CN108397294B - 具有流体截止阀的机器系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种机器系统包括机器、与机器连接的流体管道和截止阀。截止阀包括闸门，其通过穿过流体管道流体流动路径在打开位置和关闭位置之间可摆动以截断流体流动通过流体管道流向机器。在一个实施例中，机器包括发动机，并且流体管道包括进气管道，为截止流体流动而关闭发动机。

Description

具有流体截止阀的机器系统和方法

技术领域

本公开总体上涉及采用流体截止阀的机器系统，并且更具体地涉及采用具有摆动闸阀的截止阀的这种系统。

背景技术

在流体系统中使用各种截止阀来可控地截断流体到目标的流动。流动的截断可能是为了避免存储容器等的过度填充、停止排放或者用于各种其他目的。在发动机系统的情况下，可能需要提供一种用于快速截止发动机空气供应的机构。一般来说，用于发动机关闭的各种策略已经提出多年。然而，已观察到使发动机缺乏空气通常是快速停止运行的最有效和可靠的方式。

在可燃气体存在的某些环境中运行的发动机可能对发动机快速关闭提出特别的要求。例如，在井口处，比如天然气的可燃气体有时可能泄漏或以其他方式从钻孔或封闭壳中逸出。在这样的环境中运行的发动机可能最终以进入进气系统的天然气的形式供应额外的燃料，产生不期望的后果，比如发动机超速。在其他情况下，发动机可以使用比如木屑、酒精、汽油蒸汽、氢气和富氧空气的其他可燃燃料或甚至是比如在固定燃料架等的情况下自行的油供应或柴油燃料供应来超速运行。

美国专利申请公开第20150315983号涉及通过选择性地防止空气进入进气口来关闭发动机的方法和设备。根据'983号公开，将蝶阀性质的阀电磁致动以移动到关闭位置，从而防止一旦检测到一个或多个预定发动机状态时空气进入发动机进气口。虽然所公开的策略可能具有某些应用，但是可能存在与通过蝶阀的轴和/或板的流体路径的可靠性和/或阻塞有关的缺点。

发明内容

一方面，机器系统包括机器和限定流体流动路径的流体管道、在与机器流体连接的入口和出口之间延伸的流体流动路径。机器系统还包括具有闸门的截止阀和在流体流动路径内限定铰链轴线并且在与铰链轴线径向向外间隔的位置处支撑闸门的铰链。该闸门通过流体流动路径可以摆动并围绕铰链轴线在打开位置和关闭位置之间摆动，其中流体入口与流体出口在所述打开位置流体连通，并且闸门在所述关闭位置阻断流体连通以截断流体流动通过流体管道流向机器。

在另一方面，用于机械系统的流体截止阀包括具有上游端和下游端的阀壳体以及形成在阀壳体中并且在上游端和下游端之间延伸的流体通道。铰链至少部分地定位在阀壳体内并且限定延伸通过流体通道的铰链轴线。流体截止阀还包括在铰链轴线的径向外侧以及在上游端和下游端之间的位置处由铰链支撑的闸门。该闸门通过流体通道可摆动并围绕铰链轴线在打开位置和关闭位置之间摆动，并且闸门在关闭位置处阻断通过流体通道的流体连通，以截断流体流动通过截止阀流向机器。

在又一方面，一种操作机器系统的方法包括：通过由与机器联接的流体管道形成的流动路径来输送流体；以及在流体管道内围绕限定延伸通过流动路径的铰链轴线的铰链将截止阀的闸门从打开位置摆动到关闭位置。该方法还包括通过将闸门从打开位置摆动到关闭位置来截止流体流向机器。

附图说明

图1是根据一个实施例的机器系统的示意图；

图2是根据一个实施例的截止阀的透视侧视图；

图3是图2的截止阀的剖面侧视图；

图4是根据一个实施例的截止阀处于打开位置的剖面侧视图；

图5是图4的截止阀处于部分关闭位置的剖面侧视图；

图6是图4和图5的截止阀处于关闭位置的剖面侧视图；

图7是根据一个实施例的用于截止阀的闸门的透视侧视图；

图8是根据另一实施例的用于截止阀的闸门的透视侧视图；以及

图9是根据又一实施例的用于截止阀的闸门的示意图。

具体实施方式

参考图1，示出了根据一个实施例的机器系统10，并且在具有框架12和安装在框架12上或与框架12相关联的多个不同部件的压裂装置的情况下示出。在一个实施例中，框架12包括拖车或卡车车斗等，使得机器系统10配备用于可移动的压裂操作。在其他情况下，框架12可以由井口处的固定垫组成，或者根本不设置框架。此外，本公开还可在压裂或其他油和/或气操作的范围之外应用，如将从以下描述中进一步显而易见的。机器系统10还包括比如内燃机的机器14，该内燃机具有其中形成有多个汽缸17的发动机壳体13以及以大致常规的方式在汽缸17内往复运动的活塞15。机器或发动机14(在下文中称为“发动机14”)可以与变速器32联接，变速器32可操作成使与变速箱36联接的驱动轴34旋转。变速箱36可以与在其中具有多个泵送元件的泵16联接，该泵16可移动以在泵入口22和泵出口24之间转换流体。在所示的实施例中，比如含有压裂流体的流体供应的流体供应20与泵16联接，并且通过泵16加压的压裂流体一般以常规的方式被输送到与井眼30相关联的喷射器26。机器系统10还包括流体管道40，该流体管道40限定在入口42和出口44之间延伸的流体流动路径38，该入口42和出口44通过进气歧管46与发动机14中的汽缸17流体连接。

已经观察到，在比如油气井的某些环境中运行的发动机期望地配备有用于通过限制向发动机的空气供应而关闭的设备。在某些环境中可燃气体或甚至其他流体可能进入发动机进气系统，并被输送到发动机燃烧、造成发动机超速运行或引起其他问题。在这种情况下，某些现有的系统可以有效地切断发动机的空气，然而，振动、磨损、腐蚀或其他因素可能导致已知的阀机构截断气流以不可预知地或不必要地进行操作。在压裂操作或其他应用中，非计划的发动机关闭可能是非常不希望的。

机器系统10进一步包括截止阀48以截断比如空气和/或空气和可燃气体或乃至其他气体或气体混合物的流体到发动机14的流动。截止阀48包括闸门50和在流体流动路径38内限定铰链轴线54的铰链52，以及在与铰链轴线54径向向外间隔的位置处支撑闸门50的铰链52。在图1中，流体管道40被示出为打开以大致示出闸门50，因为它可能出现在打开位置，可移动到以虚线示出的关闭位置。应该认识到，如图1所示的闸门50的几何形状仅是示意性的。在本公开的上下文中设想了各种可选形状和闸门配置。致动器51可以与铰链52联接或以其他方式构造成使闸门50在关闭位置和打开位置之间摆动。可以想到的是，可以通过弹簧加载以关闭闸门50，并且致动器51可以包括以其他方式将闸门50维持在打开位置的线性致动器或旋转致动器，该线性致动器或旋转致动器被构造成移动销、捕获件或一些其他元件。在又一些情况下，可以操作致动器51以可控地将闸门50从打开位置摆动到关闭位置。致动器51例如可以与发动机14的发动机控制系统联接，并且构造成当检测到一个或多个预定的操作或环境参数时使得闸门50摆动到关闭位置。操作或环境参数可以包括例如指示超速运行状况的发动机速度、可燃气体的存在或相关设备的故障。

现在参考图2和图3，闸门50可以摆动通过流体流动路径38并围绕铰链轴线54在打开位置和关闭位置之间摆动，其中流体入口42与流体出口44在所述打开位置流体连通，并且闸门50在所述关闭位置阻断流体连通以截断流体流动通过流体管道40流向发动机14。截止阀48还包括阀壳体56和形成一段流体流动路径38并在上游阀壳体端60和下游阀壳体端62之间延伸通过阀壳体56的流体通道58。如图3所描绘，当闸门50处于打开位置时，流体通道58不被闸门50阻塞。将会想到的是，铰链轴线54在流体流动路径38内且在流体通道58内。在图2和图3中，铰链轴线54将被理解为延伸进和延伸出页面，至少大致延伸跨过流体通道58的宽度。从图2还可以看出，在铰链52中可以形成切口53等，以使得能够与用于操作阀50中的致动器或其他设备联接。

在所示实施例中，阀壳体56包括第一壳体件64和第二壳体件66。铰链52包括第一铰链元件68和第二铰链元件70，所述第一铰链元件68和第二铰链元件70定位在流体通道58的相对侧上并因此位于流体流动路径38的相对侧上。第一铰链元件68和第二铰链元件70中的每一个可以夹在第一壳体件64和第二壳体件66之间。第一壳体件64和第二壳体件66中的每个还可以分别包括用于与流体管道40联接的圆柱形管段72和73。在其它实施例中，每个管段72和73可以具有不同于圆柱形的形状。类似地，闸门50和本文考虑的其他闸门可以具有许多不同的形状。第一壳体件64和第二壳体件66中的每个还可以分别包括圆顶体74和75以及连接凸缘76和77，用于附接到第一壳体件64和第二壳体件中的另一个的连接凸缘66。在其他实施例中，壳体件64和壳体件66中的仅一个或者可选配置的壳体件可以包括圆顶体。在实际的实施策略中，闸门50可以在由图3中的附图标记200表示的弧形路径中摆动，该弧形路径平行于由相应的圆顶体74、75的形状限定的弧，其重要性将是从以下描述中进一步显而易见。在进一步的实际实施策略中，第一壳体件64和第二壳体件66可以是基本相同的，并且甚至具有用于制造的相同的零件型号。凸缘76和凸缘77可以以彼此邻接的关系放置以能够形成螺栓连接。从图3可以进一步注意到，闸门50包括弧形前边缘78和弧形后边缘79，每个边缘都在第一铰链元件68和第二铰链元件70之间延伸。弧形前边缘78可以限定前平面400，并且弧形后边缘79可以限定后平面500。前平面400和后平面500可以相交以形成与铰链轴线54共线的线。在实际的实施策略中，在前平面400和后平面500之间限定的角度100可以等于大约90度。

现在参考图7，其中以示意图示出了闸门50，因为闸门50可能与截止阀48的其他部件分开。闸门50可以包括双闸门，该闸门具有在关闭位置处阻断圆柱形管段72的第一闸门元件80和在关闭位置处阻断第二圆柱形管段73的第二闸门元件81。从图7可以看出，弧形外表面84在铰链元件68和铰链元件70之间的弧形路径中延伸，并且弧形内表面86大致平行于外表面84从铰链元件68到铰链元件70的路径延伸。将会注意到，外表面84和内表面86沿大体上相同的弧形路径周向围绕铰链轴线54移动。在关闭位置中，外表面84和内表面86中的每个都大致横向于气流方向并平行于处于打开位置的气流方向。所公开的配置不同于比如蝶阀的其它类型的阀，其中蝶阀旋转而不是摆动，或者某些类型的闸阀，其中流动阻塞表面的定向一般不会在调节过程中在关闭位置和打开位置之间改变。外表面84和内表面86中的每个也可以在侧视图中具有大致线性轮廓，并且翅片85可以从外表面84向上突出到由圆顶体74形成的空间中，或者在闸门元件81圆顶体75的情况下。参考图8，示出了具有通过铰链152联接在一起的第一闸门元件180和第二闸门元件181的闸门150的可选实施例，该闸门150具有与外表面84大致相同的形状但是没有使用翅片的外表面184。

现在转到图9，示出了适用于根据本公开的截止阀的另一个闸门250。与上述实施例的双闸门相比，闸门250可以被描述为单个闸门。闸门250包括或者联接有限定铰链轴线254的铰链252、外表面284和内表面286。外表面284和内表面286中的每个从弧形前边缘278延伸到弧形后边缘279。从图9中的图示可以注意到，弧形前边缘278限定了非圆弧。同样将后边缘279理解为限定非圆弧。在实际的实施策略中，由前边缘278限定的弧和由后边缘279限定的弧中的每个都可以是抛物线弧。闸门250可以构造成使得在相应的铰链元件(未标号)之间以及在前边缘278和后边缘279之间的中间延伸的内表面286上的假想线可以形成圆弧。因此可以理解的是，闸门250的形状可以使得在前边缘278和后边缘279处形成抛物线弧，而在前边缘278和后边缘279之间的大致中点处形成圆弧。已经发现，前边缘278和后边缘279的抛物线形状使得能够与根据本公开的实施例的用于阀壳体中的圆柱形管段72和73的圆柱形管段流体密封或基本流体密封。理解该原理的另一种方式是，在闸门250和阀壳体之间形成的密封线可以在前边缘278和后边缘279处具有抛物线形状。也可以在根据本公开的其他闸门实施例中见到这些原理和所公开的几何形状。因此应该认识到，除非另有说明或从上下文中显而易见，否则本文中对本公开的任何单个实施例的描述可以被认为适用于本公开的实施例的任何其他实施例。

工业实用性

通常参照附图，但是具体地现在参照图4、图5和图6，示出了根据一个实施例的截止阀348，其操作一般可以理解为适用于本文所设想的任何实施例。截止阀348包括限定流体通道或流体流动路径338的阀壳体356，并且包括具有闸门元件380的闸门350，该闸门元件380具有弧形前边缘378和弧形后边缘379。在图4中，闸门350被示出为可能出现在正常操作期间操作比如机器系统10的机器系统期间。通过流动路径338输送流体以将空气供应到比如机器10的机器。当检测到使流体流动关闭到可期望的关联机器(例如切断到发动机14的空气流)的条件时，如本文所述，闸门350可从流体管道内的打开位置摆动到关闭位置。在图5中，闸门350被示出为可能看起来已经从图4所描绘的打开位置大致中间摆动到图6所描绘的关闭位置。当闸门350处于大致如图6所示的关闭位置时，前边缘378和后边缘379中的每个可以与阀壳体356接触或非常靠近阀壳体356定位以显着地限制并且可能完全阻断流体流经流体通道338。在发动机应用中，响应于截止流体流动而关闭发动机。尽管在图4中仅描绘了单个闸门元件，但是应该理解的是，比如在此描述和以其他方式考虑的那些双闸门实施例将以大致类似的方式起作用，而不是在闸门元件的单个前边缘和后边缘之间形成密封件，在第二闸门元件和阀壳体之间形成额外的密封件。

本说明书仅用于说明的目的，而不应被解释为以任何方式缩小本公开的宽度。因此，本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的全部和合理的范围和精神的情况下，可以对当前公开的实施例进行各种修改。在研究附图和所附权利要求的基础上，其它方面、特征和优点将变得显而易见。

Claims (10)

1.一种机器系统，包括：

机器；

限定流体流动路径的流体管道，所述流体流动路径在与所述机器流体连接的流体入口和流体出口之间延伸；

截止阀，其包括闸门和在所述流体流动路径内限定铰链轴线的铰链，以及在与所述铰链轴线径向向外间隔的位置处支撑所述闸门的铰链；以及

闸门，其能摆动通过所述流体流动路径并围绕所述铰链轴线在打开位置和关闭位置之间摆动，其中所述流体入口与所述流体出口在所述打开位置流体连通，并且所述闸门在所述关闭位置阻断所述流体连通以截断流体流动通过所述流体管道流向所述机器，所述闸门包括各自形成抛物线弧的前边缘和后边缘并且构造成在所述前边缘和所述后边缘之间的中点处形成圆弧。

2.根据权利要求1所述的机器系统，其中，所述截止阀包括阀壳体和流体通道，所述流体通道在上游阀壳体端和下游阀壳体端之间延伸通过所述阀壳体，并形成所述流体流动路径的节段，并且其中所述流体通道在所述打开位置不被所述闸门阻塞；并且

其中所述阀壳体包括第一壳体件和第二壳体件，并且所述铰链包括第一铰链元件和第二铰链元件，所述第一铰链元件和所述第二铰链元件定位在所述流体流动路径的相对侧上并且分别夹在所述第一壳体件和所述第二壳体件之间。

3.根据权利要求2所述的机器系统，其中，所述第一壳体件和所述第二壳体件中的至少一个包括圆顶体，并且所述闸门能够沿着与由所述圆顶体的形状限定的弧平行的弧形路径摆动；

其中所述第一壳体件和所述第二壳体件中的每个包括用于与所述流体管道联接的管段、圆顶体和连接凸缘，用于附接到所述第一壳体件和所述第二壳体件中的另一个的连接凸缘上。

4.根据权利要求2所述的机器系统，其中：

所述第一壳体件和所述第二壳体件相同；

所述机器包括发动机，并且所述流体管道包括用于将空气供应到所述发动机的进气管道；并且

所述机器还包括与所述发动机联接的泵。

5.一种用于机器系统的截止阀，包括：

阀壳体，其包括上游端和下游端以及形成在所述阀壳体中并且在所述上游端和所述下游端之间延伸的流体通道；

铰链，其至少部分地定位在所述阀壳体内并且限定延伸通过所述流体通道的铰链轴线，所述铰链包括分别在所述流体通道的第一侧和第二侧上安装在所述阀壳体内的第一铰链元件和第二铰链元件；以及

闸门，其在所述铰链轴线的径向外侧以及在所述上游端和所述下游端之间的位置处由所述铰链支撑，所述闸门包括各自在所述第一铰链元件和所述第二铰链元件之间延伸的抛物线弧形前边缘以及抛物线弧形后边缘，并且构造成在所述抛物线弧形前边缘和所述抛物线弧形后边缘之间的中点处形成圆弧，并且所述闸门通过所述流体通道可摆动并围绕所述铰链轴线在打开位置和关闭位置之间摆动，并且所述闸门在所述关闭位置处通过所述流体通道阻断流体连通以截断流体流动通过所述截止阀流向所述机器。

6.根据权利要求5所述的截止阀，其中，所述抛物线弧形前边缘限定前平面，并且所述弧形后边缘限定后平面，并且其中所述前平面和所述后平面相交以形成与所述铰链轴线共线的线。

7.根据权利要求6所述的截止阀，其中所述前平面与所述后平面之间的角度为90度；并且

其中所述抛物线弧形前边缘和所述抛物线弧形后边缘中的每个限定非圆弧。

8.根据权利要求5所述的截止阀，其中所述阀壳体包括圆顶体，并且所述闸门可沿与由所述圆顶体的形状限定的弧平行的弧形路径摆动；

其中所述阀壳体包括第一壳体件和与所述第一壳体件相同的第二壳体件；并且

其中所述第一壳体件包括形成所述上游端的第一管段，并且所述第二壳体件包括形成所述下游端的第二管段，并且其中所述闸门包括双闸门，所述双闸门在所述关闭位置具有阻断第一管段的第一闸门元件，以及在所述关闭位置阻断所述第二管段的第二闸门元件。

9.一种截断由与机器连接的流体管道形成的流动路径的方法，包括：

将流体通过所述流动路径朝向机器的发动机输送；

使截止阀的闸门在所述流体管道内围绕限定延伸通过所述流动路径的铰链轴线的铰链从打开位置摆动到关闭位置；以及

通过将所述闸门从所述打开位置摆动到所述关闭位置来关闭流向所述机器的流体流动，

所述闸门包括各自形成抛物线弧的前边缘和后边缘并且构造成在所述前边缘和所述后边缘之间的中点处形成圆弧；

其中所述截止阀包括具有第一壳体件和第二壳体件的阀壳体，所述第一壳体件包括用于与所述流体管道联接的第一圆柱形管段，所述第二壳体件包括用于与所述流体管道联接的第二圆柱形管段；

所述闸门为双闸门，该闸门具有在关闭位置处阻断第一圆柱形管段的第一闸门元件和在关闭位置处阻断第二圆柱形管的第二闸门元件。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述流体的所述输送包括：只要所述闸门定位在所述打开位置处，则输送所述流体通过所述截止阀的壳体而不阻塞所述闸门；

其中所述机器包括发动机，并且所述流体的所述输送包括将空气输送到所述发动机，并且还包括响应于截止所述流体流动而关闭所述发动机；并且

其中所述闸门的所述摆动还包括将第一闸门元件和第二闸门元件中的每个摆动到所述关闭位置，使得所述第一闸门元件和所述第二闸门元件阻断所述截止阀的壳体中的流体出口和流体入口。

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