CN1257569A - 可流体致动的截流装置 - Google Patents

Abstract

在一实施例中用作截流阀的一可流体致动的截流装置,包括一阀壳1,贯穿该阀壳形成有一流动通道2;还包括一可动地支承的阀体3,该阀体可在一开阀位置与一关阀位置之间移动,其中在开阀位置阀体3大体上从流动通道2退回,从而通道基本上被开通,而在关阀位置阀体阻断流动通道2。阀体3被设置成在非正常流动状态下由所形成的一部分7来关闭阀,从而流动的流体提供影响阀体3并试图将阀体3移动到其关闭位置的一浮升力。因此可通过流体流速、浓度或粘度的一非正常增大来关闭阀体3。部分7也可由一膨胀衬垫来支承,该衬垫被设置成当流体压力和/或温度变化时将浮升表面进一步推压到流动通道内,以提供增大的浮升(力),从而使阀体3关闭。阀部分装有柱塞11,用于顺次地关闭节流通道,防止液压/气压流体在腔4－6之间流动,从而控制阀体3的关闭速度,从而避免在安装有该阀的管道系统中出现波动。

Description

可流体致动的截流装置

本发明涉及一可流体致动的截流(关闭)装置，在一实施例中其是作为完全或部分截断流体通道的一截流阀或阻尼器(damper)。截流装置在一实施例中通常可用作安装在管道、通道或其它流体通道中的可动缓冲阻流器、突起轮廓或类似物，其目的是通过使用流体通道中所具有的能量来在流体流动中的所需位置设置一阻尼器/突起轮廓。

本发明在一实施例中作为一阀的包括一阀壳和一可移动地支承的阀体，其中贯穿阀壳形成一流体通道，而阀体可在一开阀位置和一关阀位置之间移动，在开阀位置时阀体从流体通道中大体上退回，因而流体通道基本上被开通，而在关阀位置时阀体阻断流体通道并关闭阀。

根据本发明的阀通常意味着要被安装一管道线、一通道或类似物中，其中所述管道线、通道或类似物中装载有流体(空气、水、油或其它液体或气体介质)。阀体与流体接触并受压缩和摩擦力作用。阀体被设置成当所述力超过预定值时就关闭阀。力的量随着流体压力、流体密度、流速和粘度而变化。

当液体或气体流动有意或无意地超过一预定的上限流速时，阀尤其意味着允许关闭(截流)该液体或气体流动。

阀的浮升(lifting)表面通常与根据下列公式受到影响的参数有关：

关闭：

用于浮升力的公式：L＝1/2·C_L·ρ·A·V²

其中：L＝浮升力

      C_L＝系数(经验性的，表示浮升表面相对于流体流变的摩

          擦特性)

      ρ＝流体密度(受压力、温度和流体可压缩性的影响)

      A＝表面面积(有效浮升表面)

      V＝流体流速

在因诸如爆裂、火灾等意外情况而引起的管道线破裂时，会产生流动的流体的非正常流动状态，流体的该非正常流动状态会造成更多量的不希望的液体/气体被输送给一着火点。

一般地，本发明的目的是在一流动的流体中由非正常的流动状态而采用一变化的流速和或许也变化的粘度/温度/压力。

根据本发明，其目的在于通过利用管道线/通道中已具有的动力(和也许液压力、流变力和热力)而消除外力需要，阀体被形成为可响应所述力的变化并通过所产生的非正常流动状态而关闭阀。

下面给出按照本发明的可流体致动的截流装置的某些应用。所给出的应用仅仅代表非限定的例子。

海基(石)油/(天然)气装备中的意外事件已表明对输送管线网中巨大的油气蓄积进行控制的重要性。在某种程度上现有技术设法控制管线中的易燃气体或液体的压力并输送该气体或液体，但会出现这种情况，其中当紧靠阀的上游管线破裂时，就会释放前一阀下游管线中所存在的大量的或少量的油气蓄积，此时阀失去作用。在管线可能破裂之前，阀将打开以允许经管线输送流体。通过关闭阀，可以限制油气喷射、着火或发生危急情况升级的危险。这是一种通常需要占用一定量时间的操作，并且在某些情况中这种一定量的时间会使得显著地限制损失的操作来得太迟了。

在海基装备处，着火或其它的危急情况的意外事件中，重要的是控制在携带爆炸/易燃性液体的管道系统中的液体流动。

如今，在北部海域的输送管道网中的液体大多通过所谓的海底阀(subsea valve)来控制，所述的海底阀安装在管线网的中央交叉处，并且/或者采用设置在紧靠平台的邻近处(连接到平台或从平台输送出)的阀。这使得大量的气体或液体蓄积可能会遭受爆炸、强热或其它应变，所述的爆炸、强热或应变会使得平台上的管道系统破裂。已知的唯一选择是释放压力，但这种压力释放可能需要几个小时直到几天的时间。在处理车间可能发生对应于上述那些的情况，其中管道线在某一处破裂而不能阻止气体或易燃液体蓄积的外溢。

目前所使用的海底阀是基于一致动器的使用，并且后者安装在阀外。在平台上所谓的海洋管线阀被连接到平台的操作关闭系统上，并且当有警报信号时自动地关闭。在一危急情况中，因为需要太长的时间来操作海底阀，海底阀例如不被足够迅速地关闭，以防止碳氢化合物被输送到平台上的发生意外情况的地点。为了关闭，液压包或致动器必须被横向交叉安装并且连接到海底阀上。海洋管线阀通常设置在平台边缘内的某一区域，这使得输送管线的某些部分可能暴露于火、爆炸、掉落的负荷或类似的情况而不可能因面向海洋侧破裂而关闭阀。碳氢化合物、石油和/或天然气的大量蓄积可能会在平台上释放而促进了意外事件的升级。

在上述阀应用中，可以有益地采用根据本发明的一截流阀，因为其被设置成可响应于在诸如严重的泄漏、火灾、爆炸的意外事故情况中出现的非正常流动状态，其中阀提供一快速但受控制的关闭。

其结构特征可以使得根据本发明的一截流阀响应于流动的流体的一非正常流动状态并且促使强制地关闭阀。所述的结构特征将在定义该应用后进行描述。

根据本发明的方法的另一应用是可有益地用于住宅房屋的通风。强风会经打开阀而造成一气流。通过在窗户的阀槽中安装根据本发明的阀和/或普通的矩形阀，迎风阀将关闭而背风阀将打开并且保持打开。房屋内的压力将成为负压。这对于房屋内的气流状态以及房屋墙壁材料的干燥具有一有益的效果。根据本发明，阀在一可能的着火发展过程中还具有一有益的效果。着火在其初始阶段需要氧。氧经诸如门、窗、阀或房屋的其它泄漏之类的开口而被带入火中。当火吸入时，阀将响应于流经阀进入房屋的增大的空气流而关闭。当热提高时，空气膨胀并且促使空气流和烟气离开房屋。

根据本发明的阀的另一应用是可有利地用于爆炸阻尼器。爆炸产生压力波并且将增大经建筑结构的通风通道或其它开口的空气/气体流动，此时还需要防止火势蔓延。根据本发明，阀将立即响应由爆炸造成的压力波并且关闭，由此防止火势不希望的蔓延。

根据本发明的阀的另一应用是可有利地用于房屋屋顶。经屋顶吹过房屋的大风带来的损坏是由屋顶背风侧的负压和与此同时在迎风侧并且相对地是在房屋的内侧聚集起来的正压力造成的。通过在一屋顶的两个顶面安装根据本发明的阀，房屋内的压力被迎风阀关闭和背风阀打开或保持打开这样的事实控制。因此房屋内的压力将试图采用与屋顶背风侧的压力同样的值，并且这将使得作用于屋顶上的浮升效果降低。通过在所有的阀槽中安装阀，对于房屋将在总体上获得相同的效果。

在公共供水管线网中，有水的大量蓄积，当管线破裂时将会造成水的很大的损失和破坏。为尽量限制这种损失，关闭阀的操作所需的时间是尤为重要的。

当采用传统的手工操作的球阀或蝶阀时，则在一紧急情况下取决于人的警觉。这些已知的截流阀的操作时间在限制水泄漏损失方面成为一个主要的问题。

根据本发明的截流阀可被有利地用于该情况中。根据本发明的阀被设置成在正常的状态下能使水在管线中正常地输送。当一供水管线可能破裂时，通过根据本发明的阀自动地关闭而可限制随之而来的损失，阀的自动关闭是因为由管线破裂之非正常流动状态造成的水的加快的流速而引起的。根据本发明的阀也可用于连接到一房屋或者房屋的一定的地方的分支管线中，以限制由于管线可能的破裂而造成的水的损失。阀也可用于花园软管，该软管带有相应的阀和设备。

管道/通道系统中可获得的能量是动能和作为压力/压差形式的势能。

为了关闭安装在一管线/管线系统内的一已知的截流阀，其中一流体以非正常的流体状态流动，例如一非正常的流体流速、非正常的压力和/或温度，则必须在该管线/管线系统内、在截流阀的上游侧提供一流速指示器、一压力计和一温度计，当在临界参数值下手动关闭阀时，它们可以通过视听监测，或者各个计量装置被连接到用作一阀关闭装置的一致动器上，并且所述的致动器被设置以关闭截流阀，当例如所述的计量装置的指针发生非常大的偏转而致动所述致动器时，所述的致动器可有效地关闭截流阀。

本发明的目的是利用一流动的流体在非正常状态下变化的流体流速和也可能变化的粘度/温度/压力，以一安全和被控制的方式并且在非正常流动状态的起始阶段的一非常早的时刻就自动地关闭阀。

因此，本发明涉及用于一截流阀中的一可流体致动的截流装置，所述的截流阀用于安装在携带有流体的一管道/管线/通道中。流体可以是液体或气体形式。阀包括形成有流动通道的一阀壳，其中流动通道在阀的安装状态下与管孔或管线等的通道相连。流动通道原则上可以是任意的横截面形状(圆形，椭圆形，多边形，正方形等)，但其最好具有与其所要设置的管线/通道相同的横截面形状和大小。在一已知的方式中，阀还包括一可动地支承的阀体，其在一开阀位置和一关阀位置之间转动，在开阀位置时阀体从流体通道中基本上退回，因而流体通道大体上被开通，而在关阀位置时阀体直接阻断流动通道并关闭阀。

通过在权利要求1的前序部分所述类型的一可流体致动的截流装置，由权利要求1特征部分的特征实现了上述目的。

为了有益于所确定的目的，该目的大体上是在由安装有阀的管线、通道或类似物携带的流体的一非正常状态下能自动关闭阀，并且所述的非正常流体状态可以由流体流速和粘度和/或压力和影响流体粘度的温度构成，其中所述的粘度是与浮升表面与流体之间的摩擦之相互作用的一重要参数，根据本发明的阀体被如此地形成和支承，以至于在阀的打开位置，其突出到流动通道内一相对小的部分，从而受到当阀打开时在一特定的流动方向流经流动通道的一流体的流动(作用)。当阀打开时阀体的突出到流动通道中的该部分被设置成响应于流体在流动通道中非正常的流动状态，从而受到增大的流体流速、变化的流体粘度和/或温度的影响，从而该部分以及整个阀体由流体促使移向关闭位置。

阀体的突出到流动通道中的所述部分、即所谓的“浮升部分”最好在上游端具有一凸出地弯曲的或呈角度的区域。当流体流过浮升部分的浮升表面时，就启动一浮升运动，该浮升运动试图将阀体移动到关闭位置。阀体的形式、重量以及支承方式被如此设置，以至于正常地流动的流体不会提供足够大的浮升(力)来启动一关闭运动。

为了使阀对压力和温度更灵敏，可以设置对压力和/或温度敏感的一膨胀衬垫，当该衬垫受到压力损失和/或温度上升的影响时，就会膨胀，从而浮升表面的前边缘被进一步移向流体的流动中，由此被进一步暴露到流体流动中并增大作用于浮升部分上的浮升力，促使更早地关闭阀。

为关闭根据本发明的截流阀所需要的是，诸如上面描述过的一非正常的流动状态。阀体的突出到流动通道中的浮升部分分别由于其在阀关闭位置时的位置和其结构(凸出地弯曲和/或在上游端相对于流体流动方向呈角度)，处于旁侧位置，在此其可非常快速地响应于例如由一管道破裂或其它泄漏所造成的增大的流体流速。

阀体的指向流动通道的浮升部分可以根据对流体的摩擦来进行改造，除了流体流速/特性(粘度)外，流体在所述浮升部分以及在阀体上的影响也取决于浮升部分的表面曲率和表面摩擦。通过改变一流体的流速、密度或粘度特性，可以控制/调节阀的关闭时刻：这是阀的特性，其允许根据利用这些参数来操作阀而控制一管道系统内的流体的流动。在根据本发明的截流阀的大多数应用中，利用旋摆(hover)的固有特性来响应于一特定的非正常流体流速。

阀体被形成为管壁的一段，该段被形成为设置在一半孔圆筒内的一舌状体，该圆筒被垂直于流体的流动方向横向地设置。阀体通过一阀壳容纳，该阀壳封闭阀体的下半圆柱。阀壳装有一棱镜体，该棱镜体具有通槽(channel)或类似的贯通孔，用于在阀的关闭过程中从一腔向另一腔输送液压流体。该结构设置在阀内以控制关闭运动，从而在管道系统内避免了震动冲击波。在阀体初始摆动后，关闭速度将由液压流体从一个腔流入另一腔的速度决定。

因此所述的通槽提供在两个腔之间输送液压流体/压力。与此同时通槽将代表腔之间的流动通道(passage)内的一节流/元件，从而通过对进入腔内的流体进行节流这样的事实而获得了对阀体关闭速度的一希望的限制。在阀的关闭作用进行的过程中，压力差将控制(take over)最终的关闭部分。

在较大的关闭速度不意味着管道系统内任何震动冲击波风险会造成损坏的阀中，对于上面所希望的关闭速度将不需要制动机构。在这样的情况中，在前述浮升部分装备一阻尼器就足够了。

下面结合附图通过一非限定性的优选实施例来更详细地描述本发明，其中：

图1表示根据本发明的一截流阀沿图2的I-I线的一垂直剖视图；

图2表示沿图1的II-II线的一垂直剖视图；

图3表示沿图1的III-III线的一水平剖视图；

图4表示截流阀在关闭位置时的一垂直剖视图。

参照附图，参考标记1大体上表示阀壳。该阀壳形成有贯穿的一中央流动通道2，在所示实施例中该通道具有一圆形横截面，但其可采取任意横截面形状。

阀壳的下部被形成为垂直于阀的流动方向的一横置半圆柱。在该圆柱座的底部设有分别在阀的打开和关闭位置限定液压腔的一棱镜体。在棱镜体8内，在两个液压腔4和6之间开有连接通道5，用于在关闭和打开过程中将液压流体从一个腔输送到另一腔。

阀体3具有一中央部分，该中央部分形成有一基座9，用于经一圆柱形横向阀体进行转动支承，并且装备有一舌形部，该舌形部形成在其关闭位置(图4)，以完全关闭通道2。

阀体3的一端部7伸出(相对不显著地)到流体通道内，根据图1，该端部7具有一凸起的弯曲上游(Q定义流体的流动方向)。取代该凸起的弯曲面以及端表面7的摩擦系数，重要的是当开始关闭时阀的功能，端部一所谓的浮升部分或浮升表面部分可相应地形成有一个或多个角度。

在流动通道2内正常的流动状态下，流体以正常的流速、正常的粘度和正常的压力/温度沿方向Q流动。阀体3的浮升部分7受到流体的流动，但浮升(力)太小而不能将阀体移动到关闭位置。

当具有一非正常流动状态而造成流速增大、粘度变化和/或温度增高和/或压力下降时，流体流动从正常状态到非正常状态的这些变化将会造成阀体的浮升表面部分7浮升。增大的流速包括在腔6内造成负压力和在腔4内造成正压力的状态，这导致浮升部分浮升，从而使阀体3转动。变化的粘度直接影响浮升表面部分7，其曲率半径和在表面上的摩擦系数同样导致增强浮升部分7的浮升。

可以在阀体上的舌形部的紧下方设置一压力或温度膨胀衬垫10。管道线内的压力损失或温度升高会促使舌形部进一步突出到流体通道2内并提供增大的浮升(力)。

也可通过使用一外力将液压流体从腔4输送到腔6来关闭阀。

在阀体初步浮升/转动后，阀体3将通过由浮升表面7获得的增大的浮升(力)而移向关闭位置，移到到被暴露于流体通道2中的一较大的程度。关闭运动将逐渐由关闭表面前后的压力差控制(taken over)。该压力差也有助于阀保持关闭，直到在关闭部段的两侧达到压力平衡。

一关闭的阀的打开是首先通过在阀体3两侧的压力平衡进行的，此后阀体3可返回到其初始位置。在一种可能的实施方案中，阀体4的结构、尺寸和配置可以使得其仅依靠重量而落回到打开位置，或者可通过经阀在相反于正常流动方向插入一柱塞而将阀体3返回。

Claims (8)

1.在一实施例中用作截流阀的一可流体致动的截流装置，包括一阀壳(1)，贯穿该阀壳形成有所需横截面形状的一流动通道(2)；还包括一可动地支承的阀体(3)，该阀体可在一开阀位置与一关阀位置之间移动，其中在开阀位置阀体(3)大体上从流动通道(2)退回，从而通道基本上被开通，而在关阀位置阀体阻断流动通道(2)并关闭阀，其特征在于：阀体(3)被如此地形成和支承，以至于在阀的打开位置，其通过一相对小的部分(7)而突出到流动通道(2)内，从而当阀打开时其受到在一限定的流动方向(Q)流经流动通道(2)的一流体的流动，其中阀体(3)的该部分(7)通过打开阀而突出到流动通道(2)内，该部分被设置成可响应于流体在流动通道中的非正常流动状态，从而受到增大的流体流速、变化的流体粘度和/或温度的影响，从而由流体促使该部分(7)和整个阀体(3)移向关闭位置。

2.如权利要求1所述的可流体致动的截流装置，其特征是：阀体(3)被支承在一阀壳(1)内，其中在阀体的打开位置形成一第一腔(4)，该腔内充满有一液压/气压流体并且经节流通道(5)与一第二腔(6)相连通，从而在阀体(3)的关闭运动中，液压/气压流体被迫从第一腔(4)经节流通道(5)而进入第二腔(6)。

3.如权利要求1所述的可流体致动的截流装置，其特征是：阀体(3)装备有柱塞(11)，其在关闭运动过程中顺次地关闭节流通道(5)，不让液压/气压流体通过腔(4，6)之间，以降低在关闭运动的最后阶段的关闭速度。

4.如前述任一权利要求所述的可流体致动的截流装置，其特征是：阀体(3)的一部分(7)在阀的打开位置突出到流动通道(2)内，该部分(7)在其上游端具有相对于流体流动方向(Q)的一凸出的曲面。

5.如权利要求1～3之任一所述的可流体致动的截流装置，其特征是：阀体(3)的部分(7)通过打开阀而突出到流动通道(2)内，该部分(7)在其上游端具有相对于流体的流动方向(Q)的一呈角度的部分。

6.如权利要求2～5之任一所述的可流体致动的截流装置，其特征是：用于滑动地容纳阀体(3)的一阀座(9)基本上具有一圆筒形截面，并且阀体(3)大体上具有一相应的圆周形状。

7.如权利要求6所述的可流体致动的截流装置，其特征是：部分形成有一圆柱形段的阀体(3)可转动地支承在阀壳(1)内，其中在阀壳(1)中形成有一中央圆筒形基座(9)，而阀体(3)则可滑动地支承在该基座(9)内并且基座(9)被连接到阀体(3)的剩余部分上。

8.如权利要求7所述的可流体致动的截流装置，其特征是：所述圆筒形基座(9)至少形成阀体(3)的部分(7)的一部分，当阀打开时该部分突出到流动通道内。

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