CN101910698B - 用于具有两件式阀笼的阀的密封组件 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于具有两件式阀笼的阀的密封组件(202)。示例密封组件包括：限定孔的主体，所述孔沿着轴线延伸，以便滑动地接收关闭构件。所述主体包括可拆卸地耦接到第二部分(218)的第一部分(216)。所述第一部分包括第一凹槽(236)，而所述第二部分包括第二凹槽(240)。在所述第一部分耦接到所述第二部分时，第一凹槽和第二凹槽形成密封表面(242)。所述示例密封组件进一步包括至少一个设置在所述密封表面附近的密封构件(250)，从而提供抵靠所述关闭构件的密封和朝向所述密封表面偏置所述密封构件的偏置元件(254)。

Description

用于具有两件式阀笼的阀的密封组件

技术领域

本发明一般涉及阀，更具体地说，涉及用于具有两件式阀笼的阀的密封组件。

背景技术

阀普遍用在过程控制系统中，以控制工作流体的流动。线性阀(例如，闸板阀、球形阀、隔膜阀、夹管阀等)通常具有设置在流体路径中的关闭构件(例如，阀塞)。阀杆将关闭构件可操作地耦接到致动器，致动器在打开位置和关闭位置之间移动关闭构件，以允许或限制流体在阀的入口和出口之间流动。此外，为了提供期望的和/或实现特定的流体流动特性，阀通常采用插置在阀入口和出口之间的流体路径中的阀笼。阀笼可以减小容积流量、衰减噪音和/或减少或消除气穴现象。此外，阀笼环绕关闭构件，从而为关闭构件提供稳定性、平衡性和对准度。

为了在阀笼和关闭构件之间实现密封，关闭构件通常包括接收接合阀笼内表面的密封件或活塞环的通道或凹槽。通常，工业过程条件诸如工作流体的压力条件和操作温度(例如，过热蒸汽应用)决定了可以使用的阀和阀部件的类型，诸如例如可以用来在阀笼和关闭构件之间实现密封的密封件的类型。对于高温应用来说，不能使用挠性阀密封件(例如，聚合物密封件)，因为它们无法承受高温。

在高温应用中(例如，超过450°F)，鉴于其耐高温性，所以可以采用碳纤维活塞环。但是，由于其易碎性和缺乏弹性，碳纤维活塞环无法完整地安装并且在安装到关闭构件的凹槽中之前，必须断成数片，这可能导致关闭构件和阀笼之间发生不希望的泄漏。此外，阀入口和出口之间的流体压力差用来将密封件压力推靠或加载在密封表面(即，由关闭构件的凹槽形成的壁)上，从而在阀笼和关闭构件之间实现密封。但是，在低压应用中，流体压力可能不足以将密封件压力推靠在密封表面上，从而导致通过阀的不希望的泄漏。

发明内容

文中所述的用于具有两件式阀笼的阀的示例密封组件包括限定孔的主体，所述孔沿着轴线延伸以便滑动地接收关闭构件。所述主体包括可拆卸地耦接到第二部分的第一部分。第一部分包括第一凹槽，而第二部分包括第二凹槽。在第一部分耦接到第二部分时，第一凹槽和第二凹槽形成密封表面。所述示例密封组件进一步包括：至少一个密封构件，其靠近密封表面设置，从而提供抵靠所述关闭构件的密封；和朝向所述密封表面偏置所述密封构件的偏置元件。

在另一个示例中，阀包括具有入口孔和出口孔的阀体和可操作地耦接到致动器的关闭构件。所述阀进一步包括阀笼，所述阀笼具有主体和沿着阀笼的主体设置的密封表面。所述阀笼具有用于接收关闭构件的第一开口和用于控制通过控制阀的流体流动特性的第二开口。所述阀进一步包括靠近阀笼的密封表面设置从而在阀笼和关闭构件之间提供密封的密封构件；和限定位于入口孔和出口孔之间一开口的阀座。

附图说明

图1A是已知阀的一部分的横截面视图；

图2A示出了类似于图1A所示阀的示例阀的横截面视图，但是所述示例阀设置有文中所述的示例阀调整密封组件；

图2B示出了图2A所示的阀调整密封组件的一部分的放大横截面视图。

具体实施方式

本文所述示例密封组件可以与带有滑杆的阀一起使用，所述阀诸如例如控制阀、节流阀等，其包括具有两件式阀笼的阀调整设备。本文所述示例密封组件提供密封件，以防止阀的阀笼和关闭构件之间发生不希望的泄漏。具体来说，示例密封组件包括至少一个设置在两件式阀笼的密封表面中的密封件或活塞环(例如，碳纤维活塞环)。所述示例密封组件在需要碳纤维密封件的高温流体应用中特别具有优势，因为无需将密封件断裂成数片就可以安装该碳纤维密封件，从而减小或基本上消除安装误差，所述安装误差可能导致阀笼和关闭构件之间发生不希望的泄漏。附加地或者作为替代方案，本文所述密封组件包括偏置元件(例如，波纹垫圈)以提供载荷，从而将所述密封件推靠或偏置在阀笼的密封表面上，从而消除依赖工作流体的压力差将所述密封件压力推靠在所述密封表面上。

图1示出了已知的阀100一部分的横截面视图。图1所示的阀100包括阀体120，阀体在入口104和出口106之间限定流体流动通道。阀帽108经由紧固件110耦接到阀体102，这又将阀体102耦接到致动器(未示出)。虽然未示出，但是阀帽108可以容纳填塞系统并且可以包括多个耦接到阀体102的紧固件。设置在阀体102内形成的流体流动通道中的阀调整组件112控制入口104和出口106之间的流体流动。阀调整件112包括阀100的内部部件，诸如例如关闭构件、阀座、阀笼、阀杆和阀杆销。

参照图1，为了控制通过阀体102的流体，阀笼114设置在入口104和出口106之间，以提供特定的流体流动特性(例如，减少流过阀100的流体流产生的噪音和/或气穴现象)。阀笼能够包括各种设计特征，以提供特定的流体流动特性，以适合具体控制应用的需求。例如，阀笼114可以配置成提供特定的、期望的流体流动-压力降特性。阀笼114还可以便于维护、拆除和/或更换阀调整件112的其他部件。在所示例子中，阀笼114基本上为单体结构。但是，在其他示例实施方式中，阀笼114可以是两件式阀笼，包括可拆除地耦接到下部分的上部分。

关闭构件116(例如，阀塞)的外表面尺寸适于紧密配合在阀笼114中，以便关闭构件116可以在阀笼114内滑动。阀杆118可操作地将关闭构件116耦接到致动器杆(未示出)，所述致动器杆进而将关闭构件116耦接到致动器(未示出)。在操作中，致动器(例如气动致动器)在关闭位置到完全打开或最大流量位置之间驱动阀杆118并因此驱动关闭构件116，其中在所述关闭位置，关闭构件116与阀座120(例如，座圈)密封接合从而限制流体通过阀100流动，在所述完全打开或最大流量位置，关闭构件116离开阀座120以允许流体通过阀100流动。

关闭构件116包括通道或凹槽122，以便接收密封件或活塞环124，所述密封件或活塞环接合阀笼114的内表面126，从而防止流体从阀笼114和关闭构件116之间泄漏。对于高温应用场合，以弹性体材料制成的密封件或活塞环因其缺乏耐高温性而无法使用，因此操作温度升高可能导致弹性体密封件或活塞环永久变形或损坏，从而在阀笼114和关闭构件116之间发生不希望的泄漏。

碳纤维密封件或活塞环可以用于高温应用场合来承受高温流体。但是，由于其易碎性和缺乏弹性，碳纤维活塞环必须断裂成数片并且安装在关闭构件116的凹槽122中。在断裂时，断片形成参差不齐的边缘，在将断片安装在关闭构件116的凹槽122中的时候，配对地接合这些参差不齐的边缘。如果参差不齐的边缘没有正确对准，则断裂边缘可能在高压环境下分离，并可能导致关闭构件116和阀笼114的内表面126之间发生不希望的泄漏。此外，随着流体从阀100的入口104行进到出口106，碳纤维活塞环通常被流体的压力差压力推靠在关闭构件116的密封表面128以及阀笼114的内表面126上。但是，在低压状态下，流体压力可能不足以将密封件124加载抵靠在密封表面128上，从而导致通过阀100发生不希望的泄漏。

图2A示出了类似于图1所示阀的示例阀200的横截面视图，但是阀200设置有文中所述的示例密封组件202。图2B示出了图2A所示示例密封组件202的一部分的放大横截面视图。阀200中那些与图1的示例阀100中所用的部件类似或相同的部件以相同的附图标记指代。图2A的示例阀的那些与图1的示例阀的部件相同或类似的部件的说明不再重复，并且感兴趣的读者可以参照图1的描述以获取与这些部件相关的细节。

参照图2A和2B，示例阀200包括文中所述的示例密封组件202。阀200包括设置在由阀体102形成的通道中的阀调整组件204。调整件204包括设置有示例阀密封组件202的主体或阀笼206、关闭构件208、阀杆210、和呈座圈212形式的阀座。示例密封组件202在阀笼206的内表面214和关闭构件208之间形成密封。

阀笼206包括可拆卸地耦接到第二部分或下部分218的第一部分或上部分216。上部分216和下部分218耦接在一起，形成沿着轴线222的开口或孔220，从而滑动地接收关闭构件208。阀笼206引导关闭构件208并在关闭构件208在打开位置和关闭位置之间行进时提供侧向稳定性，从而减少振动和其他机械应力。

上部分216可以由第一材料(例如，合金钢)制成，而下部分218可以由不同于第一材料的第二材料(例如不锈钢)制成。这在严酷的服务应用(例如高温应用、腐蚀应用)中特别具有优势，这些严酷的服务应用可能需要更为昂贵的弹性材料(例如，耐腐蚀等)，因此通过使不与流体接触的上部分能够以低成本材料制造，可以降低制造成本。附加地或者作为可选方案，上部分216可以为实心非渗透性柱体或者结构，而下部分218可以是具有至少一个开口或小孔224的渗透性柱体或结构。小孔224可以设计成为流体提供期望的流体流动特性，例如用于减小噪音和/或气穴现象、改善工作流体的压减等等。通过改变小孔224的几何特征来实现所述期望的流体流动特性。在一些示例实施方式中，阀笼206的下部分218可以包括具有各种形状、尺寸和/或间隔的多个开口，以便控制流动、减少气穴现象和/或减少通过阀的噪音。

阀笼206的上部分216包括接合阀帽108的第一端226和接合阀笼206的下部分218的第二端228。上部分216的第一端226可以包括凹槽边缘230，以便将阀笼206与阀体102正确对准。同样，下部分218包括接合上部分216的第一端232和接合座圈212的第二端234。从图2B看得最清楚，上部分216的第二端228可以包括第一凹槽或通道236，而下部分218的第一端232可以包括由第一凹槽或通道240形成的阶梯壁238，以便在上部分216和下部分218耦接在一起时，第一凹槽或通道236和240形成密封表面242来接收密封组件202。密封组件202靠近密封表面242设置，从而提供抵靠关闭构件208的密封。

上部分216的第二端228和/或下部分218的第一端232可以包括一个或多个肩部以便于阀笼206的上部分216和下部分218的精确对准和/或可以确定尺寸或者具有导致这些肩部之间出现干涉配合或压力配合的形状或几何特征。在所示例子中，上部分216包括第二凹槽或通道244，以便在第一和第二凹槽236和244之间形成肩部或壁246。肩部246接合下部分218的阶梯壁238，以便于阀笼206的上部分216和下部分218的对准和可拆卸地耦接。当耦接在一起时，肩部246接合下部分218的第一凹槽240，使得下部分216的第一凹槽240、上部分216的第一凹槽236以及肩部246形成阀笼206的密封表面242。此外，附加地或者作为可选方案，上部分216的第二凹槽244能够接收垫片248，从而在阀笼206的上部分216和下部分218之间提供密封。在其他示例实施方式中，下部分218的第一端232可以包括第二凹槽或通道，以便在第一和第二凹槽之间形成肩部。在另一种示例实施方式中，阀笼206的上部分216和下部分218能够经由油脂、紧固件或者任何其他适当的紧固机构耦接。

由上部分216和下部分218各自的第一凹槽236和240以及肩部246形成的密封表面242的尺寸能够适于接收密封件或活塞环250至少其中之一。在所示例子中，密封环250靠近阀笼206的密封表面242设置，从而在阀笼206和关闭构件208之间提供密封。密封表面242的尺寸可以适于接收第一密封件250和第二密封件252。如图所示，第一和第二密封件250和252为碳纤维环。在其他示例实施方式中，第一和第二密封件250和252为弹性体密封件、碳纤维活塞环、两者的组合、或者以任何其他适当材料制成的任何其他密封件，从而在阀笼206的内表面214和关闭构件208之间实现密封。此外，密封件或活塞环250和/或252能够完整地安装而不必将它们断成数片才将它们安装在密封表面242周围。

文中所述密封组件202还可以包括偏置元件254，所述偏置元件靠近密封表面242设置，从而提供载荷将密封件250和252推靠或偏置在密封表面242上。偏置元件254可以是波纹垫圈、弹簧或者任何其他适当的偏置构件或机构。偏置元件254使得不需要依靠入口104和出口106之间的流体压力差就将密封件250和252压力推靠在密封表面242上，从而在阀笼206和关闭构件208之间提供有效的密封。在其他示例实施方式中，偏置元件254能够设置在阀笼206的上部分216的第一端226和阀帽108之间，或者任何其他适当位置从而将密封件250和252偏置在密封表面242上。

关闭构件208具有外表面256，外表面256尺寸设计成紧密地配合在阀笼206中，使得关闭构件208能够在阀笼206的孔220中滑动。关闭构件208能够在阀笼206内在关闭位置和打开位置之间滑动，在所述关闭位置，关闭构件208阻塞阀笼206的小孔224，而在所述打开位置，关闭构件208打开小孔224的至少一部分。关闭构件208还能够定位在完全打开位置和完全关闭位置，以控制通过阀200的流体流量。在所示例子中，关闭构件208描述为具有柱状主体和底座表面258的阀塞。但是，在其他示例实施方式中，关闭构件208可以为盘或者任何其他结构，以便改变通过阀的流体流动。阀杆210将关闭构件208可操作地耦接到致动器(未示出)。

当阀帽108连接到阀体102时，阀帽108压挤偏置元件254，偏置元件进而将密封件250和252压挤在阀笼206的密封表面242上。此外，阀帽108将阀笼206压挤在座圈212上，将座圈212保持在阀体102中并将垫片(未示出)压挤在座圈212和阀体102之间。此外，阀帽108将垫片248压挤在阀笼206的第一部分216和第二部分218之间。在一些示例实施方式中，阀200能够在阀帽108和阀笼206以及阀体102两者之间包括被阀帽108压缩的垫片(未示出)，从而使流体在阀体102中流动并防止不希望的泄漏。

在操作中，致动器(例如气动致动器)在关闭位置和完全打开或最大流量位置之间驱动关闭构件208，在所述关闭位置，关闭构件208的底座表面258与座圈212密封接合(即限制流体通过所述阀流动)，而在所述完全打开或最大流量位置，关闭构件208的底座表面258离开座圈212(即允许流体通过所述阀流动)。座圈212例如经由干涉配合和/或压配合、油脂配合、紧固件等耦接到阀笼206。随着关闭构件208移动离开座圈212，流体(例如高温蒸汽)在入口104和出口106之间流动。由于流体在入口104和出口106之间流动，所以流体也在关闭构件208和阀笼206的内表面214之间流动。当流体通过阀200流动时，文中所述的密封组件202防止流体从阀笼206和关闭构件208之间泄漏。偏置元件254将载荷施加在密封件250和252上，以将密封件250和252偏置在阀笼206的密封表面242上，从而实现适当的密封并防止阀笼206和关闭构件208之间发生不希望的流体泄漏。

文中所述的示例密封组件202在阀(例如图2A所示的阀200)的阀笼和关闭构件之间实现密封。阀笼包括上部分和下部分，它们耦接在一起以形成接收至少一个密封件或活塞环的密封表面。文中所述示例密封组件202在高温应用中特别具有优势。通常，对于高温应用来说，碳纤维活塞环用来承受高温工作流体并在阀笼和关闭构件之间实现密封。具体来说，文中所述示例密封组件202能够完整地安装(即，不必断成数片)并且靠近密封表面设置。附加地或者作为可选方案，文中所述的示例密封组件202可以包括偏置元件(例如，波纹垫圈)，从而将密封件加载或偏置在阀笼的密封表面上，这基本消除了依靠工作流体的压力差将密封件压力推靠在密封表面上。

虽然文中描述了特定的装置，但是本发明的覆盖范围并不限于此。相反，本发明覆盖实质上落入，无论是字面上落入还是根据等同原理落入，所附权利要求书范围内的所有装置。

Claims (20)

1.一种用于具有两件式阀笼的阀的密封组件，包括：

限定孔的主体，所述孔沿着轴线延伸以便滑动地接收关闭构件，其中所述主体包括可拆卸地耦接到第二部分的第一部分，所述第一部分包括第一凹槽，而所述第二部分包括第二凹槽，并且在所述第一部分耦接到所述第二部分时，所述第一凹槽和所述第二凹槽形成密封表面；

至少一个密封构件，其靠近所述密封表面设置以提供抵靠所述关闭构件的密封；和

偏置元件，其朝向所述密封表面偏置所述密封构件，

其中，所述第一部分包括肩部，所述第二部分包括阶梯壁，所述肩部和所述阶梯壁被放置以便于所述第一部分和所述第二部分的对准。

2.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述第一部分包括第三凹槽，从而在所述第一凹槽和所述第三凹槽之间形成肩部。

3.如权利要求2所述的密封组件，其中，在所述第一部分耦接到所述第二部分时，所述第二凹槽接收所述肩部，并且所述肩部、所述第一凹槽和所述第二凹槽形成所述密封表面以接收所述至少一个密封构件。

4.如权利要求2所述的密封组件，其中，所述第三凹槽用于接收垫片。

5.如权利要求1所述的密封组件，进一步包括耦接到所述第二部分的阀座和耦接到所述关闭构件的阀杆。

6.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述主体的所述第一部分包括第一材料，而所述主体的所述第二部分包括不同于所述第一部分的第二材料。

7.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述主体的所述第一部分是不可渗透的，而所述主体的所述第二部分是可渗透的。

8.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述密封构件包括环。

9.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述密封构件包括碳纤维环。

10.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述偏置构件包括波纹垫圈或弹簧。

11.如权利要求1所述的密封组件，其中，靠近所述密封表面设置有第一密封构件和第二密封构件。

12.一种阀，包括：

具有入口孔和出口孔的阀体；

可操作地耦接到致动器的关闭构件；

阀笼，所述阀笼具有主体和沿着所述阀笼的主体设置的密封表面，其中所述阀笼具有用于接收所述关闭构件的第一开口和用于控制通过控制阀的流体流动特性的多个第二开口；

靠近所述阀笼的密封表面设置从而在所述阀笼和所述关闭构件之间提供密封的密封构件；和

限定位于所述入口孔和所述出口孔之间开口的阀座，

其中，通过改变所述多个第二开口的几何特征获得期望的流体流动特性，以便控制流动，减少阀的噪音或者减少气穴现象。

13.如权利要求12所述的阀，进一步包括朝向所述阀笼的所述密封表面偏置所述密封构件的偏置元件。

14.如权利要求13所述的阀，其中，所述偏置元件包括波纹垫圈。

15.如权利要求12所述的阀，其中，所述阀笼包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括第一端和第二端，而所述第二部分包括第三端和第四端。

16.如权利要求15所述的阀，其中，所述第二端包括第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽在它们之间形成肩部，所述第三端包括用于接收所述肩部的第三凹槽，并且在所述第一部分耦接到所述第二部分时，所述第一凹槽、第三凹槽和所述肩部形成所述密封表面。

17.如权利要求16所述的阀，其中，所述第二凹槽用于接收垫片。

18.如权利要求15所述的阀，其中，所述阀笼的所述第一部分包括第一材料，而所述阀笼的所述第二部分包括不同于所述第一部分的第二材料。

19.如权利要求12所述的阀，其中，所述密封构件包括活塞环。

20.如权利要求12所述的阀，其中，所述密封构件包括碳纤维环。

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