具有高溫雙向關閉裝置的流體流動控制閥的製作方法

2023-06-03 03:32:26 2

專利名稱：具有高溫雙向關閉裝置的流體流動控制閥的製作方法
技術領域：
本公開涉及流體閥，更具體地，涉及具有高溫密封的球型流體閥。
背景技術：
球閥廣泛應用於眾多工藝控制系統的應用中，以控制工藝流體(其可為 液體、氣體、漿體等)的某些參數。儘管工藝控制系統可以使用控制閥來完 全控制流體的壓力、液位、PH或其他所需的參數，但控制閥主要控制流體 的流速。
通常，球閥可包括流體入口和流體出口， 二者通過球元件分開，所述球 元件通過圍繞固定軸線旋轉並鄰接一密封組件來控制穿過其中的流體流量。 在工作中，所述工藝控制系統，或操作人員釆取手動方式控制閥門，旋轉球 元件緊靠所述密封組件的表面，從而露出流體通路，以使所需流體流過所述 入口和出口 ， /人而流過所述5求閥。
球閥部件，包括球元件和組件，通常由金屬製成；當其用於高壓和/或 高溫應用中時尤其如此。閥在工作過程中，許多部件由於閥的反覆和長期循 環動作而遭受磨損，尤其是球元件和密封組件，由於在開啟和關閉閥的過程 中持續摩擦接觸而導致磨損。由於磨損而導致的問題包括但不局限於降低 閥部件的使用壽命，在球元件與密封組件之間增加摩擦力，以及在球元件與 密封組件之間產生不希望的滲漏。同樣，由於摩擦力隨著各部件所經歷的磨
損量的增加而相應增加，閥中的動態性能和控制特性惡化，導致閥門工作低 歲文而且不〉隹確。
過去，已經進行了各種嘗試來將偏斜的主密封件合併入密封組件中以糾 正上述問題。然而，這已經導致對閥門應用的限制，包括將閥限制為僅具有 有限的雙向密封能力。而且，由於偏斜的主密封件緊靠球元件而產生的附加 的力和壓力，因此在球元件與密封組件，特別是與主密封件之間產生了附加 的磨損。另外還進行了通過將球元件安裝到一凸輪上，使得球元件在開啟和 關閉閥的初始階段中隨著旋轉而與主密封件脫離接合這樣的嘗試，以糾正上 述問題。但這導致了進一步的複雜化，例如在球元件與主密封件之間存留碎 片。例如，當通過閥的介質包含例如漿料或顆粒這樣的纖維材料時，在關閉 閥門的過程中在球元件與主密封件之間可能會殘留該纖維材料，從而有效地 形成通過閥門的滲漏通路。
因此，仍然需要一種改進的球閥，其具有密封組件和球元件，能夠實現 流體的雙向密封，能夠減少在主密封件與球元件之間的磨損，保持良好的動 態性能和控制特性，並防止纖維材料或顆粒殘留在球元件與主密封件之間。


圖1是根據本公開的說明而構造的球閥的俯視圖2是沿圖1中線2-2所截取的圖1中球閥的截面圖3是沿圖1中線3-3所截取的圖1中球閥的截面圖，其中，以點劃
線顯示當閥處於開啟位置時球元件的位置；
圖4是圖3中一部分的局部放大截面圖，其中，圖示處於關閉位置的球
閥，其包括主密封件、 一套兩個密封環、彈簧構件和密封殼體； 圖4A是圖4的詳細截面圖，圖示一密封環；
圖5類似於圖4，但圖示開啟的球閥，其包括主密封件、兩個密封環、 彈簧構件和密封殼體；
圖5A是局部截面圖，圖示處於關閉位置的球閥，其包括主密封件、單
個密封環、彈簧構件和密封殼體；
圖6是密封組件的可替代實施例的局部放大截面圖，圖示處於關閉位置 的球閥，其包括主密封件、耐高溫密封環、彈簧構件和密封殼體；
圖6A是密封組件的另一可替代實施例的局部放大截面圖，圖示處於關 閉位置的球閥，其包括主密封件、耐高溫密封環、彈簧構件和密封殼體；
圖7是密封殼體的俯視圖8是沿圖7中線8-8所截取的圖5A中密封殼體的截面圖9是主密封件的截面圖IO是圖9中的主密封件的局部放大截面圖11是波彈簧的俯視圖；和
圖12是圖11中的波彈簧的側視圖。
儘管本公開易於實現不同的修改和可替代結構，但其特定說明性實施例 已經顯示在附圖中，並將在下文中詳細描述。然而，應理解的是，這並非意 在將本發明限制於所公開的特定形式，而是相反，本公開意在涵蓋由所附權 利要求所限定的本公開的精神和範圍內的所有修改、可替代結構以及等同設 置。
具體實施例方式
現在參見附圖並具體參見圖1-圖3,根據本公開的說明而構造的球閥 一般以附圖標記20表示。如圖中所示，所述球閥20包括具有在入口 31 與出口 32之間的主流路33的殼體30、密封組件50以及安裝在可旋轉的軸 90和軸91上的球元件80。
殼體30通常具有圓柱形形狀，其限定流體穿過其中的主流路33。根據 圖2中的定向，所述主流路33的出口 32設置在所述殼體30的底部，該出 口 32由一出口法蘭38所圍繞。在所述殼體30的中部內， 一通孔40穿過該 殼體30的右壁， 一盲孔41開口於該殼體30的內部，孑L40和孔41彼此同 心並適於分別容納軸90和軸91。在驅動軸90與所述殼體30的右外壁或"驅
動端，，之間，設置一密封環壓圈42、 一套密封環44以及一軸承43a。在從 動軸91與所述殼體30的左內壁或"從動端"之間，設置一軸承43b。 一軸 法蘭34定位於所述殼體30的驅動端上並適於與緊固件35接合。現在轉向 該殼體30的頂部，仍根據圖2中的定向，設置有一沉孔39,該沉孔形成所 述主流^各33的入口 31,並適於容納密封組件50。 一入口法蘭36圍繞著所 述入口 31,該入口法蘭適於緊固到一引入管(未示出)上。在此應注意的 是，所述入口法蘭36和出口法蘭38可整體地或部分地被拆除，而在所述入 口 31與出口 32之間的連接可按照不同的方式實現。
所述密封組件50，如圖4-圖5A中最佳所示，包括第一密封體，其優 選為主密封件64;以及第二密封體，其優選為密封殼體52。如上文中提到 的，該密封組件50被設置於所述殼體30的沉孔39中，更具體地，所述密 封殼體52的外表面54被固定地插接在所述沉孔39中。在所述密封殼體52 的內表面53上(圖7和圖8)，設有一對環形槽55a和55b,所述環形槽55a 和55b分別適於容納第一密封環60a和第二密封環60b。如圖4和圖5最佳 所示，所述密封組件50進一步包括例如波彈簧這樣的彈性構件70，以及主 密封件64。該對密封環60a和60b以及彈性構件70將所述主密封件64有效 地連接到所述密封殼體52上。所述彈性構件70設置於所述主密封件64(圖 9和圖10)與所述密封殼體52之間，形成該主密封件64朝向所述球元件 80的偏斜，通過添加該彈性構件70,在所述主密封件64與所述密封殼體 52之間不經意地形成副流路72。所述的一對密封環60a和60b也可設置在 所述主密封件64與密封殼體52之間，以形成對於通過所述副流路72的流 體的限制。
當所述閥20處於關閉位置時，所述球元件80鄰接所述主密封件64(圖 4 )。該球元件80包括一球形表面82以及優選地一 V形凹口部83 (圖1 ), 使得該閥20能夠逐漸地開啟和關閉。所述從動軸91和驅動軸90分別穿過 孔84a和通孔84b連接到所述球元件80上。
如前面所提到的，軸承43a和43b分別設置在所述殼體30與所述軸90
之間以及所述殼體30與所述軸91之間，幫助軸90和軸91對正和旋轉。再 次根據圖2中的定向，所述從動軸91設置在該殼體30從動端的盲孔41內。 所述軸承43b接合所述從動軸91並被設置在所述殼體30的從動端與所述球 元件80之間，而軸承43a被設置在所述殼體30的驅動端與所述球元件80 之間。這樣所述驅動軸90通過所述通孔40穿過殼體30的驅動端，並在突 出至所述殼體30的外部之前接合所述密封環44以及密封環壓圈42。在所 述軸90的外端部92處，該軸90可適於與一開啟和關閉機構相接合。
在一個示例中，如圖3最佳所示，所述球元件80被安裝到軸90上，使 得該球元件80偏心旋轉。例如，所述球元件80具有固有樞轉點，該球元件 80繞此點旋轉使得所述球元件80的球形表面82上的所有點至所述固有樞 轉點的距離相等。然而，當所述球元件偏心旋轉時，在該球元件80的球形 表面82上的點至所述固有樞轉點的距離不相等，因而是偏心設置的。
這裡應注意，如本領域才支術人員所知，所述J求元件80的偏心可4要幾種 方式實現，這些方式包括但不局限於，相對於所述球元件80的固有樞轉點 將所述軸90和軸91的中心偏置。類似地，所述J求元件80的偏心移動，可 通過偏心安裝的部件的結合來實現，這樣可能會帶來另外的益處。例如，通 過使所述軸90和軸91的中心相對於所述球元件80的固有樞轉點偏置、並 使所述軸90和軸91相對於所述閥殼體30偏置而實現的偏心移動，可消除 更換所述密封組件50的需要，例如，在所述密封殼體52中形成不同心的通 孔，以補償由於在閥20中的單一偏心運動而形成的所述J求元件80的偏置i殳 置。
在圖4中，所述球元件80偏心旋轉以鄰接所述主密封件64，從而在接 觸點66處形成所述主流^各33的流動限制。優選地，如圖4和圖5所示，當 所述球元件80壓靠於所述主密封件64時，該主密封件64可通過壓縮所述 彈性構件70而被移至所述密封殼體52中。為確保所述主密封件64相對於 所述球元件80和密封殼體52的正確移動和動作，可在所述主密封件64與 密封殼體52之間謹慎地設置一預定的或計算出的間隙71。該間隙71應被
謹慎地設置，以確保當該閥20處於關閉位置時所述主密封件64與所述球元 件80相接觸。 一間隙73形成於所述主密封件64與殼體30之間，以與所述 間隙71結合，確保該閥20的正確移動和工作。所述間隙73確保當所述閥 20開啟和關閉時，所述主密封件64在正確的時間與所述殼體30直接接觸。 例如，如果間隙73太大，則所述主密封件64在該閥20開啟和關閉的過程 中可能會與所述球元件保持更長的時間的接觸，從而導致所述主密封件64 與球元件80之間產生不希望的和可避免的摩擦和磨損量。類似地，如果所 述間隙73太小，則所述主密封件64在該閥20開啟和關閉的過程中可能接 觸所述殼體的時間過短，有效地阻止所述主密封件64與所述球元件80相接 觸，從而在該閥20中產生滲漏。
為了設置所述間隙71，所述軸90和軸91以及球元件80，可^f吏用致動 器或致動器聯動裝置(未示出)而被旋轉。例如，隨著偏心安裝的球元件 80轉向關閉位置，該球元件80可接觸所述主密封件64，從而導致所述間隙 71變小，而所述球元件80則進一步旋轉至完全關閉位置。隨著該球元件80 的旋轉以及所述間隙71逐漸變小，該間隙71可被測量並可隨後通過在所述 致動器或致動器聯動裝置上設置止動件而進行設置。
在另一實施例中，所述間隙71可用於確保所述閥20的各部件之間的正 確尺寸，並用於-驗證所述間隙73的尺寸。更具體地，每個部件，以及閥20 各部件中的零件的尺寸和公差確保閥20的各部件之間的正確裝配。但是， 即使在不同部件的製造過程中可以遵守所有尺寸和公差，但公差的累加或累 計可造成安裝誤差或閥20不能正確工作。因此，通過測量所述間隙71並將 其設置到可接受的範圍和位置，例如可簡單地在該間隙71中設置一系列金 屬計量器， 一個處於可接受範圍內的高端，而另一個處於可接受範圍內的低 端，則該闊20可^皮容易地組裝，並始終確保閥20的各部件之間的正確調整 和移動。而且，該計算得出的間隙71以及間隙73，可被重複地進行測量、 調整和設置。這是因為從閥20的外側或外表面能夠觸及該間隙71。因此， 不需要拆卸閥20以正確校準所述間隙71。
仍然如圖4和圖5所示，在所述主密封件64與密封殼體52之間不經意 地形成所述副流路72，用以調節所述彈性構件70。為了防止通過該副流^各 72發生滲漏，優選在所述主密封件64與密封殼體52之間設置兩個單向密 封環60a和60b，更具體地，所述兩個單向密封環60a和60b分別"i殳置在所 述密封殼體52的內表面53上的環形槽55a和55b中。優選每個所述密封環 60a和60b (圖4A)都具有第一支腿61a和第二支腿61b,在所述支腿之間 限定流體容納區域63，該區域適於容納流體，因而將所述支腿61a與61b 傾斜分開以密封所述副流路72。所述密封環60a和60b可由橡膠、塑料或金 屬材料製成，或由能夠正確起作用的任何其他材料製成。該密封環60a和60b 還可串聯設置，從而當閥20從入口或出口受壓時阻止流體流過所述副流路 72。然而，應該認識到，兩個單向密封環串聯設置，是限制流體雙向流過所 述副流路72的眾多方式之一。在其他方案中，例如，所述密封環可並列設 置，或該對密封環可被替換為如圖5A所示的單獨的雙向密封環62，該單獨 的雙向密封環62優選祐 沒置於單獨的環形槽56中。而且，因為密封環60a 和60b被設置於所述密封殼體52與主密封件64之間，所以該主密封件64 能夠與所述球元件80完全對正。
在所述密封組件50的可替代實施例中，如圖6和圖6A所示，所述副 流路72可通過使用波紋管75而受限。所述波紋管75包括多個起伏、摺疊、 波紋或變形，根據圖6和圖6A中的定向，這些起伏、摺疊、波紋或變形可 使所述波紋管75的上端77和下端79相互基本不受限制地運動。該波紋管 75可由耐腐蝕的金屬合金製成。適合的合金包括鎳/鉻合金，例如，國際鎳 業公司的註冊商標為INCONEL的產品，和海恩斯國際有限公司的註冊商標 為HASTELLOY的產品，以及其他產品。
如圖6和圖6A所示，在這些實施例中，所述密封殼體52可由兩個以 上零件構成。例如，如圖6所示，所述密封殼體52可包括上密封殼體部分 52a和下密封殼體部分52b,所述上密封殼體部分和下密封殼體部分可通過
例如焊接來進行連接。 一突出部或隆起部85被設置在鄰近所述密封殼體52
的下端處，並朝向所述閥20的流路33向內延伸。當閥20處於開啟位置時， 所述隆起部85與一從所述主密封件64向外朝向所述密封殼體52延伸的突 出部87相接合，並通過所述彈性構件70為斜靠在所述密封殼體52上的主 密封件64提供止動點。此外，所述下密封殼體部分52b可包括第二隆起部 89,該第二隆起部從所述下密封殼體部分52b向內延伸，從而在當閥20處 於關閉位置時為所述主密封件6 4提供止動點。
所述波紋管75的上端77與所述密封殼體52相連，而該波紋管75的下 端79與所述主密封件64相連，這樣就限制了所述副流路72。由於材料的 固有性能和設計上的特點，所述波紋管75在不通過該副流路72滲漏的情況 下調節所述主密封件64相對於所述密封殼體52的運動，並可補償來自所述 波紋管75任意一側所承受的流體壓力。例如，如果受到通過所述間隙71的 流體壓力，則所述波紋管75可被壓向所述密封殼體52,直到該波紋管部分 鄰接該密封殼體52，使得該波紋管75最大程度地緊靠所述密封殼體52。類 似地，如果受到通過所述間隙73的流體壓力，則所述波紋管75可^f皮壓向所 述主密封件64，直到該波紋管部分鄰接該主密封件64,使得該波紋管75最 大程度地緊靠所述主密封件64。
在製造所述密封組件50時，如上所述，所述波紋管75、上密封殼體部 分52a和下密封殼體部分52b可通過焊接而連接到各自相應的配合對象上。 所述連接可按照特定步驟進行以確保正確的連接或優質的連接。例如，所述 波紋管75的上端77可首先連接到所述密封殼體52a上，這樣可易於觸及該 波紋管75的上端77。下一步，所述波紋管75的下端79可被連接到所述主 密封件64上，其中，通過之後由所述彈性構件70所佔據的空間來進行焊接。 該彈性構件70現在可被插入，隨後所述上、下密封殼體部分52a和52b可 實現連接。
在另一示例中，如圖6A所示，所述彈性構件70位於相對於所述流路 72與所述波紋管75相對的一側上，從而使得所述主密封件64可呈現更接 近管狀的外形並減少了在所述球元件80與所述主密封件64之間的滲漏。在
此示例中，所述密封殼體52可包括上密封殼體部分52a，中密封殼體部分 52c以及下密封殼體部分52b,它們可通過例如焊接而進行連接。在鄰近所 述中密封殼體部分52c下端處可設置一向下延伸的邊緣93，該邊緣朝向所述 波紋管75延伸。所述邊緣93為所述波紋管75的上端77提供一連接點。一 扣環95鄰近所述彈性構件70設置，以將所述彈性構件70的偏斜力傳遞給 所述主密封件64。
更具體地，所述扣環95可^C設置在位於所述主密封件64上部的槽97 中，從而將該扣環95相對於所述主密封件64固定。所述彈性構件70設置 在所述扣環95與所述上密封殼體部分52a之間，從而提供頂靠所述主密封 件64的向下偏^h力。
在製造所述密封組件50時，如上所述，所述連接可以按照特定步驟進 行以確保正確的連接或優質的連接。例如，所述波紋管75的上、下端77和 79可以在所述上、中和下密封殼體部分52a、 52c和52b之前進行連接。
在另一示例中，如圖7和圖8所示，所述密封殼體52具有偏置的內表 面53。如前面所論述的那樣，所述主密封件64被可移動地連接到所述密封 殼體52上。優選地，所述主密封件64在所述密封殼體52中滑行移動，以 使所述主密封件可接觸所述球元件80。上文中所提到的由所述密封殼體52 的內表面53與該密封殼體52的外表面54的不同心設置而形成的偏置，有 助於密封和關閉所述閥20，由此所述內表面53被設置為，當所述J求元件80 鄰接所述主密封件64時，該^t元件80與所述內表面53對正。然而，如前 面所提到的，使用偏心運動的結合，可使所述球元件80對正所述主密封件 64，而不必4吏所述內表面相對於外表面54偏置或不同心定位。
在工作中，所述球岡20可用於使用不同介質的多種情形中，但在此將 被描述為調節包含顆粒的高壓流體，所述顆粒包括但不局限於用於紙漿和造 紙工業的木質纖維和水淤泥。在〗吏用閥20之前或使用閥20的過程中，例如 在檢查或常規維護的過程中，所述間隙71可由組裝人員或由維修人員測量 和設置。該間隙71可被設置以確保不同閥門部件的正確公差，由此保證各
閥門部件之間的正確裝配，但該間隙71也可在閥20已經處於工作狀態後進 行測量和設置，以確保閥20能連續正確地工作。
在閥20處於開啟位置的情況下，當所述流體通過所述主流路33時，存 在著有限數量的限制。 一位於所述密封殼體52上的隆起部58限制了所述主 密封件64對流體的阻擋。更具體地，隨著流體流過閥20，尤其是當流體從 所述入口 31流向所述出口 32時，該隆起部58通過使流體乂人所述副流^各72 轉向所述主流路33來為該副流路72和所述主密封件64提供保護。例如， 隨著流體流過閥20，在不存在所述隆起部58的情況下，流體可直接^皮壓入 所述副流路72中；而在具有該隆起部58的情況下，流體^皮設置為不進入該 副流路72，並繼續通過該閥20。來自所述隆起部58的眾多益處之一是，減 少該副流路72中的"固體填充"。所述固體填充，如其名稱所指示的，在 例如漿料和/或顆粒這樣的纖維材料在所述副流路72中積聚時產生，由此造 成許多問題，包括但不局限於，減少所述主密封件64的移動範圍，以及在 所述密封組件50中產生摩擦力和不希望出現的力。然而，所述固體填充並 不局限於位於所述閥20的間隙71附近的所述副流路72中，而是還可出現 在位於所述間隙73附近的所述副流路72中。為防止在所述間隙73和鄰近 該間隙73的副流路72中積聚纖維材料或顆粒，應基本消除該間隙73。更 具體地，當閥20處於開啟位置時，所述彈性構件70將推動所述主密封件 64壓向一突出部81，從而基本上消除了所述間隙73，並阻止流體進入該間 隙73以及所述副流路72。
然而，隨著閥20關閉，所述球元件80通過圍繞所述軸90旋轉並逐漸 使該球元件80的球形表面82位於所述主流路33中，而緩慢地開始限制通 過該主流路33的流體。所述球元件80中的V形凹口 83通過形成緩慢漸減 關閉的流動限制，使得流經所述主流路33的流體被正確調節，直到該流路 33被完全限制。
然而，隨著所述球元件80旋轉至關閉位置，所述球形表面82僅在接觸 點66處接觸所述密封組件50，直到關閉過程結束。該球元件80旋轉至關
閉位置並與所述密封組件50相距一段距離。所述球形表面82可在所述球元 件80完全限制所述主流路33之前，僅接觸所述密封組件50 —段計算出的 距離。從接觸時起，直到閥20處於關閉位置，在所述球元件80與主密封件 64之間，該球元件80以及所述球形表面82將與所述主密封件64保持接觸。
在上述示例中，通過將所述球元件80偏心地安裝到所述軸90和軸91 上，可實現該球元件80在不接觸所述密封組件50的情況下進行旋轉。具體 地，所述^求元件80的固有樞轉點分別通過孔84a和孔84b而相對於軸91和 軸90偏置，使得所述軸90和軸91被安裝到所述5求元件上鄰近該^求元件80 的固有樞轉點處，但與所述密封組件50隔開並與所述球元件80樞轉至的一 側隔開。此外，所述軸90和軸91也可相對於所述殼體30偏心安裝，由此， 由於第一偏心動作而導致的所述球元件80的不希望出現的偏置，通過第二 偏心動作而^皮4氐消。
這樣，應當理解，所述球元件80可相對於所述主密封件64旋轉，而同 時沿該主密封件64的法線方向移動。其結果是，當所述球元件80移動至關 閉位置時，進行處理的介質中的任何顆粒或纖維均在所述球元件80與主密 封件64之間被剪斷，從而確保完全密封。更具體地，當所述球元件80接觸 所述主密封件64時，顆粒和/或纖維可能會卡在所述主密封件64與球元件 80之間。隨著所述球元件80繼續關閉，任何顆粒和/或纖維可通過在所述J求 元件80與主密封件64之間的繼續接觸而被剪斷，使得所述V形凹口 83的 刀狀邊緣可進一步協助剪切。
為了確保在所述密封組件50與球元件80之間完全關閉，所述主密封件 64被可滑動地連接到所述密封殼體52上，並相對於該球元件80定位，使 得當所述球元件80接觸所述主密封件64時，該主密封件64通過壓縮所述 彈性構件70而被移至所述密封殼體52中。
在開啟和關閉所述閥20的過程中，所述可移動的主密封件64、殼體30、 間隙73以及所述偏心安裝的球元件80可相結合，以控制在所述球元件80 與主密封件64之間正確的接合角度。在此所描述的接合角度，為所述J求元 件80的旋轉角度，其中，所述球元件80的球形表面82與所述主密封件64 相接觸。例如，隨著所述球元件80向關閉位置旋轉，該球形表面82將最終 接觸所述主密封件64。從該球形表面82接觸所述主密封件64時開始，直 到該球元件80停止從而關閉閥20，該球元件80所經過的旋轉角度即為所 述接合角度。類似地，隨著所述球元件80從所述關閉位置旋轉至開啟位置， 該球形表面82最終將與所述主密封件64脫離接觸。從該球元件80開始旋 轉時起，直到所述球形表面82與所述主密封件64再次脫離接觸，該J求元件 所經過的旋轉角度即為所述接合角度。
通過在所述密封殼體52與主密封件64之間提供適當尺寸的間隙71, 所述主密封件64、殼體30、間隙73和^求元件80，可相結合以控制正確的 接合角度。位於閥20外側的間隙71，當其被測量和設置時可指示位於閥20 中的間隙73的尺寸。所述間隙73的尺寸可確定接合角度的大小，由此，較 大的間隙可形成較大的接合角度，而較小的間隙可形成較小的接合角度。例 如，當所述球元件80處於關閉位置時，所述主密封件64可被移至所述密封 殼體52中，使得所述彈性構件70被壓縮，從而使該主密封件64斜靠在所 述球元件80上。在此關閉位置，所述間隙73的尺寸可以等於所述J求元件移 動所述主密封件64的距離大小。隨著閥20開啟以及所述J求元件80開始S走 轉，該球元件80可能經歷的偏心移動可導致該球元件80從所述主密封件 64移動離開。在此移動過程中，由於所述彈性構件70將該主密封件64斜 壓向所述球元件80，因此該主密封件64可與所述球元件80保持接觸。更 具體地，隨著所述J求元件80從所述主密封件64返回，所述彈性構件70可 解除壓力，從而使該主密封件64與所述球元件80保持接觸。
所述主密封件64可與所述球元件80保持接觸，直到該主密封件64被 阻止進一步移向該球元件80。阻止所述主密封件64進一步移向所述球元件 80的一種方式是，給所述主密封件64提供止動件，使得所述主密封件64 被限制時該球元件80可/人所述密封組件進一步退回。構成所述間隙73 —側 的所述殼體30,可提供所述止動件。更具體地，如圖4中所示，所述殼體
30包括突出部81形式的止動件，使得所述主密封件64接觸並最大程度地 緊靠所述突出部81，從而阻止所述彈性構件70進一步減壓並阻止該主密封 件64進一步移動並與所述球元件80接觸。因此，通過設置突出部81，更 具體地，通過設置相對於所述突出部81可調節的主密封件64,可控制和調 節該主密封件64與球元件80的相對接合與脫開以及接合角度。
由於增加了所述彈性構件70,因此在所述主密封件64與密封殼體52 之間形成了副流路72。在所述主密封件64與密封殼體52之間的副流路72 中i殳置有所述密封環60a和60b。所述密封環60a和60b具有彈性並在徑向 和軸向均能夠擴張和收縮。
所述密封環60a和60b還有助於使所述球元件80與所述主密封件64對 正。這是在所述閥20關閉的過程中，當所述球元件80在所述接觸點66處 接觸所述主密封件64時實現的。此時，所述球元件80對所述主密封件64 施加力並試圖使該主密封件64相對於所述密封殼體52的內表面53移動。 所述密封環60a和60b可使所述主密封件沿軸向和徑向移動，而始終保持所 述球元件80與所述主密封件64對正，從而形成所述主流路33的流動限制。
然而，為了充分利用所述球元件80偏心運動的最大潛力，應當認識到， 如前面所提到的，由於偏心的特性，當岡20在關閉位置時，所述主密封件 64可能不與所述球元件80對正，而如果所述球元件80圍繞著該J求元件的 固有樞轉點旋轉則所述主密封件64將與所述球元件80對正。因此，為使所 述球元件80可偏心旋轉至所述關閉位置，所述密封殼體52的內表面53相 對於該密封殼體52的外表面54偏置，使得所述密封殼體52的內表面53與 外表面54不同心。
為了確保所述球元件80與所述內表面53完全對正，可以使用對正裝置 57，例如圖3中所示的銷。所述對正銷57可固定地連接到所述殼體30上， 更具體地，該對正銷可被壓入位於所述入口 31周邊上的沉孔中，以便旋轉 所述密封殼體52使該密封殼體52中的沉孔與所述對正銷57相接合。相反， 如果所述閥20具有雙偏心才幾構，由此兩個獨立的偏心才幾構結合成一個運動，
則所述內表面53可能不需要與所述密封殼體52的外表面不同心。
當所述球閥20處於關閉位置時，在所述入口 31處產生高壓力。該壓力 的增加可迫使所述工藝流體繞過所述主流路的限制並被迫通過所述副流路 72。所述密封環60a阻止該流體穿過所述副流路72,該密封環被設置為使得 所述密封環支腿61a和61b面對著進入的流體。類似地，所述壓力的增加可 使所述軸90和軸91開始朝向流動方向變形或彎曲。隨著所述軸90和軸91 的彎曲，所述球元件80可開始沿著相對於所述密封組件50的法線方向移動。 所述彈性構件70隨著該球元件80被移動，通過將所述主密封件64向該球 元件80偏斜，來阻止在該淨皮移動的球元件80與所述主密封件64之間產生 滲漏。隨著壓力增加，所述軸90和軸91可進一步彎曲，從而進一步增加該 球元件80的位移。所述主密封件64將繼續斜靠在該球元件80上，直到該 主密封件64被擋止或者所述彈性構件70完全解除壓縮。然而，所述彈性構 件70在高壓情況下在與所述主密封件64脫開之前可能不會完全解除壓縮。 該彈性構件70是由於流體所形成的壓向所述主密封件64的壓力而可能不會 完全解除壓縮。因此，所述間隙73可能會足夠大以確保所述主密封件64在 所述間隙73的下部不會^皮所述突出部81所阻擋，從而確保即使在高壓情況 下所述主密封件64與球元件80也能夠持續接觸。
然而，如前面所提到的，所述高壓可能會在所述出口 32處形成，這取 決於流體流過所述主流i 各33的方向。如果該主流路33可倒轉，則流體將從 所述副流;洛72的另一側穿過，圍繞著所述彈性構件70,並^1所述密封環60b 所限制而使其不能進一步穿過，所述密封環60b定位為所述密封環支腿61a 和61b面向進入的流體。類似地，所述高壓流體可4吏所述軸90和軸91變形 或彎曲，從而使所述球元件80朝向所述密封組件和主密封件64移動。同樣， 所述彈性構件70通過將所述球元件80向所述主密封件64偏斜，來阻止在 所述球元件80與主密封件64之間的滲漏。隨著壓力的增加，由此4吏所述球 元件80進一步彎向所述密封組件50，該主密封件64可最終最大程度地靠 在所述密封殼體52上，從而基本上消除了所述間隙71。
前面所作的詳細描述僅用於清楚的理解，而不應被認為是限制，因為對 於本領域技術人員而言，各種修改是顯而易見的。
權利要求
1、一種閥，包括殼體，所述殼體具有與穿過其中的孔流體連通的入口和出口，所述孔限定一主流路；球元件，所述球元件被偏心地安裝在所述殼體中，並適於以連續旋轉運動的方式在關閉位置與開啟位置之間移動，在所述關閉位置，所述入口不與所述出口流體連接，而在所述開啟位置，所述入口與所述出口流體連接；和密封組件，所述密封組件位於所述殼體中，並包括密封殼體、被偏斜的主密封件，以及副密封件，使得在所述密封殼體與所述被偏斜的主密封件之間限定一副流路，其中所述被偏斜的主密封件位於所述主流路中並適於在開啟和關閉所述閥的過程中與所述球元件相接合，所述副密封件與所述主密封件以及密封殼體可密封地接合，並固定地連接到該主密封件以及密封殼體上，其中所述副密封件阻止通過所述副流路的所有流體。
2、 根據權利要求l所述的閥，其中所述副密封件包括波紋管。
3、 根據權利要求2所述的閥，其中所述波紋管在承受通過第一間隙的 壓力時鄰接所述主密封件。
4、 根據權利要求2所述的閥，其中所述波紋管在承受通過第二間隙的 壓力時鄰接所述密封殼體。
5、 根據權利要求l所述的閥，其中所述密封組件適於阻止從所述入口 和出口中的至少一個進入的流體以將所述閥密封。
6、 根據權利要求l所述的閥，其中所述密封殼體包括隆起部，該隆起 部可與所述主密封件接合併適於阻止所述主密封件的移動。
7、 根據權利要求2所述的閥，其中所述波紋管由耐腐蝕金屬合金製成。
8、 根據權利要求l所述的閥，其中所述副密封件適於使所述主密封件 對正所述球元件。
9、 根據權利要求l所述的閥，其中在所述閥的關閉位置所述主密封件 被一偏斜的彈性構件移動以接合所述球元件。
10、 根據權利要求l所述的閥，其中所述閥組件包括隆起部，從而使經 過所述主密封件的流體轉向。
11、 根據權利要求9所述的閥，其中所述密封殼體限制所述主密封件的 沿朝向和遠離所述球元件方向的移動。
12、 一種閥，包括殼體，所述殼體具有與穿過其中的孔流體連通的入口和出口，所述孔限 定一主流體流路；密封組件，所述密封組件被安裝為鄰近一球元件，使得在所述閥開啟和 關閉的過程中，所述球元件以相對於所述密封組件的旋轉運動的方式移動， 以可旋轉地接合所述密封組件，所述密封組件包括穿過其中的副流路；和波紋管，所述波紋管阻止通過所述副流路的流體。
13、 根據權利要求11所述的岡，其中所述波紋管適於阻止從所述入口 和出口中的至少一個進入的流體以將所述閥密封。
14、 根據權利要求11所述的閥，其中所述波紋管適於使所述球元件對 正所述密封組件。
15、 根據權利要求11所述的閥，其中所述密封組件包括主密封件和密 封殼體，在所述主密封件和密封殼體之間設有偏斜的彈性構件。
16、 根據權利要求15所述的閥，其中所述波紋管當承受通過第一間隙 的壓力時鄰接所述主密封件。
17、 根據權利要求15所述的閥，其中所述波紋管當承受通過第二間隙 的壓力時鄰接所述密封殼體。
18、 一種操作閥的方法，包括提供具有入口、出口和密封組件的閥體，其中所述密封組件包括主密封 件、密封殼體以及波紋管；將所述主密封件向 一球元件偏斜；通過旋轉安裝到所述閥體上的球元件使其與所述主密封件接合和脫開，來控制通過所述閥的第一流體；和通過將一彈性密封件連接到所述主密封件和所述密封殼體，來阻止通過 所述密封組件的第二流體。
19、 根據權利要求18所述的方法，其中所述將彈性密封件連接到所述 主密封件和所述密封殼體的步驟包括將波紋管的第一端連接到所述密封殼 體以及將所述波紋管的第二端連接到所述主密封件。
20、 根據權利要求18所述的方法，進一步包括限制所述主密封件相 對於所述密封殼體的移動。
全文摘要
本發明公開了一種具有雙向關閉能力的球型控制閥。該球閥(20)包括入口(31)、出口(32)、球元件(80)以及密封組件。當關閉所述閥時，偏心安裝到軸(90，91)上的球元件旋轉以鄰接所述密封組件(50)。當被關閉時，包括密封殼體(52)、主密封件(64)和彈性構件的所述密封組件在所述主密封件處接觸所述球元件，同時所述彈性構件(70)將所述主密封件偏斜壓向所述球元件。所述密封組件進一步包括位於所述主密封件與密封殼體之間並受限於高溫密封件的副流路(72)。
文檔編號F16K1/226GK101107466SQ200680002876
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月11日 優先權日2005年2月28日
發明者布蘭頓·韋恩·貝爾, 戴維·約翰·科斯特, 林恩·迪恩·曼克, 薩拉·林恩·德沃夏克 申請人:費希爾控制產品國際有限公司