CN113217635A - 阀座组件 - Google Patents

Abstract

一种流动控制设备包括阀体，该阀体限定入口、出口以及流动路径。阀座组件包括配件和座环，配件耦接到阀体，座环耦接到配件并且限定阀座。座环包括在座环的内表面上形成的内凹槽。控制元件可相对于阀体在关闭位置和开启位置之间移动，其中，在关闭位置，控制元件接合阀座，并且在开启位置，控制元件与阀座间隔开。座环通过卡扣配合连接而耦接至配件，使得配件的一部分设置在座环的内凹槽中。

Description

阀座组件

技术领域

本公开内容总体上涉及流动控制设备，具体而言，涉及流动控制设备的阀座组件。

背景技术

将阀座组件组装在流动控制设备的阀体内是麻烦的，因为组装和安装需要每个部件的精确对准。如图1-图3所示，示出了具有阀座组件12的已知的流动控制阀10。控制阀10包括阀体14，阀体14限定入口18、出口22、以及连接入口18和出口22的流动路径26。控制元件30可相对于阀体14在关闭位置和开启位置之间移动，在关闭位置，控制元件30与阀座组件12的阀座34接合，并且在开启位置，控制元件30与阀座34间隔开。在图2和图3中，更详细地示出了阀座组件12，其包括限定阀座34的座环40、保持环44、配件(fitting)48和O形圈52。

安装阀座组件12包括将座环40精确地对准在保持环44和配件48之间，并将O形圈52精确地对准在座环40、保持环44和配件48之间。为此，首先将保持环44插入阀体14的入口部分。然后，将座环40和抵靠座环40的外表面56设置的O形圈52放入形成在保持环44中的凹槽60中。然后，将配件48插入阀体14中，使得配件48的一部分将座环40和O形圈52夹靠保持环44的凹槽60。最后，将保持环44和配件48固定到阀体14。如图2所示，当阀10处于关闭位置时，控制元件30接合座环40的阀座34。当阀10处于开启位置时，如图3所示，控制元件30与座环40间隔开，以允许流体流过流动路径。

然而，即使在组装之后，也存在座环40和O形圈52在高压环境下可能移位(dislodge)的风险。例如，当阀10处于开启位置时，如图3所示，流体流过在控制元件30和座环34之间形成的狭窄开口64。可能产生真空，迫使座环40和/或O形圈52没有相对于保持环44处于适当位置。在座环40移位的情况下，流动控制阀10在控制元件30处于关闭位置时将不再提供流体严密密封。

发明内容

根据第一示例性方面，一种流动控制设备可以包括阀体，该阀体限定入口、出口、以及连接入口和出口的流动路径。阀座组件可以包括耦接到阀体的配件以及座环。座环可以耦接到配件并且可以限定阀座。座环可以包括内表面和在内表面上形成的内凹槽。控制元件可以相对于阀体在关闭位置和开启位置之间移动，其中，在关闭位置，控制元件接合阀座，并且，在开启位置，控制元件与阀座间隔开。座环可以通过卡扣配合连接而耦接至配件，使得配件的一部分设置在座环的内凹槽中。

根据第二示例性方面，一种用于流动控制设备的阀座组件可以包括配件和O形圈。座环可以耦接至配件，并且可以包括外表面和在外表面上限定的外凹槽。O形圈可以设置在座环的外凹槽中。座环的外凹槽可以是U形的。

根据第三示例性方面，一种阀体可以限定入口、出口、以及连接入口和出口的流动路径。阀座组件可以包括配件，配件被配置为耦接到阀体。座环可以被配置为由配件承载。座环的内表面可以包括限定内部凹槽的第一部分和限定阀座的第二部分。控制元件可以相对于阀体在关闭位置和开启位置之间移动，其中，在关闭位置，控制元件接合阀座，并且，在打开位置，控制元件与阀座间隔开。当座环由配件承载时，配件的一部分可以设置在座环的内凹槽中。

根据第四示例性方面，一种用于流动控制设备的阀座组件可以包括配件和座环。座环可以被配置为由配件承载。座环的外表面可包括外凹槽。O形圈可以被配置为设置在座环的外凹槽中。座环的外凹槽可以是U形的。

进一步根据前述第一、第二和第三方面中的任何一个或多个，流动控制设备或用于流动控制设备的阀座组件可以进一步包括以下优选形式中的任何一个或多个。

在优选形式中，座环可以包括外表面和形成在座环的外表面上的U形外凹槽。

在优选形式中，流动控制设备可以包括设置在座环的U形外凹槽中的O形圈。

在优选形式中，座环的U形外凹槽被配置为容纳O形圈。

在优选形式中，配件可以包括外表面，该外表面限定设置在座环的内凹槽中的脊。

在优选形式中，座环可以包括限定内凹槽的第一部分。

在优选形式中，第一部分可以设置在配件和阀笼之间。

在优选形式中，座环可以包括第二部分，该第二部分在内表面上限定阀座，并在外表面上限定外凹槽。

在优选形式中，配件的第一端可以具有成形为与座环的内凹槽配合的配合表面。

在优选形式中，座环可以包括与阀笼的内表面相邻的外表面。

在优选形式中，座环的内表面可以与配件的外表面相邻。

在优选形式中，流动控制设备可以是压力调节阀。

在优选形式中，流动控制设备可以是轴向流动控制阀。

在优选形式中，流动控制设备可以是紧急切断阀。

在优选形式中，座环的外凹槽可以是U形的。

在优选形式中，配件可以通过卡扣配合连接而耦接至座环。

在优选形式中，配件可以包括脊，并且座环可以包括内表面和在该内表面上限定的内凹槽。

在优选形式中，配件的脊可以设置在座环的内凹槽中，以将座环耦接至配件。

在优选形式中，座环可以包括限定内凹槽的第一部分和限定外凹槽的第二部分。

在优选形式中，第一部分可以设置在阀笼和配件之间。

在优选形式中，座环的第一部分可以围绕配件的第一端设置。

在优选形式中，阀笼可以包括与座环的第一部分和第二部分相邻的内表面。

在优选形式中，配件的第一端可以具有成形为与座环的内凹槽配合的配合表面。

在优选形式中，座环可以包括成形为围绕配件的第一端的套环。

在优选形式中，套环可以至少部分地限定座环的内凹槽。

在优选形式中，阀座组件可以包括阀笼。

在优选形式中，套环可以被夹在配件的外表面和阀笼的内表面之间。

在优选形式中，当座环由配件承载时，阀笼可以被配置为围绕座环的套环，使得座环的套环设置在配件和阀笼之间。

在优选形式中，当座环由配件承载时，座环的外表面可以与阀笼的内表面相邻并且座环的内表面可以与配件的外表面相邻。

在优选形式中，配件可以包括外配合表面，该外配合表面被配置为与座环的内配合表面配合。

附图说明

图1是具有已知阀座组件的流动控制设备；

图2是图1的流动控制设备的A的放大图，示出了处于关闭位置的阀；

图3是图1的流动控制设备的A的放大图，示出了处于开启位置的阀；

图4是根据本公开内容的教导的、组装有阀座组件的流动控制设备的阀体的分解透视图；

图5是根据本公开内容的教导的、与压力调节阀一起使用并组装的图4的阀体和阀座组件的横截面图；

图6是图5的阀座组件和控制元件的B的放大图，示出了处于关闭位置的阀；

图7是图5的阀座组件和控制元件的B的放大图，示出了处于开启位置的阀；

图8是根据本公开内容的教导的、与紧急切断阀一起使用并组装的图4的阀体和阀座组件的横截面图；

图9是根据本公开内容的教导的、与流动控制阀一起使用并组装的图4的阀体和阀座组件的横截面图。

具体实施方式

现在转向图4-图7，根据本公开内容的教导构造了流动控制设备的阀座组件100。如图4的分解图所示，与阀体104一起示出了阀座组件100。阀体104包括入口108、出口112、以及连接入口108和出口112的流动路径116。阀座组件100可以在入口108处插入阀体104的孔120中，并且包括配件124、座环132和O形圈136。尽管图4以分解图示出了阀组件100(即，配件124与座环132和O形圈136分开)，但是所公开的阀座组件100的配置和设计允许在被插入阀体104的孔120中之前，首先将组件100的部件组装为一个单元。如本文所示，阀座组件100可以与任何数量的流动控制设备一起使用。

在图5所示的第一示例中，图4的阀座组件100和阀体104被示出在压力调节阀140中，并且根据本公开内容的教导来构造。阀座组件100安装在阀体104的第一端144或入口端处，并限定调节阀140的阀座148。调节阀140包括设置在阀体104的孔120中的执行器组件152。执行器组件152包括控制元件156、套筒158、延伸穿过套筒158的杆160、耦接至杆160的第一活塞162、以及耦接至杆160并与第一活塞162间隔开的第二活塞164。套筒158和/或杆160可以提供通路以允许内部流体连通以致动执行器组件152。执行器组件152可操作地耦接至控制元件156，并且被配置为相对于阀笼165轴向地移动控制元件156，以开启和关闭压力调节阀140。具体地，控制元件156可相对于阀体104在关闭位置和开启位置之间移动，其中，在关闭位置，控制元件156接合阀座148，并且在开启位置，控制元件156与阀座148间隔开。

如前所述，在将阀座组件100安装在阀体104内之前，阀座组件100可以作为一个单元组装在一起。例如，O形圈136可以设置在座环132的凹槽中，然后，在将配件124耦接到阀体104之前，可以将承载O形圈136的座环132卡夹(clip)在配件124上。此外，如下面更详细地讨论的，座环132和配件124通过卡夹结构构造牢固地耦接。卡夹结构允许配件124承载座环132，从而有助于阀座组件100的任何一个或所有部件的组装、安装和拆卸。

现在转向图6和图7，更详细地示出了阀座组件100。在图6中，示出了当流动控制设备140处于关闭位置时的阀座组件100。在关闭位置，控制元件156接合阀座148和配件124的内表面196。如图7所示，流动控制设备140处于开启位置，在该开启位置，控制元件156与阀座148间隔开。

配件124通过卡扣配合、推入配合或其他类似的机械连接而耦接至座环132。座环132包括外表面164、内表面166、形成在外表面164上或由外表面164限定的外凹槽168、以及形成在内表面166上或由内表面166限定的内凹槽170。座环132的第一部分172形成围绕配件124的第一端174的套环，并且座环132的第二部分176限定阀座148和外凹槽168。第一部分172由平坦的外部和不平坦配合表面限定，该不平坦配合表面限定内凹槽170、第一倾斜表面173和第二倾斜表面175。第一倾斜表面173和第二倾斜表面175与内凹槽170相邻。外凹槽168位于阀座148的对面，且呈U形以容纳O形圈136。外凹槽168部分地由座环132的突出部180限定，该突出部抵靠在阀笼的内表面182上。在所示的示例中，O形圈136设置在座环132的U形外凹槽168中，使得O形圈136大部分被座环132围绕。在这种布置中，O形圈136被牢固地耦接到座环132，使得座环132承载O形圈136。然而，在其他示例中，座环132可以不包括用以包围O形圈136的突出部180。座环132是由诸如聚四氟乙烯(PTFE)之类的材料制成，其提供耐磨性和耐化学性以及对控制元件156的较小密封力。

配件124在入口108处耦接到阀体104，并且被配置为将执行器组件152和控制元件156保持在阀体104的孔120内。配件124包括第一端174，该第一端174从肩部184以直角延伸。配件124的第一端174具有不平坦的外表面185，该不平坦的外表面185成形为与座环132的内凹槽170配合。不平坦的表面185限定脊186、第一倾斜表面188、以及在末端192处终止的第二倾斜表面190。末端192邻近于座环132的第二部分176，并且相对于阀座148垂直设置。第二倾斜表面190限定渐缩的第一端174，以促进将座环132卡夹到配件124。在将座环132组装到配件124期间，配件124的渐缩的(tapered)第一端174逐渐向外推动座环132的柔性的第一部分172直到配件124的脊186滑入座环132的内凹槽170中。在所示的示例中，配件的第一端174和密封环132的第一部分172中的每个的横截面轮廓匹配，使得配件124的脊186齐平地抵靠座环132的内凹槽170。但是，在其他示例中，配件124和座环132的配合表面可以具有不同或附加的细节，例如波纹、凹坑、栓、槽、脊、凹槽等，以将座环132耦接至配件124。

阀笼165的一部分在图6和图7中示出。阀笼165可以直接耦接到阀体104，或可以通过配件124保持在阀体104的孔120内的适当位置处。阀笼165包括内表面194，该内表面194围绕座环132的外表面164和突出部180。阀笼165的内表面194邻近座环132的外表面164设置，使得座环132的第一部分172被夹在配件124的第一端174和阀笼165之间。换句话说，座环132的外表面164的一部分与阀笼165的内表面194相邻，并且座环132的内表面166的一部分与配件124的外表面185相邻。尽管示例流动控制设备140提供了阀笼165，但阀座组件100可以与不具有阀笼的流动控制设备一起使用。

返回到图5，配件124可拆卸地耦接到阀体104。例如，配件124上的外螺纹可以耦接到阀体104的入口108处的内螺纹。类似地，配件124可被螺栓连接到阀体104的入口108。由于配件124可从阀体104拆卸，因此调节阀140的内部部件(例如，执行器组件152和控制元件156)是通过入口108可插入并且可拆卸的。然而，在另一示例中，可以切换入口108和出口112(即，使得流体从右向左流动)，在这种情况下，调节阀140的内部部件将通过阀体104的出口112可拆卸地设置。

在操作中，调节阀140的执行器组件152响应于在套筒158与第一和第二活塞162、164之间限定的第一、第二、第三和第四腔室中的流体压力的平衡而在开启位置和关闭位置之间致动控制元件156。在所示示例中，第一腔室和第三腔室通过形成在套筒158中的通路流体连通，并且第二腔室和第四腔室通过杆160的通道流体连通。第一腔室和第三腔室中的流体压力分别作用在第一活塞162和第二活塞164的上游表面上，以将第一活塞162和第二活塞164推向调节阀140的开启位置。第二腔室和第四腔室中的流体压力分别作用在第一活塞162和第二活塞164的下游表面上，以将第一活塞162和第二活塞164推向调节阀140的关闭位置。

现在参考图8，另一个示例性流动控制设备240与图4的阀体104和阀座组件100组装在一起。具体而言，阀体104用于组装紧急切断阀240。紧急切断阀240的部件插入阀体104的孔120中，并且紧急切断阀240的一部分插入穿过阀体104的通孔中。由于阀座组件100的配件124可从阀体104拆卸，因此紧急切断阀240的内部部件(例如，执行器组件和控制元件)是通过入口108可插入并且可拆卸的。

紧急切断阀240的阀组件248布置在阀体104中，并且包括阀杆252和耦接至阀杆252的控制元件256。阀组件248的阀杆252和控制元件256可在开启位置和关闭位置之间移动，其中，在开启位置，控制元件256与阀座组件100的阀座148间隔开，并且在关闭位置，控制元件256与阀座148接合。控制元件256朝向关闭位置偏置，其中，在关闭位置，控制元件256与阀座148密封地接合，以防止在入口108和出口112之间的流体流动。虽然将阀座组件100与调节阀140的控制元件156一起示出，但紧急切断阀240的控制元件256与阀座组件100的结合方式与图6和图7所示相同。

执行器组件260的执行器轴258耦接至阀杆252的与控制元件256相对的端部。执行器轴258穿过阀体104设置并且可操作地耦接至触发机构262。触发机构262响应于流体压力并且布置在阀体104的外部。在操作中，当紧急切断阀240开启时，流体可以流过入口108，并且在对其配置的触发机构262没有任何过压或欠压状况的情况下，紧急切断阀240将保持在该开启位置。当触发机构262检测到过压或欠压状况时，触发机构262释放杆252，这允许控制元件256在弹簧的力作用下移动至关闭位置。当过压或欠压状况清除时，可通过设置在阀体104外部的手柄(未示出)来重置(即，打开)紧急切断阀240。

现在参考图9，另一个示例性流动控制设备340与图4的阀体104和阀座组件100组装在一起。具体而言，阀体104用于组装流动控制阀340。流动控制阀340包括插入到孔120中并布置在阀体104中的阀组件348。由于阀座组件100的配件124可从阀体104拆卸，因此流动控制阀340的内部部件(例如，执行器组件和控制元件)是通过入口108可插入并且可拆卸的。

阀组件348包括阀杆352和耦接到阀杆352的控制元件356。阀组件348的阀杆352和控制元件356可在开启位置和关闭位置之间移动，其中，在开启位置，控制元件356与阀座148间隔开，并且在关闭位置，控制元件356接合阀座148。当控制元件356处于关闭位置时，控制元件356与阀座148密封地接合，以防止在阀体104的入口108和出口112之间的流体流动。虽然将阀座组件100与调节阀140的控制元件156一起示出，但流动控制阀340的控制元件356与阀座组件100的结合方式与图6和图7所示相同。

在示例性流动控制阀340中，阀杆356连接到执行器组件360的换向机构358。执行器组件360的轴362耦接到换向机构358，轴362向换向机构358传递旋转输入。换向机构358将轴362的旋转运动转换为阀杆352和控制元件356的线性运动，以开启和关闭流动控制阀340。在该示例中，换向机构358可以包括具有正齿轮、固定轴齿轮结构、涡轮蜗杆结构、斜齿轮结构的任何齿轮传动机构或齿轮箱，或任何其他合适的传动机构。

阀座组件100的卡夹安装结构极大地简化了阀座组件100从任何数量的流动控制设备(例如本文公开的压力调节阀140、紧急切断阀240和流动控制阀340)的安装和拆卸。另外，座环132的U形外凹槽168将O形圈136牢固地耦接到座环132，使得也可以更容易地安装、拆卸和/或更换O形圈136。为了拆卸和/或更换阀座组件100的座环132或O形圈136，操作员将仅需拆卸承载座环132和O形圈136的配件124。例如，与图1的已知的座环40相比，所公开的座环132具有与配件124的更大的配合表面，因此更牢固地附接到配件124。因此，所公开的座环132不易受到压降的影响，压降可能导致已知的座环和/或O形圈移位或被吸移而脱离对准。

阀座组件100的任何部件可以使用增材制造(AM)技术或工艺制造，该AM技术或工艺通过在材料或接收表面上添加连续的材料层来构建三维对象。AM技术可以由任何合适的机器或机器的组合来执行。AM技术通常可以涉及或使用计算机、三维建模软件(例如，计算机辅助设计或CAD软件)、机器装置和分层材料。一旦生成了CAD模型，机器装置就可以从CAD文件中读取数据并以层叠的方式成层或添加(例如)液体、粉末、片材的连续层以制造三维对象。AM技术可以包括多种技术或工艺中的任何一种，例如，立体光刻(“SLA”)工艺、数字光处理(“DLP”)、熔融沉积建模(“FDM”)工艺、多喷射建模(“MJM”)工艺、选择性激光烧结(“SLS”)工艺、选择性激光熔化(“SLM”)工艺、电子束熔化(“EBM”)工艺和电弧焊AM工艺。在一些实施例中，AM工艺可以包括定向能量激光沉积工艺。这样的定向能量激光沉积工艺可以由具有定向能量激光沉积能力的多轴计算机数控(“CNC”)车床执行。可以利用其他制造技术来生成根据本公开内容的阀座组件的每个部件，并且不限于本文的技术。

本文提供的附图和描述仅出于说明的目的示出和描述了流动控制设备的优选实施例。本领域技术人员将从前述讨论中容易地认识到，在不脱离本文描述的原理的情况下，可以采用本文示出的部件的替代实施例。因此，在阅读本公开内容之后，本领域技术人员将理解用于流动控制设备的另外的替代结构和功能设计。因此，尽管已经示出和描述了特定的实施例和应用，但是应当理解，所公开的实施例不限于本文所公开的精确构造和部件。对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离所附权利要求书所限定的精神和范围的情况下，可以对本文公开的方法和部件的布置、操作和细节进行各种修改、改变和变化。

Claims (20)

1.一种流动控制设备，包括：

阀体，其限定入口、出口、以及连接所述入口和所述出口的流动路径；

阀座组件，包括：

配件，其被配置为耦接到所述阀体；以及

座环，其被配置为由所述配件承载，其中，所述座环的内表面包括限定内凹槽的第一部分和限定阀座的第二部分；以及

控制元件，其能够相对于所述阀体在关闭位置与开启位置之间移动，其中，在所述关闭位置，所述控制元件接合所述阀座，并且，在所述开启位置，所述控制元件与所述阀座间隔开；

其中，当所述座环由所述配件承载时，所述配件的一部分设置在所述座环的所述内凹槽中。

2.根据权利要求1所述的流动控制设备，其中，所述座环包括外表面和形成在所述座环的所述外表面上的U形外凹槽。

3.根据权利要求2所述的流动控制设备，其中，所述座环的所述U形外凹槽被配置为容纳O形圈。

4.根据权利要求1所述的流动控制设备，其中，所述配件包括外表面，所述外表面限定设置在所述座环的所述内凹槽中的脊。

5.根据权利要求1所述的流动控制设备，还包括：阀笼，所述阀笼设置在所述阀体内，使得所述座环的所述第一部分设置在所述配件和所述阀笼之间。

6.根据权利要求5所述的流动控制设备，其中，所述座环包括与所述阀笼的内表面相邻的外表面，并且所述座环的所述内表面与所述配件的所述外表面相邻。

7.根据权利要求1所述的流动控制设备，其中，所述配件的第一端具有成形为与所述座环的所述内凹槽配合的配合表面。

8.根据权利要求1所述的流动控制设备，其中，所述流动控制设备是压力调节阀。

9.根据权利要求1所述的流动控制设备，其中，所述流动控制设备是轴向流动控制阀。

10.根据权利要求1所述的流动控制设备，其中，所述流动控制设备是紧急切断阀。

11.一种用于流动控制设备的阀座组件，所述组件包括：

配件；

座环，其被配置为由所述配件承载，其中，所述座环的外表面包括外凹槽；以及

O形圈，其被配置为设置在所述座环的所述外凹槽中；

其中，所述座环的所述外凹槽是U形的。

12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述配件通过卡扣配合连接而耦接至所述座环。

13.根据权利要求11所述的组件，其中，所述配件包括脊，并且所述座环包括内表面和在所述内表面上限定的内凹槽，所述脊设置在所述内凹槽中，以将所述座环耦接至所述配件。

14.根据权利要求11所述的组件，其中，所述座环包括限定内凹槽的第一部分和限定所述外凹槽的第二部分，所述第一部分被配置为设置在阀笼和所述配件之间。

15.根据权利要求14所述的组件，其中，所述座环的所述第一部分围绕所述配件的第一端设置。

16.根据权利要求14所述的组件，其中，所述配件的第一端具有成形为与所述座环的所述内凹槽配合的配合表面。

17.根据权利要求11所述的组件，其中，所述座环包括成形为围绕所述配件的第一端的套环，所述套环至少部分地限定所述座环的内凹槽。

18.根据权利要求17所述的组件，还包括阀笼，其中，当所述座环由所述配件承载时，所述阀笼被配置为围绕所述座环的所述套环，使得所述座环的所述套环设置在所述配件和所述阀笼之间。

19.根据权利要求18所述的组件，其中，当所述座环由所述配件承载时，所述座环的所述外表面与所述阀笼的内表面相邻并且所述座环的内表面与所述配件的外表面相邻。

20.根据权利要求11所述的组件，其中，所述配件包括外配合表面，所述外配合表面被配置为与所述座环的内配合表面配合。

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