用於旋轉控制閥的防垢控制元件的製作方法
2023-06-04 02:32:41 2
專利名稱：用於旋轉控制閥的防垢控制元件的製作方法
技術領域：
本防垢控制元件一般涉及旋轉控制閥，更具體地講，涉及抑制結垢(scale)形成的球閥。
背景技術：
球閥通常用於控制管道中的流體流動。這種閥對於控制諸如見於採礦業之類中的侵蝕性泥漿的流動尤為有利。有異於蝶形閥和偏心旋塞閥，球閥允許與管道內的流動基本上平行的流體流徑。平行流動可降低對閥部件和下遊管道的衝擊侵蝕。
典型的球閥包括可在開啟和關閉位置間移動的一般為半球形或者球形的控制元件。處在關閉位置時，控制元件的曲面與密封表面相接合，以防止或者調節經過閥體的流體流動。處在開啟位置時，流體可主要流經控制元件的內密封表面並通過流環(flow ring)。然而，閥或者控制元件的內部特徵可降低通過閥某些區域的流速。例如，在許多球閥中，當閥處於開啟位置時，位於球的外表面和流環之間的區域是一個低速流動區域。
某些侵蝕性泥漿可在流速減緩或者停滯區域中的閥部件上形成結垢。結垢最終可能防礙閥的運轉，這會導致昂貴而又耗時的維護乃至危及人員的工作條件。在某些情況下，泥漿可形成極其堅硬的結垢，從而引起極大範圍的停工乃至需要更換閥。如果停止操作以維護或者更換不能運轉的閥，其損失可以數千美元計。
因此，需要一種不會產生可能促使結垢形成的低速流動區域的球閥。
發明內容
根據本控制元件的一個實施例，旋轉控制閥通過至少一個耳把被連接到旋轉軸。該控制元件包括第一和第二表面，該第一表面通常與流環密封。該第二表面通常從該第一表面上凹進，以便於流經該閥的流體越過該第一表面，從而防止該第二表面結垢或者外來物質累積其上。
根據本控制元件的另一實施例，旋轉控制閥具有閥體，以及在該閥體內旋轉以控制經過該閥體的流體流動的控制元件。該控制元件具有使該閥體的流環座落在其上的表面區域，以防止流體流經該閥體。該控制元件還具有第二表面，該第二表面相對於該第一表面通常是凹進的，以便在該閥處於開啟位置時產生經過該閥體並越過該第一表面的次流徑，從而防止結垢或者外來物質沿該第一表面累積。
本控制元件的特徵被確信為新穎的，並在所附的權力要求中進行了詳盡的闡述。通過參考下列敘述並結合附圖可極好地理解本控制元件，在這幾幅附圖中相同的參考標號標識相同的元件，其中圖1是根據現有技術的流體控制閥的橫截面視圖；圖2是根據本控制元件一個實施例的流體控制閥的橫截面視圖；圖3是根據本控制元件一個實施例的流體控制閥的控制元件的平面局部剖面圖；圖4是根據本控制元件一個實施例的流體控制閥的控制元件的立剖面圖；圖5是根據本控制元件一個實施例的流體控制閥的控制元件的立剖面圖；圖6是根據本控制元件另一實施例的流體控制閥的控制元件的平面局部剖面圖。
具體實施例方式
儘管下文將詳細討論製造和使用本控制元件的各種不同實施例，但應理解本控制元件可提供多種可應用的創造性概念，這些概念可實施於很多類型的具體環境中。此處所討論的具體實施例僅為說明製造和使用該控制元件的具體方法，並非用於限制本控制元件的範圍。
現在參見圖1，其描繪了根據現有技術的流體控制閥10。閥體12容納控制元件14，控制元件14可圍繞控制軸16的軸線旋轉。控制元件14的前表面18與環形座表面(seating surface)20摩擦或者緊密接合，該環形座表面20可利用流環22形成。當流體控制閥10處於開啟位置時，流體可沿箭頭24所示的方向從上遊管口26經由流環22流向下遊管口28。然而，區域30中可能出現低速流動或者停滯。因此，當控制元件14處於開啟位置時，位於區域30中的控制元件14的前表面18上可能會形成結垢32。結垢32可妨礙控制元件14的前表面18越過流環22的環形座表面20的運動，並使流體控制閥10無法運轉。無法運轉的流體控制閥10可迫使生產過程停止，同時對流體控制閥10進行保養或者更換。停止生產過程以進行計劃外的維護會導致巨額經濟損失。在某些情況下，無法運轉的流體控制閥10可能導致危險的、乃至危及生命的操作條件。
本控制元件可減少或者消除由低速流動或者停滯引起的結垢。現在轉到圖2中所描述的本控制元件的一個實施例，流體控制閥50具有容納控制元件54的閥體52。控制元件54可圍繞控制軸56的軸線旋轉。控制元件54的面58A具有控制元件座表面60和凹進的表面62。當流體控制閥50處於關閉位置時，控制元件座表面60與流環66的環形座表面64摩擦或者緊密接合，這可大幅減少或者阻止經過流體控制閥50的流體流動。當流體控制閥50處於開啟位置時，流體可沿主流徑68流動，該流徑通常從上遊管口70經由流環66流向下遊管口72。此外，當流體控制閥50處於開啟位置時，流體亦可經由次路徑74流動越過控制元件54的面58A。
流體流動越過控制元件54的面58A，可減少或者消除促使結垢形成的低速流動或者停滯區域。經過次流徑74的流體流動可有效防止或降低在控制元件座表面60和凹進的表面62上形成結垢。因此，與現有的閥相比，流體控制閥50的保養間隔時間增長。減少定期或者必要保養次數可提高操作效率並最終節省運轉開銷。該流體控制閥50也更少可能因58A上形成的結垢而粘住或者卡住。因此，流體控制閥50比現有的閥更安全、更可靠。
現在轉到圖3～6，描述了根據本控制元件一個實施例的控制元件54。控制元件54可由熱處理鋼、陶瓷、聚合物之類製成。控制元件54還可由對於本領域普通技術人員來說顯而易見的其他材料製成。控制元件54可由單塊材料鑄造、機加工，或者由多種材料製造而成。
如圖4所描繪的，舉例來說，面58A可單獨製造並通過焊接、螺釘、壓配、粘接劑之類的方式連接到控制元件54上。面58A可從控制元件54上移除以便維護或者更換無法再用或者受損的流體控制閥50。穿過控制元件54的一或多個螺釘(未示出)可將面58A連接到控制元件54上。耳把76通過孔78與控制軸56接合，從而在控制軸56(圖2所描繪)圍繞它的軸線旋轉時使控制元件54在開啟和關閉位置之間移動。
根據特定的生產過程或者應用，面58A可由不同於控制元件54或者流環66的材料製成。例如，控制元件54可以是熱處理鋼，而面58A可以是聚合物，以耐受腐蝕性環境、使流體控制閥50運轉靈活，或者提供與流環66的環形座表面64之間的特定密封接合面。
控制元件座表面60和流環66的環形座表面64(圖2所描繪)之間的接合面可依據特定處理應用的要求而改變。如果流經流體控制閥50的流體包含含有強粘性垢的極強腐蝕性或者侵蝕性流體，則要求控制元件座表面60和環形座表面64之間是松公差。如果特定應用要求流體流動被完全阻止，則可規定控制元件座表面60和環形座表面64之間是較緊的公差。
當控制元件54被旋轉到開啟位置時，凹進表面62允許流體流過控制元件54的面58A。凹進表面62的形狀可根據特定處理或者應用而改變。儘管被描繪為圓形，但凹進表面62可以是橢圓形甚或是在控制元件54的面58A上切出的槽。該凹進表面62可以與控制元件座表面60相切，或者一般在單一平面上。此外，凹進表面62還可與閥體52的中心線同心或者從其偏離。對於具備流體動力學領域普通技術的人員來說，其他形狀的凹進表面62是顯而易見的。
凹進表面62允許充足的流速，以防止或者減輕在控制元件54旋轉在從大約5度到大約85度的控制範圍之間結垢。如果凹進表面62太深，則會導致主流徑68上流動狀態不利。如果凹進表面62太淺，則次流徑74上的不充足流速會引發結垢形成。凹進表面62的理想尺寸可根據特定過程或者應用所要求的操作特性來確定。
例如，從與面58的中心線相交的控制軸56軸線上的點算起，控制元件54的座表面60的球面半徑通常可為3.000-(0.001～0.003)英寸。參見圖2，為確保控制元件54可在環形座表面64內運轉，環形座表面64的標稱球面半徑是3英寸，尺寸公差偏向最小的尺寸。從與面58A的中心線相交的控制軸56軸線上的點算起，凹進表面62的球面半徑可為2.81英寸。座表面60從距離穿過控制軸56的軸線並與面58A的中心線垂直的平面1.75英寸處開始，至距離該平面2.37英寸處結束。
如圖5所描繪的，凹進表面63還可大致是平直的，並且大致平行於由控制軸56的軸線所限定的、並垂直於面58B的中心線的平面。該大致為平面的凹進表面63允許流體流經與管道中的流動基本上平行的通路，以此降低對閥部件和下遊管道(未示出)的衝擊侵蝕。凹進表面63優選允許在控制元件54旋轉到大約5度時沿次流徑74的流體流動。開啟次流徑74的旋轉量是凹進表面63的直徑或者寬度的函數。凹進表面63的直徑或者寬度，還決定與流環66的環形座表面64相接合的控制元件座表面60的面積。因此，凹進表面63的直徑或者寬度可根據流體控制閥50的預期密封及運行特性而改變。
當暴露於強粘性垢時，控制元件54的另一實施例具有優勢。如上所述，控制元件座表面80和流環66(圖2所描繪的)的環形座表面64之間的接合面可根據特殊處理應用的要求而改變。如果流經流體控制閥50的流體包含強粘性垢，則要求在控制元件座表面80和環形座表面64之間是松公差。相反，圖6所描繪的實施例利用位於座表面80兩側的兩個凹進的表面82和84，以產生抑制流動停滯和垢累積在閥部件表面80、82和84上的流徑。在出現強粘性垢時，該實施例在控制元件座表面80和環形座表面64之間提供較緊密的公差。從與面58C(如圖2所定義)的中心線相交的控制軸56軸線上的點算起，控制元件54的座表面80的球面半徑可為大約3.000-(0.001～0.003)英寸。此外，從與面58C(如圖2所定義)的中心線相交的控制軸56軸線上的點算起，凹進表面82和84的球面半徑可為2.81英寸。
儘管已參考說明性實施例對本控制元件進行了描述，但是不應認為這些描述具有限定性的意義。這些說明性實施例的各種修改和合併，以及本控制元件的其他實施例，對於參考了這些描述的本領域技術人員來說都是顯而易見的。因此，所附的權利要求涵蓋了任何這些修改或者實施例。
權利要求
1.一種用於旋轉控制閥的控制元件，包括至少一個連接在控制軸上的耳把；以及連接到該耳把的面，該面有第一和第二表面，該第一表面通常與閥座表面密封，並且該第二表面通常從該第一表面凹進。
2.根據權利要求1所述的控制元件，其中該第二表面通常是球形並且通常與該第一表面同心。
3.根據權利要求1所述的控制元件，其中該第二表面通常在單一平面內。
4.根據權利要求1所述的控制元件，其中該耳把和面是由單塊體形成的。
5.根據權利要求1所述的控制元件，其中該面可移除地連接到該耳把上。
6.根據權利要求1所述的控制元件，其中該第一表面是聚合物。
7.根據權利要求1所述的控制元件，進一步包括可圍繞該軸的軸線旋轉的第二耳把。
8.根據權利要求6所述的控制元件，其中所述耳把的端面基本上垂直於該軸的軸線。
9.根據權利要求1所述的控制元件，包括通常從該第一表面凹進的第三表面，其中該第二表面的直徑小於該第一表面的直徑，並且該第三表面的直徑大於該第一表面的直徑，以形成通常與該閥座表面密封的凸起的環形表面。
10.一種用於旋轉控制閥的控制元件，包括連接到面的一對耳把；圍繞該面周邊、形成與該旋轉控制閥間的密封表面的環形表面；以及位於該面上、用於當該控制元件處於開啟位置時促使流體流動越過該環形表面的凹進表面。
11.根據權利要求10所述的控制元件，其中該凹進表面通常為該面上的凸狀凹陷。
12.根據權利要求10所述的控制元件，其中該凹進表面通常在單一平面內。
13.根據權利要求10所述的控制元件，該控制元件包括第二凹進表面，其中該第一凹進表面的直徑小於該環形表面的直徑，並且該第二凹進表面的直徑大於該環形表面的直徑，以形成凸起的密封表面。
14.一種旋轉控制閥，包括閥體；以及可在該閥體內旋轉以控制經過該閥體的流體流動的控制元件，該控制元件具有通常與該閥體密封以通常阻止經過該閥體的流體流動的第一表面，以及通常從該第一表面凹進以產生通過該閥體的次流徑的第二表面。
15.根據權利要求14所述的旋轉控制閥，其中該次流徑通常符合該控制元件的輪廓。
16.根據權利要求14所述的旋轉控制閥，其中當該控制元件被旋轉大於大約5度時，流體沿該次流徑流動。
17.根據權利要求14所述的旋轉控制閥，其中該第二表面通常是球形的。
18.根據權利要求14所述的旋轉控制閥，其中該第二表面通常是在單一平面內。
19.根據權利要求14所述的旋轉控制閥，其中該次流徑通常符合該第二表面。
20.根據權利要求14所述的旋轉控制閥，包括通常從該第一表面凹進的第三表面，其中該第二表面的直徑小於該第一表面的直徑，並且該第三表面的直徑大於該第一表面的直徑，以形成通常與該閥座表面密封的凸起的環形表面。
全文摘要
本發明公開了一種用於旋轉控制閥的控制元件(54)，其通過至少一個耳把(76)連接到旋轉軸(56)。該控制元件包括至少兩個表面，其中第一表面(60)通常與流環(64)密封。第二表面(62)通常從該第一表面上凹進，以便於流經該閥的流體越過該第一表面，從而防止該第二表面結垢或者外來物質累積在其上。
文檔編號F16K5/06GK1754055SQ200480005255
公開日2006年3月29日 申請日期2004年1月26日 優先權日2003年3月19日
發明者安東尼·J·比克爾 申請人:費希爾控制產品國際有限公司