用于使所述圆柱体在所述第一塞座和所述第二塞座之间弯曲的柔韧性，其中，所述阀塞是整体式金属结构。

6.根据权利要求5所述的球形阀，进一步包括：

从所述表面延伸的阀杆。

7.根据权利要求6所述的球形阀，进一步包括：

执行器组件，所述执行器组件被构造成驱使所述阀杆进入或离开所述主体。

8.根据权利要求5所述的球形阀，其中，响应于所述阀塞被驱使进入所述笼中，所述第一塞座被构造成接触所述第一笼座以形成第一密封，当形成所述第一密封时，在所述第二塞座和所述第二笼座之间出现一间隙。

9.根据权利要求8所述的球形阀，其中，响应于所述阀塞被充分地驱使以克服所述卷绕部分的弹性比率，在所述第二塞座和所述第二笼座之间形成第二密封。

10.根据权利要求9所述的球形阀，其中，响应于形成第二密封，驱使所述阀塞向下的附加力不被传递至所述第一密封。