CN111433495B - 用于球阀的轮廓化集成阀座 - Google Patents

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Abstract

提供了具有带各种轮廓的阀座和对置阀座的阀门。在一个实施方案中，阀门包括阀体和在所述阀体内部的流量控制组件。所述流量控制组件包括球体、安装在所述球体上的阀座以及对置阀座。所述球体可在打开位置与关闭位置之间旋转以控制通过所述阀体的流量，并且所述阀座和对置阀座包括配合表面，当所述球体处于所述关闭位置时，所述配合表面接合使得所述阀座沿着所述配合表面抵靠所述对置阀座密封。此外，所述对置阀座的所述配合表面可以是凹表面，所述阀座的所述配合表面可以是凸表面，并且所述配合表面中的至少一者可以具有环形轮廓。

Description

用于球阀的轮廓化集成阀座
交叉引用段落
本申请要求于2017年10月10日提交的标题为“用于球阀的轮廓化集成阀座(CONTOURED INTEGRATED SEAT FOR BALL VALVE)”的第62/570,218号美国临时申请的权益，所述申请的公开内容通过引用结合于此。
背景技术
本部分旨在向读者介绍可能与当前描述的实施方案的各个方面有关的技术的各个方面。相信这种讨论有助于向读者提供背景信息来便于更好地理解本实施方案的各个方面。因此，应当理解，这些陈述应以上述角度进行阅读而不是作为对于现有技术的承认。
为了满足消费者和工业对自然资源的需求，企业往往投入大量时间和金钱来从地球搜索和提取石油、天然气和其他地下资源。具体地，一旦期望的地下资源被发现，往往就会采用钻探和生产系统来访问和提取资源。这些系统可以位于陆地上或海上，这取决于期望资源的位置。资源一旦被提取，往往就会经由管道运输到其他位置，诸如炼油厂。管道通常包括阀门以控制通过管道的资源流量。
应当明白，阀门包括用于选择性地允许流量通过阀门的流量控制机构。例如，传统的球阀包括球体，所述球体可以在打开位置与关闭位置之间旋转以允许或防止流量通过阀门。球阀中的密封件可以防止泄漏，并且一些球阀包括阀座，当球体旋转到关闭位置时，所述阀座抵靠球体密封以防止流动。
发明内容
在下文陈述本文公开的一些实施方案的某些方面。应当理解，这些方面的呈现仅仅是为了向读者提供本发明可能采取的某些形式的发明内容，并且这些方面不旨在限制本发明的范围。实际上，本发明可以涵盖可能未在下文陈述的各个方面。
本公开的实施方案总体上涉及阀门，所述阀门具有用于密封和防止流量通过阀门的阀座。在一些实施方案中，球阀包括用于抵靠阀门中的对置阀座密封的阀座。阀座可以通过球阀的旋转球体来承载，并且在一些情况下，阀座或对置阀座具有环形密封表面。此外，在一些实施方案中，球阀包括：可旋转球体，所述可旋转球体用于控制流量；阀座和对置阀座，所述阀座和对置阀座被允许在阀门操作期间朝向和远离球体移动以在阀门关闭时便于密封这些阀座部件，并且在阀门打开时便于这些阀座部件的分离。
对于本实施方案的各个方面可以存在上述特征的各种改进。其他特征也可以结合于这些不同方面中。这些改进和附加特征可以单独或以任何组合形式存在。例如，下文对于一个或多个所示实施方案讨论的各种特征可以单独地或以任何组合形式结合于本公开的任何上述方面中。再者，上文呈现的发明内容仅仅旨在使读者熟悉一些实施方案的某些方面和背景，而不限于所要求保护的主题。
附图说明
当参考附图阅读以下具体实施方式时，某些实施方案的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，在附图中，在全部图式中相同的字符表示相同部件，其中：
图1是根据本公开的实施方案的球阀的透视图；
图2是根据一个实施方案的图1的球阀的竖直截面，并且描绘了在中空阀体内部球体处于关闭位置的流量控制组件；
图3也是根据一个实施方案的图1的球阀的竖直截面，但是描绘了在中空阀体内部处于打开位置的流量控制组件的球体；
图4是根据一个实施方案的图2的流量控制组件的详细视图，并且示出了彼此抵靠密封的阀座和对置阀座；
图5描绘了根据一个实施方案的图4的流量控制组件的具有环形凸轮廓的阀座和图4的流量控制组件的具有球形凹轮廓的对置阀座；
图6是根据一个实施方案的图4的具有环形凸轮廓的阀座的透视图；
图7是根据一个实施方案的图4的具有球形凹轮廓的对置阀座的透视图；
图8是根据一个实施方案的阀座的环形凸轮廓与对置阀座的球形凹轮廓的接合的另一详细视图；
图9是根据一个实施方案的球阀的流量控制组件的阀座的截面图，并且将阀座描绘为具有两个凹部，所述两个凹部限定阀座的密封表面；
图10和图11是根据一个实施方案的图1的球阀的竖直和水平截面，示出了上游和下游阀座和对置阀座，所述上游和下游阀座和对置阀座在操作期间响应于流体压力而各自朝向和远离球体移动；
图12是根据一个实施方案的当球体从关闭位置朝向打开位置旋转时在图11中所描绘的阀门的一部分的水平截面；
图13总体上描绘了根据一个实施方案的图12的进一步朝向打开位置旋转的球体，并且示出了上游阀座与上游对置阀座的分离；
图14总体上描绘了根据一个实施方案的图13的更进一步朝向打开位置旋转的球体，并且示出了下游对置阀座与下游阀座的分离；
图15描绘了根据一个实施方案的图1的球阀的用于将对置阀座保持在阀体内的保持环；
图16描绘了根据一个实施方案的图1的球阀的用于将阀座保持在球体上的保持环；
图17描绘了根据一个实施方案的保持在球阀的球体上的阀座，所述阀座具有保持区段和保持环；
图18至图20示出了根据一个实施方案的用于将阀座保持在球阀的球体上的盖；
图21和图22示出了根据一个实施方案的图18至图20的盖，所述盖安装在球阀的球体上以便将阀座保持在球体上并且当球体打开时将阀座从对置阀座中机械地缩回；并且
图23总体上描绘了根据一个实施方案的类似于图18至图22但是具有泄压端口的保持盖，所述泄压端口允许流体离开盖与球体之间的区域。
具体实施方式
下文描述了本公开的具体实施方案。为了提供对这些实施方案的简明描述，本说明书中可能没有描述实际实施方案的全部特征。应当明白，在任何这样的实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多实施方式所特有的决定以实现开发者的具体目的，诸如符合系统相关和业务相关约束，其在不同的实施方式之间可能是不同的。另外，应当明白，此开发工作可能是复杂和耗时的，但是对于受益于本发明的一般技术人员而言，它们仍是设计、制作和制造的常规工作。
当介绍各个实施方案的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个要素。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并且意味着可以存在除所列要素之外的其他要素。此外，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、其他方向性术语和这些术语的变型的任何使用都是为了方便起见，而不要求部件的任何特定定向。
现在转向附图，通过示例的方式在图1至图3中示出阀门10。所描绘的阀门10是球阀并且为了解释而在下面进行描述。然而，应当明白，诸如闸阀之类的其他阀门可以使用本文详细描述的一些特征。阀门10包括中空阀体12，所述中空阀体容纳内部流量控制部件，所述内部流量控制部件调节阀门的端部14和16之间的流量。为了方便起见，将假定通过阀门的流动方向是从端部14到端部16，端部14将被称为入口，而端部16将被称为出口。但是实际上，流动方向可以颠倒，其中端部16用作入口，而端部14用作出口。
如图2和图3中所示，阀门10包括安装在中空阀体12的腔体22内的流量控制组件20。更具体地，在该描绘的实施方案中，流量控制组件20具有带孔26的球体24。球体24经由耳轴28安装在球体支撑件上并且可以通过阀杆30旋转以在关闭位置(图2中所示)与打开位置(图3中所示)之间枢转，所述关闭位置防止从入口通过孔26流到出口，所述打开位置将孔26与入口和出口对准以便于流量通过阀门。通过这种方式，球体24的旋转控制通过阀门10的流量。
流量控制组件20还包括密封组件，所述密封组件具有环形阀座32和对置阀座34以在球体24旋转到关闭位置时防止流量通过阀门10。即，在球体24在腔体22内部处于关闭位置时，阀座32抵靠对置阀座34密封以防止从入口流到出口。如目前所描绘的，在阀门10的入口侧具有阀座32和对置阀座34的上游密封组件与在阀门10的出口侧具有阀座32和对置阀座34的下游密封组件相同。这便于将阀门10用于沿任一方向(即，从端部14到端部16，或相反方向)的流动。但是在其他实施方案中，上游密封组件和下游密封组件可以不同。另外，如下面更详细地讨论的，至少一些实施方案的阀座32和对置阀座34以在阀门操作期间允许这些阀座部件朝向和远离球体24移动的方式安装在阀体12中。
阀门10在图1至图3中被描绘为上装式球阀、耳轴安装式球阀，其中流量控制组件20通过阀体12中的开口插入腔体22中，然后由阀盖或盖38封闭。阀杆30延伸穿过盖38，从而允许阀杆30旋转(手动地或通过致动器)以经由球体24的位置控制通过阀门10的流量。阀门10可以安装在管道40中或其他装置之间以控制流量。在一些实施方案中，阀门10经由入口和出口处的凸缘端与管道40的管或其他装置串联连接，所述凸缘端可以通过任何合适的方式(例如，经由夹具或螺栓连接)紧固到管或其他装置。在其他情况下，阀门10可以经由紧凑型凸缘、毂连接件或焊接插入管道中。除了阀座32和对置阀座34之外，阀门10还可以使用各种其他密封件(诸如阀杆30与盖38之间、盖38与阀体12之间以及阀门10的凸缘端与管道40的管之间的密封件)来抑制泄漏。尽管在图1至图3中被描绘为上装式球阀、耳轴安装式球阀，但是在其他实施方案中，阀门10也可以不同形式设置，诸如侧装式球阀、焊体球阀或插装阀。
参考图4可以更好地理解关于阀座32和对置阀座34的附加细节，图4是具有图2的上游阀座32和上游对置阀座34的上游密封组件的详细视图。在图2中描绘的下游密封组件与在图4中详细描述的上游密封组件具有相同的部件。在该描绘的实施方案中，阀座32和对置阀座34具有配合前表面，当球体24处于关闭位置时，所述配合前表面彼此接合。这导致阀座32和对置阀座34彼此抵靠密封以防止从入口流动到腔体22中。阀座32和对置阀座34可以用任何合适的材料形成，但是在至少一些情况下用金属形成，以便提供阀座32抵靠对置阀座34的金属对金属密封。阀座32可以被称为集成阀座，因为阀座32安装在球体24上并且当通过旋转球体24打开和关闭阀门10时随球体移动。阀座32通过球体24承载并抵靠对置阀座34密封，而不是如一些球阀中的阀座那样抵靠球体24密封。
在至少一些实施方案中并且目前如图4中所示，阀门10被结构化为允许加压流体从入口流入对置阀座34后面的区域(即，对置阀座34与阀体12之间)并流入阀座32后面的区域(即，阀座32与球体24之间)。环形密封件44和46抑制加压流体从对置阀座34和阀座32后面的这些区域泄漏到腔体22中。密封件44和46的外径可以大于阀座32与对置阀座34之间的密封接触区域的内径。在此类情况下，当球体24处于关闭位置时，来自入口的加压流体导致沿着阀座32和对置阀座34的后端的力大于由来自入口的加压流体引起的沿着阀座32和对置阀座34的正面的力。该差异导致阀座32和对置阀座34推抵彼此(或“进行活塞运动”)，其中对置阀座34推向球体24并推抵阀座32，而阀座32推离球体24并推抵对置阀座34。
尽管图4中的阀座32和对置阀座34各自被允许在来自阀门中的加压流体引起的活塞效应下移动，但是在其他一些实施方案中，阀座32和对置阀座34中的任一者或两者可以固定地保持在阀体12内以防止这些部件相对于球体24沿着径向方向移动。例如，在某些实施方案中，上游和下游阀座32可以被允许响应于接收在阀门10中的流体的压力而相对于球体24径向移动，而上游和下游对置阀座34相对于阀体12保持静止(或集成为阀体12的部分)。在其他情况下，阀座32中的一者可以被允许相对于球体24径向移动，而另一阀座32不被允许这样做，或者对置阀座34中的一者可以被允许以这种方式移动，而另一对置阀座34不被允许这样做。
阀座32和对置阀座34可以通过任何合适的方式保持在阀体12内。例如，如图4中所描绘，呈保持环50和保持环54的形式的保持器安装在阀体12中。保持环50附接到球体24以将阀座32保持在球体24上，而保持环54被安装以将对置阀座34与阀体12保持在一起。保持环50在图4中螺纹连接到球体24上，但是也可以通过其他方式附接。所描绘的球体24还包括孔52，并且固定螺钉可以安装在孔52中，使得固定螺钉的端部延伸到保持环50的内部凹槽中并防止保持环50从球体24中意外退回。图4中的保持环50和54允许阀座32和对置阀座34朝向和远离球体24运动，但是限制这种运动的范围。流量控制组件20还包括弹簧56和弹簧58，所述弹簧56将对置阀座34朝向球体24(并朝向阀座32)偏置，所述弹簧58将阀座32远离球体24(并朝向对置阀座34)偏置，这在一些情况下(例如，在低压应用中)可以便于将阀座32抵靠对置阀座34密封。
与上文被描述为具有由球体24承载并抵靠对置阀座34密封的阀座32的球阀相反，其他已知的球阀具有保持在主阀体内并抵靠可旋转球体密封的阀座。在许多情况下，这些阀座具有锥形表面，所述锥形表面抵靠球体的球形表面密封。在一些实施方案中，在球体24上具有集成阀座32的阀门10包括具有球形面的阀座32，所述球形面抵靠对置阀座34的锥形表面密封。在其他情况下，阀座32和对置阀座34可以包括彼此抵靠密封(即，球形对球形接触)的配合球形表面。但是在至少一些实施方案中，阀座32和对置阀座34以不同方式轮廓化，以通过一致的、可预测的方式促进这些阀座部件之间的密封。
如上所述，阀门10的阀座32和对置阀座34可以朝向或远离球体24移动，并且阀门10内的流体压力在操作期间可以在将阀座32和对置阀座34推向或推离球体24的这些部件上产生活塞效应。这些活塞效应来源于阀门10中的流体压力在阀座32和对置阀座34的前面和后面产生不相等的力，并且这些部件中由流体压力产生的净力取决于密封件44和46的直径，而不是取决于阀座32与对置阀座34之间的密封接触位置和区域。因此，阀座32与对置阀座34之间的密封接触位置和区域的变化可能对阀座32和对置阀座34的运作产生负面影响。
根据某些实施方案，阀门10的阀座32包括具有环形截面或轮廓的凸密封表面。例如，阀座32在图5中被描绘为具有环形凸密封表面62以与对置阀座34的凹密封表面64接合并抵靠所述凹密封表面64密封。环形凸密封表面62的轮廓可以由环形轮廓72限定，所述环形轮廓72通过围绕轴线70按具有中心66和半径68的圆圈旋转而形成，并且半径68是凸密封表面62的曲率半径。如图5中所示，对置阀座34的凹密封表面64的曲率半径大于阀座32的凸密封表面62的曲率半径。更具体地，凹密封表面64在图5中被描绘为球形凹密封表面64，所述球形凹密封表面64由球74限定，所述球74具有中心76(沿着轴线70)和半径78，所述半径78是凹密封表面64的曲率半径。在其他实施方案中，凹密封表面64可以由非球形形状(例如，环形或锥形)限定。阀座32的凸密封表面62也可以是非环形形状(例如，球)或替代地由其限定。在某些情况下，不同于阀座32具有环形密封表面62并且对置阀座34具有球形密封表面64，这些轮廓可以被切换，其中阀座32的密封表面62具有球形轮廓并且对置阀座34的密封表面64具有环形轮廓。在其他实施方案中，密封表面62和64都可以具有环形轮廓，或者这些密封表面中的任一者可以具有环形轮廓，而另一者可以具有锥形轮廓。
根据至少一些实施方案，如上文总体上所述，在图2和图4中描绘的阀门10的阀座32中的每一者具有环形凸密封表面62，并且在图2和图4中描绘的对置阀座34中的每一者具有球形凹密封表面64。参考图6和图7可以更好地明白密封表面62的环形轮廓和密封表面64的球形轮廓，图6和图7是阀座32中的一者和对置阀座34中的一者的透视图。
阀座32和对置阀座34在轮廓化密封表面62和64之间的接触区域82上方彼此抵靠密封，这在图8中更详细地描绘。在该描绘的实施方案中，阀座32的凸密封表面62的环形轮廓的曲率大于对置阀座34的凹密封表面64的球形轮廓的曲率，从而导致密封表面62以比密封表面64更大的比率远离接触区域82弯曲。与其中阀座和对置阀座都具有球形密封表面的布置相比，阀座密封表面62的环形轮廓的这种几何布置可以减小阀座32与对置阀座34之间的接触区域(并增大密封压力)，并且使得阀座32和对置阀座34能够维持更可预测的接触区域，所述更可预测的接触区域是窄的并且更好近似圆形接触线。与其中阀座具有球形密封表面并且对置阀座具有锥形密封表面的布置相比，环形轮廓化阀座的目前所描述的几何布置也可以允许阀座和对置阀座的位置有更大的偏差。
尽管在一些实施方案中，阀门10具有带环形轮廓化密封表面62的相同的上游和下游阀座32，但是在其他实施方案中，任一个或两个阀座32可以具有没有环形轮廓的密封表面62。类似地，尽管相同的上游和下游对置阀座34可以具有球形密封表面64，但是任一个或两个对置阀座34可以具有非球形轮廓的密封表面64。
在图9中示出了用于阀门10中的不同阀座32的示例。在该描绘的实施方案中，阀座32包括凸表面90，所述凸表面90具有限定密封表面94的环形凹槽92。环形凹槽92限制密封表面94的区域，并且与一些其他设计相比，允许当阀座32抵靠对置阀座34密封时，密封力集中在较小接触区域(即，沿着密封表面94)。密封表面94的曲率半径可以等于在图9中的两个凹槽92的上方和下方示出的凸表面90的其他部分的曲率半径，但是在至少一些情况下，密封表面94的曲率半径小于凸表面90的其他部分的曲率半径，以增大密封表面94处的密封力集中并增大接触区域上方的密封压力。
如上文关于图4所指出的，当球体24处于关闭位置时，阀门10的阀座32和对置阀座34在阀门操作期间彼此抵靠密封，并且阀座32和对置阀座34上由于阀门10中的加压流体引起的力差可以将这些部件更紧密地推在一起。在一些情况下，诸如在大量气体流动的某些高压状况下，当球体24从关闭位置旋转到打开位置时，阀座32和对置阀座34上由于这种压力辅助密封引起的点加载应力(如果不加抑制)可能损坏这些部件。
然而，在至少一些实施方案中，阀门10被结构化为使阀座32或对置阀座34缩回以在阀门打开时将阀座32与对置阀座34分离。参考图10至图14可以更好地理解这些阀座部件在阀门打开期间缩回的示例。在图10的竖直截面和图11的水平截面中，阀门10被示为关闭，其中球体24旋转到关闭位置，并且阀座32抵靠对置阀座34密封。如上所述，阀座32保持在球体24上，并且对置阀座保持在阀体12中，但是在该描绘的实施方案中，阀座32和对置阀座34中的每一者被允许有一定范围的运动来朝向或远离球体24移动。另外如上文所讨论的，当阀门10在该关闭位置中被加压时，阀门10中的压力可能导致阀座32推离球体24(并推抵对置阀座34)并且对置阀座34推向球体24(并推抵阀座32)。
更具体地，在上游阀座32和上游对置阀座34在图10至图14中位于球体24的左侧而下游阀座32和下游对置阀座34位于球体24的右侧的情况下，当阀门10关闭并被加压时，上游对置阀座34沿通过阀门10的流动方向(从入口至出口)进行活塞运动，而上游阀座32沿与通过阀门10的流动方向相反的方向进行活塞运动。然而，当阀门10打开时，在阀门10内的流体可能导致阀座32和对置阀座34通过相对于球体24颠倒这些部件中的一些部件的方向而分离。图12至图14总体上描绘了在阀门打开期间球体的旋转以及由于阀门中的加压流体引起的阀座32和对置阀座34的分离。随着球体24从关闭位置朝向打开位置旋转，作用在上游阀座32上的加压流体导致上游阀座32颠倒方向，并且反而推向球体24并推离上游对置阀座34。这转而导致上游阀座32朝向球体24缩回并与上游对置阀座34分离，如图13中所示。当阀门打开时，上游对置阀座34可以继续沿下游方向推动，但是受到其保持环54的限制。
在阀门10的打开期间，加压流体还作用在下游对置阀座34上以导致下游对置阀座34颠倒方向，反而沿通过阀门10的流动方向移动，并与下游阀座32分离，如图14中所示。当阀门打开时，下游阀座32可以远离球体24进行活塞运动，但是下游阀座32远离球体24的移动受到下游保持环50的限制。在至少一些情况下，在阀门10的打开期间阀座32与对置阀座34分离可以减少这些部件上的接触应力和磨损，减小运行扭矩，允许使用较小的致动器，减少或消除潜在磨损以及延长阀门循环寿命。
如上文指出的，阀座32可以通过任何合适的方式保持在球体24上，而对置阀座34可以保持在阀体12中。根据一些实施方案，在图15中描绘了用于保持对置阀座34的保持环54，并且在图16中描绘了用于保持阀座32的保持环50。如图15中所描绘，保持环54具有环形阀体102，所述环形阀体102具有横向突片104，所述横向突片与阀体12中的配合狭槽接合以将保持环54保持在适当位置，如图11至图14中总体上可见。保持环50在图16中被描绘为具有环形阀体108，所述环形阀体108具有螺纹表面110，所述螺纹表面110允许环50被螺纹连接到球体24的配合螺纹表面上。在图17中总体上描绘的另一个实施方案中，通过将容纳在凹槽114(例如，环形凹槽)中的区段112保持在球体24中，将阀座32保持在球体24上。这些区段112自身可以通过螺纹连接到球体24上的保持环50而保持在凹槽114中。
尽管流体压力可以用于通过上述方式在阀门10的打开期间使阀座表面进行活塞运动以便分开，但是在其他实施方案中，当阀门10打开时，阀座32可以朝向球体24和远离对置阀座34机械地缩回。在一些情况下，阀座32通过保持器而保持在球体24上，所述保持器在阀门10的打开期间将阀座32推离对置阀座34。这种保持器的示例在图18至图20中被描绘为盖120。在该描绘的实施方案中，盖120包括圆柱形腔体122，所述圆柱形腔体122可通过盖120的背面的矩形开口124进入。盖120还包括肩部126，所述肩部126归因于矩形开口124的宽度与腔体122的直径之间的差异。如下面进一步讨论的，这些肩部126可以便于将盖120保持在球体24的配合部分上。尽管在图18至图20中腔体122没有到达盖120的正面，但是在其他实施方案中，腔体122可以延伸到正面并且使盖120呈环形形状。
盖120可以用于将阀座32保持在阀门10的阀体12内的球体24上，并且在图21中总体上示出了这种示例。在该描绘的实施方案中，盖120容纳在球体24的突出部分上，并且通过肩部126与球体24的配合肩部接合而被保持，所述配合肩部容纳在盖120的腔体122中。在组装期间，盖120可以被定向成允许球体24的配合肩部通过矩形开口124容纳到腔体122中。然后可以通过图21中所示的方式转动盖120(例如，四分之一圈)以将盖120的肩部126与球体24的配合肩部对准。盖120和球体24的突出部分的尺寸被设置为允许在安装时盖120相对于球体24进行径向移动。球体24中的弹簧将盖120沿径向向外方向偏置。
图21的阀座32安装在球体24上，并且当球体24处于关闭位置时，抵靠对置阀座34密封。在该实施方案中，如上文总体上描述的那样，阀座32被允许响应于流体压力而抵靠对置阀座34密封，但是对置阀座34通过保持环54保持在阀体12中的适当位置。在其他实施方案中，对置阀座34也可以响应于流体压力而朝向和远离球体24移动或替代地可以被允许朝向和远离球体24移动。此外，尽管阀座32可以具有环形凸表面以抵靠对置阀座34的凹表面密封，但是阀座32和对置阀座34中的一者或两者在其他实施方案中可以具有不同轮廓。
盖120被成形为充当凸轮以使阀座32从对置阀座34中机械地缩回。更具体地，当打开图21的阀门时，盖120随球体24旋转并与对置阀座34接触。当球体24继续旋转时，对置阀座34在球体24上径向向内推动盖120。这进而导致盖120抵靠偏置弹簧58和远离对置阀座34径向向内驱动阀座32。并且如上文指出的，在阀门打开期间阀座32与对置阀座阀34分离可以便于操作，降低磨损的可能性，并延长阀门循环寿命。尽管为了解释目的在图21和图22中示出了仅一个阀座32和仅一个对置阀座34，但是应当明白，根据本技术，球体24的上游侧和下游侧中的任一者或两者上的阀座32和对置阀座34也可以使用盖120。
在一些情况下，在操作期间，加压流体可能被截留在图21和22的盖120和球体24之间。因此，如图23中总体上描绘的，盖120可以包括泄压端口136以允许加压流体从盖120的后面逸出。可以在泄压端口136中安装任何合适的止回阀138以允许流体从盖120后面通过泄压端口136逸出到低压区域，同时防止流体通过泄压端口136流到盖120的背面。尽管图23描绘了具有一个止回阀138的单个泄压端口136，但是盖120也可以具有多个泄压端口136和止回阀138。泄压端口136和止回阀138还可以用于从盖120(或其他保持器)后面释放压力，所述盖保持阀座32但不将阀座32在球体24上机械地向内缩回。
尽管本公开的各方面可能有各种修改和替代形式，但是通过举例方式在附图中已经示出了特定实施方案并在本文中已经对其作出详细的描述。但是应当理解，本阀门并不旨在限于所公开的特定形式。更确切地，本发明涵盖落入如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同形式和替代形式。

Claims (15)

1.一种阀门(10)，其包括：
阀体(12)；以及
所述阀体(12)内部的流量控制组件(20)，所述流量控制组件(20)包括：
球体(24)；
安装在所述球体(24)上的阀座(32)，偏置弹簧(58)将所述阀座(32)远离所述球体(24)偏置；
对置阀座(34)，弹簧(56)将所述对置阀座(34)朝向所述球体(24)并朝向所述阀座(32)偏置；
其中所述球体(24)可在打开位置与关闭位置之间旋转以控制通过所述阀体(12)的流量，所述阀座(32)和所述对置阀座(34)包括配合表面，当所述球体(24)处于所述关闭位置时，所述配合表面彼此接合使得所述阀座(32)在所述阀体(12)内沿着所述配合表面抵靠所述对置阀座(34)密封，所述对置阀座(34)的所述配合表面是凹表面(64)，所述阀座(32)的所述配合表面是凸表面(62)，并且所述配合表面中的至少一者具有环形轮廓(72)；以及
盖(120)，所述盖(120)被配置成将所述阀座(32)保持在所述阀体(12)内的所述球体(24)上，所述盖(120)被配置成在打开位置和关闭位置之间随所述球体(24)旋转，所述盖(120)被配置成与所述对置阀座(34)接触，使所述对置阀座(34)将所述盖(120)径向向内推到所述球体(24)上,进而导致所述盖(120)驱动所述阀座(32)径向向内抵靠所述偏置弹簧(58)并远离所述对置阀座(34)。
2.如权利要求1所述的阀门，其中所述对置阀座(34)的所述凹表面(64)具有第一曲率半径(78)，并且所述阀座(32)的所述凸表面(62)具有小于所述第一曲率半径(78)的第二曲率半径(68)。
3.如权利要求2所述的阀门，其中所述凸表面(62)具有所述环形轮廓(72)，而所述凹表面(64)具有球形轮廓。
4.如权利要求2所述的阀门，其中所述凹表面(64)具有所述环形轮廓(72)，而所述凸表面(62)具有球形轮廓。
5.如权利要求1所述的阀门，其中所述阀座(32)以允许所述阀座(32)相对于所述球体(24)在所述阀体(12)内径向移动的方式安装在所述球体(24)上。
6.如权利要求5所述的阀门，其中所述流量控制组件(20)被配置为允许所述阀体(12)中的加压流体进入所述阀座(32)与所述球体(24)之间的区域，使得当所述球体(24)处于所述关闭位置时，所述阀座(32)上来自所述加压流体的净力将所述阀座(32)推抵所述对置阀座(34)。
7.如权利要求5所述的阀门，其中所述对置阀座(34)以允许所述对置阀座(34)相对于所述球体(24)在所述阀体(12)内径向移动的方式安装在所述阀体(12)中。
8.如权利要求7所述的阀门，其中所述阀体(12)和所述对置阀座(34)被配置为允许所述阀体(12)中的加压流体进入所述阀体(12)与所述对置阀座(34)之间的区域，使得当所述球体(24)处于所述关闭位置时，所述对置阀座(34)上来自所述加压流体的净力将所述对置阀座(34)推抵所述阀座(32)。
9.如权利要求1所述的阀门，其中所述流量控制组件(20)包括：
安装在所述球体(24)上的附加阀座(32)；以及
附加对置阀座(34)；
其中所述附加阀座(32)和所述附加对置阀座(34)包括配合表面，当所述球体(24)处于所述关闭位置时，所述配合表面彼此接合使得所述附加阀座(32)在所述阀体(12)内沿着所述附加阀座(32)和所述附加对置阀座(34)的所述配合表面抵靠所述附加对置阀座(34)密封，所述附加对置阀座(34)的所述配合表面是凹表面(64)，而所述附加阀座(32)的所述配合表面是具有环形轮廓(72)的凸表面(62)。
10.如权利要求9所述的阀门，其中所述阀座(32)和所述附加阀座(32)安装在所述球体(24)的相对侧上。
11.如权利要求9所述的阀门，其中所述阀座(32)和所述附加阀座(32)是相同的，并且所述对置阀座(34)和所述附加对置阀座(34)是相同的。
12.如权利要求1所述的阀门，其中所述阀门(10)是上装式球阀。
13.一种方法，其包括：
在设置于管道(40)中的阀门(10)中接收流体，所述阀门(10)包括在中空阀体(12)内部承载阀座(32)的球体(24)，其中所述球体(24)可随所述阀座(32)在打开位置与关闭位置之间旋转以控制通过所述中空阀体(12)的流量；
将所述球体(24)旋转到所述关闭位置；以及
当所述球体(24)处于所述关闭位置时，将所述阀座(32)的环形轮廓(72)推离所述球体(24)并在所述中空阀体(12)内推抵对置阀座(34)使得所述阀座(32)抵靠所述对置阀座(34)密封并防止流量通过所述中空阀体(12)；以及
将所述球体(24)从所述关闭位置旋转到所述打开位置，其中
在所述球体从所述关闭位置旋转到所述打开位置期间，使用被配置成随所述球体(24)旋转的盖(120)与所述对置阀座(34)接触，使所述对置阀座(34)将所述盖(120)径向向内推到所述球体(24)上，进而导致所述盖(120)驱动所述阀座(32)径向向内抵靠偏置弹簧(58)并远离所述对置阀座(34)。
14.如权利要求13所述的方法，其中将所述阀座(32)的所述环形轮廓(72)在所述中空阀体(12)内推抵所述对置阀座(34)包括将所述阀座(32)的所述环形轮廓(72)在所述中空阀体(12)内推抵所述对置阀座(34)的球形表面或环形对置阀座(34)。
15.如权利要求13所述的方法，其中将所述阀座(32)的所述环形轮廓(72)在所述中空阀体(12)内推抵所述对置阀座(34)包括在所述阀座(32)与所述球体(24)之间接收加压流体使得所述加压流体导致所述阀座(32)上的净力指向所述对置阀座(34)。
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