CN111684184B - 原位垫圈组件 - Google Patents

Abstract

本发明的一些实施例提供了一种阀，该阀包括：阀体、布置在阀体内以选择性地阻止流过阀体的阀元件以及包括垫圈、切割器座部和保持环的密封组件。切割器座部包括切割器，该切割器布置为在安装期间切割阀体垫圈。通过在保持环和阀体之间切割阀体垫圈来形成双平面密封。

Description

原位垫圈组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年9月28日提交的标题为“原位垫圈组件(In Situ GasketAssembly)”的美国专利申请序列号15/719,273的优先权，其为2017年3月28日提交的标题为“垫圈密封座环(Gasket Seal Seat Ring)”的美国专利申请序列号15/471,950的部分继续，其要求2016年4月6日提交的标题为“垫圈密封座环(Gasket Seal Seat Ring)”的美国临时专利申请序列号62/318,827的权益。两个文件的全部公开内容整体并入本文。

背景技术

阀设计可以在其设计中采用多种安装密封元件的方法。高性能双偏心阀通常将密封元件保持在主要阀体部分和辅助可移除座部保持件之间。此连结连接必须密封，否则阀体和座部保持环之间可能发生泄漏。在管路维护结束时，座部保持环必须在没有低压侧配合凸缘支撑的情况下保持阀的额定差异。密封件在两个部件之间的准确放置、密封件在操纵期间的完整性以及有效的组装过程是必要的。

发明内容

设计效率的工业标准和市场驱动压力促使阀门设计者尝试以较小的表面积进行密封。所提出的装置允许将初始密封介质(例如，垫圈)应用到压力系统内的多个密封平面并且允许密封介质调整以适应压力系统内的几何差异。使用本文公开的脆性密封材料操纵和运输策略，在本公开的范围内的实施例可以得到小于当前传统密封方法的密封尺寸。

本发明的一些实施例提供一种阀。该阀具有阀体，该阀体具有延伸穿过该阀的通道以及第一密封表面和第二密封表面，第一密封表面和第二密封表面均从该通道径向向外地并且彼此偏移地定位。第一密封表面和第二密封表面之间的偏移限定了孔。阀元件可以定位在通道内并且可以构造成选择性地阻止流通过阀体。垫圈可抵接第一密封表面的一部分和第二密封表面的一部分。在一些实施例中，切割器座部至少部分地容纳在孔内并且构造成与第二密封表面压缩地接合。切割器座部可以包括切割器，该切割器构造成通过在安装期间切断垫圈形成第一子垫圈和第二子垫圈。保持环可以联接到阀体。保持环可包括第一配合表面和第二配合表面，其中第一配合表面构造成与第一子垫圈和阀体的第一密封表面压缩地接合，而第二配合表面构造成与切割器座部、第二子垫圈和第二密封表面压缩地接合。

在一些实施例中，切割器包括锋利边缘和平的配合表面。锋利边缘可以构造成将一体式垫圈剪切成至少第一子垫圈和第二子垫圈。平的配合表面可以构造成与阀体的第二密封表面压缩地接合。在一些实施例中，切割器的锋利边缘向前延伸超出切割器座部的平的配合表面。在将切割器座部安装到孔中的过程中，锋利边缘可以在切割器座部的平的配合表面接触一体式垫圈之前接触到一体式垫圈。在一些实施例中，阀体的第二密封表面包括延伸到第二密封表面的一部分中以接纳切割器组件的切割器的通道。

在一些实施例中，切割器还可以包括垫圈捕集部。垫圈捕集部可以由从锋利边缘和平的配合表面向内延伸的两个表面形成，并且可以形成介于约30°至约150°之间的角度。在一些实施例中，阀体的第二密封表面的一部分延伸到垫圈捕集部中，以在切割器座部和阀体之间限定大致V形腔体，并且该V形腔体构造成当第二子垫圈被压缩在切割器座部和阀体之间时将第二子垫圈挤压成近似V形横截面。

在一些实施例中，阀体的第二密封表面包括延伸到第二密封表面中的一条或多条槽，并且所述一条或多条槽构造成选择性地压缩第二子垫圈的一部分。

在一些实施例中，阀体的第二密封表面的一部分构造成压缩地接合柔性座部。所述柔性座部可以由选自由增强四氟乙烯(RTFE)和增强聚四氟乙烯(RPTFE)构成的组的材料形成。在一些实施例中，切割器座部包括径向向内延伸到通道的一部分中的密封部分，并且该密封部分构造成在操作期间接合和脱离阀的盘件。

本发明的一些实施例提供一种阀。该阀可以包括具有延伸穿过其中的通道的阀体。石墨垫圈可构造成容纳在阀体的第一表面上。阀体的第一表面可以从通道径向向外延伸。该阀还包括切割器座部，所述切割器座部包括切割器，该切割器构造成通过使石墨垫圈与锋利边缘压缩地接触而将石墨垫圈切断成至少第一环形子垫圈和第二环形子垫圈。切割器座部可构造成接合阀体的第二表面。阀体的第二表面可以从通道径向向外延伸并且可以从阀体的第一表面向内偏移。该阀还可以包括座部保持环，该座部保持环构造成压缩阀体的第一表面、石墨垫圈和切割器座部。

在一些实施例中，切割器座部包括构造成抵靠阀体的第二表面的配合表面，并且锋利边缘可以向前延伸超过配合表面。通道可延伸穿过阀体的第二密封表面的一部分以接收切割器的一部分。

在一些实施例中，切割器座部包括密封部分，该密封部分构造成与阀的盘件接合和脱离。密封部分可以具有从切割器座部的外表面径向向内延伸的弓形形状。在一些实施例中，切割器包括由从锋利边缘和配合表面向内延伸的两个成角度的表面形成的垫圈捕集部。在一些实施例中，这些表面形成约60°至约120°之间的角度。在一些实施例中，阀还包括柔性座部，该柔性座部构造成抵靠阀体的第二表面和切割器座部。

在一些实施例中，提供了一种在阀组件内形成多平面密封的方法。该方法可以包括提供阀体的步骤。阀体可具有：延伸穿过其中的通道；从通道径向向外定位的第一表面；以及从第一表面径向和轴向向内定位的第二表面，使得第一表面和第二表面之间的偏移限定了圆柱形孔。该方法可以进一步包括以下步骤：将垫圈定位在阀体的第一表面上，使得垫圈的一部分径向向内延伸超过第一表面，以覆盖圆柱形孔的一部分。在一些实施例中，该方法可以进一步包括将切割元件朝着阀体的第二表面推入圆柱形孔中。切割元件可提供大致毗邻圆柱形孔的圆周表面的锋利边缘，从而切割垫圈的径向向内延伸超过阀体的第一表面的部分，以形成至少两个环形子垫圈。第一子垫圈可以位于阀体的第一表面上，第二子垫圈可以位于阀体的第二表面上。所述方法还可以包括以使得保持环将第一子垫圈压缩在保持环的第一表面和阀体的第一表面之间的方式以及以将第二子垫圈压缩在切割元件和阀体的第二表面之间的方式将保持环联接到阀体。

在一些实施例中，垫圈、阀体的第一表面、阀体的第二表面和切割元件均与延伸穿过阀体的通道基本同心地定位。

在一些实施例中，切割元件整体地形成为金属切割器座部的一部分，限定该金属切割器座部的外表面的半径尺寸略小于限定圆柱形孔的半径。

在一些实施例中，通过将多个紧固件穿过保持环旋入阀体中的多个螺纹孔中来执行将保持环联接至阀体的步骤。

通过以下说明性实施例的描述，本公开的这些和其他特征将变得更加明显。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的蝶形阀的透视图；

图2是图1的蝶形阀的分解图；

图3是图1的蝶形阀的保持环的顶部前透视图；

图4是图3的保持环的顶部后透视图；

图5是沿图4的线5﹣5截取的保持环的截面图；

图6是图1的蝶形阀的阀体垫圈的顶部前透视图；

图7是沿图6的线7﹣7截取的阀体垫圈的截面图；

图8是图1的蝶形阀的金属座部的顶部前透视图；

图9是沿图8的线9﹣9截取的金属座部的截面图；

图10是图1的蝶形阀的柔性座部的顶部前透视图；

图11是沿图10的线11﹣11截取的柔性座部的截面图；

图12是图1的蝶形阀的盘件的顶部前透视图；

图13是图1的蝶形阀的阀体的顶部前透视图；

图14是沿图13的线14﹣14截取的阀体的截面图；

图15是沿图1的线15﹣15截取的蝶形阀的截面图；

图16是在图15的圆16﹣16内截取的蝶形阀的细节图；

图17是根据另一实施例的蝶形阀的正视图；

图18是沿图17的线18﹣18截取的蝶形阀的截面图；

图19是在图18的圆19﹣19内截取的蝶形阀的细节图；

图20是根据另一实施例的阀体垫圈的正视图；

图21是根据又一个实施例的阀体垫圈；

图22是根据另一实施例的保持环的正视图；

图23是沿图22的线23﹣23截取的保持环的截面图；

图24是在线24﹣24内截取的保持环的细节图；

图25是根据一个实施例的保持环的切割轮廓的细节截面图；

图26是根据另一实施例的应用于保持环的切割轮廓的细节截面图；

图27是根据又一实施例的应用于保持环的切割轮廓的细节截面图；

图28是根据又一个实施例的蝶形阀的细节截面图；

图29是根据本公开的另一实施例的蝶形阀的透视图；

图30是图29的蝶形阀的分解图；

图31A是图29的蝶形阀的正视图；

图31B是沿图31A中的线31B﹣31B截取的图29的蝶形阀的横截面图；

图31C是沿图31B中的圆形截面31C截取的图29的蝶形阀的密封组件的细节截面图；

图32A是根据本公开的另一实施例的在蝶形阀中使用的密封组件的透视截面图；

图32B是在本公开的另一实施例中使用的密封组件的透视截面图；

图32C是在本公开的另一实施例中使用的密封组件的透视截面图；

图32D是在本公开的又一个实施例中使用的密封组件的透视截面图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解的是本发明的应用不限于在以下描述中阐述或在以下附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式被实践或执行。另外，应当理解，本文所使用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被视为限制。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用意在涵盖其后列出的项目及其等效物以及其他项目。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变体被广泛使用，并且包括直接和间接安装、直接和间接连接、直接和间接支撑以及直接和间接联接两者。此外，“连接”和“联接”不限于物理或机械连接或联接。

提出以下讨论以使本领域技术人员能够制造和使用本发明的实施例。对所示出的实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且在不脱离本发明的实施例的情况下本文的一般原理可以应用于其他实施例和应用。因此，本发明的实施例不旨在限于所示出的实施例，而是应被赋予与本文所公开的原理和特征一致的最广范围。将参照附图来阅读以下详细描述，其中不同附图中的相似元件具有相似的附图标记。附图不一定按比例绘制，其描绘了选择的实施例，并且不旨在限制本发明的实施例的范围。技术人员将认识到的是本文提供的示例具有许多有用的替代方案并且均落入本发明的实施例的范围内。

图1示出了蝶形阀50，该蝶形阀包括阀体54、能够在打开位置和关闭位置之间旋转以选择性地提供和阻止沿流动轴线60流动的盘件58、联接至盘件58以引起盘件旋转的轴62和密封组件66。蝶形阀50可用于控制流体或气体流动。如图2所示，密封组件66包括保持环70、阀体垫圈74、金属座部78和柔性座部82。金属座部78和柔性座部82的多种布置潜在地可供终端用户选择。紧固件84可以将密封组件66联接至阀体54。根据阀50的设计要求变化，可以存在紧固件84的各种布置。例如，紧固件84可以是螺钉、螺栓、夹子、夹具或任何其他合适的紧固机构。更进一步，紧固件84不必全部相同。

如图3和图4所示，保持环70包括多个沉头的通孔86，这些通孔被布置成便于将密封组件66紧固至阀体54，但是，根据设计不一定存在这些通孔。参照图5，保持环70包括主环形垫圈座部密封表面90、切割器94、次级环形垫圈座部密封表面98和金属止挡件102。主环形垫圈座部密封表面90限定主座部平面106并且基本上是平的。在其他实施例中，主环形垫圈座部密封表面90可以限定成形轮廓(例如，截头圆锥形或弯曲轮廓)。切割器94布置在主环形垫圈座部密封表面90和次级环形垫圈座部密封表面98之间并且可以限定锋利边缘110、平的壁114和倾斜壁118。次级环形垫圈座部密封表面98可以限定次级座部平面122，该次级座部平面沿着流动轴线60在轴向上与主座部平面106间隔开。在环的肩部102与主环形垫圈座部密封表面90的外周之间限定座部宽度126。

如图6所示，阀体垫圈74是环形的并且可以包括孔130，该孔布置成与形成在保持环70中的通孔86对准。参照图7，阀体垫圈74限定垫圈宽度134，该垫圈宽度的尺寸至少与保持环70的座部宽度126一样宽。阀体垫圈74还限定垫圈厚度138。

如图8所示，金属座部78是环形的并且可以由冲压金属形成。参照图9，金属座部78包括金属凸缘142和金属密封部分146。金属座部78具有足够的柔性以在蝶形阀50操作期间接合和脱离盘件58。在一个实施例中，金属座部78由金属形成。

如图10所示，柔性座部82是环形的并且可以由塑料或聚合材料形成。参照图11，柔性座部82包括头部150和密封表面154，该密封表面布置成在蝶形阀50的操作期间接合和脱离盘件58。在一个实施例中，柔性座部82由增强四氟乙烯(PTFE)塑料形成。

如图12所示，盘件58包括：尺寸设置成接纳轴62的轴孔158、布置成选择性地接合金属座部78的金属密封部分162和布置成选择性地接合柔性座部82的柔性密封部分166。

如图13所示，阀体54包括阀体轴孔170，该阀体轴孔的尺寸设置成接纳轴62并与轴孔158对准，并且阀体还包括密封凹部174。参照图14，密封凹部174由阀体肩部178、主阀体垫圈座部182、剪切壁184、砧部表面186、夹持部分190和柔性座部部分194限定。阀体肩部178限定阀体肩部高度198，该阀体肩部高度的尺寸相对于阀体垫圈74设定成提供预定程度的压缩。主阀体垫圈座部182限定了主阀体座部宽度200。砧部表面186限定了平的实心表面并且布置成与切割器94相互作用。夹持部分190限定了采取槽形式的纹理化表面，这对于本设计的功能可以需要也可以不需要。

如图15所示，组装的蝶形阀50在处于关闭位置时阻止流体流过盘件58。轴62可被致动以使盘件58在打开位置和关闭位置之间移动。

图16示出了蝶形阀50的组装。首先将柔性座部82放入密封凹部174中，使之抵靠阀体54的柔性座部部分194。然后，插入金属座部78，使得金属凸缘142抵靠阀体54的夹持部分190，并且柔性座部82被捕获在金属座部78和柔性座部部分194之间。然后，如图6所示，将阀体垫圈74作为单件插入到径向地位于阀体肩部178内的密封凹部174中。当首次插入时，阀体垫圈74沿向内方向径向延伸超过剪切壁184。也就是说，垫圈宽度134大于主阀体座部宽度200，如图14所示。在阀体垫圈74就位的情况下，将保持环70插入密封凹部174中，使得切割器94在剪切壁184附近接合阀体垫圈74。通过紧固件或机器施加载荷，从而导致切割器94和剪切壁184协作以将阀体垫圈74干净地切割成主要部分74A和内部次级部分74B。如果存在的话，紧固件84被拧紧到预定的扭矩，该扭矩使得保持环70的主环形垫圈座部密封表面90的外部分与阀体肩部178发生硬接触。这种硬接触提供了对阀体垫圈74的预定压缩。另外，保持环70的金属环102与金属凸缘142发生硬接触，从而在阀体54的夹持部分190和环的肩部102之间压缩金属凸缘142。当完全拧紧时，主要部分74A被压缩在主环形垫圈座部密封表面90和主阀体垫圈座部182之间，次级部分74B被压缩在次级环形垫圈座部密封表面98、砧部部分186、金属凸缘142和金属环102之间。次级部分74B在紧固过程期间变形以填充任何空隙。

阀体肩部178和环的肩部102的布置提供了对阀体垫圈74的预定压缩并抑制了过度拧紧/过度压缩。

在一些实施例中，主要密封部分74A的宽度W1(图16)可以大于次级密封部分74B的宽度W2。在其他实施例中，宽度W1、W2可以相同，或者W1可以小于W2。在一些实施例中，阀体垫圈可以是非层压石墨垫圈。

图17﹣图19示出了另一个蝶形阀50'，该蝶形阀类似于上述蝶形阀50。

图20示出了阀体垫圈210，该阀体垫圈限定了约40英寸(40”)的外径214和约2.45英寸(2.45”)的垫圈宽度218。这是36英寸垫圈的标准尺寸。

图21示出了阀体垫圈222，该阀体垫圈限定了约6英寸(6”)的外径226和约0.66英寸(0.66”)的垫圈宽度230。这是四英寸垫圈的标准尺寸。图20和图21的两个垫圈是可以与上述实施例一起使用的垫圈的示例，以提供安装期间切割的、自定心的双平面阀体垫圈。

图22﹣图24示出了另一个保持环234，该保持环包括切割器238、密封表面242和约0.06英寸(0.06”)的密封平面偏移246。

图25﹣图27示出了不同的切割器轮廓300a、300b、300c，其分别包括直的斜面、弯曲的斜面以及在该斜面上形成的槽或齿。本领域的技术人员将理解的是本文公开的任何切割器轮廓均可与本文所述的任何实施例一起使用。

图28示出了另一个保持环370，该保持环包括切割器394，该切割器是单独的部件并且未形成为保持环370的一部分。图28的组件以与关于图16所述相同的方式组装并且大体包括与图1至图16相同的部件和特征，不同之处是切割器是单独部件。以这种方式，切割器394可以抵靠保持环370放置或者可以例如通过粘合剂或任何其他合适的附接机构附接至保持环370。

参照图29，示出了蝶形阀450的另一实施例。类似于参照图1至图28示出和讨论的蝶形阀，蝶形阀450包括阀体454和盘件458，该盘件可在打开位置和关闭位置之间旋转以选择性地提供和阻止沿着通过中央通道434的流动轴线460的流动。轴462可联接至盘件458，其中轴462可以相对于阀体454旋转，这转而导致盘件458在关闭位置和打开位置之间旋转，从而控制通过蝶形阀450的中央通道434的流体流动。当盘件458处于关闭位置时，密封组件466阻止流动并且还限制从蝶形阀体454向外泄漏。

现在参照图30，更详细地示出了密封组件466。在一些实施例中，蝶形阀450的阀体454构造成接纳垫圈474，该垫圈可以用于在多个表面上提供密封。在一些实施例中，该垫圈可以包括不可燃材料，例如石墨。如将在下面进一步详细说明的那样，垫圈474可以提供有脆性材料，该脆性材料允许将垫圈474切断成多个不同的垫圈(未示出)，这可以允许垫圈474在至少两个表面上密封(例如，沿着流动轴线460间隔开的两个表面)。阀体454可提供有多个配合表面，所述多个配合表面可构造成容纳垫圈474，以在阀体454、切割器座部478和座部保持环470之间提供密封。

在一些实施例中，蝶形阀450包括切割器座部478，其可以与座部保持环470分开并且不同。与如上文图9所述的金属座部78类似，切割器座部478可以由合适的金属(例如，304不锈钢、316不锈钢、铝或其他合适的一种材料或多种材料)形成并且可以包括凸缘448和密封部分446(在图31C中示出)，如下文更详细所述。通过包括与座部保持环470分开的切割器座部478，可以在蝶形阀450中使用标准化的座部保持环470，其可以实现设计成用于多种不同的蝶形阀450应用的一种通用的座部保持环470。例如，同一座部保持环470可用于可能不需要“防火”密封的低温应用中。座部保持环470的设计可以允许蝶形阀450利用弹性体、聚合物或其他合适的垫圈材料以在蝶形阀450内提供密封。在一些实施例中，多个紧固件484用于将密封组件466联接到阀体454。紧固件484可构造成延伸穿过座部保持环470中的埋头孔并旋入阀体454中存在的孔中。在一些实施例中，紧固件484将座部保持环470、切割器座部478、垫圈474和阀体454压缩在一起，使得在部件之间形成基本无泄漏的密封。然而，应当理解的是可以使用许多其他类型的紧固件将密封组件466紧固至阀体454，例如上文参照图1和图2所讨论的任何紧固件。

进一步参照图31B和图31C，更详细地示出了密封组件466中的密封表面的配合。为了更好地理解蝶形阀450中的部件的功能，将描述安装密封组件466的部件的方法。在一些实施例中，阀体454提供有多个配合表面482、486，这些配合表面适于在一个部件或多个部件之间形成压缩的接触。配合表面482、486可以是基本上平的表面，并且还可以包括多条槽488。在一些实施例中，提供槽488以限制流体从配合表面482、486离开朝着外部环境向外移动，外部环境例如蝶形阀450的外表面。槽488也可以是保持特征并且可以被设计成与柔性座部接合并限制柔性座部的移动，该柔性座部可存在于适用于低温应用的蝶形阀450的一些实施例中。

在一些实施例中，阀体454提供有基本圆柱形孔490，该圆柱形孔构造成至少部分地接纳一个或多个另外的密封部件，例如垫圈474和/或切割器座部478。在一些实施例中，限定圆柱形孔490的半径的尺寸设定成比限定切割器座部478的外表面444的半径略大(例如，介于约0.05mm与约10mm之间)，使得可以在圆柱形孔490和切割器座部478的外表面444之间实现紧密的间隙配合。在其他实施例中，限定圆柱形孔490的半径被选择为在长度上与限定切割器座部478的外表面444的半径近似相等，这样就可以在切割器座部478的外表面444和阀体454的圆柱形孔490之间形成干涉配合。

如以上参照图29﹣图30所示，垫圈474可存在于密封组件466中。在一些实施例中，垫圈474包括诸如石墨或碳纤维的脆性材料。垫圈474可以具有环形形状，诸如参照图6和图7中的阀体垫圈74所描述的那样。在一些实施例中，垫圈474被设计成在安装在蝶形阀450中的过程中位于阀体454的配合表面482上。配合表面482的尺寸和形状可以设定成有助于在安装过程中相对于阀体454将垫圈474定位在适当的位置内。例如，配合表面482可以部分地由外半径(未示出)限定，该外半径的尺寸略大于限定垫圈474的外表面的半径(例如，在约0.05mm和约10mm之间)。通过在垫圈474的外表面和配合表面482的外边界之间提供小的间隙可以将垫圈474与延伸穿过阀体454的中央通道434基本同心地适当定位。在一些实施例中，限定垫圈474的内半径的半径小于限定阀体454的圆柱形孔490的半径，使得在安装切割器座部478之前，当垫圈474放置在配合表面482上时，垫圈474的一部分从圆柱形孔490的一部分径向向内延伸并覆盖圆柱形孔490的一部分。如下所述，这允许将垫圈474切断成多个子垫圈474A、474B，并且一旦安装了切割器座部478和座部保持环470，便在多个配合表面482、486上提供密封。

垫圈474可以包括脆性材料，该脆性材料可以构造成当将足够的压缩力施加到垫圈474的表面时剪切成多个不同的子垫圈474A、474B。这些子垫圈474A、474B随后可以用于密封蝶形阀450中的多个不同表面，这在一些应用中可能特别有利。

在密封部件466组装并安装到蝶形阀450中的过程的一些实施例中，首先将垫圈474放置在阀体454的配合表面482上。如前所述，垫圈474的尺寸和形状以及配合表面482允许垫圈474容易地相对于阀体454定位在适当的位置(即，与阀体454的中央通道434基本同心)。如先前所讨论的那样，然后，垫圈474的一部分可以在阀体454的圆柱形孔490的一部分上向内延伸。然后，切割器座部478可以被推入阀体454的圆柱形孔490中。如果垫圈474包括脆性材料，则垫圈474将沿着切割器座部444的外表面与圆柱形孔490的表面之间的区域剪切，使得垫圈474被分成能够密封两个不同表面的至少两个子垫圈474A、474B。例如，子垫圈474A可构造成在切割器座部478和阀体454之间提供密封，而子垫圈474B可构造成在阀体454和座部保持环470之间提供密封。

为了改善垫圈474的剪切过程，切割器座部478可以提供有切割器436，该切割器限定了锋利边缘438，该锋利边缘被设计为产生与切割器座部478的外表面444相对应的剪切平面。在一些实施例中，切割器436向前延伸超过切割器座部478的平的配合表面439。因此，当将切割器座部478组装就位时(在垫圈474已经相对于阀体454适当定位之后)，在锋利边缘438处出现切割器座部478和垫圈474之间的第一接触点。当切割器座部478被进一步推入阀体454的圆柱形孔490中时，锋利边缘438沿锋利边缘438和垫圈474之间的接触点向垫圈474投送集中的力。由于垫圈474的一部分在阀体454的圆柱形孔490上向内延伸，因此该集中的力不受阀体454抵抗并且使垫圈474沿由锋利边缘438和切割器座部478的外表面444限定的平面干净地剪切。

为了在切割器座部478和阀体454之间产生密封，可以利用许多不同的特征。例如，阀体454可以提供有通道441，该通道延伸到阀体454的配合表面486中以容纳切割器436的齿状形状。在一些实施例中，切割器436提供有垫圈捕集部440，该垫圈捕集部设计成在垫圈474、切割器座部478和阀体454之间产生压缩接合。当垫圈474被剪切时，垫圈捕集部440被设计成通过将垫圈474捕获在其两个成角度的表面内来限制垫圈474相对于切割器座部478的径向运动。在一些实施例中，垫圈捕集部440的成角度的表面形成在约10°与约170°之间、或在约30°与约150°之间、或在约60°与约120°之间的角度。在一些实施例中，垫圈捕集部440的成角度的表面形成约90°的角度。

阀体454的配合表面486上的一条或多条槽488的形状和位置可以定位成一旦将垫圈474剪切成子垫圈474A、474B就进一步操纵垫圈474的形状。例如，一条或多条槽488可以偏移，使得阀体454的配合表面486至少部分地延伸到垫圈捕集部440中，如图31B和图31C所示。如果垫圈474包括脆性材料，则垫圈474可由于垫圈捕集部440和槽488的几何形状而轻易变形，以在切割器座部478和阀体454之间产生有效的密封。槽488和垫圈捕集部440的取向在子垫圈474A被压缩时可以将子垫圈474A挤压成“V形”，这可以得到期望的密封布置。因为通常要求垫圈达到一定的最小水平的密封应力以产生适当的密封，所以可以选择垫圈捕集部440的形状和槽488的位置以提供最佳的“计算的垫圈密封面积”，此后该计算的垫圈密封面积可以在完成安装过程之前用于确定在阀体454的圆柱形孔490上应向内延伸多少垫圈材料474。例如，可以精确地计算切割器座部478之间的密封面积以及垫圈捕集部440和配合表面486(以及通道441和槽488，如果存在的话)之间的横截面面积。在计算出横截面面积的情况下，可以计算得出产生必要的垫圈474压缩所需的垫圈474的尺寸(例如，垫圈的内径和垫圈474的轮廓，该垫圈在切割时成为子垫圈474A)。因此，垫圈474的尺寸可以适当设定成在切割器座部478和阀体454之间经受足够的密封应力，同时避免过多的材料浪费。

当蝶形阀450完全组装时，平的配合表面439可以压缩地接合阀体配合表面486，而切割器436可以接合通道441的表面。在一些实施例中，平的配合表面439还可压缩地接合子垫圈474A的一部分。类似地，切割器436可以接合子垫圈474A的一部分。在一些实施例中，子垫圈474A可基本上被容纳在切割器436、垫圈捕集部440和阀体454的配合表面486之间。

一旦将切割器座部478放置成与垫圈474和阀体454压缩地接合，就可以将座部保持环470组装到位。在一些实施例中，座部保持环470包括构造成与切割器座部478的表面接合的平的安装表面492。在一些实施例中，切割器座部478提供有凸缘448，该凸缘构造成与座部保持环470的安装表面492进行平的、压缩的接触。在一些实施例中，座部保持环安装表面492包括多条槽480，这些槽的存在是为了阻止流体从蝶形阀450向外流到外部环境。座部保持环470还可以提供有第二安装表面494，该第二安装表面构造成压缩地接合阀体454的安装表面482。一旦将垫圈474剪切成子垫圈474A、474B，则第二安装表面494就可用于在阀体454和密封组件466之间提供第二阀密封。座部保持环470的第二安装表面494可与子垫圈474B以及阀体454的配合表面482接合。通过使用紧固件484(在图30中示出)，随后可以将座部保持环470紧固到阀体454。在一些实施例中，选择紧固件484以保持阀体454、子垫圈474A、474B、切割器座部478和座部保持环470之间的近恒定压缩载荷，从而将足够的垫圈应力施加到子垫圈474A、474B，并且在多个平面上的密封部件之间形成基本无泄漏的密封。

现在参照图32A﹣图32D，示出了一系列不同的蝶形阀密封组件，所有这些蝶形阀密封组件可以与在上述一个或多个实施例中描述的阀部件兼容。例如，图32A示出了可以在低温应用中使用的蝶形阀组件500。从提供的图中可以看出，在该组件中可以使用上述蝶形阀450的标准阀体454和座部保持环470，这可以用于大大减少跨不同产品线制造所需的部件数量。在阀体454和座部保持环470之间提供有座部504，该座部既用作这两个部件之间的密封，又用作阀盘件458和阀组件500的密封。在一些实施例中，座部504包括聚合材料。为了有助于座部504的弹性以在座部504和盘件458之间提供适当的密封，可以在座部中的腔体内引入激励器506。例如，激励器506可以包括夹紧弹簧，当在打开或关闭阀500过程中座部504被部分地压缩时，所述夹紧弹簧存储能量。然后可以释放由激励器506存储的能量以使座部504恢复成其期望形状。一个或多个垫圈502可用于通过在阀体454和座部保持环470之间被压缩而在这些部件之间提供密封。在一些实施例中，一个或多个垫圈502包括弹性体材料。然而，应当理解的是非金属、半金属和金属垫圈都可以在本公开的实施例中使用并且类似地适合于使用。

在图32B所示的蝶形阀600中，不同的座部602与标准的阀体454和座部保持环470一起使用，其可以包括诸如聚氨酯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)或其他合适材料的重型聚合物。座部602可包括适于接纳垫环604和丝缠物606的凹部。当座部602被压缩在阀体454和座部保持环470之间时，垫环604和丝缠物606为座部602提供额外的压缩支撑，并且在蝶形阀600关闭时帮助座部602保持与盘件458的密封。也可以在该组件中使用垫圈502，并且当置于这些部件的压缩之下时可以再次用于在座部保持环470和阀体454之间建立密封。

图32C示出了另一种蝶形阀700，该蝶形阀可以使用与图32A和图32B的实施例类似的部件来组装。通过在座部保持环470和阀体454之间压缩座部702和垫圈502，在座部保持环470与阀体454之间形成密封。在一些实施例中，座部702包括诸如丁腈橡胶的弹性体材料。在其他实施例中，座部702可以包括其他合适的弹性材料，该弹性材料允许座部702在阀体454和座部保持环470之间的充分密封。不锈钢V形环704可以接纳在座部702的至少一部分内，用于在其被压缩时增强座部702，使得可以在盘件458和座部702之间实现足够的密封。

现在参照图32D，提供了另外又一个蝶形阀800。类似于先前参照图29至图31描述的蝶形阀450，蝶形阀800包括切割器座部802，所述切割器座部可用于将垫圈474剪切成多个更小的垫圈以密封多个不同的表面。再次提供垫圈474以密封座部保持环470和阀体454之间的表面以及切割器座部802和阀体454之间的表面。切割器座部802可以包括金属，并且可具有类似于上文参照切割器座部478描述的形状的形状。蝶形阀800还可包括柔性座部804，该柔性座部804可用作盘件458和阀体454之间的附加座部。在一些实施例中，柔性座部804由增强的四氟乙烯(RTFE)或其他适当的强且耐磨的材料组成，以适应高压和高温应用。例如，蝶形阀800的一些非限制性示例可以包括增强的聚四氟乙烯(RPTFE)柔性座部804。柔性座部804可以包括与如参照图1﹣图28所述的柔性座部82相似的形状和材料。

在传统的制造方法中，按一定尺寸切割多个垫圈，然后安装到阀中。随着阀尺寸的增加，达到座部保持环密封部外径与座部保持环密封部宽度在垫圈设计中的临界比率。大垫圈也变得太脆弱而难以制造和安装。传统解决方案是添加金属套管以增加垫圈强度。通过上述实施例使这些现有解决方案变得不必要。

本发明的一些实施例允许将密封介质插入有难度的密封区域中，其中小的表面积和大的直径使得传统垫圈构造困难或不可能。本发明的一些实施例允许具有相对较小的横截面面积密封表面的大外径垫圈。在阀组装过程中，切割器在垫圈介质上充当剪切装置。

本发明的一些实施例通过去除制造过程而具有明显的商业优势。本发明的一些实施例通过允许从单个阀体垫圈在多个平面上进行密封来增加密封表面积。本发明的一些实施例消除了在大尺寸阀垫圈中对附加支撑材料的需要。切割器在组装过程中使阀体垫圈自动居中。本发明的一些实施例允许从单个“卷”中拉出垫圈材料用于组装。

应当理解，尽管已经描述了能够从单个通用垫圈产生多个子垫圈的各种切割边缘，但是类似地还考虑了将切割边缘结合到蝶形阀组件中的其他技术，应当认为这些技术落入本公开的范围内。例如，在本公开的一些实施例中，金属切割器座部和座部保持环可以组合成可以安装到垫圈和阀体上的单个部件。在其他实施例中，可以利用增材制造技术或减材制造技术将阀体、座部保持环和金属座部全部合并为一个单个的部件。这样的构造可以允许改善现场组装时间。另外，应当理解的是在蝶形阀内可形成两个以上的子垫圈并且在同一蝶形阀中可利用多个切割边缘。

本领域技术人员将理解的是尽管以上已经结合特定实施例和示例描述了本发明，但是本发明不必局限于此，并且所附权利要求旨在涵盖所述实施例、示例和用途的许多其他实施例、示例、用途、修改和偏离。此外，本领域技术人员将理解的是本文公开的任何实施例的任何特征均可以与本文描述的任何实施例一起使用，从而提供各种实施例。本文引用的每个专利和公布的全部公开内容通过引用并入，就像每个这样的专利或公布通过引用单独地并入本文一样。

本发明的密封组件被设计成用于在原位定尺寸，其中可以使用通用尺寸的垫圈材料，在安装期间可以发展出(例如，通过切割)密封阀所需的特定尺寸。

在以下权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种阀，所述阀包括：

阀体，所述阀体具有延伸穿过其中的通道；以及第一密封表面和第二密封表面，所述第一密封表面和所述第二密封表面均定位成从所述通道径向向外并且彼此偏移，其中，所述第一密封表面和所述第二密封表面之间的偏移限定了孔；

阀元件，所述阀元件定位在所述通道内并且构造成选择性地阻止流动通过所述阀体；

垫圈，所述垫圈抵接所述第一密封表面的一部分和所述第二密封表面的一部分；

切割器座部，所述切割器座部至少部分地接纳在所述孔内并构造成与所述第二密封表面压缩地接合，所述切割器座部包括切割器，所述切割器构造成通过在安装期间切断所述垫圈而形成第一子垫圈和第二子垫圈；和

保持环，所述保持环联接到所述阀体，所述保持环包括第一配合表面和第二配合表面，所述第一配合表面构造成压缩地接合所述第一子垫圈和所述阀体的所述第一密封表面，所述第二配合表面构造成压缩地接合所述切割器座部、所述第二子垫圈和所述第二密封表面。

2.根据权利要求1所述的阀，其中，所述切割器包括锋利边缘和平的配合表面，所述锋利边缘构造成将一体式垫圈剪切成至少所述第一子垫圈和所述第二子垫圈，并且所述平的配合表面构造成压缩地接合所述阀体的所述第二密封表面。

3.根据权利要求2所述的阀，其中，所述切割器的所述锋利边缘向前延伸超过所述切割器座部的所述平的配合表面，使得在所述切割器座部的所述平的配合表面接触所述一体式垫圈之前在所述切割器座部安装到所述孔中的过程中，所述锋利边缘接触所述一体式垫圈。

4.根据权利要求3所述的阀，其中，所述阀体的所述第二密封表面包括延伸到所述第二密封表面的一部分中的通道，以容纳所述切割器座部的所述切割器。

5.根据权利要求2所述的阀，其中，所述切割器还包括垫圈捕集部，所述垫圈捕集部由从所述锋利边缘和所述平的配合表面向内延伸的两个表面形成，所述两个表面形成在30°至150°之间的角度。

6.根据权利要求5所述的阀，其中，所述阀体的所述第二密封表面的一部分延伸到所述垫圈捕集部中，以在所述切割器座部和所述阀体之间限定V形腔体，所述V形腔体构造成当所述第二子垫圈被压缩在所述切割器座部和所述阀体之间时将所述第二子垫圈挤压成V形截面。

7.根据权利要求2所述的阀，其中，所述阀体的所述第二密封表面包括延伸到所述第二密封表面中的一条或多条槽，所述一条或多条槽构造成选择性地压缩所述第二子垫圈的一部分。

8.根据权利要求1所述的阀，其中，所述阀体的所述第二密封表面的一部分构造成压缩地接合柔性座部。

9.根据权利要求8所述的阀，其中，所述柔性座部由选自由增强四氟乙烯(RTFE)和增强聚四氟乙烯(RPTFE)组成的组的材料形成。

10.根据权利要求1所述的阀，其中，所述切割器座部包括径向向内延伸到所述通道的一部分中的密封部分，所述密封部分构造成在操作期间接合所述阀的盘件以及脱离所述阀的盘件。

11.一种阀，所述阀包括：

阀体，所述阀体具有延伸穿过其中的通道；

石墨垫圈，所述石墨垫圈构造成被接纳在所述阀体的第一表面上，所述阀体的所述第一表面从所述通道径向向外延伸；

切割器座部，所述切割器座部包括切割器，所述切割器构造成通过使所述石墨垫圈与锋利边缘压缩地接触而将所述石墨垫圈切断成至少第一环形子垫圈和第二环形子垫圈，所述切割器座部构造成接合所述阀体的第二表面，所述阀体的所述第二表面从所述通道径向向外延伸并且从所述阀体的所述第一表面向内偏移；以及

座部保持环，所述座部保持环构造成压缩所述阀体的所述第一表面、所述石墨垫圈和所述切割器座部。

12.根据权利要求11所述的阀，其中，所述切割器座部包括配合表面，所述配合表面构造成抵靠所述阀体的所述第二表面，并且所述锋利边缘向前延伸超过所述配合表面。

13.根据权利要求12所述的阀，其中，通道延伸穿过所述阀体的所述第二表面的一部分，以接收所述切割器的一部分。

14.根据权利要求11所述的阀，其中，所述切割器座部包括密封部分，所述密封部分构造成接合所述阀的盘件以及脱离所述阀的盘件，所述密封部分具有从所述切割器座部的外表面径向向内延伸的弓形形状。

15.根据权利要求12所述的阀，其中，所述切割器包括垫圈捕集部，所述垫圈捕集部由从所述锋利边缘和所述配合表面向内延伸的两个成角度的表面形成，所述两个成角度的表面形成在60°至120°之间的角度。

16.根据权利要求11所述的阀，还包括柔性座部，所述柔性座部构造成抵靠所述阀体的所述第二表面和所述切割器座部。

17.一种在阀组件内形成多平面密封的方法，所述方法包括以下步骤：

提供阀体，所述阀体具有：延伸穿过其中的通道；从所述通道径向向外定位的第一表面；以及从所述第一表面径向和轴向向内定位的第二表面，使得所述第一表面和所述第二表面之间的偏移限定圆柱形孔；

将垫圈定位在所述阀体的所述第一表面上，使得所述垫圈的一部分径向向内延伸超过所述第一表面，以覆盖所述圆柱形孔的一部分；

将切割元件朝着所述阀体的所述第二表面推入所述圆柱形孔中，所述切割元件提供毗邻所述圆柱形孔的圆周表面的锋利边缘，从而切割所述垫圈的径向向内延伸超过所述阀体的所述第一表面的部分，以形成至少两个环形子垫圈，第一环形子垫圈位于所述阀体的所述第一表面上，第二环形子垫圈位于所述阀体的所述第二表面上；并且

以使得保持环将所述第一环形子垫圈压缩在所述保持环的第一表面和所述阀体的所述第一表面之间以及将所述第二环形子垫圈压缩在所述切割元件和所述阀体的所述第二表面之间的方式将所述保持环联接到所述阀体。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述垫圈、所述阀体的第一表面、所述阀体的第二表面和所述切割元件都与延伸穿过所述阀体的所述通道同心地定位。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述切割元件整体地形成为金属切割器座部的一部分，限定所述金属切割器座部的外表面的半径在尺寸上小于限定所述圆柱形孔的半径。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，通过将多个紧固件穿过所述保持环旋入所述阀体中的多个螺纹孔中来执行将所述保持环联接至所述阀体的步骤。

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