CN112539290A

CN112539290A - 用于流体控制设备的机械止动排放

Info

Publication number: CN112539290A
Application number: CN201910899887.5A
Authority: CN
Inventors: 闫剑; 类彦威; 时延波; 范国磊
Original assignee: Fisher Jeon Gas Equipment Chengdu Co Ltd
Current assignee: Fisher Jeon Gas Equipment Chengdu Co Ltd
Priority date: 2019-09-23
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2021-03-23
Anticipated expiration: 2039-09-23
Also published as: CN112539290B

Abstract

用于流体控制设备的机械止动排放。一种流体控制设备包括控制元件，该控制元件在套筒内在打开位置与关闭位置之间滑动。该控制元件在套筒内的行程受到套筒和控制元件的干涉止动面的限制，从而防止控制元件止动面滑动超过套筒止动面。排放口将存在于套筒和控制元件之间的空间与控制元件的内部流体地耦接。

Description

用于流体控制设备的机械止动排放

技术领域

本发明涉及一种流体控制设备，尤其涉及一种用于流体控制设备的机械止动排放系统。

背景技术

紧急关断阀是一类在发生检测到的过程条件的情况下快速致动(例如，在紧急状况发生时可快速关闭)的阀。通常，紧急关断阀包括阀和紧急关断触发机构，当过程条件达到固定的设定值时，紧急关闭触发机构可以驱动控制元件快速切断阀的流动通道。当满足某些固定的设定值时，紧急关断阀会切断流体以保护系统中的下游部件。当系统恢复正常工作时，需要手动复位切断以打开阀。

发明内容

公开了一种流体控制设备，其包括：套筒，所述套筒包括第一止动面；控制元件，所述控制元件被配置为在所述套筒内在第一位置与第二位置之间滑动，在所述第一位置，所述控制元件接合阀座以限制通过所述流体控制设备的流体流动，在所述第二位置，所述控制元件与所述阀座间隔开以允许通过所述流体控制设备的流体流动，其中，所述控制元件包括第二止动面，所述第二止动面被配置为与所述第一止动面配合以限制所述控制元件在所述套筒内的行程；以及位于所述套筒与所述控制元件之间的密封件；其中，所述控制元件包括排放口，所述排放口将所述套筒和所述控制元件之间的空间与所述控制元件的内部流体地耦接。当所述控制元件处于所述第一位置时，所述空间可以在所述密封件与所述第一止动面之间延伸。弹性材料可以沿着所述第二止动面而定位。所述弹性材料可以是O形环。当所述控制元件处于所述第一位置时，所述弹性材料可以阻止在所述第一止动面与所述第二止动面之间的流体流动。所述排放口可以在所述控制元件的内表面与所述控制元件的外表面之间径向地延伸穿过所述控制元件，所述控制元件的内表面与所述流体控制设备部的入口流体连通，所述控制元件的外表面邻近所述套筒定位。所述排放口可以被定位在所述控制元件内，使得当所述控制元件处于所述第一位置时，所述排放口位于所述密封件与所述第一止动面之间。

所述流体控制设备可以是具有纵向轴线的轴流式设备。所述第一止动面可以是第一成角度的表面，所述第一成角度的表面具有与所述纵向轴线不垂直的角度。所述第二止动面是第二成角度的表面，所述第二成角度的表面具有与所述纵向轴线不垂直的角度。

公开了一种紧急关断阀，其包括：阀体，所述阀体限定入口、出口、以及所述入口与所述出口之间的流体流动路径；套筒，所述套筒被定位在所述阀体内，其中，所述套筒包括第一止动面；控制元件，所述控制元件被配置为在所述套筒内在第一位置与第二位置之间滑动，在所述第一位置，所述控制元件接合阀座以限制所述入口与所述出口之间的流体流动，在所述第二位置，所述控制元件与所述阀座间隔开以允许所述入口与所述出口之间的流体流动，其中，所述控制元件包括第二止动面，所述第二止动面被配置为与所述第一止动面配合以限制所述控制元件在所述套管内的行程；弹簧，所述弹簧使所述控制元件朝向所述第一位置偏置；执行器组件，所述执行器组件包括触发机构，其中，所述触发机构被配置为防止所述控制元件在第一操作模式中行进到所述第一位置，并且使得所述控制元件能够在第二操作模式中行进到所述第一位置，其中，所述控制元件包括排放口，所述排放口被配置为当所述控制元件处于所述第一位置时防止流体被捕获在所述套筒与所述控制元件之间。所述执行器组件可以包括手动致动组件，所述手动致动组件被配置为允许将所述控制元件从所述第一位置手动地移动到所述第二位置。

附图说明

图1是根据本公开内容的教导组装的轴流式紧急关断阀的剖面侧视图。

图2是根据本公开内容的教导的、图1的轴流式紧急关断阀的机械止动部分的剖面侧视图。

图3是根据本公开内容的教导的、具有机械止动排放系统的图1的轴流式紧急关断阀的机械止动部分的剖面侧视图。

具体实施方式

图1描绘了其中可以实施本公开内容的机械止动排放系统的示例性流体控制设备10。流体控制设备10是轴流式紧急关断阀10，其包括执行器组件14。轴流式紧急关断阀10包括阀体18和布置在阀体18中的阀组件22。阀体18限定入口26、出口30以及在入口26与出口30之间的流体流动路径34。阀体18具有与阀杆38的纵向轴线X同轴对准的纵向轴线。与阀组件22相比，流动路径34朝向阀体18的周边布置。

阀组件22包括阀杆38、耦接到阀杆38的第一端44的控制元件42、以及弹簧46。阀组件22的阀杆38和控制元件42可沿着纵向轴线X在打开位置与关闭位置之间移动，在打开位置，控制元件42与阀座50间隔开以允许在入口26和出口30之间通过阀10的流体流动，在关闭位置，控制元件42接合阀座50(如图1所示)以限制在入口26与出口30之间通过阀10的流动。弹簧46使控制元件42朝向关闭位置偏置，在关闭位置，控制元件42接合阀座50以阻止入口26与出口30之间的流体流动。

执行器组件14包括触发机构84，触发机构84响应于一个或多个过程条件(例如，下游压强)并且布置在阀体18的外侧。触发机构84可操作地耦接到执行器组件14的传动轴72。传动轴72可操作地耦接到止转轭机构60，止转轭机构60转而可操作地耦接到阀杆38。传动轴72绕Y轴线的旋转导致阀杆38和控制元件42沿X轴线的线性运动，反之亦然。在第一正常操作模式中，紧急关断阀10处于打开位置，并且触发机构84防止传动轴72相对于由弹簧46施加的偏置力(经由止转轭机构60)而旋转。在该第一操作模式中，控制元件42与阀座50间隔开，这使得流体能够从入口26流过笼54中的开口(这些开口基于控制元件42在图1中所示位置的方向K上的移动而可供流体流动)，沿着流体流动路径34流动，并流出出口30。在第一操作模式中，触发机构84处于“待命”状态，使得任何过程切断条件(例如，下游压强高于或低于在触发机构中配置的切断设定点等)将使触发机构84立即转换到第二操作模式。

在第二操作模式中，触发机构84释放，这允许传动轴72在由弹簧46施加的偏置力下(经由止转轭机构60)旋转，由此使得控制元件42能够由弹簧46在J方向上驱动。在触发机构84处于第二操作模式时发生的关闭位置(如图1所示)，控制元件42接合阀座50，这阻止流体在入口26与出口30之间流动。控制元件42中的开口62使得入口26处的流体能够进入控制腔64，而不管控制元件42的位置如何，这确保了入口26处的流体压强与控制腔64中的流体压强基本上相等。因此，基于入口26处的流体压强在方向K上作用于控制元件42上的力与基于控制腔64中的流体压强在方向J上作用于控制元件42上的基本上相等的力抵消。

当触发机构84跳脱到第二操作模式时，通常必须通过以下方式来转换回到第一操作模式：手动打开紧急关断阀10，以使控制元件42沿方向K移动直到触发机构84重新待命为防止传动轴72的旋转，由此标志着返回第一操作模式。该手动致动过程通过手动致动组件86来实现。注意，由于入口26和控制腔64处相等的流体压强所提供的上述力平衡，在手动打开阀并移动控制元件42时，仅需要克服弹簧力，而不需要克服由流体压强产生的力。

手动致动组件86包括手柄64、杠杆76和传动机构68。手柄64(其可以是可旋转输入设备，诸如旋钮、手轮等)用于手动打开阀10并且通过杠杆76连接到传动机构68。输入轴80(其可以是杠杆76或传动机构68的一部分)通过手柄64和杠杆76的手动旋转而绕轴线Y旋转。输入轴80的旋转传递到传动机构68。更具体而言，杠杆76具有方形孔，该方形孔接收输入轴80的方形端部以将杠杆76耦接到传动机构68。传动机构68被配置为将经由手柄64传递的扭矩放大为被传递到传动轴72的输出扭矩。传动机构68耦接到传动轴72并将输出扭矩传递到轴72，轴72转而传递该输出扭矩以通过止转轭机构60移动控制元件42。止转轭机构60连接到紧急关断阀10的阀杆38的第二端56并且将轴72的旋转运动转换为阀杆38的线性运动以打开(即，复位)阀10。

如图2所示，控制元件42在被定位于阀体18内的套筒8内滑动。密封件36防止流体在套筒8与控制元件42之间流动，否则这种流动会在控制腔64与流体流动路径34之间形成流动路径。当触发机构84跳脱并转换到第二操作模式时，弹簧46以显著的力和速度在方向J上驱动控制元件42。机械止动(图2中示出)限制控制元件42的行程，使得控制元件适当地接合阀座50而不损坏控制元件42和阀座50的密封表面。机械止动通过套筒8的向内成角度的第一止动面12与控制元件42的向外成角度的第二止动面24之间的干涉来提供，第一止动面12与第二止动面24配合以允许控制元件42仅在方向J上行进直到表面24接触表面12，此时控制元件42的密封表面与阀座50的密封表面接合。为了减小表面12和24之间的碰撞的影响，缓冲O形环16被定位在控制元件42与耦接到控制元件42的下游端(即，沿着表面24)的环20之间。缓冲O形环16由弹性材料形成，并被定位成在表面24接触表面12之前接触表面12，以减小表面12与24之间碰撞的影响。尽管缓冲O形环16的目的不是提供控制元件42与套筒8之间的密封，但是由于缓冲O形环的可变形性质，当控制元件42处于关闭位置时(即，当缓冲O形环接触表面12时)，它确实形成这种密封。

虽然当紧急关断阀10处于关闭位置时，可以期望由缓冲O形环16产生的这种非预期的密封作为对密封件36的无害冗余起作用，但发明人已经发现了非预期的结果。具体地，当控制元件42处于关闭位置时，缓冲O形环16与表面12之间的接触所产生的密封导致密封件36与缓冲O形环16之间的密封空间32(即，当控制元件42处于关闭位置时，缓冲O形环16阻止套筒8与控制元件42之间的流体流动)。如应当理解的，当控制元件42处于打开位置时，控制元件42、环20和缓冲O形环16都从图2所示的位置沿方向K移动。在该打开位置，缓冲O形环16与表面12间隔开，这使得来自控制腔64的流体能够进入控制元件42与套筒8之间的空隙直到密封件36的点。如上所述，控制腔64与入口26流体连通，因此控制腔64内的流体压强以及在控制元件42与套管8之间的空隙内的流体压强基本上等于入口26处的流体压强。当触发机构84转换到第二操作模式并且控制元件42沿方向J移动直到缓冲O形环16接触表面12时，被捕获在密封空间32中的流体具有压强P2，该压强P2等于在紧急关断阀10关闭时入口26处和控制腔64内部的流体压强。当紧急关断阀10关闭时，通常在入口26处的流体压强以及因此在控制腔64中的流体压强上升到超过压强P2的压强P1。因此，由于流体压强P2在区域A上沿方向K作用于控制元件42的力小于由于流体压强P1在区域A上沿方向J作用于控制元件42的力。虽然剖面区域A看起来很小，但是区域A形成了环形区，该环形区跟随在表面24的圆周之后。当紧急关断阀10具有大尺寸(例如，12英寸)时，对应于区域A的环形区可以具有显著的面积。例如，环形区可以具有大约8-10平方英寸的面积。而且，流体压强P1和P2之间的差可能很大。例如，P1和P2之间的差可达到约150psi的水平。因此，由作用在与区域A相对应的环形区上的P1和P2之间的流体压差产生的不平衡力可能是显著的(例如，高达1,200至1,500磅)。如上所述，控制元件42必须在方向K上手动移动以重新建立通过紧急关断阀10的流动并通过将触发机构84置于第一操作模式来使触发机构84重新待命。由P1和P2之间的压差引起的不平衡力可能使该手动操作变得困难或不可能。

为了解决该问题，发明人设计了一种消除压差并进而消除所产生的不平衡力的技术。具体地，如图3所示，控制元件42形成有排放口46，排放口46径向地延伸穿过控制元件42。从缓冲O形环16稍微沿J方向将排放口46定位在控制元件42中，使得当控制元件42处于关闭位置时，排放口46将腔室32与控制腔64(即，与控制元件42的内部)流体地耦接。在一个实施例中，可以存在沿控制元件42的内圆周的单个排放口46。在另一个实施例中，可以存在沿着控制元件42的内圆周间隔开的多个排放口46。腔室32与控制腔64之间的流体耦接确保压强均衡，并由此消除了不平衡力，该不平衡力会使得手动复位紧急关断阀10变得困难或不可能。

本文提供的附图和描述仅出于说明的目的描绘和描述轴向调节器的优选实施例。本领域技术人员将从前述讨论中容易地认识到，可以采用本文所示部件的替代实施例而不脱离本文所述的原理。因此，在阅读本公开内容后，本领域技术人员将理解轴向调节器的其它替代结构和功能设计。因此，虽然已经说明和描述了特定实施例和应用，但是应当理解，所公开的实施例不限于本文公开的精确构造和部件。在不脱离所附权利要求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、操作和细节进行对于本领域技术人员而言显而易见的各种修改、改变和变化。

Claims

1.一种流体控制设备，包括：

套筒，所述套筒包括第一止动面；

控制元件，所述控制元件被配置为在所述套筒内在第一位置与第二位置之间滑动，在所述第一位置，所述控制元件接合阀座以限制通过所述流体控制设备的流体流动，在所述第二位置，所述控制元件与所述阀座间隔开以允许通过所述流体控制设备的流体流动，其中，所述控制元件包括第二止动面，所述第二止动面被配置为与所述第一止动面配合以限制所述控制元件在所述套筒内的行程；以及

密封件，所述密封件位于所述套筒与所述控制元件之间，其中，所述控制元件包括排放口，所述排放口将所述套筒和所述控制元件之间的空间与所述控制元件的内部流体地耦接。

2.根据权利要求1所述的流体控制设备，其中，当所述控制元件处于所述第一位置时，所述空间在所述密封件与所述第一止动面之间延伸。

3.根据权利要求1所述的流体控制设备，其中，弹性材料沿着所述第二止动面而定位。

4.根据权利要求3所述的流体控制设备，其中，所述弹性材料包括O形环。

5.根据权利要求4所述的流体控制设备，其中，当所述控制元件处于所述第一位置时，所述弹性材料阻止在所述第一止动面与所述第二止动面之间的流体流动。

6.根据权利要求1所述的流体控制设备，其中，所述排放口在所述控制元件的内表面与所述控制元件的外表面之间径向地延伸穿过所述控制元件，所述控制元件的内表面与所述流体控制设备的入口流体连通，所述控制元件的外表面邻近所述套筒定位。

7.根据权利要求6所述的流体控制设备，其中，所述排放口沿着所述控制元件被定位在当所述控制元件处于所述第一位置时将所述排放口定位在所述密封件与所述第一止动面之间的位置处。

8.根据权利要求1所述的流体控制设备，其中，所述流体控制设备是具有纵向轴线的轴流式设备。

9.根据权利要求8所述的流体控制设备，其中，所述第一止动面是第一成角度的表面，所述第一成角度的表面具有与所述纵向轴线不垂直的角度。

10.根据权利要求9所述的流体控制设备，其中，所述第二止动面是第二成角度的表面，所述第二成角度的表面具有与所述纵向轴线不垂直的角度。

11.一种紧急关断阀，包括：

阀体，所述阀体限定入口、出口、以及所述入口与所述出口之间的流体流动路径；

套筒，所述套筒被定位在所述阀体内，其中，所述套筒包括第一止动面；

控制元件，所述控制元件被配置为在所述套筒内在第一位置与第二位置之间滑动，在所述第一位置，所述控制元件接合阀座以限制所述入口与所述出口之间的流体流动，在所述第二位置，所述控制元件与所述阀座间隔开以允许所述入口与所述出口之间的流体流动，其中，所述控制元件包括第二止动面，所述第二止动面被配置为与所述第一止动面配合以限制所述控制元件在所述套管内的行程；

弹簧，所述弹簧使所述控制元件朝向所述第一位置偏置；以及

执行器组件，所述执行器组件包括触发机构，其中，所述触发机构被配置为防止所述控制元件在第一操作模式中行进到所述第一位置，并且使得所述控制元件能够在第二操作模式中行进到所述第一位置，其中，所述控制元件包括排放口，所述排放口被配置为当所述控制元件处于所述第一位置时防止流体被捕获在所述套筒与所述控制元件之间。

12.根据权利要求11所述的紧急关断阀，其中，所述执行器组件包括手动致动组件，所述手动致动组件被配置为允许将所述控制元件从所述第一位置手动地移动到所述第二位置。