CN1306195C - 小长度套筒阀门 - Google Patents

Abstract

一种套筒阀由一螺杆(244)和螺帽(246)驱动。

Description

小长度套筒阀门

技术领域

本发明致力于一种类型的多孔口套筒阀门，可以用于流量控制和压力消散，而具体地涉及，与至少一些先前的结构相比，具有较小长度。

背景技术

多孔口套筒阀门用于许多应用场合，包括流量控制和压力消散应用场合，诸如要求通过相对较宽范围的流量把入口高压降低到较低最大出口压力的应用场合。比如，多孔口套筒阀门可以用于在大约85磅每平方英寸(psi)或更大的压力下接纳0到250立方英尺每秒(cfs)范围内的流量，以及在最大12psi等压力下输出。比如在发表于1985年4月2日的美国专利第4508138号中可以找到一类多孔口套筒阀门的说明，此专利在此引入作为参考。已经设计出一些类型的套筒阀门以提供所需的性能，同时减少气蚀、噪音、磨损和/或振动，导致较长的工作寿命，这些阀门包括设置锥形的各套筒孔口和/或气蚀控制装置。一些实例包括至少一些可由CMB Industries，Fresno，California提供的、以商品名POLYJET^出售的装置。

虽然多孔口套筒阀门已经证实在大量应用场合中是有用和成功的，但是，据信仍有机会来形成新的结构比如以有助于满足某些需要或提供某些方便。至少多孔口套筒阀门的一些先前结构已经包含了用于它们的可移动阀闸(或环圈)和/或驱动器，这已经导致装置会占有某种大小的长度。在这些先前装置中的长度约束可能不仅导致阀门可以安放的位置上的限制，而且还会导致直接和间接的各种成本效应，包括用于阀门的建筑物或其他封装箱室的尺寸和形态、有可能为之改进阀门的各种类型的现有系统，以及阀门的重量(因而制造、贮存和运输成本)等。于是，有用的是，提供一种多孔口套筒阀门，可以(与至少某些先前的阀门相比)设置得具有小长度结构和/或可以(与先前一些阀门相比)以低成本制作、运送、装设或封闭。

一些先前的阀门使用一联动或杠杆机构保证直线运动。在这种设计中，

诸如一种磁轭机构。用于实现移动的力源(诸如马达等)在一不平行于阀门移动的方向上输出力量(在至少一部分行程期间)。这种结构具有某些缺点，包括无效损失和因而给定马达输出下较低的操作力量、以及/或者受限的有效行程长度范围(因而以及受限的阀闸移动范围)。因此，有用的是，提供一种小长度多孔口套筒阀门，比如与各种非一列式和/或磁扼结构相比，可以避免至少一些效率损失和/或行程长度局限。

在许多先前的作法中，基本上所有的驱动机构都设计得以致不在阀门以内。虽然这些作法在一些方面是有用的，诸如避免驱动器润滑剂可能污染水或别的液体，但是一些基本上外部的结构已经造成与密封件或填料相关的某些压力失衡和/或阻力，导致很高的有效操作(阀闸开启或关闭)转矩。因此，有用的是，提供一种多孔口套筒阀门，其中可能把一些或所有驱动器或驱动联动装置设置在阀门的一个内部安装架上或以另外方式促进操作转矩的减小。

在许多先前的作法中，与阀闸移动相关联的各磨损部件一直是相时较大和/或不可够到的，往往需要充分拆散和相关联的阀门停用时间，以便当磨损出现时更换各部件。因此，有用的是，提供一种多孔口套筒阀门，经过改进而易于够到和/或更换比如至少某些磨损部件，以便减少维护停用时间和/或降低维修成本。

发明内容

本发明包括识别包含在比所述在内的各先前作法中各种问题的存在、来源和/或本质。在一个方面上，本发明通过转动一个啮合于基本上固定地联接于阀闸径向延伸出的支杆上的螺帽或另一螺孔的螺杆而保证移动阀闸。最好是，螺杆沿着阀闸啮合在一个与阀闸最上流边沿间隔开来的位置处，而且最好是基本上靠近阀闸的最下游边沿。在一个方面上，螺杆和/或螺帽都由不需要外部润滑(亦即不是润滑质量可以由正常流过阀门的液体予以保证的任何润滑)的材料制成，诸如使用不锈钢和/或黄铜。在没有外部润滑剂的情况下，成为可能的是，设置螺杆/螺帽结构以致螺杆通常可以接触于水(或其他流经阀门的液钩而比如不需要设置密封的驱动管筒。采用螺帽或类似结构，而不是驱动管筒，并且带内螺纹的螺帽或类似结构直接位于活动阀闸的支杆上面，可减小所需驱动装置的长度，允许套筒具有的长度短于比如驱动管筒结构的，诸如短出的大小大约等于套管直径(或更多)。这样，一种多孔口套筒阀门可以配有小长度而同时设置一阀闸驱动器/驱动系统，后者基本上是一列式的(亦即遍及整个行程提供基本上平行于阀闸移动方向的力量)；因而避免与磁轭驱动或类似作法相关联的各种缺陷(诸如动力低效以及/或者相对较短的有效行程长度)。

在一个方面上，一种多孔口套筒阀门配有一阀闸，可以移动以控制流量和压力而不需要一部件通过一承载压力的密封件的轴向移动。阀闸驱动器可以包括一驱动杆和螺帽，联接于基本上阀门壳体内部而不需要油脂或类似的外部润滑。此阀门与可比尺寸或通过能力的先前阀门结构相比，可以保证相对较大的一列式阀闸推动力量、减少操作所需的力量或转矩、更加容易更换磨损零部件和减小整个阀门长度。

附图说明

图1是符合先前各种作法的一种多孔口套筒阀门的剖面视图；

图2是符合本发明一项实施例的一种多孔口套筒阀门的剖面视图；

图3是图2阀门的透视图。

具体实施方式

在说明本发明的特点之前，将叙述一下符合先前各种作法的一种多孔口套筒阀门的某些方面。在图1的结构中，入口壳体112基本上围绕大体上圆筒形的套筒件114，后者具有在其上游部分上穿过套筒壁部的许多孔口或喷嘴116。套筒的下游部分形成对于阀门出口118的流体连通。环形阀闸或圈(valve gate or ring)122可以密封地设置以盖住一些喷嘴116，一如图示，并还可以在上游方向124上移动以盖住基本上所有的喷嘴116，或者在下游方向126上移动以打开基本上所有的喷嘴116。当至少一些喷嘴116被打开时，(通常高压的)入口液流128经由入口孔口132被接纳并围绕凸头件134发散开来。高压液体穿过打开的各喷嘴116并行经138套筒114的内部而流出(低压)出口孔口118。通过移动阀闸122以便逐渐盖住124或打开126更多的喷嘴116，出口液流和/或压力可以改变。在图1之中所画的结构中，驱动马达或其他动力源142a、b可以用以转动驱动螺旋144a、b，后者以螺纹方式装放在内螺纹式的驱动管筒146a、b之中并与之啮合。驱动管筒146a、b的各上游端部172a、b是封闭的或密封的，而流经阀门的液体不进入驱动管筒146a、b的内部。驱动管筒146a、b的内部相对于(高压)液流128、138是密封的(比如经由填密件或其他密封件148a、b)，而管筒146a、b的内部以及驱动螺旋144a、b都因而是在阀门外面的，并不接触穿过阀门的液体。由于驱动管筒146a、b和驱动螺旋144a、b不接触液体，所以驱动机构可以配用外部润滑剂(油、脂等)而无以润滑剂污染液体的风险。诸如画在图1之中的控制阀的许多用途都要求适应极高的入口压力128。因此，密封件148a、b必须是极为严密的密封件，以便承受如此之高的入口压力，这种压力一般对于管筒146a、b通过密封件148a、b的移动形成相对较大的摩擦阻力，因而也必须对于驱动螺旋144a、b提供相对较大的转矩。

在一些实施例中，比如由阀门154控制的直接从入口区域到套筒内部的液体路径152可以设置得实现各喷嘴的回洗式清洗。在这种结构中，一沟槽或类似结构可以设置在阀闸122或联接于它以接纳回流并引向一废液出口，比如一如在此引入作为参考的美国专利第4508138号之中所述。

一如从图1中可以看出，由密封174占有的纵向距离影响到阀门的整个长度。在图1的结构中，如果阀闸122被向上游124移动到其极端位置(盖住基本上所有的喷嘴116)，则驱动管筒146a、b必须使其下游边沿156a、b靠合于(并因而基本上齐平于)密封件148a、b。如果阀闸122在下游方向126上被移动到其极端位置(打开基本上所有的喷嘴116)，驱动管筒146a、b的下游边沿156a、b必须移动一个等于阀闸移动的纵向范围，亦即等于套筒166喷嘴区域纵向范围的距离，这一距离一般将大致等于套筒直径168。因此，按照图1的阀门设计得以致在密封件148a、b与马达或驱动装置142a、b的上游边沿168a、b之间具有充分的间距以适应基本上等于喷嘴区域166(并因而大致等于套筒直径168)的驱动管筒146a、b纵向移动。

在图1的结构中，驱动管筒146a、b和驱动螺旋144a、b可以认为是磨损部件，由于它们是运动部件，在正常使用一定程度之后可以预期磨损到需要更换和修理的时刻，以便避免阀门的失灵或功能不良。在图1的结构中，驱动管筒146a、b和/或驱动螺旋144a、b的修理和更换一般将要求基本上完全拆散阀门，往往要求维修时间在大约一天或更久的量级上(并因而要求阀门闲置一天或更久)。

图2画出符合本发明一项实施例的一种多孔口套筒阀门。在图2的实施例中，螺杆244(在图2的视图中只能看到其一)啮合于直接位于活动阀闸222的支杆221上面的带内螺纹的螺帽246。马达242通过一系列的联杆和齿轮箱243a、b、c可转动地驱动螺杆244。杆244和螺帽246是由一些材料制成的，这些材料可以合乎要求地工作在由流经阀门的液体弄湿或与之接触的某种环境之中，诸如是由不锈钢和/或青铜制成的。因此，不需要外部润滑剂，或者不在杆244或螺帽246上施用外部润滑剂，而且没有润滑油污染液体的风险。螺杆244采用止推轴承248予以挡持并基本上不需要填密件(packing)、人字形轴承(chevron bearing)等，它们可以对阀闸的操作产生摩擦阻力，一如以上连系图1所示。采用图2的结构时，对于给定的入口直径294，为移动阀闸222所需的转矩大小，在图2的实施例中，显著地小于采用图1的结构时对于对等的入口直径294所需的转矩，可取地是小于此转矩的大约十分之一，较为可取地小于此转矩的大约十五分之一，而更为可取地小于此转矩的大约二十分之一。一如图2之中所见，螺杆244施加作用力于阀闸222，作用力方向基本上是纵向的，亦即遍及阀闸行程基本上平行于阀闸222的移动轴线282。

在操作中，马达242和/或手动曲柄245用以经由齿轮系和齿轮箱243a、b、c把旋转运动提供给螺杆244。随着螺杆的旋转，联接于阀闸222的螺帽246将沿着螺杆244沿纵向移动以便把阀闸222定位在基本上盖住套筒214喷嘴区域266的一个最上游位置224与基本上盖住套筒214所有喷嘴区域266(以虚线画出)的一个最下游位置226之间。高压液体进入入口区域232并流过来盖住的喷嘴216而进入套筒214的内部。流体流往下游238而从低压出口218流出。当希望改变出口液流和/或压力时，则转动螺杆244以盖住或打开另外的喷嘴。与图1相比，图2的阀门可以配有减小了的长度。比如，在一项实施例中，符合图2的具有23.25英寸(大约60cm)的入口直径294时的阀门总长度292是83.13英寸(大约211cm)。相反，设计成图1之中的具有同样的入口直径294时的阀门总长度192长出大约3.4％(具有大约86英寸，大约218cm的总长度192)。

一如图3之中可以看出，检查孔312可以打开以提供出入壳体212内部的通道。检查孔312可以用以形成相对简易的通向螺帽246的出入口，比如用于更换。在一项实施例中，把螺帽246固定于阀闸支杆221的螺栓284a、b被松开而螺帽246可予以转动以使其从螺杆244上解除啮合以便经由检查孔312来卸掉。这一过程可予以反转以便更换一个新的螺帽246。

如果需要，阀闸222可以配有联接于废液出口314的沟槽或其他导管(图3)，而可控的导管316可以设置得用于把高压入口液体送到套筒214内部用于回流清洗。

按照以上的讨论，可以了解本发明的许多优点。本发明可以促进减小一多孔口套筒阀门的长度，比如以适应较小空间、易于改型和/或降低成本。本发明可以用以免除对密封的驱动管筒的需要而代之以最好是直接在活动阀闸上设置一驱动螺帽。本发明可以设置一或最好是多个驱动螺旋与阀闸相配(亦即提供基本上平行于阀闸移动轴线的作用力)而避免作用力或效率降低(相对于所需移动以一角度施加作用力时可能会出现)，以及可以有助于形成相对较长的阀门行程长度(比如与轭铁或其他驱动装置的有限行程工作范围相比)。提供大行程长度(对于给定的阀门总长)在对通过阀门的流量或压力实现精确控制方面是有用的，由于相对较大部分的套筒可供用于布置各喷嘴(可以以标度或非周期方式予以布置)。采用具有较高柱件强度(具有较低弹性)的双驱动螺旋可以获得一种大行程的外形有限的阀门。靠近阀闸在内部装接驱动装置使啮合表面可以用液体润滑。此时阀门可以使用一种“非直立(non-rising)”式驱动器。这样可造成阀门长度的净减小，其可以大约是阀门的一个名义直径。不需要外部润滑也就免除了与传统螺旋结构相关联的油脂溢溅或其他脏乱现象。螺帽可以经由检查孔在诸如少于一小时的，最好是少于大约15分钟的量级上的相对较短的时间内予以更换。与先前各种利用轴件移动通过填密件/密封圈组件而造成很大摩擦和阻力(比如由于“人字形”填密件所致)的作法相反，本发明的各项实施例通过采用旋转运动大大地降低了阻力。此外，压力通过各止推轴承获得，与诸如画在图1之中的那些传统结构相比，导致止推要求高达20倍或更多的减少。本发明也可以在实现高精度安放阀闸，减小机械公差或“溢溅”、反冲等方面是有用的。

可以采用本发明的许多变型和改进。有可能采用本发明的一些特点而不采用别的一些。比如，有可能(虽然不一定推荐)取消各驱动管筒而不减小阀门的整个长度(对于给定的阀门尺寸)。有可能不设置回洗而提供一种长度小的阀门。虽然曾经提出一些用于驱动螺旋和/或螺帽的不锈钢和黄铜材料实例，但是能够在液体或水环境中工作并可免除外部润滑需要的其他一些材料也可以采用，包括用低摩擦惰性物质涂敷或镀敷的各种材料、其他金属或诸如铬等合金、塑料、陶瓷等

本发明在多种实施例中包括基本上在此所画和所述的各种部件、方法、过程、系统和/或设备，还包括它们的多种实施例、子组合、附属设备在内。本技术领域中的熟练人员将会在理解本阐述之后懂得如何制作和使用本发明。本发明在多种实施例中包括在没有在此或在其多种实施例中未画出和/或未说明的各种事物的情况下提供一些装置和过程，即包括在没有那些本发可能用在先前各装置或各过程的各种事物的情况下提供，比如用于改进性能、达到简易化和降低实施成本。本发明包括一些新颖事物，而引自先前和/或相似技术的技术用语，为了便于说明新颖事物或过程，不必拘泥于这类用语通常用法的一切方面。

为图示和说明起见，已经作出本发明的前述讨论。前述讨论并非意图限制本发明于在此所阐明的一种或多种形式。虽然本发明的说明已经包含一或多项实施例和某些变型和改进的说明，但其他各种变型和改进也还处在本发明的范畴之内，比如在理解本阐明内容之后，可能处在本技术领域中人员的性能和知识范围之内。期望获得的权利包括：在允许的范围内的另外一些实施例，包含其他对于所申明权利要求的那些结构、功能、范围和步骤来说可互换的和/或对等的结构、功能、范围和步骤在内，无论是否这些其他可互换的和/或对等的结构、功能、范围和步骤是在此所披露的，以及并不期望公开地致力于任何可以取得专利的内容。

Claims (15)

1.一种流体控制阀门装置，包括：

基本圆柱形壳体；

设于所述壳体的第一位置的入口；

设于所述壳体的第二位置的出口；

套筒，至少部分地位于所述壳体之内，形成所述套筒外部区域和所述套筒内部区域，所述套筒外部区域与所述入口连通，所述套筒内部区域与所述出口连通；

所述套筒形成一个具有许多穿孔的穿孔区域，其中所述套筒形成使流体从所述套筒的外部区域经所述各穿孔流向所述套筒的内部区域的结构；

阀闸，在基本覆盖于所述穿孔区域的封闭位置和使流体通过所述穿孔流向所述套筒的内部区域的全开放位置之间平行移动，所述阀闸具有从其中径向延伸的支杆；

驱动器总成，至少间接地联接于所述阀闸，其提供基本平行于所述阀闸的移动轴线的力，其中所述驱动器总成的至少第一移动部分接触流经所述阀门的流体；基中所述驱动器总成包括至少第一带螺纹的驱动螺杆，其与结合于所述支杆的第一螺帽配合，并且其中所述驱动螺杆具有自由端；其中所述第一带螺纹的螺帽和所述第一驱动螺杆都与所述流体接触，并且壳体具有一环绕所述套筒、所述螺帽的完整区域，所述驱动螺杆的自由端具有一被所述壳体环绕的自由端。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述第一带螺纹的螺帽和第一驱动螺杆设置在没有外部润滑的环境下。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述第一带螺纹的驱动螺杆的螺纹表面和所述第一带螺纹的螺帽的螺纹表面中的至少一个包括选自不锈钢和黄铜的材料。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述驱动器不带有密封得不与流经所述阀门的流体接触的内部带螺纹的驱动管筒。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述阀闸移过一行程，此行程确定一基本上等于所述入口孔口直径的行程长度。

6.如权利要求1所述的装置，还包括一导管，在基本上不首先流过所述各穿孔的情况下向所述套筒的所述内部区域提供加压流体以实现回洗。

7.如权利要求6所述的装置，还包括所述壳体上的一可密封的检查孔，其中所述检查孔具有的面积小于所述入口孔口的大约截面面积。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述螺帽在一与所述阀闸的一上游边沿间隔开来的位置处联接于所述阀闸。

9.如权利要求8所述的装置，其中所述位置基本上靠近所述阀闸的一下游边沿。

10.如权利要求1所述的装置，其中所述第一螺帽和所述第一驱动螺杆基本上位于所述壳体内部。

11.如权利要求1所述的装置，其中所述驱动器设置有至少一个第一止推轴承。

12.如权利要求1所述的装置，其中所述驱动器基本上不带有通过一在其一侧承受所述流体压力的密封件轴向移动的部件。

13.一种流体控制方法，包括：

提供基本圆柱型壳体；

在所述壳体上的第一位置提供入口；

在所述壳体上的第二位置提供出口；

设置一套筒，至少部分地设置在所述壳体之内，以便形成所述套筒的外部区域和所述套筒的内部区域，所述套筒外部区域与所述入口连通，所述套筒内部区域与所述出口连通；

所述套筒形成一个具有多穿孔的穿孔区域，其中所述套筒形成使流体从所述套筒的外部区域经所述穿孔流向所述套筒的内部区域的结构；

设置阀闸，该阀闸具有从其中径向延伸的支杆，该阀闸相对于所述套筒设置，以便所述阀闸在基本覆盖于所述穿孔区域的封闭位置和使流体通过所述穿孔流向所述套筒的内部区域的全开放位置之间平行移动；

将驱动器总成联接于所述阀闸，以便提供基本平行于所述阀闸的移动轴线的力，其中所述驱动器总成的至少第一移动部分接触流经所述阀门的流体；

将所述壳体的所述入口联接于高压流体源；

以及将所述出口联接于低压流体导管，

其中，所述联接驱动器的步骤包括使至少一个第一带螺纹的可转动的驱动螺杆与结合于所述支杆的第一螺帽啮合，并且其中所述驱动螺杆具有自由端，以使所述第一螺帽和所述第一驱动螺杆都与所述流体接触，其中壳体具有一环绕所述套筒、所述螺帽和所述驱动螺杆的自由端的完整区域。

14.如权利要求13所述的方法，其中当所述阀闸在所述关闭位置与所述完全开启位置之间移动时，所述阀闸移过一基本上等于或大于所述入口孔口直径的距离。

15.如权利要求13所述的方法，还包括：

使所述流体的至少一第一部分在基本上不首先流过所述各穿孔的情况下流入所述套筒的所述内部区域以实现回洗。