CN110159781B - 具有能调节的内件装置的球阀 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种具有能调节的内件装置的球阀。内件装置包括第一座部组件，第一座部组件具有第一座部、螺纹套环和偏压元件。第一座部与球元件的第一侧接触，并且螺纹套环可螺纹连接到第一座部并与偏压元件接合。内件装置还包括第二座部组件，第二座部组件具有与球元件的第二侧接触的第二座部。偏压元件将第一座部朝向球元件的第一侧偏压，以在第一座部和球元件的第一侧以及第二座部和球元件的第二侧之间提供接触应力。由偏压元件提供的接触应力可通过旋转第一座部来调节。

Description

具有能调节的内件装置的球阀

技术领域

本发明涉及球阀领域。

背景技术

流体控制阀(例如，球阀)广泛用于需要控制或切断通道中的流体流动的应用(例如，油和气)中。通常，球阀包括控制元件，该控制元件可通过致动机构在打开和关闭位置之间移动。例如，可以使用固定在轴顶部上的手柄/杠杆或借助通过支架/法兰安装在球阀上的致动器来致动球阀。在关闭位置，控制元件切断流体流动，并且在打开位置，控制元件提供通过阀的流体流动。

发明内容

本发明的实施例总体上涉及阀，并且更具体地，涉及具有可维修且可调节的内件装置的球阀。

本发明的一些实施例提供了一种用于球阀的内件装置。球阀包括一体式阀体和位于一体式阀体的内腔中的球元件。内件装置包括第一座部组件，第一座部组件具有第一座部、螺纹套环和偏压元件。第一座部与球元件的第一侧接触。螺纹套环螺纹地连接到第一座部并与偏压元件接合。内件装置还包括第二座部组件，该第二座部组件具有与球元件的第二侧接触的第二座部。偏压元件将第一座部朝向球元件的第一侧偏压，以在第一座部和球元件的第一侧以及第二座部和球元件的第二侧之间提供接触应力。由偏压元件提供的接触应力可通过旋转第一座部来调节。

本发明的其他实施例提供了一种球阀，该球阀包括：一体式阀体，该阀体具有带有套环孔的内腔；位于内腔中的球元件；以及内腔中的内件装置。内件装置包括与球元件的第一侧接触的第一座部、与球元件的第二侧接触的第二座部以及容纳在套环孔中并且螺纹连接到第一座部的螺纹套环。螺纹套环被阻止在套环孔中旋转并且允许沿套环孔平移。内件装置还包括偏压元件，该偏压元件接合在套环孔的偏压表面和螺纹套环之间，以在第一座部和球元件的第一侧以及第二座部和球元件的第二侧之间提供接触应力。由偏压元件提供的接触应力可通过旋转第一座部使螺纹套环沿套环孔平移而调节。

本发明的又一些实施例提供一种球阀，其包括具有阀盖孔和具有套环孔的内腔的单件式阀体，以及至少部分地容纳在阀盖孔中并包括在内腔中的底表面的阀盖。球阀还包括位于内腔中的球元件，以及内腔中的内件装置。内件装置包括与球元件的第一侧接触的第一座部、与球元件的第二侧接触的第二座部、容纳在套环孔中并且螺纹连接到第一座部的螺纹套环、以及接合在套环孔的偏压表面和螺纹套环之间的偏压元件。通过第一座部和阀盖的底表面之间的第一间隙阻止第一座部旋转。通过第二座部和阀盖的底表面之间的第二间隙阻止第二座部旋转。阻止螺纹套环在套环孔中旋转，并且当阀盖从阀盖孔移除时，在第一座部的旋转期间允许螺纹套环沿套环孔平移，以调节由偏压元件在第一座部上提供的偏压力。

本发明的又一些实施例提供一种球阀，其包括具有内腔的单件式阀体。内腔包括套环孔和布置在内腔的相对端上的第二套环孔。球阀还包括位于内腔中并具有第一和第二平面的球元件、延伸穿过球元件的球通道，以及围绕球通道并轴向延伸到球元件的第一侧的球凹槽。球阀还包括内腔中的内件装置。内件装置包括与球元件的第一侧接触的第一座部、与球元件的第二侧接触的第二座部、接合在套环孔的偏压表面和第一座部之间以提供第一座部和球元件的第一侧之间的接触应力的偏压元件、以及接合在第二套环孔的第二偏压表面和第二座部之间以在第二座部和球元件的第二侧之间提供接触应力的第二偏压元件。

本发明的其他实施例提供一种球阀，其包括具有内腔的单件式阀体。内腔包括套环孔和布置在内腔的相对端上的第二套环孔。球阀还包括位于内腔中并具有第一和第二平面的球元件、延伸通过球元件的球通道，球通道限定了提供球元件的旋转控制的几何轮廓。球阀还包括内腔中的内件装置。内件装置包括与球元件的第一侧接触的第一座部、与球元件的第二侧接触的第二座部、接合在套环孔的偏压表面和第一座部之间以提供第一座部和球元件的第一侧之间的接触应力的偏压元件、以及接合在第二套环孔的第二偏压表面和第二座部之间以在第二座部和球元件的第二侧之间提供接触应力的第二偏压元件。

本发明的其他实施例提供了一种制造球阀的方法。球阀包括具有内腔的单件式阀体。该方法包括将偏压元件插入内腔的第一内端，将第一座部安装到内腔的第一内端中并与偏压元件接合，将第二偏压元件插入内腔的第二内端，并将第二座部安装到内腔的第二内端中并与第二偏压元件接合。该方法还包括在第一座部和第二座部之间布置球元件，使得球元件的第一和第二平面面向第一和第二座部，将工具至少部分地插入球元件中，通过工具的旋转而旋转球元件，使得球元件的球形侧与第一和第二座部接合，并使球元件旋转以使球通道沿由球阀限定的流动轴线对准。该方法还包括将轴连接到球元件和将阀盖安装到单件式阀体上。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的球阀的俯视、后视、左视等距视图。

图2是图1的沿线2-2得到的球阀的局部剖视图。

图3是图1的球阀的螺纹套环和套环孔的示意图，根据本发明的一个实施例，套环孔和螺纹套环的外径均包括平坦表面。

图4是图1的球阀的螺纹套环和套环孔的示意图，根据本发明的另一个实施例，螺纹套环包括凹槽，并且套环孔包括突起。

图5是图1的球阀的螺纹套环和套环孔的示意图，根据本发明的另一个实施例，套环孔和螺纹套环的外径限定椭圆形。

图6是图1的球阀的螺纹套环和套环孔的示意图，根据本发明的另一个实施例，套环孔和螺纹套环的外径限定矩形形状。

图7是图1的球阀的螺纹套环和套环孔的示意图。如图1所示，根据本发明的另一个实施例，套环孔和螺纹套环的外径限定六边形形状。

图8是图1的球阀的座部和阀盖的示意图，根据本发明的一个实施例，座部的外径包括平坦表面。

图9是图1的球阀的座部和阀盖的示意图，根据本发明的另一个实施例，座部的外径限定矩形形状。

图10是图1的球阀的座部和阀盖的示意图，根据本发明的另一个实施例，座部的外径限定六边形形状。

图11是根据本发明另一实施例的球阀的局部剖视图。

图12是根据本发明的又一个实施例的球阀的局部剖视图。

图13是根据本发明的一个实施例的图12的球阀的球元件的侧视图。

图14是图13的沿线14-14得到的球元件的剖视图。

图15是根据本发明的另一个实施例的图12的球阀的球元件的侧视图。

图16是根据本发明的另一个实施例的图12的球阀的球元件的侧视图。

对应的附图标记在若干视图中指示对应的部分。尽管附图表示本发明的实施例，但是附图不一定按比例绘制，并且某些特征可能被夸大以便更好地说明和解释本公开的实施例。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解，本发明的应用不限于以下描述中阐述的或在以下附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或实施。而且，应该理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该被认为是限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变型被广泛使用并且包括直接和间接安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。

呈现以下讨论以使得本领域技术人员能够制造和使用本发明的实施例。对于本领域技术人员来说，对所示实施例的各种修改是显而易见的，并且这里的一般原理可以应用于其他实施例和应用而不脱离本发明的实施例。因此，本发明的实施例不旨在限于所示的实施例，而是与符合本文公开的原理和特征的最宽范围相一致。下面的详细描述将参考附图来阅读，其中不同附图中的相同元件具有相同的附图标记。不一定按比例绘制的附图描绘了所选择的实施例，并且不旨在限制本发明的实施例的范围。技术人员将认识到，本文提供的实施例具有许多有用的替代方案并且落入本发明的实施方案的范围内。

图1和2示出了根据本发明的一个实施例的球阀100。球阀100通常包括阀体102，阀体102具有入口104、出口106和延伸到阀体102中的轴108。在一些实施例中，阀体102可以是单件式阀体(即，从单件材料制造)。在其他实施例中，阀体102可以是两件式阀体，其通过联接两个阀体半部而形成。在所示实施例中，入口104和出口106形成在阀体102的相对端。

在一些应用中，球阀100可以集成到管道或另一个流体路径中，以选择性地提供和关闭流体流动。也就是说，球阀100的轴108可以例如通过杠杆或致动器(未示出)选择性地旋转，以在入口104和出口106之间提供流体流动并且阻止流体在入口104和出口106之间流动。

如图2所示，阀体102限定内腔110，内件装置112可布置在内腔110中。术语“内件装置”、“阀内件”和“内件”的使用通常涉及阀的内部部件。在一些实施例中，例如，内件装置可包括布置在阀内的可移除和/或可调节的部件。在一些实施例中，例如，内件装置可包括沿着限定在阀内的流动路径布置的阀的内部部件。

阀体102可以限定流动轴线114，流动轴线114从入口104延伸到出口106并且沿着内件装置112穿过内腔110。术语“轴向”、“径向”和“周向”是指相对于流动轴线114的方向的术语。内腔110可以在内腔110的第一内端107和第二内端109处限定轴向分离和径向分层的孔。在所示实施例中，内腔110的第一内端107包括布置在入口104下游的第一座部密封孔116和布置在第一座部密封孔116下游的套环孔118。第二内端109可包括布置在出口106上游的第二座部密封孔120。第一座部密封孔116、套环孔118和第二座部密封孔120中的每个在内腔110内限定了沿流动轴线114在轴向方向上延伸的径向凹槽120。术语“下游”和“上游”的使用是指示相对于流体流动的方向的术语。术语“下游”对应于流体流动的方向，而术语“上游”是指与流体流动方向相反或相逆的方向。

阀体102可包括阀盖孔122，阀盖孔122延伸穿过阀体102并进入内腔110。在所示实施例中，阀盖孔122从阀体102的顶表面124沿着第一内端107的第一顶表面125和第二内端109的第二顶表面127延伸进入内腔110。当组装球阀100时，阀盖128可以容纳在阀盖孔122内。在一些实施例中，阀盖128的至少一部分可在组装期间间隙配合到阀盖孔122中。阀盖128可以包括阀盖槽130，其可以接收阀盖密封件134。在所示实施例中，阀盖密封件134可以是O形环的形式。阀盖密封件134可以在阀盖128和阀体102上的阀盖孔122之间提供密封，以防止大气污染物进入内腔110。

阀盖128还可以包括在垂直于流动轴线114的方向上延伸穿过其中的轴孔132。轴108可以延伸穿过轴孔132并进入内腔110。轴108可以可旋转地接收在轴孔132内，使得轴108可以选择性地旋转以使球阀100在打开和关闭位置之间转换。在所示的实施例中，止推垫圈135可以布置在内腔110内的轴108和阀盖128之间的界面处。止推垫圈135可以吸收来自内腔110和阀体102外部(即环境条件)之间的压差的推力。虽然止推垫圈135被示出为定位在轴108和阀盖128的平行于流动轴线114的表面之间，但止推垫圈135可以额外地或替代地定位在轴108和形成轴孔132的壁的垂直于流动轴114的表面之间。

仍然参考图2，内件装置112可包括第一座部组件136和第二座部组件138。第一座部组件136和第二座部组件138分别在球元件140的第一侧137和第二侧139上提供密封。设置在球元件140的第一侧137和第二侧139上的密封件可以允许球元件140在第一座部组件136和第二座部组件138之间旋转，同时防止流体泄漏通过密封件。换句话说，当球阀100处于关闭位置时，由第一座部组件136和第二座部组件138在球元件140的第一侧137和第二侧139上提供的接触应力可允许球元件140旋转并防止流体流过出口106。

第一座部组件136可包括第一座部142、螺纹套环144、偏压元件146和第一座部密封件148。第一座部142可包括第一密封部分150、螺纹部分152、第一座部部分154和第一座部通道155。第一座部通道155可以轴向延伸穿过第一座部142，以允许流体流过第一座部142。第一座部142可以限定大致环形形状，第一密封部分150和螺纹部分152轴向地远离第一座部部分154延伸。在图示的实施例中，螺纹部分152位于第一座部部分154和第一密封部分150之间，并且第一座部142的直径在螺纹部分152和第一座部部分154之间的连接处增大。也就是说，在螺纹部分152和第一座部部分154之间的连接处，第一止动表面157可以从螺纹部分152的外径径向向外延伸到第一座部部分154的外径。

第一密封部分150的尺寸可以设计成可滑动地容纳在阀体102的第一座部密封孔116内。第一密封部分150可包括径向凹入的凹口156，以容纳第一座部密封件148。在图示的实施例中，第一座部密封件148可以是O形环的形式。在一些实施例中，第一座部密封件148可沿着第一座部密封孔116在凹口156内轴向滑动(即，可沿着流动轴线114的方向滑动)。这样，第一座部142的轴向移动不影响在第一密封部分150和第一座部密封孔116之间由第一座部密封件148提供的的密封压缩。

当组装球阀100时，螺纹套环144可以拧到第一座部142的螺纹部分152上并且容纳在阀体102的套环孔118中。偏压元件146可以布置在偏压表面159和螺纹套环144之间。偏压表面159在第一座部密封孔116和套环孔118之间在第一座部密封孔116和套环孔118之间的连接处径向向外延伸。偏压元件146在螺旋套环144上提供在轴向方向上朝向球元件140偏压力。如下所述，由偏压元件146提供的偏压力可通过允许螺纹套环144响应于第一座部142的旋转而沿套环孔118轴向平移来调节。在一些实施例中，偏压元件146可以是弹簧的形式。在其他实施例中，偏压元件146可以是贝氏垫圈、螺旋弹簧或任何其他合适的偏压元件的形式。

由于螺纹套环144螺纹连接到第一座部142的螺纹部分152，因此偏压元件146将第一座部142偏压成与球元件140接合并确定施加到球元件140的第一侧137的接触应力。特别地，第一座部142的第一座部部分154包括第一座部表面158，第一座部表面158限定大致弯曲的轮廓以与球元件140的第一侧137相顺应(conform)。第一座部142的第一座部表面158和球元件140的第一侧137之间的接触应力可以确保在第一座部表面158和球元件140的第一侧137之间形成密封，以防止当球阀100处于关闭位置时流体在出口106处泄漏。另外，接触应力仍然允许球元件140在接合第一座部142时旋转。

第二座部组件138可包括第二座部160和第二座部密封件162。第二座部160可包括第二密封部分164、第二座部部分166和第二座部通道167。第二座部通道167可以轴向延伸穿过第二座部160以允许流体流过第二座部160。第二座部160可以限定大致环形形状，第二密封部分164沿轴向远离第二座部166延伸。在所示实施例中，在第二密封部分164和第二座部部分166之间的连接处，第二座部160的直径增大。也就是说，在第二密封部分164和第二座部部分166之间的连接处，第二止动表面169可以从第二密封部分164的外径径向向外延伸到第二座部部分166的外径。

第二密封部分164的尺寸可以设计成可滑动地容纳在阀体102的第二座部密封孔120内。第二密封部分164可包括第二径向凹口168以接收第二座部密封件162。在图示的实施例中，第二座部密封件162可以是O形环的形式。在一些实施例中，第二座部密封件162可沿着第二座部密封孔120在凹口168内轴向滑动(即，可沿流动轴线114的方向滑动)。这样，第二座部160的轴向移动不影响由第二座部密封件162提供的在第二密封部分164和第二座部密封孔120之间的密封压缩。

第二座部160的第二座部部分166包括第二座部表面170，第二座部表面170限定大致弯曲的轮廓以与球元件140的第二侧139相顺应。第二座部160的第二座部表面170与球元件140的第二侧139之间的接触应力(例如，由偏压元件146确定)可在第二座部表面170和球元件140的第二侧139之间提供密封，以防止当球阀100处于关闭位置时流体流过出口106。另外，接触应力的大小可以允许球元件140在接合第二座部160的同时旋转。

在一些实施例中，螺纹套环144和套环孔118的设计可以在组装球阀100时防止螺纹套环144的旋转。也就是说，一旦螺纹套环144插入套环孔118中，就可以防止螺纹套环144相对于阀体102旋转，但仍然允许沿套环孔118轴向平移。螺纹套环144可以确定由偏压元件146通过第一座部142和第二座部160在球元件140上提供的接触应力。

在一些实施例中，如图3所示，套环孔118可包括孔表面172，其与螺纹套环144上的套环表面174相互作用，以防止螺纹套环144在套环孔118中旋转。套环表面174可限定大致平坦的表面，其中断螺纹套环144的外径的圆周轮廓。孔表面172可以限定大致平坦的表面，该表面与套环表面174的形状相对应并且中断套环孔118的圆周轮廓。在这些实施例中，在套环表面174和孔表面172之间的间隙可以确保套环表面174接触孔表面172以防止螺纹套环144旋转。

在其他实施例中，如图4所示，突起176可以从形成套环孔118的壁径向向内延伸，并延伸到螺纹套环144中的径向凹槽178中。这样，当螺纹套环144至少部分地插入套环孔118中时，螺纹套环144可以键合到形成套环孔118的壁上，以防止螺纹套环144相对于套环孔118旋转。在一些实施例中，突起176可以从螺纹套环144的外径径向向外延伸，并且套环孔118可包括径向凹槽178。

在其他实施例中，由套环孔118限定的几何轮廓和由螺纹套环144的外径限定的互补几何轮廓可以防止螺纹套环144在套环孔118中旋转。例如，如图5-7所示，套环孔118和螺纹套环144的外径可以限定椭圆形状(图5)、矩形形状(图6)或多边形(例如六边形)形状(图7)。由套环孔118和图5-7所示的螺纹套环144的外径限定的这些几何形状可以防止螺纹套环144在套环孔118中旋转。也就是说，当螺纹套环144试图旋转，所述几何形状可以确保螺纹套环144的外径的至少一部分接触形成套环孔118的壁，以防止螺纹套环144在套环孔118中旋转。

在一些实施例中，如图2所示，当组装球阀100时，可以防止第一座部142旋转。也就是说，由第一座部部分154的外径限定的几何形状可以与阀盖128的底表面180相互作用，以在阀盖128安装到阀体102上时防止第一座部142旋转。在一些实施例中，如图8所示，第一座部部分154的外径可包括第一外座部表面182，第一外座部表面182通常是平的并且中断第一座部部分154的外径的周向轮廓。在这些实施例中，在组装球阀100之后，第一座部部分154的第一外座部表面182和阀盖128的底表面180之间的第一间隙可以阻止第一座部142旋转。也就是说，第一外座部表面182和底表面180之间的第一间隙可以足够小以确保在第一座部142试图旋转时第一外座部表面182接触底表面180，以防止第一座部142旋转。

与第一座部142类似，当组装球阀100时，可以防止第二座部160旋转。也就是说，当阀盖128安装到阀体102上时，由第二座部部分166的外径限定的几何形状可以与阀盖128的底表面180相互作用以防止第二座部160旋转。在一些实施例中，第二座部部分166的外径可包括第二外座部表面184，并且第二外座部表面184与阀盖128的底表面180之间的第二间隙可防止第二座部160在球阀100组装之后旋转。也就是说，第二外座部表面184和底表面180之间的第二间隙可以足够小，以确保在第二座部160试图旋转时第二外座部表面184接触底表面180，以防止第二座部160旋转。

在其他实施例中，第一座部部分154和/或第二座部部分166的外径可以限定几何形状，该几何形状包括一个或多个平坦表面，其可以与阀盖128的底表面180相互作用以防止第一座部部分154和/或第二座部部分166的旋转。例如，如图9和10所示，第一座部部分154和/或第二座部部分166的外径可以限定矩形形状(图9)或六边形形状(图10)。在其他实施例中，第一座部部分154和/或第二座部部分166的外径可以限定具有多于或少于六个边的几何形状，以提供通过旋转第一座部142而调节的接触应力的更多级调节。

将参考图1和图2描述球阀100的组装和操作。以下对球阀100的部件组装顺序的描述并不意味着以任何方式进行限制，并且替代顺序包括在本发明的范围内。为了将内件装置112安装到阀体102中，首先，第二座部组件138可以插入阀体102的阀盖孔122中，并且第二密封部分164可以轴向插入第二座部密封孔120中。当第二密封部分164插入第二座部密封孔120中时，第二座部密封162可沿第二座部密封孔120接合并轴向滑动。在一些实施例中，第二密封部分164可轴向插入第二座部密封孔120中，直到第二止动表面169接合第二内端109的第二顶表面127为止。在第二座部组件138安装在阀体102的内腔110内的情况下，第二座部密封162和第二座部密封孔120之间的接合可提供密封以防止当球阀100处于关闭位置时流体通过出口106泄漏。

接下来，第一座部组件136可以安装到阀体102的内腔110中。最初，偏压元件146可以安装到套环孔118中以接合偏压表面159。在螺纹套环144螺纹连接到第一座部142的螺纹部分152上的情况下，第一座部142可以插入阀体102的阀盖孔122中，并且第一密封部分150可以轴向插入第一座部密封孔116中。当密封部分150轴向插入第一座部密封孔116中时，第一座部密封148可沿第一座部密封孔116接合并轴向滑动，并且螺纹套环144可与偏压元件146接合。一旦螺纹套环144至少部分地布置在套环孔118内，就可以防止螺纹套环144旋转，但仍允许沿着套环孔118轴向平移，如上面详细讨论的。

在第一座部组件136和第二座部组件138安装到阀体102的内腔110中的情况下，球元件140可以继而安装在第一座部表面158和第二座部表面170之间。在图2中所示的实施例中，球元件140包括布置在球元件140的相对侧上的第一平面190和第二平面192。在这些实施例中，第一平面190和第二平面192之间的减小的球宽度尺寸允许球元件140安装在第一座部表面158和第二座部表面170之间的最小开口中。也就是说，第一平面190和第二平面192之间的减小的球宽度尺寸可以允许圆形的第一座部表面158和第二座部表面170以自由状态(例如，没有布置在其间的球元件140的状态)靠近彼此定位，并且确定第一座部表面158和第二座部表面170之间的距离的间隙可以保持最小。在一些实施例中，在自由状态下使第一座部表面158和第二座部表面170之间的间隙最小化允许阀体102构造成具有较小的尺寸，这又可以产生阀盖128的较小的不平衡区域。阀盖128的不平衡区域可以是内腔110内的压力作用的区域。随着不平衡区域减小，阀盖128受到的力的大小可以成比例地减小，这使得能够使用较小的紧固件将阀盖128紧固到阀体102。使用较小的紧固件和较小的阀体102降低与球阀100相关的制造成本。

一旦球元件140安装在第一座部表面158和第二座部表面170之间，第一平面190和第二平面192竖向布置(从图2的视角)，球元件140就可以大致旋转90度，以将球通道200与第一座部142的第一座部通道155和第二座部160的第二座部通道167轴向对准。当组装时，球通道200可沿流动轴线114轴向延伸以允许流体流过球元件140。第一座部通道155、球通道200和第二座部通道167可以组合以形成流体通道，该流体通道沿着流动轴线114在入口104和出口106之间延伸。

一旦球元件140安装在第一座部表面158和第二座部表面170之间，轴108就可以连接到球元件140，使得球元件140与轴108一起旋转。第一座部表面158和第二座部表面170与球元件140之间的接触应力可通过旋转第一座部142而调节或重新调节以“拨入”所需的接触应力。也就是说，在防止螺纹套环144在套环孔118内旋转的情况下，使第一座部142沿期望方向旋转可以进一步压缩或减压偏压元件146，这可以增大或减小接触应力。可以调节接触应力以确保在第一座部表面158和第二座部表面170与球元件140的第一侧137和第二侧139之间提供适当的密封，并且仍然允许球元件140响应于轴108的旋转而旋转。第一座部142的调节还使球阀100能够容纳不同形状和尺寸的球元件。此外，由第一座部组件136的设计提供的接触应力的可调节性有助于内件装置112的高效维修，例如，重新调节接触应力或更换磨损的部件。

一旦将接触应力调节到期望或预定值，就可以安装阀盖128，其中轴108延伸穿过轴孔132并且阀盖128至少部分地容纳在阀体102的阀盖孔122中。在阀盖128安装在阀盖孔122内的情况下，阀盖密封件134可在阀盖128和阀盖孔122之间提供密封，并且阀盖128的底表面180可防止第一座部142和第二座部160的旋转。阀盖128的安装可以锁定第一和第二座部142和160的旋转方向，这可以保持在安装阀盖128之前设定的所需接触应力。然而，球阀100并且尤其是内件装置112的设计可以使得能够容易地调节接触应力。也就是说，可以移除阀盖128并且第一座部142可以在期望的方向上旋转以增大或减小接触应力，并且可以重新安装阀盖128以再次锁定接触应力。

由调整装置112并且特别是由第一座部组件136提供的接触应力的可调节性改善了球阀100的可制造性。在接触应力可调节的情况下，套环孔118的轴向深度可以定义大的制造公差。例如，如果接触应力是不可调节的，则套环孔118的轴向深度可以确定偏压元件146的压缩，从而确定球元件140上的接触应力。在这种情况下，套环孔的轴向深度118可以定义严格的制造公差以实现预定的接触应力。由调整装置112提供的接触应力的可调节性可以减小套环孔118的轴向深度的关键程度，这改善了阀体102的可制造性。在一些实施例中，阀体102的改进的可制造性使得阀体102可以是铸造部件，其降低了与球阀100相关的制造成本。

内件装置112的设计可以适应在球阀100中使用完全球形的球元件。在一些实施例中，球元件140可以是完全球形的球的形式而没有第一平面190和第二平面192。在这些实施例中，在组装期间，可以通过使第一座部142沿期望方向旋转来移除偏压元件146的压缩，并且可以将完全球形球元件安装在第一座部142和第二座部160之间。

当球元件140处于关闭位置并且球阀100关闭入口104和出口106之间的流体流动时，加压流体可沿轴向朝向插座部106作用在球元件140的第一侧137上(即，单向关闭性能)。由于第二座部160可以与内腔110的第二内端109直接接触，因此第二座部160可以防止球元件140由于作用在球元件140的第一侧137上的压力而向下游漂移。这可以防止轴108倾斜并保持与球元件140的对准，以优化操作。

例如，如果来自出口106的背压作用在球元件140的第二侧139上，而流体压力作用在球元件140的第一侧137上，则球阀100和内件装置112还可以提供双向关闭性能。在球阀100双向加压的情况下，由于球元件140的第一侧137和第二侧139之间的压力差，球元件140可以漂移(即，沿轴向移动)。然而，内件装置112的设计可以保持由内件装置112提供的密封，并且控制球元件140的漂移。如上所述，第一座部142的轴向移动不影响由第一座部密封件148提供的第一座部部分150和第一座部密封孔116之间的密封压缩，并且第二座部160的轴向移动不影响由第二座部密封件162提供的第二密封部分164和第二密封部孔120之间的密封压缩。因此，第一和第二座部142和160可以在球元件140的漂移期间保持提供在阀体102上的密封。

在球元件140在朝向入口104的方向上游漂移期间，可以进一步压缩偏压元件146以确保保持第一座部表面158和第二座部表面170与球元件140的第一和第二侧137和139之间的密封。另外，第一止挡表面157和第一顶表面125之间的轴向间隙，和/或第一密封部分150的上游端196与入口表面198之间的轴向间隙可以控制球元件140能够向上游漂移多远。也就是说，在双向加压期间，球元件140可以被允许向上游漂移，直到第一止动表面157接触第一顶表面125和/或上游端196接触入口表面198为止。在一些实施例中，阀体102和内件装置112可以制造以在第一止动表面157和第一顶表面125之间，和/或第一密封部分150的上游端196之间提供预定的间隙，其确定了球元件140可以向上游漂移的最大距离。例如，在球元件140向上游漂移期间致动器连接到轴108的情况下，预定间隙可以确保轴108不会偏离对准。

图11示出了根据本发明另一实施例的球阀300。球阀300可包括与球阀100类似的部件，其使用相同的附图标记表示。在所示实施例中，内腔110的第二内端109可包括布置在出口106上游的第二座部密封孔120和布置在第二座部密封孔120上游的第二套环孔302。第二套环孔302在内腔110内限定了沿流动轴线114在轴向方向上延伸的径向凹槽。在所示实施例中，第二套环孔302从第二偏压表面304轴向延伸到第二顶表面127。第二偏压表面304在第一座部密封孔120和第二套环孔304之间的连接处在第二座部密封孔120和第二套环孔302之间径向向外延伸。

在所示实施例中，类似于第一座部组件136，第二座部组件138可包括螺纹套环306和第二偏压元件308，并且第二座部160还可包括定位在第二座部部分166和第二密封部分164之间的第二螺纹部分310。当组装球阀300时，第二螺纹套环306可以拧到第二座部160的第二螺纹部分310上并且容纳在阀体102的第二套环孔302中。第二偏压元件308可以布置在第二偏压表面304和第二螺纹套环306之间。第二偏压元件308在第二螺纹套环306上沿轴向朝向球元件140提供偏压力。在实施例中，由第二偏压元件308提供的偏压力可以通过允许第二螺纹套环306响应于第二座部160的旋转而沿第二套环轴孔302向平移来调节。在一些实施例中，第二偏压元件308可以是弹簧的形式。在其他实施例中，第二偏压元件308可以是贝氏垫圈、螺旋弹簧或任何其他合适的偏压元件的形式。

由于第二螺纹套环306螺纹连接到第二座部160的第二螺纹部分310，因此第二偏压元件308将第二座部160偏压成与球元件140接合并且可以向球元件140的第二侧139施加接触应力。第二座部160的第二座部表面170与球元件140的第二侧139之间的接触应力可以确保在第二座部表面160和球元件140的第二侧139之间形成密封，以当球阀100处于关闭位置时，防止流体通过出口106泄漏。此外，接触应力仍然可以允许球元件140在接合第二座部160的同时旋转。在一些实施例中，一旦被接收在第二套环孔302内作为上面描述的螺纹套环144，第二螺纹套环306就可以表现出类似的防旋转能力。

球阀300可以类似于上述球阀100而组装，除了第二座部组件138可以类似于第一座部组件136而安装，其中第二螺纹套环306容纳在第二套环孔302内。当组装时，在安装阀盖128之前，第二座部组件138可通过第二座部160沿所需方向的旋转而调节在球元件140的第二侧139上提供的接触应力。因此，内件装置112可以在球元件140的第一侧137和第二侧139上提供可调节的接触应力。由于球元件140的两侧的这种可调节性，可以期望调节接触应力以在球元件140的两侧基本上相等，以提供球元件140和轴108的适当对准。换句话说，可以调节第一座部142和第二座部160，使得在安装阀盖128之前，由偏压元件146提供的螺纹套环144上的力可以基本上等于由第二偏压元件308提供的第二螺纹套环306上的力。这可以防止轴108倾斜并保持与球元件140的对准。

图12示出了根据本发明另一实施例的球阀400。球阀400可包括与球阀100类似的部件，其使用相同的附图标记表示。在所示实施例中，阀体102是一体式阀体(即，由单件材料制成)。在所示实施例中，内腔110的第二内端109可包括布置在出口106的上游的第二座部密封孔120和布置在第二座部密封孔120的上游的第二套环孔402。第二套环孔402在内腔110内限定径向凹槽，该径向凹槽沿着流动轴线114在轴向方向上延伸。在图示的实施例中，第二套环孔402从第二偏压表面404轴向延伸到第二顶表面127。第二偏压表面404在第一座部密封孔120和第二套环孔404之间的连接处在第二座部密封孔120和第二套环孔402之间径向向外延伸。

在所示实施例中，偏压元件146从第一偏压表面159延伸并直接接合第一座部142的第一止动表面157。第二座部组件138包括接合在第二偏压表面404和第二座部160的第二止动表面169之间的第二偏压元件406。偏压元件146的刚度可以控制由第一座部142施加在球元件140的第一侧137上的接触应力。第二偏压元件406的刚度可以控制由第二座部160施加在球元件140的第二侧139上的接触应力。偏压元件146的刚度可以基本上等于第二偏压元件406的刚度，以防止轴108倾斜并保持与球元件140对准。

在组装期间，如将要描述的，偏压元件146和第二偏压元件406可以迫使第一座部142和第二座部160朝向彼此。为了便于将球元件140安装在第一座部142和第二座部160之间，球元件140可以限定能够实现其旋转控制的几何形状。图13和14示出了可以在球阀400中使用的球元件140的实施例。球元件140包括布置在球元件140的相对侧上的第一平面190和第二平面192。如将描述的，第一平面190和第二平面192限定了减小的球宽度尺寸(即，第一平面190和第二平面192之间的距离可以小于球元件140的第一侧137和第二侧139之间的距离)，这允许球元件140安装在第一座部表面158和第二座部表面170之间的较小间隙中。

在所示实施例中，球元件140包括球凹槽412，球凹槽412轴向延伸到球元件140的第一侧137中。球凹槽412可以轴向延伸进入第一侧137中预定深度。在一些实施例中。球凹槽412可以轴向延伸到第一侧137中，使得工具可以至少部分地插入球凹槽412中。在一些实施例中，球元件140可以包括在第一侧137和第二侧139上的球凹槽412。

在图13和图14中示出的实施例中，球凹槽412可围绕球通道200并限定几何轮廓，其提供球元件140的旋转控制。具体地，球凹槽412可限定几何轮廓，使得具有互补形状的工具能够插入球凹槽412中并控制球元件140的旋转方向。在所示实施例中，球凹槽412限定矩形形状。在其他实施例中，球凹槽412可以限定椭圆形、多边形(例如，三角形、多边形、六边形等)，或者可以确保球元件140在插入球凹槽412的类似形状的工具旋转时旋转的其他形状。

图15示出了可以在球阀400中使用的球元件140的另一个实施例。在所示的实施例中，球凹槽412可以限定凹口414，凹口414形成在球通道200的一侧并且与流动轴线114轴向对准。与图13和图14中的球凹槽412相同，在插入与具有凹口414的球通道200类似地成形的工具时，凹口414可以提供球元件140的旋转控制。

在所示实施例中，凹口414可以形成在球通道200的前侧并且从球通道200径向向外延伸。球通道200的前侧可以是当球元件140从关闭位置旋转到打开位置时首先暴露于流体流动的一侧。也就是说，当球元件140从关闭位置旋转(例如，经由轴108)到打开位置时，球通道200的前侧是与第一座部通道155重叠并使流体能沿流动轴线114流动的第一侧(参见图12)。

当球元件140从关闭位置转换到打开位置时，由球凹槽412限定的凹口414可提供可变流动面积。在所示实施例中，凹口414限定横向厚度(即，从图15的视角，从凹口414的顶部到凹口414的底部的距离)，随着凹口414从从球通道200的前侧径向向外延伸，所述横向厚度逐渐减小。这样，凹口414可以提供通过球通道200并且由此在入口104和出口106之间提供的流体流量的更大范围。例如，当与标准球通道(即没有凹口414)相比时，凹口414使得球阀400能够提供较低的最小流体流量。

图16示出了可以在球阀400中使用的球元件140的另一个实施例。球元件140包括球通道200，球通道200限定了提供球元件140的旋转控制的几何轮廓。具体地，球通道200可以限定几何轮廓，使得具有互补形状的工具能够插入球通道200中并控制球元件140的旋转方向。在所示实施例中，球通道200限定八边形形状。在其他实施例中，球通道200可以限定椭圆形状、多边形形状(例如，三角形、矩形、六边形等)，或者可以确保球元件140在插入球通道200的类似形状的工具旋转时旋转的其他形状。

将参考图12描述球阀400的组装和操作。以下对球阀400的部件组装顺序的描述并不意味着以任何方式进行限制，并且替代顺序包括在本发明的范围内。为了安装球阀400的内件装置112，可以通过将偏压元件146布置在套环孔118内来安装第一座部组件136，使得偏压元件146接合偏压表面159。然后第一座部142可以通过阀盖孔122插入并且第一座部密封部分150可以轴向插入第一座部密封孔116中。当第一座部密封部分150轴向插入第一座部密封孔116中时，第一座部密封件148可以接合并且沿着第一座部密封孔116轴向滑动，并且第一座部142的第一止动表面157可以接合偏压元件146。

第二座部组件138可以首先通过将第二偏压元件406安装到第二套环孔402中以与第二偏压表面404接合而安装到内腔110中。然后可以将第二座部160插入穿过阀体102的阀盖孔122并且第二密封部分164可轴向插入第二座部密封孔120中。当第二密封部分164轴向插入第二座部密封孔120中时，第二座部密封162可接合并且沿着第二座部密封孔120轴向滑动，并且第二座部160的第二止动表面169可以接合第二偏压元件308。

在第一座部组件136和第二座部组件138安装到阀体102的内腔110中的情况下，球元件140继而可以安装在第一座部表面158和第二座部表面170之间。在图12中所示的实施例中，球元件140包括布置在球元件140的相对侧上的第一平面190和第二平面192。在第一平面190和第二平面192之间限定的减小的球宽度尺寸允许球元件140安装在在第一座部表面158和第二座部表面170之间的最小开口中。也就是说，第一平面190和第二平面192之间的减小的球宽度尺寸可以允许圆形的第一座部表面158和第二座部表面170在自由状态(即，没有球元件140布置在其间的状态)下尽可能彼此靠近地定位。

球元件140可以通过阀盖孔122插入，其中第一平面190和第二平面192面向第一座部表面158和第二座部表面170，并且球通道200可通过阀盖孔122进入(即，从图12的视角看，定向在竖向方向上)。在球元件140布置在内腔110内并且第一平面190和第二平面192面向第一座部表面158和第二座部表面170的情况下，球元件140可以需要旋转90度以使球元件140的球形侧接合第一座部表面158和第二座部表面170。为了实现这种旋转，第一座部表面158和第二座部表面170必须克服偏压元件146和第二偏压元件406的力而轴向分开，这可能根据偏压元件146和406的刚度而需要较大的扭矩。由球元件140提供的旋转控制可以使工具能够通过阀盖孔122插入并且至少部分地插入球元件140中以提供必要的旋转。虽然球通道200保持基本上垂直于第一和第二座部通道155和167，或者处于竖向布置(从图12的视角)，但是可以将具有与球凹槽412类似形状的工具插入球凹槽412中并且使球元件140旋转。由球凹槽412限定的抗旋转几何形状可确保工具的旋转导致球元件140的旋转(见图13和14)。在其他实施例中，具有与球通道200和凹口414类似形状的工具可以插入组合几何形状(即，球通道200和凹口314)中并旋转球元件140(参见图15)。在其他实施例中，工具可以插入球通道200中，并且球通道200可以限定几何轮廓，该几何轮廓确保在工具旋转时旋转(参见图16)。

在任何情况下，球元件140的旋转控制特性可以使球元件140能够在第一座部表面158和第二座部表面170之间的最小间隙内旋转。一旦球元件140通过至少部分地插入球元件140中的工具旋转90度，球元件140的球形侧就可以与第一座部表面158和第二座部表面170接触。然后球元件140可以旋转另外90度以使球通道200沿着流动轴线114与第一和第二座部通道155和167轴向对准。在安装了球元件140的情况下，轴108和阀盖128可以如上面参考球阀100所述的那样安装。

在安装期间，由球元件140的第一平面190和第二平面192提供的减小的球宽度尺寸可以使第一座部表面158和第二座部表面170之间的位移量(即，远离彼此的轴向移动)最小化，以适当地定位球元件140以进行操作。在一些实施例中，这种最小化的座部扩展可以允许阀体102构造有较小的阀盖孔122，内件装置112可以通过该阀盖孔122进入。较小的阀盖孔122还减小了阀盖128的不平衡区域。减小阀盖128的不平衡区域可以使得用于将阀盖128固定到阀体102的压力保持紧固件更少或更小。更少或更小的压力保持紧固件允许减小阀体102的整体尺寸，这直接与降低的制造成本相关。

为了安装球元件140，最小化第一座部表面158和第二座部表面170之间的位移量还可以使内件装置112能够利用预定的最小化的内件阀体间隙。也就是说，第一止挡表面157和第一顶表面125之间的轴向间隙以及第二止挡表面169和第二顶表面127之间的轴向间隙可以设计成预定的最小值。如果第一座部142和/或第二座部160旨在紧密漂移，则预定的最小化的内件体间隙促进优化的单向和双向关闭。例如，在高压关闭应用中，由于入口104和出口106之间的压差，球元件140可以向下游或上游漂移。预定的最小化的内件阀体间隙可以确保在升高的关闭压力下第一止动表面157接触第一顶表面125或第二止动表面169接触第二顶表面127。通过确保在升高的关闭压力下第一止动表面157接触第一顶表面125或第二止动表面169接触第二顶表面127(即，紧密漂移)，内件装置112可以在升高的关闭压力下保持球元件140上的接触应力。另外，预定的最小化的内件阀体间隙可以限制球元件140的漂移量，这可以防止轴108倾斜并保持与球元件140的对准以进行优化操作。

本领域技术人员将理解，虽然以上结合特定实施例和示例描述了本发明，但是本发明不一定受此限制，并且许多其他实施例、示例、使用、修改和偏离从实施例、示例和用途旨在被所附权利要求所涵盖。本文引用的每个专利和出版物的全部公开内容通过引用并入本文，如同每个这样的专利或出版物通过引用单独地并入本文。在以下权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (19)

1.一种用于球阀的内件装置，所述球阀包括阀体、位于阀体的内腔中的球元件和具有底表面的阀盖，所述内件装置包括：

第一座部组件，其包括第一座部、螺纹套环和偏压元件，所述第一座部与球元件的第一侧接触，所述螺纹套环螺纹连接到第一座部并与偏压元件接合；和

第二座部组件，其包括与球元件的第二侧接触的第二座部，所述偏压元件将第一座部朝向球元件的第一侧偏压，以在第一座部和球元件的第一侧之间以及第二座部和球元件的第二侧之间提供接触应力，并且由偏压元件提供的接触应力能通过旋转第一座部而调节；

响应于所述阀盖被安装到所述阀体上，所述第一座部通过所述第一座部和所述阀盖的底表面之间的第一间隙而被阻止旋转，并且响应于所述阀盖被安装到所述阀体上，所述第二座部通过第二座部和阀盖的底表面之间的第二间隙而被阻止旋转。

2.根据权利要求1所述的内件装置，其中所述第一座部包括第一座部部分、螺纹部分和第一密封部分，所述螺纹部分位于所述第一座部部分和所述第一密封部分之间。

3.根据权利要求2所述的内件装置，其中所述第一座部部分包括第一座部表面，所述第一座部表面与所述球元件的第一侧相顺应并且与所述球元件的第一侧接触。

4.根据权利要求2所述的内件装置，其中所述螺纹套环螺纹连接到所述第一座部的所述螺纹部分。

5.根据权利要求2所述的内件装置，其中所述第一密封部分包括凹入的凹口以接收第一密封件。

6.根据权利要求1所述的内件装置，其中所述第二座部包括第二座部部分和第二密封部分。

7.根据权利要求6所述的内件装置，其中所述第二座部部分包括第二座部表面，所述第二座部表面与所述球元件的第二侧相顺应并且与所述球元件的第二侧接触。

8.根据权利要求6所述的内件装置，其中所述第二密封部分包括凹入的凹口以接收第二密封件。

9.一种球阀，包括：

阀体，其包括内腔，所述内腔包括套环孔；

球元件，其位于所述内腔中；和

在所述内腔中的内件装置，其包括：

第一座部，其与球元件的第一侧接触；

第二座部，其与球元件的第二侧接触；

螺纹套环，其容纳在套环孔中并且螺纹连接到第一座部，所述螺纹套环被阻止在套环孔中旋转并且被允许沿套环孔平移；

偏压元件，其接合在套环孔的偏压表面和螺纹套环之间，以在第一座部和球元件的第一侧之间以及第二座部和球元件的第二侧之间提供接触应力，由偏压元件提供接触应力能通过旋转第一座部而使螺纹套环沿着套环孔平移而调节；和

具有底表面的阀盖，响应于所述阀盖被安装到所述阀体上，所述第一座部通过所述第一座部和所述阀盖的底表面之间的第一间隙而被阻止旋转，并且响应于所述阀盖被安装到所述阀体上，所述第二座部通过第二座部和阀盖的底表面之间的第二间隙而被阻止旋转。

10.根据权利要求9所述的球阀，其中所述第一座部包括第一座部部分、螺纹部分和第一密封部分，所述螺纹部分位于所述第一座部部分和所述第一密封部分之间，并且所述螺纹套环螺纹连接到第一座部的螺纹部分。

11.根据权利要求10所述的球阀，其中所述第一座部部分包括第一座部表面，所述第一座部表面与所述球元件的第一侧相顺应并且与所述球元件的第一侧接触。

12.根据权利要求10所述的球阀，其中所述第一密封部分包括凹入的凹口以接收第一密封件，所述第一密封部分容纳在所述内腔的第一座部密封孔中，所述第一座部密封孔位于所述套环孔的上游。

13.根据权利要求12所述的球阀，其中所述第一密封件在所述第一座部和所述第一座部密封孔之间提供密封，所述第一密封件能沿着所述第一座部密封孔滑动。

14.根据权利要求9所述的球阀，其中所述第二座部包括第二座部部分和第二密封部分，所述第二座部部分包括第二座部表面，所述第二座部表面与所述球元件的第二侧相顺应并且与所述球元件的第二侧接触。

15.根据权利要求14所述的球阀，其中所述第二密封部分包括用于接收第二密封件的凹入的凹口，所述第二密封部分容纳在所述内腔的第二座部密封孔中，所述第二座部密封孔位于内腔的相对内端上。

16.根据权利要求15所述的球阀，其中所述第二密封件在所述第二座部和所述第二座部密封孔之间提供密封，所述第二密封件能沿着所述第二座部密封孔滑动。

17.一种球阀，包括：

阀体，其包括阀盖孔和内腔，所述内腔包括套环孔；

阀盖，其至少部分地容纳在阀盖孔中并且包括在内腔中的底表面；

在内腔中的球元件；和

在内腔中的内件装置，其包括：

第一座部，其与球元件的第一侧接触，所述第一座部通过第一座部和阀盖的底表面之间的第一间隙被阻止旋转；

第二座部，其与球元件的第二侧接触，所述第二座部通过第二座部和阀盖的底表面之间的第二间隙而被阻止旋转；

螺纹套环，其被容纳在套环孔中并且螺纹连接到第一座部；和

偏压元件，其接合在套环孔的偏压表面和螺纹套环之间，所述螺纹套环被阻止在套环孔中旋转，并且当阀盖从阀盖孔移除时，被允许在第一座部旋转期间沿套环孔平移，以调节由偏压元件在第一座部上提供的偏压力。

18.根据权利要求17所述的球阀，其中，所述第一座部包括第一座部部分、螺纹部分和第一密封部分，所述第一座部部分具有与所述球元件的所述第一侧相顺应并且与所述球元件的所述第一侧接触的第一座部表面，所述螺纹部分位于第一座部部分和第一密封部分之间，并且螺纹套环螺纹连接到第一座部的螺纹部分。

19.根据权利要求17所述的球阀，其中所述第二座部包括第二座部部分和第二密封部分，所述第二座部部分包括第二座部表面，所述第二座部表面与所述球元件的第二侧相顺应并且与所述球元件的第二侧接触，并且所述第二密封部分包括凹入的凹口，以接收第二密封件。

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