CN112969877A - 具有压差阀座的阀 - Google Patents

Abstract

用于石油和天然气生产或类似应用的阀包括设置在空心阀体的腔中的旋塞或其他流体屏障，其金属对金属密封面不依赖任何橡胶化材料或弹性体材料来实现密封。本文所述的附图和技术表明，该新颖特征可以提高阀在高压环境中密封的能力，并且还提高在循环使用中阀的可靠性。

Description

具有压差阀座的阀

技术领域

本发明涉及阀的改进设计，该阀使用施加到衬套和密封机构上的不对称压力，以提高密封性能并减少维护需求。尽管主要参考旋塞阀描述了该阀，但是它可以同样适用于其他类型的阀，包括但不限于球阀或闸阀。

背景技术

阀通常包括阀体，该阀体具有用于流体通过的内孔，以及密封该内孔以阻止流体流动的装置。某些类型的阀，例如旋塞阀或球阀，包括能够在打开位置和关闭位置之间旋转的旋塞或球，在打开位置，允许流体流过内孔；在关闭位置，旋塞或球阀阻止流体流过内孔。其他类型的阀，例如闸阀，包括垂直降低的闸门，以阻止流体流过内孔。所有这些类型的阀通常与碳氢化合物例如原油或天然气的生产一起使用。

本发明的阀将主要在使用旋塞阀的实施例的上下文中进行描述，但是它也可以用在球阀、闸阀或其他类型的阀中。在某些应用中，可能优选的是使用球阀而不是旋塞阀，这样可以使阀座周围的接触压力分布更均匀。在任何情况下，阀的特定类型对于本发明的操作都不是关键的，并且本申请的权利要求书不应被解释为限于阀中使用的任何特定类型的流动屏障。对于本领域普通技术人员而言，如何以除旋塞阀以外的其他类型的阀来实施本发明将是显而易见的。

旋塞阀需要密封界面，以便在关闭位置时，旋塞将在阀的内孔内容纳流体的压力。在许多应用中，例如碳氢化合物的生产，内部压力可能非常高，大约为每平方英寸15,000磅或更高。另外，内孔内的流体可能是腐蚀性的，或者以其他方式潜在地损坏密封件。因此，在旋塞阀的设计中，密封界面的完整性和可靠性至关重要。

大多数阀门的主要故障模式之一是密封面损坏。造成这种情况的原因之一是在危险环境例如在生产碳氢化合物(例如原油或天然气)中遇到的那些环境)中普遍使用弹性体或橡胶化密封件。由于损坏的密封件或阀门组件的位置，使用弹性体或橡胶化组件可能增加阀门内裂化和故障的风险以及增加维护成本，并导致停工时间。

现有的旋塞阀设计的另一个问题是，当考虑到流过阀的流体的典型方向时，传统上它们仅在阀的一侧(通常是下游侧)密封。由于密封面仅在阀关闭时才接合，因此该设计易于因密封面的污染而失效。当阀门打开时，密封面之间存在间隙。缺乏恒定的接合使得流体流中的化学物质和/或颗粒使密封面退化到它们不再实现密封的程度。例如，沙子或其他颗粒物可能引起密封面的磨损，特别是如果密封件是由弹性体材料形成的话。除了磨损的危险外，当操作员试图打开或关闭阀门时，诸如沙子之类的颗粒物可能残留在密封面之间的间隙中，并且可能物理干扰固体密封的形成和/或可能增加将阀门旋转到打开或关闭位置或从打开或关闭位置旋转的难度。

在典型的旋塞阀中密封面之间的间隙也是有问题的，因为阀通常需要润滑脂才能起作用；如果阀体内没有润滑脂或其他润滑剂，则旋塞或球无法旋转至关闭位置。密封面之间的间隙通常允许润滑脂从阀体内部移动到流体流。润滑脂的这种迁移造成润滑损失，这可能导致旋塞无法旋转到打开(或关闭)位置。

尽管还有其他带有双密封的阀门设计，例如美国专利号5,624,101中所述，但这些设计通常依赖于对密封的双重激励，以便创建双密封机制，并且依靠阻塞和放出功能来使密封件上压力标准化。如上所述，这种阻塞和放出功能可能导致类似的密封问题。

某些现有技术的旋塞阀的另一个问题是，当处于关闭位置时，旋塞和阀体可能在高压下卡住。当旋塞阀下游或上游的流体中存在高工作压力时，由于施加在阀上的高压力，旋塞无法从其密封位置移动，并在位置上被卡住。当阀体失去润滑脂时，发生这种情况的可能性更高，这是上面已经讨论的问题。这些高压环境可能是危险的，并且在抵抗这种高压力下操作时，给旋塞阀的维护以及旋塞阀本身的潜在故障机制带来问题。同时，标准设计还容易在低压下泄漏，因为该设计意在处于高压下以当阀关闭时接合密封面。润滑脂损失的上述问题也可能加剧低压泄漏的问题，因为润滑脂在现有阀门设计中经常用作低压密封件。

由于上述原因和其他原因，标准的现有阀门设计通常是不可靠的。这些阀的不可靠性经常提示用户将多个阀堆叠在一起以确保它们能够停止流体的流动。

本发明解决了对阀门的未满足需求，该阀门可以安装在危险环境、高压环境中，具有更容易更换的零件，和/或基于用来提供针对旋塞的密封面的部件的几何形状自动在阀座处产生压差。

发明内容

本发明的一个方面是形成具有阀座和阀座衬套构造的阀，以使阀座保持与旋塞主体密封接触，而不管阀处于打开位置还是关闭位置。

在示例性实施例中，阀座和阀座衬套均位于阀体的凹部中，并且构造成使得当阀处于打开位置时，阀座在阀的上游和下游侧都保持与流动屏障密封接合。

阀座通常是具有两个径向表面区域的环形形状。当阀处于打开状态时，内孔中的流体在阀座的两个表面区域上施加压力，但是由于这两个表面区域的差异，净正力往往促使阀座与流动屏障密封接合。另外，流体还在最靠近流动屏障的阀座衬套的径向表面区域上施加压力，从而趋于将阀座衬套推离流动屏障。但是，阀座衬套的相反侧，即最远离流动屏障的径向表面，与阀体的肩部而非阀座接合。因此，施加在阀座衬套上的压力不会干扰阀座和流动屏障之间的密封。

当阀处于关闭位置时，类似于在阀处于打开位置时，在上游侧保持第一密封，而在阀的下游侧也保持第二密封。

在示例性实施例中，除了改进的密封机构之外，阀座和阀座衬套由不锈钢或另一种金属形成，而不是由现有技术的旋塞阀中通常存在的橡胶或弹性密封件形成。这提供了提高的耐用性、所需维护之间的更长的寿命和更稳固的金属对金属的密封性。

在示例性实施例中，除了改进的密封机制之外，阀座衬套和阀座均包括对应的键控部分，所述键控部分允许在停机时间或为了检查目的而容易地移除阀座以用于维护目的。相对于阀座旋转阀座衬套可接合键控部分，以使阀座衬套有助于将阀座从阀体上取下，或者可松开键控部分，以使阀座衬套与阀座分离。这提供了减少的维护时间和降低的维护成本。

在整个说明书中对“上游”和“下游”的提及不应被解释为限制可以使用哪个术语来指代本发明的哪个特定部分。本领域技术人员将理解，阀的哪个部分在上游或下游取决于流体的流动方向，因此与装置本身的结构无关。

附图说明

下面参考本申请所附的附图描述本发明的特定实施例。本发明的范围不限于附图。

图1描绘了当旋塞阀被制造成具有准备好安装的法兰时的实施例的透视图。

图2描绘了图1所示实施例的内部的侧视图。

图3示出了当图1中所示的阀的实施例处于打开位置时，阀座和阀座衬套相对于旋塞和阀体的特写视图。

图4描绘了与图3相同的视图，其中注释指示当阀处于打开位置时流体施加的压力。

图5描绘了与图4相同的视图，此时阀处于关闭位置。

图6描绘了替代闸阀实施例的阀体的实施例的内部的侧视图。

图7描绘了当图7中所示的替代闸阀实施例处于关闭位置时，阀座和阀座衬套相对于闸门和阀体的特写视图。

图8描绘了图7中所示的替代闸阀实施例的特写侧视图，其中阀处于打开位置，并且注释指示当替代性闸阀实施例处于该位置时由流体施加的压力。

图9描绘了与图8相同的视图，此时阀处于关闭位置。

图9A-9B描绘了相对于包括偏置构件的另外的替代闸阀实施例的闸门和阀体的阀座和阀座衬套的特写侧视图。

图10描绘了包括阀体衬套的闸阀的替代实施例的阀体内部的侧视图。

图11示出了当图10中所示的阀的实施例处于打开位置时，阀座、阀体衬套和阀座衬套相对于闸门和阀体的特写视图。

图12描绘了与图11相同的视图，其中注释指示当阀处于打开位置时流体施加的压力。

图12A-12B描绘了相对于包括偏置构件的另外的替代闸阀实施例的闸门和阀体的阀座、阀体衬套和阀座衬套的特写侧视图。

图13描绘了与图12相同的视图，此时阀处于关闭位置。

图14描绘了阀的替代实施例的阀座衬套和阀座的键控部分。

图15描绘了阀座衬套相对于阀体的移位，以使阀座衬套的键合部分与阀座的键合部分接合，从而更容易地将阀座从阀体上移开。

图15A描绘了图15中所示的阀座，使用阀座和阀座衬套的键控部分的接合将所述阀座从阀体上移开。

图16描绘了阀座衬套和阀座的键合部分脱离以允许它们彼此分离。

具体实施方式

参见图1，阀100包括要安装在油气生产区或类似应用中的法兰式连接件。流体在上游法兰式连接件10处进入阀，并被允许流过阀体20并流出下游法兰式连接件30。该阀可通过连接到旋塞的阀杆操作，并且可操作以使旋塞从打开位置旋转到关闭位置。阀的操作可以由液压致动器40控制。也可以使用其他类型的致动器，包括电子的。

参见图2，示出了阀100的示例性实施例。内部孔110在上游法兰式连接件10和下游法兰式连接件30之间延伸。

在阀体20内布置有旋塞120、阀座130和阀座衬套140。阀座130和阀座衬套140大致是环形的，并且都位于形成在阀体中的凹部150内。阀座130和阀座衬套140都可以由诸如不锈钢的金属形成。腔体106在阀体20内形成，并且旋塞120在腔体106内旋转。流体可以沿箭头F所示的方向流过内部孔110，但是如上所述，流体也可以沿相反的方向流过，并且阀仍将如下所述起作用。

参见图3，阀座130的下游侧包括表面200。表面200在界面300处与阀体20相邻。阀座130的上游侧包括表面210。表面210在界面310处与旋塞120相邻。如图所示，阀座130可具有大致“L形”的构造，使得表面200大于表面210。另外，在阀座130的中间部分中形成有径向突出的肩部215。因此，阀座130的外表面包括两个不同的部分，上游侧的表面212和下游侧的表面214。

阀座衬套140的下游侧包括表面220。如图3所示，凹部150具有形成径向突出的肩部230的阶梯状构造。在界面320处，肩部230接触阀座衬套140上的表面220的一部分。阀座衬套140上的表面220的其余部分不与阀100的任何其他部分接触。相反，存在由表面220、肩部215、表面212和肩部230的部分形成的腔室340。与阀100的其他部分相比，腔室340将大致封闭相对低压的区域。阀座衬套140的上游侧包括表面240。表面240不接触阀100的任何其他部分。阀座衬套140还包括底表面250，其接触表面212。阀座130和阀座衬套140在表面250和表面212之间形成的界面处彼此接触。

在操作中，当阀100处于打开位置时，内孔110和腔106内的流体通常将处于相同的压力下。流体通常将在界面300处在阀座130的表面200上施加压力P1。该压力将沿轴向施加，如图4中的箭头所示。压力P2还将沿相反的轴向方向施加在界面310处的阀座130的表面210上。压力P3还将沿与P2相同的轴向方向施加在阀座衬套140的表面240上。

由于表面200和表面210之间的表面积的差异，由压力P1施加的总力(压力乘以表面积)大于由压力P2施加的总力。这种力的差异趋向于促使阀座130在界面310处与旋塞120密封接合。另外，尽管压力P3沿与P1相反的方向施加，但是它不会干扰阀座130的密封接合，因为肩部230和腔室340的组合阻止了阀座衬套140的表面220与阀座130接触。相反，压力P3由肩部230处的反作用力抵抗。因此，与P2相比，由压力P1产生的力差足以确保在界面310处的牢固的金属对金属的密封。另外，如上所述，随着内部孔110内的压力增加，由P1和P2施加的力的差也将增加，因此密封的性能以及因此阀的性能将随着内部压力的增加而改善。阀100在打开位置的操作的前述描述同等地适用于旋塞120的上游侧和下游侧。

在某些情况下，腔体106中的流体压力可以高于孔110中的流体压力。这种情况可能发生的一个点是在压力已完全从孔110排出后，空腔106中可包含以前的工作压力，有时高达15,000psi。这样的压力差对于在阀附近工作的人员可能是危险的，例如包括维修人员，他们试图在腔室106中捕获有高压时维修阀。为了解决这种情况，阀座130可包括直径小于表面212的直径的表面216，以用作腔体106的减压特征。如图4所示，表面212可以采取斜角的形式。在该实施例中，腔体106中的压力将使力P5施加在表面216上，该力的某些分量沿远离旋塞120的轴向方向作用。当孔110中的压力足够小以至于力P1小于力P5时，阀座130将从旋塞100移开，这将允许腔体106中的压力通过表面210排放到孔110中。

当阀100处于关闭位置时，阀体20、旋塞120、旋塞120上游侧的阀座130和阀座衬套140的操作基本上与上述相同。因此，上游侧的操作与阀处于打开位置还是关闭位置无关。

当阀100处于关闭位置时，在旋塞120的下游侧保持密封，但是可能经由不同的机构。如果压力被均衡，使得在旋塞120的上游侧和下游侧上保持大致相等的压力，则当阀100处于打开位置时，密封机构将与上述密封机构基本相同。但是，如果压力不相等，使得上游压力超过下游压力，如图5所示，则压力P4由旋塞120沿轴向施加，但不存在(或存在较小的)压力沿压力P4的相反方向作用。因此，压力P4将趋向于迫使旋塞120在界面310处进入阀座130。这样，当阀100处于关闭位置时，在旋塞120的上游侧和下游侧均保持密封，而与旋塞的任一侧上的相对压力无关。

还如图3和4所示，可以在阀座衬套140的表面250与阀座130的表面212之间的界面、阀座130的表面214与阀体20之间的界面和/或阀座衬套140的顶表面和阀体20之间的界面处设置额外的密封件。这样的密封件可以是弹性的，例如O形圈。

参见图6，示出了使用闸阀400而不是旋转的阀例如旋塞阀或球阀的替代实施例。尽管部件的定向与图1-5所示的实施例不同，但基本概念是相同的。内部孔510在上游法兰式连接件410和下游法兰式连接件430之间延伸。

在阀体420内布置有闸门520、阀座530和阀座衬套540。阀座530和阀座衬套540大致是环形的，并且都位于形成在阀体中的凹部550内。腔体406在阀体420内形成，并且闸门520在腔体406内移动。参见图7，阀座530的下游侧包括表面600。表面600在界面700处与阀体420相邻。阀座530的上游侧包括表面610。表面610在界面710处与闸门520相邻。如图所示，阀座530可具有大致“L形”的构造，使得表面600大于表面610。另外，在阀座530的中间部分中形成有径向突出的肩部615。因此，阀座530的外表面包括两个不同的部分，上游侧的表面612和下游侧的表面614。

阀座衬套540的下游侧包括表面620。如图7所示，凹部550具有形成径向突出的肩部630的阶梯状构造。在界面720处，肩部630接触阀座衬套540上的表面620的一部分。阀座衬套540上的表面620的其余部分不与阀400的任何其他部分接触。相反，存在由表面620、肩部615、表面612和肩部630的部分形成的腔室740。与阀400的其他部分相比，腔室740将大致封闭相对低压的区域。阀座衬套540的上游侧包括表面640。表面640不接触阀400的任何其他部分。阀座衬套540还包括底表面650，其接触表面612。阀座530和阀座衬套540在表面650和表面612之间形成的界面处彼此接触。

在操作中，当阀400处于打开位置时，内部孔510内的流体通常将在界面700处的阀座530的表面600上施加压力P5。该压力将沿轴向施加，如图8中的箭头所示。压力P6还将沿相反的轴向方向施加在界面710处的阀座530的表面610上。压力P7还将沿与P6相同的轴向方向施加在阀座衬套540的表面640上。

由于表面600和表面610之间的表面积的差异，由压力P5施加的总力(压力乘以表面积)大于由压力P6施加的总力。这种力的差异趋向于促使阀座530在界面710处与闸门520密封接合。另外，尽管压力P7沿与P5相反的方向施加，但是它不会干扰阀座530的密封接合，因为肩部630和腔室740的组合阻止了阀座衬套540的表面620与阀座530接触。相反，压力P7由肩部630处的反作用力抵抗。因此，与P6相比，由压力P5产生的力差足以确保在界面710处的牢固的金属对金属的密封。另外，如上所述，随着内部孔510内的压力增加，由P5和P6施加的力的差也将增加，因此密封的性能以及因此阀的性能将随着内部压力的增加而改善。阀400在打开位置的操作的前述描述同等地适用于闸门520的上游侧和下游侧。

当阀400处于关闭位置时，阀体420、闸门520、闸门520上游侧的阀座530和阀座衬套540的操作基本上与上述相同。因此，上游侧的操作与阀处于打开位置还是关闭位置无关。

本领域技术人员将理解，阀座530可包括类似于上文结合阀座130所描述的减压特征，使得阀400将不经历在腔体406和孔510之间的极端的压力差。

当阀400处于关闭位置时，在闸门520的下游侧保持密封，但是可能经由不同的机构。如果压力被均衡，使得在闸门520的上游侧和下游侧上保持大致相等的压力，则当阀400处于打开位置时，密封机构将与上述密封机构基本相同。但是，如果压力不相等，使得上游压力超过下游压力，如图9所示，则压力P8由闸门520沿轴向施加，但不存在(或存在较小的)压力沿压力P8的相反方向作用。因此，压力P8将趋向于迫使闸门520在界面710处进入阀座530。这样，当阀400处于关闭位置时，在闸门520的上游侧和下游侧均保持密封，而与闸门的任一侧上的相对压力无关。

参见图9A，示出了阀400的替代实施例。支撑件760可以附接到阀座530并且在大体径向方向上延伸，其中偏置构件750在支撑件760和阀体420之间轴向地延伸。偏置构件750可以是弹簧、贝氏垫圈或任何其他合适的设备，其被偏置以沿闸门520的方向在支撑件760上施加轴向压力。支撑件760可以是柱、臂、辐条或任何径向延伸的结构，其构造成传递由偏置构件750施加的轴向力。由于阀座530和支撑件760之间的附接，由偏置构件750施加的轴向力有助于保持阀座530和闸门520之间的密封，尤其是在低压操作条件下。如图9B所示，偏置构件750可以替代地在支撑件760和阀座衬套540之间轴向延伸。

参见图10，示出了阀800的替代实施例。类似于图2中所示的阀100，内部孔805在上游法兰式连接件810和下游法兰式连接件830之间延伸。

在阀体820内布置有闸门920、阀座930、阀座衬套940和阀体衬套945。阀座930、阀座衬套940和阀体衬套945大致是环形的，并且都位于形成在阀体中的凹部950内。阀座930、阀座衬套940和阀座衬套945都可以由诸如不锈钢的金属形成。替代地，阀座930可以由与阀座衬套940和/或阀体衬套945不同的材料形成，以便由于其与闸门920的密封接合而更能抵抗施加在阀座930上的力。腔体806在阀体820内形成，并且闸门920在腔体806内移动。流体可以沿箭头F所示的方向流过内部孔805，但是如上关于其他公开实施例所述，流体也可以沿相反的方向流过，并且阀仍将如下所述起作用。

参见图11，阀体衬套945的下游侧包括表面1000。表面1000在界面1100处与阀体820相邻。阀体衬套945的上游侧包括表面1120。阀座930的下游侧包括表面1130。阀体衬套945的表面1120在界面1140处邻近阀座930的表面1130。如图11所示，表面1120的面积和表面1130的面积优选地基本相等。

阀座930的上游侧包括表面1010。表面1010在界面1110处与闸门920相邻。如图所示，阀座930可具有大致“L形”的构造，使得表面1010小于表面1130。类似地，阀体衬套945的表面1000可以小于表面1120。另外，在阀座930的中间部分中形成有径向突出的肩部1015。因此，阀座930的外表面包括两个不同的部分，上游侧的表面1012和下游侧的表面1014。

阀座衬套940的下游侧包括表面1020。如图11所示，阀体衬套945具有形成径向突出的肩部1030的阶梯状构造。在界面1025处，阀体衬套945的肩部1030接触阀座衬套940上的表面1020的一部分。阀座衬套940上的表面1020的其余部分不与阀800的任何其他部分接触。相反，存在由表面1020、肩部1015、表面1012和肩部1030的部分形成的腔室1170。与阀800的其他部分相比，腔室1170将大致封闭相对低压的区域。阀座衬套940的上游侧包括表面1040。表面1040不接触阀800的任何其他部分。阀座衬套940还包括底表面1050，其接触表面1012。阀座930和阀座衬套940在表面1050和表面1012之间形成的界面处彼此接触。

在操作中，当阀800处于打开位置时，内孔805和腔806内的流体通常将处于相同的压力下。流体通常将在界面1140处在阀座930的表面1130上施加压力P10。该压力将沿轴向施加，如图12中的箭头所示。

压力P11还将沿相反的轴向方向施加在界面1110处的阀座930的表面1010上。压力P12还将沿与P11相同的轴向方向施加在阀座衬套940的表面1040上。

由于表面1130和表面1010之间的表面积的差异，由压力P10施加的总力(压力乘以表面积)大于由压力P11施加的总力。这种力的差异趋向于促使阀座930在界面1110处与闸门920密封接合。另外，尽管压力P12沿与P10相反的方向施加，但是它不会干扰阀座930的密封接合，因为阀体衬套945的肩部1030和腔室1170的组合阻止了阀座衬套940的表面1020与阀座930接触。相反，压力P12通过肩部1030处的反作用力P13传递到阀体衬套945，导致阀体衬套945在界面1100处轴向接合阀体820。因此，与P11相比，由压力P10产生的力差足以确保在界面1110处的牢固的金属对金属的密封。另外，如上所述，随着内部孔805内的压力增加，由P10和P11施加的力的差也将增加，因此密封的性能以及因此阀的性能将随着内部压力的增加而改善。

本领域技术人员将理解，阀座930可包括类似于上文结合阀座130所描述的减压特征，使得阀800将不经历在腔体806和孔805之间的极端的压力差。

阀800在打开位置的操作的前述描述同等地适用于闸门920的上游侧和下游侧。当阀800处于关闭位置时，阀体820、闸门920、闸门920上游侧的阀座930、阀座衬套940和阀体衬套945的操作基本上与上述相同。因此，上游侧的操作与阀处于打开位置还是关闭位置无关。

当阀800处于关闭位置时，在闸门920的下游侧保持密封，但是可能经由不同的机构。如果压力被均衡，使得在闸门920的上游侧和下游侧上保持大致相等的压力，则当阀800处于打开位置时，密封机构将与上述密封机构基本相同。但是，如果压力不相等，使得上游压力超过下游压力，如图13所示，则压力P14由闸门920沿轴向施加，但不存在(或存在较小的)压力沿压力P14的相反方向作用。因此，压力P14将趋向于迫使闸门920在界面1110处进入阀座930。阀座930将借助于阀体衬套945的表面1120和阀座930的表面1130之间在界面1140处的接触而对阀体衬套945施加压力P15。这样，当阀800处于关闭位置时，在闸门920的上游侧和下游侧均保持密封，而与旋塞的任一侧上的相对压力无关。

还如图10-13所示，可以在阀座930、阀座衬套940和阀体衬套945的表面之间的各界面处设置额外的密封件。尽管这些密封件可以是弹性的，类似于上面结合其他实施例所描述的那些，但在图10-13中所示的实施例提供了至少一个附加优点。因为阀座930不直接接触阀体820，所以不需要将任何密封件放置在通过从阀座930或阀体820中去除材料而形成的凹槽中。如图10-13所示，所有密封件可位于阀座衬套940或阀体衬套945中形成的凹槽中，这有助于阀800的整体设计的制造和耐久性。

还如图10-13所示，偏置构件1150可以位于阀体衬套945的环形肩部1160与阀体820之间。偏置构件1150可以是弹簧、贝氏垫圈或任何其他合适的装置，其被偏置以沿闸门920的方向在环形肩部1160上施加轴向压力。由于阀体衬套945的表面1120与阀座930的表面1130在界面1140处接触，由偏置构件1150施加的轴向力有助于保持阀座930和闸门920之间的密封，特别是在低压操作条件下。

还如图10-13所示，阀座衬套940和阀体衬套945可通过使用附接构件1180而连接。附接构件1180可以是螺钉、销或任何其他合适的装置以固定地连接阀座衬套940和阀体衬套945，确保阀座衬套940的表面1040不接触闸门920。

与图1-9所示的实施例相比，增加阀体衬套945具有几个潜在的好处。阀体衬套945的使用允许使用显著小于阀座130的阀座930。阀座通常是此类阀门中必须最频繁更换的组件，并且它通常由比用于形成其他组件的材料更昂贵的材料制成。因此，使用较小的阀座可使阀的整体设计更经济。另外，如上所述，阀体衬套945的使用避免了与将密封元件定位在阀座930或阀体820中形成的凹槽内相关的潜在问题。另外，阀体衬套945的使用促进了偏置构件1150的使用，以辅助低压密封。

参见图12A，示出了阀800的替代实施例。支撑件1170可以附接到阀座930并且在大体径向方向上延伸，其中偏置构件1150在支撑件1170和阀体衬套945之间轴向地延伸。偏置构件1150可以是弹簧、贝氏垫圈或任何其他合适的设备，其被偏置以沿闸门920的方向在支撑件1170上施加轴向压力。支撑件1170可以是柱、臂、辐条或任何径向延伸的结构，其构造成传递由偏置构件1150施加的轴向力。由于阀座930和支撑件1170之间的附接，由偏置构件1150施加的轴向力有助于保持阀座930和闸门920之间的密封，尤其是在低压操作条件下。如图12B所示，偏置构件1150可以替代地在支撑件1170和阀座衬套940之间轴向延伸。

参见图14，示出了阀400的替代实施例。该实施例示出相对于阀体420使用键控的阀座衬套940和阀座931以促进从阀体420移除阀座931的潜力。阀座931可在1141处具有键控部分，而阀座衬套940可在1140处具有键控部分。图14示出了在阀400的标准操作期间将阀座衬套940和阀座931安装在阀体420中时的键控部分。图15示出了阀座衬套940被部分地从阀体420移除，使得在阀400的拆卸期间阀座衬套940的键控部分1140与阀座931的键控部分1141接合。图15A示出了阀座衬套940经由键控部分1140和1141从阀体420移除阀座931。图16示出了键控部分1140和1141的分离布置，以允许当它们中的一个旋转时，阀座衬套940和阀座931彼此分离。因此，不会通过使用键控阀座931和阀座衬套940来减少阀的操作，而是由于能够更快地更换阀座400中磨损的阀座931而减少了维护成本和停机时间。应该理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对前述内容进行各种变化。在几个示例性实施例中，各种说明性示例性实施例的元素和教导可以在一些或所有说明性示例性实施例中全部或部分地组合。另外，各种说明性示例性实施例的一个或多个元素和教导可以至少部分地被省略，和/或至少部分地与各种说明性实施例的一个或多个其他元素和教导相结合。

任何空间参考，例如，诸如“上”、“下”、“上方”、“下方”、“之间”、“底部”、“垂直”、“水平”、“成角度”、“向上”“向下”、“左右”、“从左到右”、“从右到左”、“从上到下”、“从下到上”、“顶部”、“底部”、“自上而下”、“自上而下”等仅用于说明目的，并且不限制上述结构的特定方向或位置。

在几个示例性实施例中，尽管将不同的步骤、过程和程序描述为表现为不同的动作，但是也可以以不同的顺序同时和/或顺序地执行一个或多个步骤、一个或多个过程和/或一个或多个程序。在几个示例性实施例中，步骤、过程和/或程序可以合并为一个或多个步骤、过程和/或程序。

在几个示例性实施例中，可以省略每个实施例中的一个或多个操作步骤。此外，在某些情况下，可以在不相应使用其他特征的情况下采用本公开的一些特征。此外，上述实施例和/或变型中的一个或多个可以与其他上述实施例和/或变型中的任何一个或多个整体或部分地组合。

尽管上面已经详细描述了几个示例性实施例，但是所描述的实施例仅是示例性的而不是限制性的，并且本领域技术人员将容易理解，在不实质脱离本公开的新颖的教导和优点的情况下，示例性实施例中的许多其他修改、改变和/或替换是可能的。因此，所有这样的修改、改变和/或替换旨在被包括在如所附权利要求书所限定的本公开的范围内。在权利要求中，任何装置加功能的条款旨在覆盖本文描述为执行所列举的功能的结构，不仅覆盖结构等同物，而且还覆盖等同结构。此外，申请人的明确意图是不援引35U.S.C.§112第6段来对此处任何权利要求进行任何限制，除非是权利要求中明确使用词“装置”和相关功能的那些。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种阀，其包括：

阀体，其包括腔和具有中心纵向轴线的内孔；

流动屏障，其设置在所述腔内并且可操作以在打开位置和关闭位置之间移动，在所述打开位置中所述阀体的所述内孔不受阻塞；在所述闭合位置中所述流动屏障阻塞所述内孔；

形成在所述阀体内的大致环形的凹部；

设置在所述凹部内的阀座，所述阀座包括：

第一轴向表面，其处于离所述中心纵向轴线第一径向距离；

第一径向表面，其与所述内孔相邻并且配置为与所述流动屏障形成密封；和

第二径向表面，其与所述内孔相邻，第二径向表面大于第一径向表面；

设置在所述凹部内的阀座衬套，所述阀座衬套包括：

第一轴向表面，其与所述阀座的第一轴向表面接触，并且处于离所述中心纵向轴线第二径向距离，所述第二径向距离大于所述第一径向距离；以及

第一径向表面；

所述阀座衬套和阀座设置成使得所述阀座衬套的第一径向表面不直接接触所述阀座。

2.根据权利要求1所述的阀，还包括阀体衬套，所述阀体衬套包括第一径向表面、第二径向表面和第三径向表面，其构造为使得：

第一径向表面邻近所述阀体；

第二径向表面与所述阀座的第二径向表面相邻；和

第三径向表面与所述阀座衬套的第一径向表面相邻。

3.根据权利要求2所述的阀，其中所述阀体衬套的第一径向表面的面积基本上等于所述阀座的第二径向表面。

4.根据权利要求2所述的阀，其中所述阀体衬套还包括第四径向表面，并且所述阀还包括设置在所述第四径向表面与所述阀体之间的偏置构件。

5.根据权利要求2所述的阀，其还包括布置在所述阀体与所述阀体衬套的第一径向表面之间的偏置构件。

6.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座还包括第一键控部分，并且所述阀座衬套还包括第二键控部分，所述第二键控部分构造成与所述第一键控部分接合，使得所述阀座衬套可以用于移除所述阀座。

7.根据权利要求2所述的阀，还包括一个或多个弹性密封元件，所述弹性密封元件设置在形成在所述阀体衬套的外表面中的凹槽内。

8.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座衬套包括不接触所述阀的任何其他部分的第二径向表面。

9.根据权利要求2所述的阀，其中所述阀座衬套固定地连接至所述阀体衬套。

10.根据权利要求1所述的阀，其中所述流动屏障包括旋塞。

11.根据权利要求1所述的阀，其中所述流动屏障包括球。

12.根据权利要求1所述的阀，其中所述流动屏障包括闸门。

13.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座由金属构成，使得第一径向表面与所述流动屏障之间的接触形成金属对金属的密封。

14.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座还包括支撑件，并且在所述支撑件与所述阀体之间布置有偏置构件。

15.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座还包括支撑件，并且在所述支撑件与所述阀座衬套之间布置有偏置构件。

16.根据权利要求2所述的阀，其中所述阀座还包括支撑件，并且在所述支撑件与所述阀体衬套之间布置有偏置构件。

17.根据权利要求2所述的阀，其中所述阀体衬套的第一径向表面的面积小于所述阀体衬套的第二径向表面的面积。

18.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座还包括与第一径向表面和第一轴向表面都相交的第四表面。

Claims (18)

1.一种阀，其包括：

阀体，其包括腔和具有中心纵向轴线的内孔；

流动屏障，其设置在所述腔内并且可操作以在打开位置和关闭位置之间移动，在所述打开位置中所述阀体的所述内孔不受阻塞；在所述闭合位置中所述流动屏障阻塞所述内孔；

形成在所述阀体内的大致环形的凹部；

设置在所述凹部内的阀座，所述阀座包括第一径向表面和第二径向表面，第一径向表面与所述流动屏障相邻，第二径向表面大于第一径向表面；

设置在所述凹部内的阀座衬套，所述阀座衬套包括第一径向表面；以及

所述阀座衬套和阀座设置成使得所述阀座衬套的第一径向表面不直接接触所述阀座。

2.根据权利要求1所述的阀，还包括阀体衬套，所述阀体衬套包括第一径向表面、第二径向表面和第三径向表面，其构造为使得：

第一径向表面邻近所述阀体；

第二径向表面与所述阀座的第二径向表面相邻；和

第三径向表面与所述阀座衬套的第一径向表面相邻。

3.根据权利要求2所述的阀，其中所述阀体衬套的第一径向表面的面积基本上等于所述阀座的第二径向表面。

4.根据权利要求2所述的阀，其中所述阀体衬套还包括第四径向表面，并且所述阀还包括设置在所述第四径向表面与所述阀体之间的偏置构件。

5.根据权利要求2所述的阀，其还包括布置在所述阀体与所述阀体衬套的第一径向表面之间的偏置构件。

6.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座还包括第一键控部分，并且所述阀座衬套还包括第二键控部分，所述第二键控部分构造成与所述第一键控部分接合，使得所述阀座衬套可以用于移除所述阀座。

7.根据权利要求2所述的阀，还包括一个或多个弹性密封元件，所述弹性密封元件设置在形成在所述阀体衬套的外表面中的凹槽内。

8.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座衬套包括不接触所述阀的任何其他部分的第二径向表面。

9.根据权利要求2所述的阀，其中所述阀座衬套固定地连接至所述阀体衬套。

10.根据权利要求1所述的阀，其中所述流动屏障包括旋塞。

11.根据权利要求1所述的阀，其中所述流动屏障包括球。

12.根据权利要求1所述的阀，其中所述流动屏障包括闸门。

13.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座由金属构成，使得第一径向表面与所述流动屏障之间的接触形成金属对金属的密封。

14.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座还包括支撑件，并且在所述支撑件与所述阀体之间布置有偏置构件。

15.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座还包括支撑件，并且在所述支撑件与所述阀座衬套之间布置有偏置构件。

16.根据权利要求2所述的阀，其中所述阀座还包括支撑件，并且在所述支撑件与所述阀体衬套之间布置有偏置构件。

17.根据权利要求2所述的阀，其中所述阀体衬套的第一径向表面的面积小于所述阀体衬套的第二径向表面的面积。

18.根据权利要求1所述的阀，其中：

所述阀座衬套还包括第一轴向表面；和

所述阀座进一步包括：

与所述阀座衬套的第一轴向表面相邻的第二轴向表面；和

与第一径向表面和第二轴向表面都相交的第三表面。

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