CN1106116A - 压力平衡流量控制阀 - Google Patents

Abstract

用来控制流经管道里的液体通路的阀，包括一具 有上、下流流量通路的阀体，一与流量通路连通的普 通环形阀腔，控制流过通路液体装置，用于在开和关 位置间操纵液体控制件的装置和用于平衡阀腔里压 差的装置。流量控制装置包括一用以连接通路间液 体的并位于阀腔内一对间隔环形座架之间的中央通 道。所述控制阀制造成本低，可在高压下使用，不会 使上流阀座脱出，减少打开阀门所需的扭矩，具有良 好的关闭能力。

Description

本发明涉及高压流量控制阀，特别涉及到一种用于阀腔压力平衡的密封系统。

球阀包括一个中心孔，它用放在阀腔里的一个球来控制通过管道的液体通道，并由一对可回转的相间隔的环形座架支承。每一座架环绕着一个阀座，此两个阀座将上流通道和下流通道之间密封开。一个共同的问题在于阀门被打开后，当存在大的压力差时，即高的上流压力和低的下流压力，上阀座易于从座架上挤出或脱出阀腔。要解决这个问题，原先的工艺提出采用使上流通道和阀腔之间的压力平衡的装置。例如，众所周知，在阀座外径上开槽。当压力差引起上流阀座向球移动时，将球向下流移动一短距离，在阀腔里的压力通过槽得到平衡。一旦阀腔中的压力差消除，上流阀座回到其原始位置。

美国专利号3778029是提供作参考，展示了一个二通球阀，它包括一个密封系统，它加封于下流阀座之上而使上流阀座上的压力平衡。此阀包括一对放在流量控制球各边上的间隔阀座。每一阀座被一座架环绕着，使上流阀座架在下流方向故意泄漏，下流阀座则在阀腔和下游流量通道之间产生密封作用。这就是说，仅是下流阀座有效地密封了管道。当希望要平衡进入阀腔的上流压力时，在二个座架上采用U型密封。此U型密封圈定位在一紧邻阀腔内壁的座架的面向外的角隅上的环形凹槽内。这种密封系统密封了流量控制球的下流边，平衡了阀腔和上流座之间的压力，从而减少了打开阀门所需的扭矩。但这种压力平衡系统的缺点是花费价格昂贵的U型密封圈，对这种使用场合需要有特殊的结构。

上述球阀的另一个缺点是它们通常用在低压情况下，即每平方英寸3000磅以下，因为弹性阀座在具有高压力差的高压负载下变形极大。用于高压情况下的球阀（即3000-10000psi）通常使用转轴式控制球。一个具有铰轴安装的控制球的球阀已减少了操作扭矩但制造成本较大，且密封性能不如具有浮动控制球的阀好。

因此仍需要一种流量控制阀，它能在高压下使用，具有价廉的密封系统仅密封下流阀座并平衡进入阀腔的上流压力。

本发明的主要目的是提供一具有一种密封系统的流量控制阀，它在高压环境下工作时，可平衡进入阀腔的上流压力。

本发明的另一目的是提供一具有仅密封下流阀座的一种密封系统的流量控制阀。

另一目的包括阻止上流阀座的脱出并减少打开控制阀所需的扭矩。

本发明涉及到一种使流量控制阀压力平衡的改进的密封系统。控制阀包括一个具有上下流量通道的阀体，与流量通道相通的环形阀腔，用于控制通过管道的液体流量的装置，用于在开和关位置之间操作液体控制件的装置，以及平衡在阀腔里的压差的装置。流量控制装置包括一将通道之间的液体连通的中央通道，且位于阀腔的一对间隔环形座架之间。每一座架围绕一阀座或环状形式安排，它包括一在面朝里的表面上的环形凹槽，一在轴向面对的表面上的环形凹槽。

阀座位于向内的凹槽内，以及一个位于轴向凹槽内的密封。压力平衡装置包括在上流座架内的液体通道，用于将轴向凹槽与阀腔连通。

本发明的另一特征是前面所述的压力平衡装置，包括一个轴向凹槽内的环形槽，以及一在上流座架的面向外的表面上的出口。

本发明的另一特征是前面所述的压力平衡装置包括许多液体通道。

本发明的另一特征是前面所述的密封件是一O形圈。

本发明的另一特征是前面所述的通道出口是彼此均匀地间隔分布的。

本发明的另一特征是前面所述的流量控制装置是由座架支承的可回转的球。

本发明的特征包括一个压力平衡控制阀，其制造成本低，可在高压下使用，不会使上流阀座脱出，减少打开阀门所需的扭矩，具有良好的关闭能力。

本发明以上的目的，特征和优点从详细的说明和附图中可很清楚表明。

图1是本发明流量控制阀包含平衡阀腔压力装置的局部纵剖面的垂直视图;

图2是从图1中沿2-2线所取的流量阀阀体的纵向放大剖视图。

图3是图2的上流座架的局部放大图。

图4是图3沿线4-4所切的座架和密封圈的横剖视图。

图5是沿图3中沿线5-5所取的座架的平面图。

图6是与图3相似的视图，说明本发明的座架的另一个实例。

图7是与图6相似具有L型的密封圈的本发明的另一个实例。

见图1数字编号12指出本发明的用于控制流过管线的液体的流量控制阀。然而并不受此限制，本发明的流量控制阀特别适用于球阀，例如油田的集合管用的球阀。流量控制阀12通过与一上流通道19和一下流通道20相通的腔18控制在管路16里的上流液体。所示的流量控制阀12是一二通阀，它包括一阀体24，一台肩25，一用于密封地嵌入管道16的外环表面的挡圈26，控制流过通道的液体流量的装置，例如，一可回转地安装在腔18内的球32，用于在开启和关闭位置之间操纵球的装置，以及平衡在上流通道和阀腔之间的压力的装置。挡圈和阀体用适合的装置固紧，例如间隔法兰28。法兰28由O型圈33与管道的外表面密封，挡圈26用一O型圈34与阀体的内表面密封。螺栓30用于将法兰和阀体紧固。

球32包括一有中心孔的流量通路36，它与通过通道的液体14相通。球操纵装置包括一位于球的外表面的矩形槽38，其尺寸正好容纳操作件42的矩形末端40。一紧固的操作手柄44通过螺钉46来操纵操作件42。转动操作手柄44就可使球32在开和关的位置之间转换图1所示为球在开启的位置。

图2展示了用于本发明图1的阀腔的压力平衡的改进的密封系统的放大图。控制阀的部分零件被移去以更清楚表达。与图1不同，在图2中的球32所示位置是关闭的。球可通过一上流环形座架48和一下流环形座架50而回转地支承在管路16内的腔18中。当球在关闭位置时，在管道的上流一边和阀腔18之间就会出现高压差，那就是说上流压力P₁，会大大超过在腔18中的下流压力P₂。由下面的叙述则变得更加清楚，上流压力P₁通过位于上流座架48上的装置进入腔18，因此两个压力平衡，即压力P₁和P₂基本上相同。

现在，本发明的改进过的密封系统通过图3的局部放大的上流座架48来说明。每一个座架最好完全一样，这样可减少在加工中的零件种类，并消除在管道内安装阀时的方向性。

座架48包括一阀座52，一密封圈56以及使上流通路19与腔18之间的压力平衡的装置70。座52安放在位于座架48的外表面55上的面朝里的环形凹槽54内。密封圈56最好是O型圈，它被安放在位于座架48的外表面59上的轴向地面对着的环形凹槽58内。其它形状的密封圈例如L型圈也同样可使用。每一个座架用其与阀体24的内壁相邻的外表面按环形关系围绕着阀座安置。阀座可以是用任何相对硬的有弹性的合成树脂材料例如由尼龙四氟乙烯或Delrin制成。座52包括一紧贴球32的表面的面朝内的弓形表面60，以及一个轴向面对的表面62，它紧贴凹槽54的轴向面对的表面64。

表面60的曲率半径最好小于球32的曲率半径，这有利于在装配时减轻阀座的负载。凹槽58包括一个外肩84和一个内肩86。O型圈56由外肩84内肩86和挡圈26的面朝内的表面66恰当地支承着。

压力平衡装置70最好包括一从座架48的外向的面对表面80上凹槽部分82径向向内延伸的钻孔通道72。通道72将上流压力从轴向凹槽58内的入口通向阀腔18。在轴向凹槽58中的入口最好是一个环形槽73。压力平衡路径通过槽73，通道72和一狭窄的通路90到达腔18。通路90是由表面80的凹槽部分82的缩减直径形成。并由凹槽82和阀体24的内表面来限定。压力平衡装置70可以包括另一个在向内的凹槽54中加工出的环形槽74，它还与通道72相通，以便当球阀打开的瞬间排放压力。

在打开控制阀的瞬间发生这些高压差情况下，槽74是合于需要的。

在使用过程中在上流座架里的O型圈56是不密封的但允许压力P₁通到阀腔18，压力P₁连续通过装置70直到在阀腔里的压力P₂大致上与上流压力P₁相等。在下流座架50（图2）里的O型圈56密封管道。

刚才所述的压力平衡装置特别适用于球阀，应理解，本发明的压力平衡装置可用于其它流量控制阀，例如闸阀。球阀具有流量控制回转的球，可用具有垂直滑动以控制流量的闸的闸阀来代替。滑动闸可安置在一对环形座架之间，其上流阀座靠着闸的上流边，下流阀座靠着闸的下流边。

压力平衡装置可包括均匀间隔的多路通道。图4和图5说明一个压力平衡装置的优选实例，它包含4个通路72。每一通路有一出口76，出口则彼此均匀分布在座架48的表面80的凹槽部分82内。

图6为轴向凹槽58的另一个实施例。在此实施例中，凹槽58不使用对密封圈56提供径向支承的外肩，宁可由阀体24的内表面提供径向支承。

图7是说明本发明具有与图6相似的带座架的另一个实施例。用一个L型密封圈94来代替O型圈。

现将参见图3来解释用于压力平衡的改进的密封系统。当控制阀在关闭位置时，上流管道压力P₁超过在腔18里的压力P₂情况下，压力平衡的路径如下。路径沿着在上流座架48里的O型圈的内侧，沿着肩86的外表面进入槽73，通过通道72到出口76，然后通过通路90进入腔18。当压力P₁朝向槽73通过时，压力P₁趋向于把O型环向离开内肩86的外表面的方向提升。压力P₁连续地通过装置70直到在腔18里的压力P₂大致上与上流压力P₁相等。由于下流座架50与上流座架48具有相同的尺寸而产生了压力平衡，这是因为座架50（图2）同时与管道16的下流通道20密封。由于将阀腔压力平衡到上流的压力，在座52和座架48里的球32之间则存在最小的力。这还减少一半的扭力矩，否则的话，在开启控制阀时必须要操纵操作杆42。因此二通阀口的O型圈56作为一个单向密封系统仅密封流量控制球的下流边。同时允许流量控制球和阀腔之间的压力平衡。

将可理解，只要不离开此发明的精神和范围可进行各种变化。因此应由所附权利要求对本发明进行限定。

Claims (11)

1、一用来控制流经管通里的液体通路的阀，包括一具有上流流量通路和下流流量通路的阀体，一与流量通路连通的普通环形阀腔，控制流过通路的液体的装置，用于在开启和关闭位置之间操纵液体控制件的装置以及用于平衡在阀腔里的压差的装置。流量控制装置包括一，用以连接通路之间的液体的中央通道，并位于阀腔里的一对间隔环形座架之间；

每一座架按环状关系围绕着一阀座排列，并包括一在面的向内的表面上的环形凹槽，以及一在轴向面对的表面上的环形凹槽，阀座位于向内的凹槽里，一密封圈位于轴向凹槽内；

压力平衡装置，包括一个在上流座架内的液体通路；

通路连通上流座架的轴向凹槽与阀腔。

2、如权利要求1的控制阀，其特征在于密封是O型圈。

3、如权利要求1的控制阀，其特征在于压力平衡装置包括多路通路。

4、如权利要求3的控制阀，其特征在于通道是彼此均匀地间隔的。

5、如权利要求4的控制阀，其特征在于面向外的表面包括一凹槽的部分，每个通道的出口位于凹槽部分内。

6、如权利要求2的控制阀，其特征在于轴向凹槽包括一个外支承肩。

7、如权利要求1的控制阀，其特征在于通道包括一个在轴向凹槽里的环形槽。

8、如权利要求7控制阀，其特征在于通道包括一与向内凹槽相通的第二凹槽。

9、如权利要求1的控制阀，其特征在于流量控制装置是一由座架支承的可回转的球。

10、一用于控制管道里的液体通路的阀，包括一具有上流量通道和下流流量通道的阀体，一与流量通连通的普通环形阀腔，一控制液体流经通道的球，用于在开启和关闭位置之间操纵球的装置，以及用于平衡阀腔内压差的装置，此球包括一用以连通通道之间的液体的中央通路，此球被回转地支承在阀腔内的一对间隔的环形座架之间;

每一座架按环形关系围绕着一阀座排列，包括一在面向内的表面上的环形槽以及一在轴向面对的表面上的环形槽;

阀座位于向内凹槽内，一O型圈位于轴向凹槽内;

压力平衡装置包括一在上流座架内以径向方向向内延伸的液体通道;

通道与在轴向凹槽里的环形槽相通，并在上流座架的向外表面上有一出口。

11、一控制流径管道内的流体通道的阀，其组成：一具有上流流量和下流流量通道的阀体，一与通道连通的普通环形阀腔，一控制流经通道的液体的球，在开启和关闭位置之间的装置以及平衡在阀腔内的压差的装置;

此球包括一个用于连通通道之间液体的中央通路，它被回转地支承在在阀腔里的一对间隔的环形座架之间;

每一座架按成环关系围绕着一阀座排列，并包括一个在面向内的表面上的环形凹槽，以及一在径向面对的表面上的环形凹槽;

阀座位于向内凹槽里，一O型密封圈位于径向凹槽内;

压力平衡装置包括，在每一座架内，径向向内延伸的多路液体通道;

每一座架在径向凹槽内有一环形槽以及在面向外的表面上有通道出口;

上流座架的通道与上流座架的径向凹槽相通，下流座架的通道与下流座架的径向凹槽相通。

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