CN108626404A - 具有整体平衡通路的阀 - Google Patents

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Abstract

一种平衡阀包括阀体、阀杆以及第一和第二流动控制构件。阀体形成通道，该通道限定从阀入口经由阀廊道延伸到阀出口的流体流动路径，并且阀体限定与该廊道流体连通的开口。阀杆具有第一和第二部分并且至少部分地设置在该开口和廊道内。第一流动控制构件耦接到阀杆的第一部分并且控制沿流体流动路径的流体流动。第二流动控制构件耦接到阀杆的第二部分并且设置在阀体的该开口中。第二流动控制构件和阀体限定腔体。整体平衡通路形成在阀体内，并且流体连接该腔体和出口。

Description

具有整体平衡通路的阀
技术领域
本公开的内容总体上涉及流体阀，并且更具体而言，涉及具有整体(integral)平衡通路的柱引导(post guided)角阀。
背景技术
控制阀通常用于过程控制系统中以控制过程流体(例如，液体或气体)的流动。控制阀通常包括可操作地耦接到流体阀的流动控制构件的致动器装置(例如，气动致动器、液压致动器等)，以使控制阀自动化。在操作中，经常采用控制器向致动器供应控制流体(例如，空气)，该致动器转而将流动控制构件(例如，阀闸、塞、闭合构件等)定位到相对于阀座的期望位置，以控制或调节通过阀的流体流动。
角阀通常用于需要控制具有焦化性质的残余油或其它液体的化学和油气工业。这些阀在喉部区域中使用吹扫流动通路和喷嘴配置，在该喉部区域中喉部低于90°转弯以使流体流动规范化并跨阀杆的阻流区域均等地分布流体，从而改善阀性能。
平衡的塞和阀设计常用于减少致动器打开和关闭阀所需的力。通过均衡塞的底部和顶部的压力来消除静态压力不平衡，从而允许致动器更容易地打开和关闭阀塞，并且需要更少的能量和力来这么做。因此，更小、更便宜的致动器可以与这些控制阀一起使用。
通常，经由穿过塞形成的端口或纵向内部通路来使阀塞平衡。由于平衡阀塞结合球形阀设计来使用，因此塞通常长度较短，并且可以使用标准钻削或机加工工艺来轻易地进行钻削。
如图1所示，某些已知的角阀100包括阀体102，阀体102形成通道104，通道104限定从阀体102的入口106经由廊道110延伸到该阀体的出口108的流体流动路径，廊道110设置在入口106和出口108之间。阀体102还限定被设置为与廊道110连通的开口112。阀座111至少部分地由阀体102形成并且被设置在廊道110中。
阀盖114至少部分地覆盖阀体102的开口112。阀杆116具有第一部分116a和第二部分116b，并且至少部分地设置在开口112内。具有塞形式的流动控制构件120耦接到阀杆116。塞120适于移动至与阀座111密封接触或脱离密封接触。衬套导向件118围绕塞120并且有助于引导塞120的移动。应当理解的是，阀100包括用于有助于操作的任何数量的附加部件，诸如保持器、凸缘、阀杆弹簧、任何数量的垫片、座环、垫圈和/或填料环。
在操作中，控制器(未示出)可以向可操作地耦接到阀杆116的致动器(未示出)提供控制信号。该控制信号使致动器移动阀杆116，以使得塞120相对于阀座111沿直线路径移动，以控制通过阀体102的流体流动。
如图1所示，衬套导向件118从盖114延伸到廊道110中。该突起，与塞120的细长配置相结合，产生了流动障碍物，该流动障碍物降低了阀的流动效率。此外，角阀使用不平衡的塞120，因为诸如角阀100之类的阻流气体阀具有细长的形状，并且因此具有细长的塞120，不能可靠地形成塞120中的纵向内部通路所需的延伸长度和小直径。用于形成这种开口的任何插入件可能在制造过程期间破裂或损坏，此外可能不能从阀塞120中移除。
发明内容
根据本发明的一个示例性方面，一种平衡阀包括阀体、阀杆、第一流动控制构件和第二流动控制构件。阀体形成通道，该通道限定从阀入口经由阀廊道延伸到阀出口的流体流动路径，该阀廊道设置在该入口和该出口之间。阀体还限定被设置成与该廊道连通的开口。阀杆具有第一部分和第二部分，并且至少部分地设置在该开口和廊道内。第一流动控制构件适于耦接到阀杆的第一部分，并且还适于控制沿着阀的流体流动路径的流体流动。第二流动控制构件适于耦接到阀杆的第二部分、阀杆的第一部分的上游，并且还适于设置在阀体的该开口中。第二流动控制构件的一部分和阀体限定腔体。整体平衡通路形成在阀体内，并且适于流体地连接该腔体和在阀的阀座下游的、阀体的出口。
根据本发明的另一个示例性方面，一种控制阀组件包括平衡阀装置和致动器。该平衡阀装置包括阀体、阀杆、第一流动控制构件和第二流动控制构件。阀体形成通道，该通道限定从阀入口经由阀廊道延伸到阀出口的流体流动路径，该阀廊道设置在该入口和该出口之间。阀体还限定被设置成与该廊道连通的开口。阀杆具有第一部分和第二部分，并且至少部分地设置在该开口和廊道内。第一流动控制构件适于耦接到阀杆的第一部分，并且还适于控制沿着阀的流体流动路径的流体流动。第二流动控制构件适于耦接到阀杆的第二部分，并且还适于设置在阀体的该开口中。第二流动控制构件的一部分和阀体限定腔体。整体平衡通路形成在阀体内，并且适于流体地连接该腔体和在阀的阀座下游的、阀体的出口。该致动器在该开口处连接到阀体并且可操作地连接到阀杆。
进一步根据本发明的前述示例性方面中的任何一个或多个方面，阀体可以包括与廊道的形状相对应的成形部分。整体平衡通路的形状还可以设计为对应于阀体的该成形部分的形状。
在某些示例中，阀体可以包括第一部分和第二部分。阀体的第一部分可以包括整体平衡通路的第一部分，并且阀体的第二部分可以包括整体平衡通路的第二部分。阀体的第一部分和第二部分适于彼此耦接，使得整体平衡通路在该腔体和在阀的阀座下游的、阀体的出口之间形成直接的流动通路。
在某些形式中，阀体的第二部分可以包括凸缘。阀体可以包括连接区域，该连接区域使整体平衡通路的第一部分和整体平衡通路的第二部分对齐。
在某些示例中，该平衡阀还可以包括设置在该廊道中的柱导向构件。柱导向构件可以与阀体整体地形成。柱导向构件可以包括至少一个肋构件，该肋构件适于分离流体流动路径以减小穿过该流体流动路径的流体的湍流。柱导向构件还可以包括耦接机构，该耦接机构用于将第一流动控制构件耦接到阀杆。
在某些示例中，该平衡阀还可以包括至少一个密封构件，该密封构件用于将该腔体与该廊道密封隔离开。
附图说明
通过提供在以下详细描述中描述的具有整体平衡通路的阀，特别是当结合附图阅读时，至少部分地满足上面的需求，在附图中：
图1示出了已知角阀的正视局部截面图；
图2示出了根据本公开的内容的各种实施例的、具有整体平衡通路的示例性角阀的正视局部截面图；以及
图3示出了沿着A-A线取得的图2的阀的截面图。
本领域技术人员将理解的是，为了简单和清楚起见示出了图中的元件并且不一定按比例绘制这些元件。例如，附图中的元件中的某些元件的尺寸和/或相对定位可能相对于其它元件被放大，以帮助提高对本发明的各种实施例的理解。此外，通常不描绘在商业上可行的实施例中有用或需要的常见但公知的元件，以便促进对这些各种实施例的更少阻碍的查看。还将理解的是，可能以发生的特定顺序来描述或描绘某些动作和/或步骤，而本领域技术人员将理解的是，关于顺序的这种特定性实际上并不需要。还将理解的是，本文所使用的术语和表达具有如上所阐述的、本领域技术人员赋予这些术语和表达的普通技术含义，除非本文另外阐述了不同的特定含义。
具体实施方式
在图2和图3中示出了具有整体平衡通路的示例性平衡阀。示例性平衡阀具有整体通路，该整体通路将在阀的出口和阀的阀座下游附近的区域连接到在致动器和流动控制构件之间的腔体。该内部通路允许阀座下游的压力对腔体进行加压，从而产生平衡的阀塞，其与不平衡的阀相比需要更少的致动器能量来控制阀内的流体流动。
如图2所示，示例性平衡阀200可以包括阀体202、阀杆216、第一流动控制构件220、第二流动控制构件230和整体平衡通路240。阀体202形成通道204，通道204限定从阀体202的入口206经由廊道210延伸到阀体的出口208的流体流动路径，廊道210设置在入口206与出口208之间。阀体202还限定与廊道210流体连通的开口212。阀座211至少部分地由阀体202形成并且设置在廊道210中。阀盖214至少部分地覆盖阀体202的开口212并且将阀体202耦接到致动器或其它致动设备201。应当理解的是，阀200包括用于有助于操作的任何数量的附加部件，诸如保持器、凸缘、阀杆弹簧、任何数量的垫片、座环、垫圈和/或填料环。
阀杆216具有第一部分216a和第二部分216b。阀杆216至少部分地设置在开口212和廊道210内。
在所示的示例中，第一流动控制构件220是第一塞并且耦接到阀杆216的第一部分216a。第一塞220适于使用任何数量的方式来可操作地耦接到阀杆216的第一部分216a。例如，第一塞220可以包括耦接机构220a，该耦接机构220a接合被设置在阀杆的第一端216a上的对应的耦接机构216c。例如，耦接机构220a、216c可以是彼此螺纹地接合的螺纹。其它示例是可能的。
第一塞220移入至与阀座211密封接触或脱离密封接触，以控制沿着通道204的流体流动。在所示的示例中，第一塞220是抛物线(parabolic)塞，然而，应该理解的是，可以使用任何类型的塞或流动控制构件。
在所示的示例中，第二流动控制构件230是具有开口230a的第二塞的形式并且经由任何数量的已知方式耦接到阀杆216的第二部分216b。例如，阀杆的第二端216b可以插入穿过塞230的开口210b，并且可以经由第一保持环252和第二保持环254来保持。应该理解的是，可以使用任何数量的保持环，并且可以使用任何其它已知方式将第二塞230耦接到阀杆216。
第二塞230设置在阀体202的开口212中。在某些示例中，第二塞230还可以包括设置在开口230a内的任何数量的内部槽状区域230c，以接收任何数量的内部密封件256，并且还可以包括设置在第二塞230的外表面上的任何数量的外部槽状区域230d，以接收任何数量的外部密封件258。围绕开口212，第二塞230的一部分(例如，上表面230b)与阀体202配合，以限定塞腔体250。内部密封件256和外部密封件258可以用于可操作地将阀体202的通道204与塞腔体250密封隔离开。应当理解的是，在某些示例中，可以不需要内部密封件256和外部密封件258来将阀体202的通道204与塞腔体250密封隔离开。
经由任何已知的制造过程或多个制造过程在阀体202内整体地形成整体平衡通路240。阀体202可以具有与廊道210的形状相对应的成形部分。整体平衡通路240的形状可以设计成使得其对应于廊道210的成形部分的形状以简化制造过程。
在所示的示例中，整体平衡通路240包括第一端240a和第二端240b。整体平衡通路240的第一端240a终止在通道204的超出阀座211之外的位置处，该位置在出口208处或附近。整体平衡通路240的第二端240b终止在开口212中的位置处，使得形成与塞腔体250的直接路径。如此配置，整体平衡通路240在出口208处或附近将塞腔体250流体地连接到通道204。
在操作中，第一塞220通过选择性地限制和允许流体从入口206流动到出口208而用作阀关闭件(shutoff)。第二塞230用于截留(entrap)在超出第一塞220处的通道204中的压力，以通过允许压力经由整体平衡通路240分立地流动到第二塞230的上表面230b来使系统平衡。因此，在第一塞220和第二塞230上，下游压力被均衡，从而产生平衡的塞设计。
在某些示例中，在阀杆216将第一塞220推至与阀座211密封接触或脱离密封接触时，阀杆216的第二端216b可以滑动穿过第二塞230的开口230a，同时第二塞230保持静止。然而，在其它示例中，第二塞230可以适于与阀杆216配合来移动。
阀体202可以由任何数量的、适于彼此耦接的不同部分构成。例如，上部阀体部分202a可以适于耦接到下部阀体部分202b。应当理解的是，可以使用任何数量的方式来固定两个部分202a、202b。例如并且如图2所示，凸缘203可以耦接到设置在下部主体部分202b上的突出部。在某些示例中，下部主体部分202b本身可以是凸缘或保持器。
在这些示例中，整体平衡通路240的第一端240a形成在下部阀体部分202b上，并且整体平衡通路240的第二端240b形成在上部阀体部分202a上。垫片、密封件或其它密封设备242可以设置在上部阀体部分202a和下部阀体部分202b之间。密封设备242可以包括与整体平衡通路240对齐的开口242a或连接区域，以允许出口208和塞腔体250之间的直接流动通路。连接区域242a还可以具有使整体平衡通路240的第一端240a与整体平衡通路240的第二端240b对齐的连接区域。
在某些示例中，阀200还可以包括设置在廊道210中的柱导向构件260。柱导向构件260可以与阀体整体地形成，或者可以是经由任何已知方式耦接到阀体202的单独的部件。在任何情况下，柱导向构件260从阀体202的内表面向内延伸。柱导向构件260可以包括任何数量的肋262，肋262耦接到整体柱导向件264并支撑整体柱导向件264，整体柱导向件264具有用于容纳并引导阀杆210和第一塞220在廊道210中的移动的开口264a。
肋262还通过将通道204可操作地划分为前部和后部而用作流动稳定性划分器(flow stability divider)。因此，在流体流过阀体202时，肋262将减小和/或消除涡流效应。如图3所示，肋262中的每一个由凹表面形成，这些凹面产生具有比外部区域更小的横截面宽度的内部区域。
通过使用两个不同的塞，不再需要过长的塞或者塞导向件从盖214延伸到廊道210中。利用两个不同的塞还减少了所需材料的量并且还减少了廊道内的塞区域。移除从阀盖向下延伸的典型的细长的柱导向杆，并且替代地使用从阀体202的内壁向内延伸的柱导向杆构件260，通过允许流体在穿过具有最小障碍物(其可以导致流体分开或导致跨廊道210的喉部区域的不均匀分布)的流动路径时进行大约90°转弯，来提高阀的性能。另外，通过使用整体柱导向件，当流体穿过流体流动路径时，可以使流体流动稳定以消除流体涡流和/或湍流。
本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以针对上面所描述的实施例进行各种修改、变更和组合，并且这些修改、变更和组合应被视为在本发明概念的界限内。
在本专利申请末尾处的专利权利要求并不旨在依据35U.S.C.§112(f)来解释，除非明确地记载常规的单元加功能语言，诸如在(一项或多项)权利要求中明确地记载的“用于……的单元”或“用于……的步骤”。本文所描述的系统和方法涉及对计算机功能的改进，并改进常规计算机的功能。

Claims (18)

1.一种平衡阀，包括：
阀体，其形成通道，所述通道限定从所述阀体的入口经由廊道延伸到所述阀体的出口的流体流动路径，所述廊道设置在所述入口和所述出口之间，所述阀体还限定阀座以及与所述廊道流体连通的开口；
阀杆，其具有第一部分和第二部分，所述阀杆至少部分地设置在所述开口和所述廊道内；
第一流动控制构件，其耦接到所述阀杆的所述第一部分，所述第一流动控制构件设置在所述廊道中，并且所述第一流动控制构件适于通过密封地接合所述阀座来控制沿着所述阀的所述流体流动路径的流体流动；
第二流动控制构件，其耦接到所述阀杆的所述第二部分，所述第二流动控制构件设置在所述阀体的所述开口中，其中，所述第二流动控制构件的部分和所述阀体限定腔体；以及
整体平衡通路，其形成在所述阀体内，所述整体平衡通路适于流体地连接所述腔体和所述流体流动路径。
2.根据权利要求1所述的平衡阀，其中，所述阀体包括与所述廊道的形状相对应的成形部分，并且其中，所述整体平衡通路的形状设计成对应于所述阀体的所述成形部分的形状。
3.根据权利要求1所述的平衡阀，其中，所述阀体包括第一部分和第二部分，其中，所述阀体的所述第一部分包括所述整体平衡通路的第一部分，并且所述阀体的所述第二部分包括所述整体平衡通路的第二部分，其中，所述阀体的所述第一部分和所述第二部分适于彼此耦接，使得所述整体平衡通路在所述流体流动路径和所述腔体之间形成直接的流动通路。
4.根据权利要求3所述的平衡阀，其中，所述阀体的所述第二部分包括凸缘。
5.根据权利要求3所述的平衡阀，还包括连接区域，所述连接区域位于所述阀体的所述第一部分和所述阀体的所述第二部分中的至少一个中，所述连接区域适于使所述整体平衡通路的所述第一部分和所述整体平衡通路的所述第二部分对齐。
6.根据权利要求1所述的平衡阀，还包括设置在所述廊道中的柱导向构件，所述柱导向构件从所述阀体的内表面向内延伸。
7.根据权利要求6所述的平衡阀，其中，所述柱导向构件包括至少一个肋构件，所述肋构件适于分离所述流体流动路径以减小穿过所述流体流动路径的流体的湍流。
8.根据权利要求6所述的平衡阀，其中，所述柱导向构件包括用于引导所述第一流动控制构件和所述阀杆的开口。
9.根据权利要求1所述的平衡阀，还包括设置在所述第二流动控制构件与所述阀体之间的至少一个密封构件，所述密封构件用于将所述腔体与所述廊道密封隔离开。
10.一种控制阀组件，包括：
平衡阀装置，所述平衡阀装置包括：
阀体，其形成通道，所述通道限定从所述阀体的入口经由廊道延伸到所述阀体的出口的流体流动路径，所述廊道设置在所述入口和所述出口之间，所述阀体还限定阀座以及与所述廊道流体连通的开口；
阀杆，其具有第一部分和第二部分，所述阀杆至少部分地设置在所述开口和所述廊道内；
第一流动控制构件，其耦接到所述阀杆的所述第一部分，所述第一流动控制构件设置在所述廊道中，并且所述第一流动控制构件适于通过密封地接合所述阀座来控制沿着所述阀的所述流体流动路径的流体流动；
第二流动控制构件，其耦接到所述阀杆的所述第二部分，所述第二流动控制构件设置在所述阀体的所述开口中，其中，所述第二流动控制构件的部分和所述阀体限定腔体；以及
整体平衡通路，其形成在所述阀体内，所述整体平衡通路适于流体地连接所述腔体和所述流体流动路径；
所述控制阀还包括致动器，所述致动器在所述开口处连接到所述阀体并且可操作地连接到所述阀杆。
11.根据权利要求10所述的控制阀组件，其中，所述阀体包括与所述廊道的形状相对应的成形部分，并且其中，所述整体平衡通路的形状设计成对应于所述阀体的所述成形部分的形状。
12.根据权利要求10所述的控制阀组件，其中，所述阀体包括第一部分和第二部分，其中，所述阀体的所述第一部分包括所述整体平衡通路的第一部分，并且所述阀体的所述第二部分包括所述整体平衡通路的第二部分，其中，所述阀体的所述第一部分和所述第二部分适于彼此耦接，使得所述整体平衡通路在所述出口和所述腔体之间形成直接的流动通路。
13.根据权利要求12所述的控制阀组件，其中，所述阀体的所述第二部分包括凸缘。
14.根据权利要求12所述的控制阀组件，还包括连接区域，所述连接区域适于使所述整体平衡通路的所述第一部分和所述整体平衡通路的所述第二部分对齐。
15.根据权利要求10所述的控制阀组件，还包括设置在所述廊道中的柱导向构件，所述柱导向构件从所述阀体的内表面向内延伸。
16.根据权利要求15所述的控制阀组件，其中，所述柱导向构件包括至少一个肋构件，所述肋构件适于分离所述流体流动路径以减小穿过所述流体流动路径的流体的湍流。
17.根据权利要求15所述的控制阀组件，其中，所述柱导向构件包括用于引导所述第一流动控制构件和所述阀杆的开口。
18.根据权利要求10所述的控制阀组件，还包括设置在所述第二流动控制构件和所述阀体之间的至少一个密封构件，所述密封构件用于将所述腔体与所述廊道密封隔离开。
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