CN203363189U - 流体阀 - Google Patents

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Abstract

一种流体阀包括阀体，阀体具有通过流体通道连接的流体入口和流体出口。阀座设置于流体通道内。流体控制构件可移动地设置于流体通道内，流体控制构件与阀座配合以控制流体流过流体通道。密封件组件设置于阀体内，密封件组件在流体控制构件在闭合位置时防止流体经过阀体泄漏。密封件组件至少部分由形状记忆合金制成。

Description

流体阀
技术领域
本实用新型主要地涉及控制阀密封件，并且更具体地涉及形状记忆合金赋能的或者包括形状记忆合金的控制阀密封件。 
背景技术
流体阀控制流体从一个位置流向另一位置。当流体阀在闭合位置时，防止阀的一侧上的高压强流体流向阀的另一侧上的较低压强位置。流体阀经常包含可移动的流体控制构件和某一类阀座，该阀座与流体控制构件配合以控制或者停止流体流过阀。尽管存在许多不同类型的流体阀，但是物理上分离较高压强流体区域与较低强压流体区域的一般原理适用于所有流体阀。由于这一压强差，来自较高压强侧的流体将自然地通过任何可能手段试图向较低压强侧迁移。在可移动控制构件与阀壳之间的空间经常可以提供如下通路，较高压强流体可以通过该通路向较低压强区域迁移(或者泄漏)。为了防止泄漏，多数流体阀包括在阀部分之间用于防止流体泄漏的一个或者多个密封件。 
在不太恶劣的温度环境中，流体阀的密封件可以由相对柔韧的材料比如弹性材料制成。弹性密封件由于它们的柔韧性质而相对易于安装。更具体而言，可以在安装期间伸展或者以别的方式操纵弹性密封件。由于这一柔性性质，弹性密封件也适应在阀部分之间的少量结构变化。然而，弹性密封件在温度上受限于少于约450°F的环境。在约450°F以上，弹性材料开始分解，这可能造成流体泄漏。弹性密封件的另一弊端在于弹性密封件往往在较高温度下失去向另一构件施加负荷的能力。 
在高温环境中使用的流体阀中的密封件一般由更坚固的材料、 比如石墨制成。尽管石墨密封件相对地在温度上容许多数高温操作，但是石墨密封件相对硬。石墨密封件的这一硬度使石墨密封件在组装期间更难以放置于阀中。此外，一旦放置，石墨密封件需要在阀部分之间的相对恒定负荷或者压强，这可能在具有大量操作温度变化的环境中不合需要。 
实用新型内容
一种流体阀包括阀体，阀体具有通过流体通道连接的流体入口和流体出口。阀座设置于流体通道内。流体控制构件可移动地设置于流体通道内，流体控制构件与阀座配合，以控制流体流过流体通道。密封件组件设置于阀体内，密封件组件在流体控制构件在闭合位置时防止流体经过阀体泄漏。密封件组件由形状记忆合金制成。 
这里描述的密封件组件提供在高温度的增加密封能力。密封件组件也通过在低温度有柔性来有助于组装流体控制阀。其它益处包括更均匀的几何形状，这也简化了制造过程。 
附图说明
图1是包括形状记忆合金密封件组件的流体控制阀的横截面视图； 
图2是图1中的圆2的具体横截面视图； 
图3是图1中的圆3的具体横截面视图； 
图4是图1的密封件组件中的密封件的一个实施例的横截面视图； 
图5是图1的密封件组件中的密封件的另一实施例的横截面视图； 
图6是密封件组件的一个备选实施例； 
图7是密封件组件的又一备选实施例。 
具体实施方式
根据本公开内容构造的一种密封件组件有利地在低温度下具有相对低应力并在较高温度下具有较高应力。较低应力状态有助于组装控制阀，包括安装密封件组件，因为密封件组件在低应力更柔韧和可操纵。在另一方面，较高应力状态促进在高温度的更佳密封。更高应力状态抵消或者弥补阀部分的不同热膨胀速率和在较高温度的更高流体压强。在一些情况下，密封件为随着流体控制构件移动的动态密封件提供较低摩擦力。此外，密封件组件在很大温度范围内有用。例如，在经历从0°F至1000°F以上之间的温度的控制阀中使用密封件组件。密封件组件通过由形状记忆合金材料形成密封件组件的至少部分来解决上文讨论的现有技术密封件的问题。 
形状记忆合金具有允许它们在加热时经历固态相变(例如从变形的马氏体相到奥氏体相)的特有性质。当在奥氏体相时，由形状记忆合金材料形成的环形密封件组件可以具有比阀部分的内径略小的直径(或者内径)，以有助于将密封件组件组装到流体控制阀中。在转变温度时，环形密封件组件转变到使环形密封件组件尝试膨胀的奥氏体相。在一种实施方式中，密封件组件在约400°F与约500°F之间的温度从马氏体相转变到奥氏体相。这一尝试的膨胀使环形密封件组件抵靠某些阀部件，由此产生更强的密封和/或补偿在某些阀构件之间的不同热膨胀速率。 
适合于在形成密封件组件时使用的形状记忆合金材料的例子包括也称为NiTi或者镍钛诺(接近等原子量钛镍合金)的镍钛。其它形状记忆和超弹性合金或者高温形状记忆合金，比如NiTi X合金，其中X是取代Ti的Hf或者Zr和/或X是取代Ni的Cu、Pd、Pt和/或Au，例如NiTiCu或者TiNiPd。所述形状记忆合金材料的例子还包括钴镍铝合金。 
形状记忆合金、比如NiTi以锻造形式表现两个显著应变恢复性质，即形状记忆效应和超弹性。第一性质是指形状记忆合金通过适度温度增加从大量机械所致应变(即例如在现有形状记忆合金结构中的上至8％)恢复的能力。后一种性质是指在相对高温度域中的 橡胶式滞后应变恢复。在每种情况下，根本机制是温度或者应力改变可以引起的在固态相之间的可逆马氏体变换。一些形状记忆合金也具有优良结构性质和优良抗腐蚀性，这些是在流体控制阀部件中的特别有用的性质。 
现在参照图1，示例流体控制阀10可以包括阀体12，该阀体具有通过流体通道18连接的流体入口14和流体出口16。阀座20可以定位于流体通道18内。流体控制构件，比如阀塞22可以可滑动地装配于阀体12内，阀塞22与阀座20相互作用，以控制流体在流体入口14与流体出口16之间流动。在这一实施例中，阀笼24也可以装配于阀体12内。在阀塞22在阀体12内移动时阀笼24充当阀塞22的引导件。此外，阀笼24可以包括多个穿孔或者窗口，其被设计用于表征流过流体控制阀10的流体流动。阀塞22可以附着到由连接到阀盖30的致动器移动的阀杆26。致动器以往复方式操作阀杆26，以朝着或者背离阀座20移动阀塞22来控制流体流过阀体12。 
当阀塞22在闭合位置接触阀座20以防止流体流过阀体12时，流体压强在阀体12的入口侧上增加。因而，流体将尝试借助任何可用手段从高压强入口侧流向低压强出口侧。例如，流体可以尝试流过在阀座20与阀体12之间产生的任何间隙、流过在阀笼24与阀体12之间产生的任何间隙或者流过在阀塞22与阀笼24之间的任何间隙。可能存在流体可以尝试流过的其它间隙。一个或者多个密封组件32可以放置于上文描述的间隙中(或者任何其它间隙中)，以阻止流体流过间隙。 
尽管这里公开滑动杆阀为流体控制阀的一个示例实施例，但是可以在包括密封件的实质上任何类型的流体阀中使用这里描述的密封件组件。例如，可以在各种类型的阀、例如球阀、球心阀、蝶形阀或者偏心塞阀中使用公开的密封件组件。 
图2是阀座20和阀体12的部分的具体视图。阀体12可以包括肩部40，该肩部在尺寸和形状上被设定用于支撑在阀座20的外表 面中形成的环形突出部42。在图2的实施例中，环形通道44可以形成于阀座20的外表面中，在环形突出部42以下，用于接收密封组件32。在其它实施例中，可以在阀体12中形成的环形通道中接收密封件组件。在更多其它实施例中，密封件组件32可以简单地位于阀座20的外表面与阀体12的内表面之间。不管怎样，密封件组件32防止流体在阀座20与阀体12之间流动。 
图3是阀体12、阀笼24和阀塞22的具体部分。图3图示用于密封件组件32的一些备选位置。例如密封件组件32可以位于阀笼24中的环形通道46中，以防止流体在阀笼与阀体12之间流动。在其它实施例中，密封件组件32可以位于在阀体12中形成的环形通道中。备选地，密封件组件32可以位于阀塞22中的环形通道48中，以防止流体在阀笼24与阀塞22之间流动。在其它实施例中，密封件组件32可以位于在阀笼24中形成的环形通道中。在图2和3中所示的密封件组件32的位置仅为可能密封件组件位置的一些例子。公开的密封件组件可以位于阀体12内的实质上任何位置。 
图4图示密封件组件32的一个实施例。在这一实施例中，密封件组件包括由形状记忆合金材料制成的环形元件。密封件组件32具有在一侧上包括开口60的w形横截面。两个自由端62、64可以由旋绕部66连接，该旋绕部包括由凹部72连接的第一凸部68和第二凸部70。自由端62、64可以从彼此离开向外成角度，从而当形状记忆合金材料从马氏体相转变到奥氏体相时，将在向外方向上指引增加的材料应力，密封件组件在马氏体相中表现较低的弹簧比率，并在奥氏体相中表现较高的弹簧比率，从而使自由端62、64向位于自由端62、64的任一侧上的阀元件(例如，图2中的阀体12和阀座20)施加压力。这一增加的应力将提高在两个阀元件之间的密封能力。 
图5图示了密封件组件32的另一实施例。密封件组件32具有U形横截面，该横截面包括由凸部86连接的两个自由端82、84。开口80可以形成于密封件组件32的一侧中。与图4的实施例相似， 当形状记忆合金材料从马氏体相转变到奥氏体相时，将在向外方向上指引增加的材料应力，从而使自由端82、84向位于自由端82、84的任一侧上的阀部件施加压力。 
图6图示了阀组件32的又一实施例。可以在希望使用石墨密封件材料的环境中使用图6中的密封件组件32。与图5的实施例相似，密封件组件32具有U形横截面元件，该元件具有由凸部96连接的两个自由端92、94。开口90可以形成于两个自由端92、94之间。第一石墨环97可以与第一自由端92邻近，并且第二石墨环99可以与第二自由端94邻近。第一石墨环97可以置于在第一阀部件、比如阀体12中形成的环形通道50中。第二石墨环99可以置于在第二阀部件、比如阀座20中形成的环形通道44中。在图6的实施例中，U形元件向外偏置第一和第二石墨环97、99，以产生在阀体12与阀座20之间的紧密密封。 
图7图示了密封件组件32的又一实施例。与图5的密封件组件32相似，密封件组件32可以包括由形状记忆合金材料制成的U形元件。U形元件可以位于阀座20与阀体12之间。密封件保持装置、比如弹簧夹101可以位于U形元件上游，以阻止U形元件在阀座20与阀体12之间的空间内移动。弹簧夹101可以至少部分位于阀座中的环形通道103内。由于U形元件的开口80朝着入口流体流定向，所以流体向外压迫自由端82、84，因此增强在阀座20与阀体12之间的流体密封。 
在上文描述的实施例中的每个实施例中，开口60、80、90可以朝着更高压强流体(即沿着流体流向朝着入口)定向，以通过向外机械地压迫自由端62、64、82、84、92、94来进一步增强密封能力。这一机械压力可以加强形状记忆合金在从马氏体相转变到奥氏体相时的增加材料应力，或者机械压力可以在形状记忆合金达到转变点之前提供增加的密封力。 
这里描述的密封件组件提供在高温度的增加密封能力。密封件组件也通过在低温度有柔性来有助于组装流体控制阀。其它益处包括更均匀的几何形状，这也简化了制造过程。 
虽然这里已经根据本公开内容的教导描述某些密封件组件和流体控制阀，但是本实用新型的范围不限于此。恰好相反，本实用新型覆盖合理落入允许等效的范围内的本公开内容的教导的所有实施例。 

Claims (19)

1.一种流体阀，其特征在于，包括： 
阀体，其具有通过流体通道连接的流体入口和流体出口； 
阀座，其设置于所述流体通道内； 
流体控制构件，其可移动地设置于所述流体通道内，所述流体控制构件与所述阀座配合，以控制流体流过所述流体通道；以及 
密封件组件，其设置于所述阀体内，所述密封件组件在所述流体控制构件在闭合位置时防止流体经过所述阀体泄漏， 
其中，所述密封件组件包括形状记忆合金。 
2.根据权利要求1所述的流体阀，其特征在于，所述密封件组件设置于所述阀座与所述阀体之间。 
3.根据权利要求2所述的流体阀，其特征在于，所述密封件组件在所述流体控制构件在闭合位置中时向所述阀座施加负荷，以增强所述阀座的密封效果。 
4.根据权利要求2所述的流体阀，其特征在于，所述阀座包括搁放于在所述阀体中形成的肩部上的突出部，密封件保持装置位于所述阀座与所述阀体之间，并且所述密封件组件位于所述密封件保持装置与所述突出部之间。 
5.根据权利要求4所述的流体阀，其特征在于，所述密封件保持装置是弹簧夹。 
6.根据权利要求1所述的流体阀，其特征在于，所述密封件组件包括镍钛合金。 
7.根据权利要求1所述的流体阀，其特征在于，所述密封件组件包括钴镍铝合金。 
8.根据权利要求1所述的流体阀，其特征在于，所述密封件组件包括具有指向高压强流体的开口的U形元件。 
9.根据权利要求1所述的流体阀，其特征在于，所述密封件组件包括具有指向高压强流体的开口的w形元件。 
10.根据权利要求1所述的流体阀，其特征在于，所述密封件组件位于第一石墨环与第二石墨环之间。 
11.根据权利要求10所述的流体阀，其特征在于，所述第一石墨环至少部分设置于所述阀体中的第一环形通道中。 
12.根据权利要求11所述的流体阀，其特征在于，所述第二石墨环至少部分设置于所述阀座中的第二环形通道中。 
13.根据权利要求1所述的流体阀，其特征在于，还包括位于所述阀体内的阀笼。 
14.根据权利要求13所述的流体阀，其特征在于，所述密封件组件位于所述阀笼与所述阀体之间。 
15.根据权利要求13所述的流体阀，其特征在于，所述密封件组件位于所述阀笼与所述流体控制构件之间。 
16.根据权利要求1所述的流体阀，其特征在于，所述密封件组件在较低温度下处于马氏体相，并且所述密封件组件在较高温度下处于奥氏体相。 
17.根据权利要求16所述的流体阀，其特征在于，所述密封件组件在约400°F与约500°F之间的温度从所述马氏体相转变到所述奥氏体相。 
18.根据权利要求16所述的流体阀，其特征在于，所述密封件组件在所述马氏体相中表现较低的弹簧比率，并在所述奥氏体相中表现较高的弹簧比率。 
19.根据权利要求1所述的流体阀，其特征在于，所述阀座由具有第一热膨胀系数的材料制成，所述阀体由具有第二热膨胀系数的材料制成，并且所述密封件组件位于所述阀座与所述阀体之间，当所述阀座和所述阀体随着温度改变而膨胀和收缩时，所述密封件组件从马氏体相转变到奥氏体相并且转变回所述马氏体相，以维持所述阀座上的相对恒定负荷。 
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