用於液化天然氣的關閉閥的製作方法

2023-05-29 15:50:26

本發明涉及一種用於加壓氣體的閥，更具體地涉及一種用於在低溫下操作的加壓氣體如液化天然氣(LNG)的閥。

背景技術：

公開的現有技術專利文獻CN202140576U公開了一種低溫關閉閥，其包括具有氣體入口、氣體出口和在入口與出口之間的氣體通道的主體、手輪和在閥體中的關閉裝置，用於通過操作手輪來關閉氣體通道。關閉裝置包括與主體螺紋接合的可移動閉合構件。支撐手輪的心軸可旋轉地與可移動閉合構件接合。心軸包括抵靠在主體的帽部分上的相應肩部的肩部。第一墊圈設置在心軸的肩部與帽部分的相應肩部之間。該第一墊圈是具有L形橫截面的環形。墊圈的一部分在心軸的外表面與主體的內表面之間延伸。第二墊圈圍繞心軸布置在更遠離關閉裝置的位置處。該第二墊圈容納在帽部分中並且由經由滑動墊圈與手輪接觸的套筒按壓。手輪能夠沿著心軸滑動，並且彈簧布置在心軸的遠端與手輪之間，以便將其朝向閥體按壓。該推動力經由滑動墊圈傳遞到套筒。該力然後進一步傳遞到第二墊圈，用於將其壓靠在心軸的外表面上。

在上述閥在低溫(例如，如通常在LNG中的小於-100℃，甚至小於-150℃)操作期間，由彈性體製成的墊圈變硬並且對它們的摩擦運動可以產生彈性體顆粒。這些顆粒可以積聚在閥內並增加操作它所需的扭矩。這種閥需要相對高的扭矩來操作它們，這主要是由於低溫和由此產生的墊圈的高剛度。應避免操作扭矩的任何明顯的增加。

技術實現要素：

技術問題

本發明針對技術問題提供了一種閥，其克服了上述現有技術的至少一個缺點。更具體地，本發明針對技術問題提供了一種適用於低溫例如低於-100℃的氣體的閥，同時保持降低的操作扭矩和氣密性。

技術解決方案

本發明涉及一種用於處於壓力下的氣體特別是在低於-100℃的溫度下的閥，包括：具有氣體入口、氣體出口和連接所述入口與所述出口的通道的主體；用於閉合所述氣體通道的關閉裝置；設計成用於操作所述關閉裝置的心軸；在所述心軸與所述主體之間的至少一個墊圈；其中，所述閥還包括：圍繞所述心軸的至少一個腔，用於在操作所述心軸和所述關閉裝置時積聚從所述至少一個墊圈分離的顆粒，特別是在低於-100℃的溫度下。

根據優選實施例，閥包括第一墊圈和第二墊圈，以及第一腔，其是在所述第一和第二墊圈之間的至少一個腔。

根據優選實施例，第一腔成形為在心軸的外表面上的凹槽。

根據優選實施例，第一腔的橫截面大體為矩形，其寬度大於高度5倍，優選為10倍。寬度意味著平行於心軸的縱向軸線測量，並且高度意味著垂直於軸向方向測量。

根據優選實施例，第一腔的橫截面大體為矩形，其寬度包括在1mm和8mm之間，優選地在1mm和5mm之間，和/或其高度包括在0.1mm和1mm之間，優選地在0.1mm和0.5mm之間。

根據優選實施例，第一腔在支撐心軸的主體的圓柱形內表面的前面。

根據優選實施例，心軸包括軸向抵靠著所述閥體的相應肩部的肩部，所述第一墊圈定位在心軸的所述肩部和主體的所述肩部之間。

所述第一墊圈優選地具有至少大致矩形的橫截面。

根據優選實施例，關閉裝置包括容納在閥體中的可移動閉合構件，所述構件與圍繞主體中的氣體通道的座配合，閥的第二腔形成在所述構件中，所述心軸與所述第二腔接合以致動所述構件。

根據優選實施例，第二腔朝向心軸變寬，以便能夠在操作心軸和關閉裝置時收集從第一墊圈分離的顆粒。

根據優選實施例，第二腔變寬到心軸的肩部的最大直徑。

根據優選實施例，心軸的肩部的外表面朝向閉合構件呈錐形，所述構件上的第二腔的內表面成形為與所述肩部的錐形外表面一致。

根據優選實施例，可移動閉合構件與主體螺紋接合，並且心軸和第二腔之間的接合是旋轉的。心軸和第二腔可以相對於彼此滑動。

根據優選實施例，第二腔相對於心軸延伸，超過所述腔中的所述心軸的近端，以產生用於積聚來自至少一個墊圈的顆粒的空間。

根據優選實施例，主體包括容納和引導可移動閉合構件的主要部分，以及輔助帽部分，輔助帽部分螺紋連接在所述主要部分上並支承心軸、第一墊圈和/或第二墊圈。

根據優選實施例，輔助帽部分包括孔部分，其圍繞心軸的肩部，並且構造成用於當所述關閉裝置處於打開位置時接收對應於所述第二腔的開口的可移動閉合元件的端部。

根據優選實施例，心軸的肩部包括徑向延伸並且接觸第一墊圈的表面，所述表面在其外部部分凸起，和/或閥體的肩部包括徑向延伸並且接觸第一墊圈的表面，所述表面在其外部部分包括穿透所述墊圈的至少一個肋。

根據優選實施例，第二墊圈在比第一墊圈更遠離關閉裝置的心軸的軸向位置處與心軸的圓柱形外表面配合。

根據優選實施例，其還包括：與心軸旋轉接合的手輪；在手輪和第二墊圈之間圍繞心軸的套筒；以及彈性偏壓裝置，其作用在心軸的遠端與手輪之間，以便將手輪軸向壓靠在套筒上，從而按壓第二墊圈。

根據優選實施例，第二墊圈是具有大致梯形橫截面的環，其中較大基部與心軸接觸並且較小基部與主體接觸。

根據優選實施例，第二墊圈的梯形橫截面的一個腿部抵靠著主體的相應的傾斜表面，並且梯形橫截面的另一相對的腿部抵靠著套筒的相應的傾斜表面。

根據優選實施例，第二墊圈的梯形橫截面的較大基部包括凹部，優選地在中間部分。

根據優選實施例，彈性偏壓裝置包括堆疊的貝氏墊圈。

根據優選實施例，其包括容納彈性偏壓裝置並限制所述裝置被手輪壓縮的罩。

本發明的優點

本發明特別令人感興趣的是，其特徵允許限制打開和關閉閥所需的扭矩，特別是當與通常由彈性體材料製成的墊圈變得堅硬的低溫氣體一起使用時。這對於不能包含諸如潤滑油或潤滑脂的任何鬆散潤滑劑的閥尤其如此。

附圖說明

圖1是根據本發明的閥的截面圖。

圖2是圖1中的區域II的放大視圖。

具體實施方式

圖1所示的閥2基本上包括主體4、氣體入口6、氣體出口8和將所述入口6和出口8流體地互連的氣體通道10。

基本上由可移動閉合構件12組成的關閉裝置設置在主體4中，用於關閉氣體通道10。可移動閉合構件12由延伸穿過閥體4的心軸14操作。

閥體4包括主要部分16和帽18，帽18優選通過螺紋連接附接到主要部分16。主要部分包括容納可移動閉合構件12、心軸14和帽18的孔。可移動閉合構件12大體為圓柱形，並且在其外表面處包括陽螺紋，該陽螺紋與主體的主要部分16的孔的內表面上的相應陰螺紋接合。它包括具有凹部的前表面，該凹部容納較軟材料的元件121，該元件以緊密方式與閥座20配合，該閥座20圍繞氣體通道10形成在閥體4中。元件121可由塑料材料製成。

可移動閉合構件12還包括在與元件121和閥座20相對的方向上開口的腔122。該腔122包括圓柱形內表面，該圓柱形內表面接收心軸14的近端141且僅與心軸14的近端141旋轉地接合。心軸14的近端142和閉合構件12的腔122的內表面可以採用本領域技術人員公知的各種形狀，例如花鍵或旋轉不對稱的任何截面。

心軸14包括肩部142，肩部142與帽18上的相應肩部181和孔182配合。大致環形的第一墊圈22容納在由這兩個肩部142和181以及孔182限定的室中。

心軸14的肩部142的外表面143可以是傾斜的，以便朝向關閉裝置12呈錐形。心軸14在錐形外表面143的最大直徑處的肩部142閉合容納第一墊圈22的室，同時保持心軸的外表面143與帽18的孔182的相應表面之間的最小接觸表面。

此外，帽18形成第二孔183，其大於第一孔182並且定位在心軸14的肩部142的錐形外表面143的前面。該孔183可接收與閥座20相對的可移動閉合構件12的凸起端123。

可移動閉合構件12中的腔122朝向心軸14變寬，從而形成凸起端123.當操作心軸14時，作用在第一墊圈22上的摩擦力可能產生所述墊圈的彈性體材料的顆粒。在閥如圖1所示向上定位即心軸的軸線大體垂直且心軸14的遠端144向上定向的條件下，與第一墊圈22分離的顆粒可以通過重力向下落下並且被腔122的漏鬥形上部內表面收集。然後，顆粒可以穿過心軸14的近端141的外表面與可移動閉合構件12的相應內表面之間的機械間隙，然後在腔122的底部積聚。

如圖1所示，可以在腔122的底部預見通道124，將所述腔與殼體互連，用於與閥座20配合的元件121。

閥2包括環形且具有梯形橫截面的第二墊圈24。梯形橫截面的較大基部與心軸14的外圓柱形表面接觸，而較小的基部與帽18的內表面接觸。套筒26圍繞心軸14可滑動地設置，用於按壓第二墊圈24。

心軸14在其外表面包括凹槽28，所述凹槽位於第一墊圈22和第二墊圈24之間。凹槽形成可以積聚從墊圈22和24更具體地從第二墊圈24分離的顆粒的腔，類似於可移動閉合構件12中的腔122。凹槽28可具有大致矩形截面形狀，其寬度大於高度，優選地至少大於5倍，更優選地至少大於10倍。

閥2包括手輪30，手輪30與心軸14的遠端144可旋轉地接合。手輪30可以在可旋轉接合的同時沿著心軸滑動。為此，心軸14可以提供具有非圓形外表面的橫截面，例如正方形外表面，其與手輪30的相應內表面接合。滑動或抗摩擦墊圈32可插入在手輪30的下表面與套筒26的上表面之間。堆疊的貝氏彈簧墊圈38設置在心軸14的遠端144周圍，在與所述遠端接合的螺母34和手輪30之間。彈簧墊圈38可容納在打開的殼體36中，該殼體插入在螺母34和彈簧38之間，並且在彈簧的側表面處延伸到接近與彈簧墊圈接觸的手輪的表面。彈簧墊圈在手輪上施加偏壓力，該偏壓力朝向下，即在閥體的方向上，以將該力傳遞到套筒26和第二墊圈24。因此，第二墊圈24始終處於壓力下以便以氣密方式與心軸14配合。彈簧的偏壓力也通過螺母34傳遞到心軸14。心軸14然後被向上偏壓，即在與閥體相反的方向上並且在肩部142和181之間按壓第一墊圈22，以便在心軸14和主體4之間提供第一氣密性屏障。

用於彈性偏壓裝置38的殼體36的使用是令人感興趣的，因為它允許將墊圈保持在適當位置以便正常工作。它還允許方便閥的組裝。實際上，當擰緊螺母34以便預加應力於第一和第二墊圈22和24時，螺母可被擰緊，直到殼體36接觸手輪30，以便確保墊圈的最小且還足夠的預應力。一個或兩個墊圈的任何磨損或消磨將由預應力彈性裝置38的偏壓力補償。

在閥的操作期間，特別是在低和非常低的溫度下，即小於-100℃或甚至小於-150℃(這對於液化天然氣(LNG)是典型的)，墊圈22和24的材料變得堅硬。由機械預應力和/或流體壓力產生的墊圈與心軸之間的接觸壓力使得墊圈的材料在心軸旋轉期間經受機械磨損，磨損導致材料以小顆粒或甚至粉末的形式分離。這些顆粒可以在閥中的一些位置處積聚，特別是在運動部件和不運動部件之間，導致操作扭矩的增加或甚至閥的阻塞。形成在心軸14的外表面上的腔28可以積聚這些顆粒並且避免心軸14的阻塞。在閥處於如圖1所示的直立位置的情況下，腔28可以收集來自通過重力向下移動的第二墊圈24的顆粒。在閥將處於另一定向的情況下，例如心軸水平或向下的情況下，腔28可以收集來自第一墊圈22的顆粒。形成在可移動閉合構件12中的腔122還允許從第一墊圈22收集顆粒，特別是當閥處於直立位置時，如圖1所示。腔122的漏鬥形開口123特別用於收集顆粒並防止顆粒到達可移動閉合構件12與主體16之間的螺紋接合。

圖2是圖1中的區域II的放大視圖，對應於閥的兩個氣密性屏障。

在圖2中可以觀察到，接觸第一墊圈22的心軸14的肩部142的表面145不是平的，而是略微傾斜的。該表面145成形為使得其外部部分比其內部部分更靠近主體的肩部181。主體的肩部181還包括旨在穿透第一墊圈22的圓形肋184。該肋184定位在肩部181的外圓周部分處，以便至少大致與肩部142的凸起外部部分對準。因此，墊圈22在其外部部分受到更大的應力，以便被肋184適當地穿透並提供足夠的第一氣密性屏障。

還可以在圖2中觀察到，在前端262接觸墊圈24之前可以抵靠塞的相應外表面184的套筒26的擴張外表面261將到達所述墊圈24的腔的底部。

仍然在圖2中，可以觀察到具有梯形橫截面的第二墊圈24的形狀。較大的基部241與心軸14的外表面接觸，而較小的基部242與塞18的內表面接觸。較大的基部241可包括凹槽243，其為墊圈的變形提供一些空間。側部或腿部244與套筒26的相應表面262接觸，並且另一相對側部或腿部245與套筒塞18的相應表面185接觸。由套筒26經由其接觸表面262施加的軸向力由於表面262和185的傾斜而被轉換成徑向力。

閥2的不同元件(如主體16、塞18、心軸14和/或可移動閉合元件12)可由黃銅、鋼和/或不鏽鋼製成。一些元件(如可移動閉合元件12和/或心軸14)可以塗覆有以便降低摩擦力。