具有條件性潤滑表面的閥杆的製作方法
2023-05-23 07:56:16 1
專利名稱：具有條件性潤滑表面的閥杆的製作方法
技術領域：
本申請大體上涉及一種流體閥，更具體地涉及具有條件性潤滑表面的可動閥裝置。
背景技術：
諸如旋轉閥、線性閥等流體閥通常具有流體流動控制構件，該流體流動控制構件設置在流體流路中，且可操作地耦接至致動器，例如氣動致動器、手動致動器等。閥杆或閥軸可操作地將流動控制構件與致動器耦接，上述致動器使流動控制構件在打開位置與關閉
位置之間移動，以允許或是限制流體在閥的入口與出口之間流動。通常地，閥杆或閥軸穿過耦接至閥體的閥帽而在流動控制構件與致動器之間延伸。閥填料或填料組件常被用來防止工藝流沿著閥杆或閥軸並穿過閥體而洩漏至環境。閥填料可包括沿著閥杆或閥軸的一部分設置的多個彈簧和/或填料密封件來提供密封。一些已知的閥填料使用高彈簧率的載荷裝置或彈簧組件(例如貝氏彈簧)，以在相對小的偏轉或壓縮的範圍內提供比較高的載荷。無法對填料密封件提供預期的填料應力可能導致不適當的密封。例如，過小的填料應力可能導致工藝流經過填料密封件而洩漏至環境。過大的填料應力(例如比最大推薦填料應力更大)可能導致某些類型的填料密封件(例如石墨密封件)將材料轉移至閥杆或閥軸，而使材料(例如石墨)聚集在閥杆或閥軸上並使填料密封件受損。附加地或替代地，過大的填料應力可能會使填料密封件與閥杆或閥軸之間的填料摩擦力增加，這可能降低閥性能，和/或，閥填料和/或閥杆或杆的操作壽命。
發明內容
在一實例中，閥包括具有設置在流體閥的閥帽內的石墨墊圈的閥填料，並且閥杆或閥軸具有保持潤滑材料的條件性表面。閥杆或閥軸的條件性表面設置在閥帽內，並在流體閥的操作過程中使潤滑材料相對於石墨墊圈移動，且與該石墨墊圈接觸。在另一實例中，用於流體閥的裝置包括由第一材料製成的可動閥裝置。可動閥裝置相對於由比第一材料更軟的第二材料製成的第二表面移動。條件性表面沿著可動閥裝置的在操作中與第二表面接觸的一部分保持潤滑材料。
圖IA示出了已知的流體閥。圖IB示出了圖IA的示例性流體閥的放大圖。圖2示出了已知的閥裝置和填料材料的放大圖。圖3示出了使用在此描述的示例性閥裝置來實現的流體閥。圖4A-圖4D示出了在此描述的示例性閥裝置。圖5示出了具有通過直接方法調整的表面的、在此描述的閥裝置的另一實例的放大部分。圖6示出了具有通過間接方法調整的表面的、在此描述的閥裝置的又一實例的放大部分。圖7示出了使用在此描述的示例性閥裝置來實現的旋轉閥。
具體實施例方式一般來說，在此描述的示例性方法和裝置基本上降低或防止材料在兩個不同材料間的動態機械界面上轉移。更具體地，在此描述的方法和裝置在硬的材料表面相對於相對較軟的材料表面移動並與其接觸時，顯著降低在第一或硬的材料表面與第二或相對較軟的材料表面間的界面上的摩擦力。在此描述的實例中，硬的表面的至少一部分包括具有潤滑材料的條件性表面，該潤滑材料被條件性表面包住、被內嵌在條件性表面中、被沉澱在條件性表面內、被條件性表面圍繞、被轉移至條件性表面或以其他方式被條件性表面保持。在一些實例中，潤滑材料是與相對較軟的材料基本相似或相同的材料。換言之，潤滑材料或材料 沉積物(例如更軟的材料)被轉移至條件性表面、被條件性表面包住、被浸潰在條件性表面內或被內嵌在條件性表面上。在操作中，包住(或保持)潤滑材料的條件性表面與相對較軟的材料接觸或接合。通過這種方式，在此描述的示例性裝置在相同材料間，而不是在兩個不同材料間提供界面，藉此，可顯著降低在不同材料間的界面上的摩擦力。特別地，在此描述的示例性裝置基本上防止材料在閥杆或閥軸與填料材料之間的轉移，上述閥杆或閥軸相對於填料材料(例如石墨填料材料)移動(例如轉動或滑動)且與其接觸。條件性表面可具有有紋理的表面或相對光滑的或無紋理的表面(例如算術平均粗糙度(Ra)小於32微英寸的表面磨光)，來包住潤滑材料。更具體地，閥杆或閥軸的至少一部分可調整為包括有紋理的表面(例如圖4A-圖4C的有紋理的表面410-414)或無紋理的表面或相對光滑的表面(例如圖4D的無紋理的表面416)。例如，條件性表面可通過合適的製造過程(例如蝕刻、機械加工、壓花)在界面上形成紋理，在流體閥的操作過程中，在該界面上，閥杆或閥軸的外表面與填料材料(例如石墨填料)接觸。條件性表面將潤滑材料或潤滑劑包住(例如內嵌或浸潰)。潤滑材料可以是與在流體閥操作過程中與閥杆或閥軸接觸的填料材料基本相似或相同的材料(例如石墨材料)。在另一實例中，潤滑材料可以是諸如聚四氟乙烯(使用碳纖維和PTFE加固)、矽、石墨、聚烯烴、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、Kevlar 合成物及它們的任意組合等任意合適的材料和/或諸如幹潤滑劑、惰性接合齊U、聚合物等任意合適的潤滑材料。在一特別的實例中，閥杆或閥軸的有紋理的表面或部分可通過至少一個腔室或凹處形成，這些腔室或凹處將潤滑材料包住，或內嵌、填充、圍繞或浸潰有潤滑材料。在又一實例中，條件性表面可具有磨光的表面。因此，在閥杆或閥軸相對於填料材料移動時，可顯著降低閥裝置與填料材料間的摩擦力，藉此，可降低對填料材料和/或閥杆和軸的磨損或損傷。在描述示例性方法和裝置之前，結合圖IA和圖IB對已知的流體閥100進行簡要說明。圖IA是流體閥100 (例如滑杆閥)的橫剖視圖。圖IB示出了圖IA的流體閥100的放大部分。流體閥100具有閥體102，其在入口 106與出口 108之間限定流體流動通道104。閥塞110設置在流體流動通道104內，且具有與閥座114協配的座面112，以對埠區域116進行控制，其中，流體可流過上述埠區域116而在入口 106與出口 108之間流動。閥杆118延伸穿過閥帽120，來將閥塞110耦接至致動器(未圖示)(例如氣動致動器、電致動器、手動致動器等)。閥帽120包括用於接收或罩住閥填料組件124的填料孔122，當致動器使閥杆118在第一位置(例如打開位置)與第二位置(例如關閉位置)之間移動時，上述填料孔122可滑動地接收閥杆118。閥填料組件124具有一密封件，用以防止工藝流流過閥杆118而洩漏和/或保護環境免受有害或汙染的流體擴散。換言之，閥填料組件124具有一密封件，該密封件用於對抗流過流體流動通路104的工藝流的壓強。在圖IB中最清晰地示出，閥填料組件124包括填料凸緣126,該填料凸緣126通過填料螺栓128和填料螺母130而耦接至閥帽120。填料材料或密封組件132圍繞閥杆118，並設置在閥帽120的填料孔122內。在本實例中，填料材料或密封組件132包括石墨填料密封件或環134 (例如柔性石墨環)、石墨合成墊圈136 (例如石墨合成填料擋圈)、碳襯套138和填料箱環140。填料材料132通常沿軸向壓縮，以確保填料材料132的內孔或表面142與閥杆118 密封，且填料材料132的外表面144與閥帽120的填料孔122密封。沿軸線146對填料材料132軸向加載使填料材料132沿徑向膨脹，以在移動閥杆118上在填料材料132與閥杆118接觸的界面或運動線148處提供動態密封，並在填料孔122中在填料材料132與填料孔122接觸處提供靜態密封。因此，閥填料組件124必須適當地或充分地加載，以提供能對抗流過流體閥100的工藝流的壓強的填料密封。為了保持密封，填料材料132必須保持處於載荷(例如軸向載荷)下。因此，在填料載荷不充分時，其妨礙填料材料132進行適當密封的能力。另一方面，當填料載荷過大時，會產生很大的閥杆摩擦力，其能降低填料材料132的有效壽命並導致閥發粘。在所說明的實例中，可將多個偏置元件或彈簧150(例如貝氏彈簧)定位或連續堆疊在填料凸緣126與填料從動件154的凸緣或肩部152之間。填料螺母130可用於相對於填料從動件154可調節地驅動或推動彈簧，而上述填料從動件154轉而沿軸向壓縮填料材料132，以提供密封並防止工藝流流過閥杆118而洩漏。當填料螺母130被緊固在填料螺栓128上時，填料凸緣126將載荷傳輸至彈簧150。隨著填料螺母130被緊固，彈簧150彎曲或壓縮，以經由填料從動件154對填料材料132提供填料應力(例如軸向載荷)。在本實例中，彈簧150通過對填料材料132提供均一的載荷並在閥操作(例如閥衝程)過程中保持這一均一的填料載荷，藉此來提供一種動載荷閥填料。換言之，彈簧150對填料從動件154提供基本恆定的載荷，以在填料材料132上施加基本恆定的壓縮力。因此，若填料材料132發生固結(例如因磨損)，彈簧150延伸以使填料從動件154朝閥帽120移動，以將壓縮力保持在填料材料132上，藉此，來保持填料材料132的密封完整性。在處於填料載荷下,材料比石墨墊圈134的材料稍硬的石墨合成環136起到反擠壓構件的作用，來幫助防止石墨墊圈134的稍軟且柔韌的石墨材料轉移至閥杆118。此外，材料比石墨合成環136的材料硬得多的碳襯套138有助於保持閥杆118在填料中定心，以防止石墨墊圈134和石墨合成環136中的更軟的填料材料遭受變型和破壞。操作條件(例如工藝流的溫度和/或壓強、工藝流或應用的類型等)要經常確定所使用的填料材料的類型，來對特定的工藝流或應用提供充分的密封。諸如石墨填料材料等某些已知的填料材料可在艱險的運行條件(例如工藝流溫度高於450 °F，壓強高達大約4500psig下使用。例如,Grafoil 填料比起例如聚四氟乙烯(PTFE)填料(例如Teflon )更不易受到不均勻熱膨脹的影響。這種石墨填料材料(例如Grafoil . 填料)可能需要更高的軸向填料載荷，來實現和/或產生適當的密封。但是，如上所述，更高的軸向載荷會產生相對更高的閥杆摩擦力。附加地，在某些例子中，這種石墨填料材料可能需要潤滑材料或潤滑劑，以便在閥杆118相對於填料材料132移動時降低在閥杆118與填料材料132間的界面148上的摩擦力。否則，倘若所提供的填料應力過大，則可能會產生比較高的填料摩擦力，其可降低閥性能和/或降低填料材料操作壽命。例如，比較高的或比最大期望填料應力更大的填料應力可能導致諸如石墨填料材料等某些填料材料破裂。填料材料的這種破裂能導致石墨材料不受控制地沉積在閥杆上，這可能導致不適當的密封或過早失效，進而導致流體流過閥杆並洩漏至環境中。在本實例中，石墨墊圈134是層壓石墨墊圈/具有PTFE材料(例如Teflon )的 PTFE墊圈，以防止在石墨填料材料與閥杆118之間的轉移。示例性合成層壓環在美國專利5，299，812和美國專利5，542，681中說明，將上述兩篇文獻以全文參考的形式納入本文。為了進一步防止或降低材料在石墨填料材料與閥杆或閥軸之間轉移，填料組件可包括由PTFE材料製成的填料墊圈或盤。例如，圖IA和圖IB的填料組件132包括由PTFE材料製成的填料墊圈或盤156，該填料墊圈或盤156設置在石墨墊圈134與石墨合成環136之間。PTFE填料墊圈156在閥杆118與填料材料132間的界面或運動線148上提供潤滑(和密封)，藉此，可實質降低摩擦力，並降低材料在石墨墊圈134和/或石墨合成環136與閥杆118之間的轉移。更具體地，PTFE填料墊圈156部分地相對於閥杆118擠出，以便在閥杆118移動或滑動穿過填料組件124時對其提供潤滑。因此，隨著使用PTFE填料墊圈156，可實質上降低或消除由石墨墊圈134和/或石墨合成環136的破裂引起的材料在閥杆118上聚集的情況。但是，在諸如核應用等某些應用中，可能不允許使用具有PTFE材料(例如石墨/PTFE合成填料材料132)的填料材料。在這種應用中，經常使用由純石墨材料製成的填料。但是，如上所述，使用由石墨製成的填料材料而沒有潤滑材料或潤滑劑(例如在層壓石墨/PTFE墊圈134和PTFE填料墊圈156中)會增加閥杆118與填料材料132的界面或運動線148間的摩擦力，從而導致填料材料132和/或閥杆118過早磨損或損傷。圖2大致示出了材料沉積物200在較軟的材料或填料材料202與不具有潤滑材料或潤滑劑的、相對更硬的材料或閥裝置204(例如閥杆或閥軸)之間不受控制地轉移或聚集。例如，與圖IA和圖IB的示例性填料組件124不同的是，圖2的示例性填料材料202不包括PTFE填料墊圈156和/或具有PTFE材料的任何合成材料。如圖所示，材料沉積物200沿著在閥裝置204相對於填料材料202移動(例如滑動或轉動)時閥裝置204與填料材料202接觸的界面或運動線206而轉移至閥裝置204。填料材料202 (例如石墨填料)通常比閥裝置204的材料(例如不鏽鋼等)更軟。因此，填料材料202會屈服於閥裝置204，且在閥裝置204相對於缺少潤滑材料的填料材料202 (例如圖IA和圖IB的層壓石墨/PTFE墊圈134和PTFE填料墊圈156)移動(例如滑動或轉動)時，填料材料202 —般會破裂，從而導致在閥裝置204上聚集材料沉積物200。材料沉積物200的聚集可能導致閥裝置204的面或表面208擦傷、磨損或損傷。附加地或替代地，例如，填料材料202的面210可能會損傷或磨損，從而導致填料材料202在操作中發生故障(即無法提供密封並導致流過填料材料202的流體洩漏)。換言之，材料沉積物200不受控制且具有不限定的輪廓或形狀，由於填料材料202可能無法平坦地接合或接觸閥裝置204且與閥裝置204形成密封，因此，上述輪廓或形狀幹擾填料材料202的密封功能。在某些實例中，填料組件(例如圖IA和圖IB的填料組件124)可具有刮拭裝置或環。在閥裝置204在第一位置(例如打開位置)與第二位置(例如關閉位置)之間移動時，刮拭環可從閥裝置204除去材料聚集或材料沉積物200。但是，在從閥裝置204除去材料沉積物200時，既可以手動(例如經由圖IA和圖IB的填料螺母130)也可以經由動載荷填料(例如壓縮圖IA和圖IB的貝氏彈簧)來對填料應力或載荷進行調節，從而在填料材料202磨損時對填料材料202進行加載並使填料材料202的面210與閥裝置204的面208接合(即重新接合)。但是，在操作中需要頻繁對填料材料202進行上述調節，以在材料沉積物200繼續從填料材料202的除去部分處形成時，在界面206上提供適當密封。頻繁調節(即增加)填料應力或載荷可能導致填料材料202的過早或快速磨損和/或劣化，從而導致工藝流因填料材料202損傷或磨損而沿著閥裝置204洩漏至環境。 圖3示出了與在此描述的示例性可動閥裝置302 —起實現的流體閥300 (例如滑杆閥等)。示例性可動閥裝置302是可滑動地設置在流體閥300的閥帽304內的閥杆。可動閥裝置302可由不鏽鋼或任何合適的材料製成。閥帽304包括填料孔306，用以接收或罩住填料組件308。填料組件308包括填料材料310，該填料材料310可滑動地接收可動閥裝置302且實質環繞可動閥裝置302，用於提供密封並防止工藝流沿著可動閥裝置302的軸線312洩漏至環境。如圖所示，填料材料310包括模壓石墨帶墊圈或密封件314、合成墊圈316、碳襯套318和填料箱環319。填料組件308也包括偏置元件320 (例如貝氏彈簧)，用於經由從動件322和填料凸緣324對填料材料310施加填料應力或載荷(例如動載荷填料應力)。填料凸緣324經由填料螺母326和填料螺栓328耦接至螺帽304。填料螺母326相對於填料螺栓328轉動，以對經由偏置元件320施加在填料材料310上的填料應力或載荷進行調節(例如增加或減少)。與圖IA和圖IB的填料組件124相反，圖3的示例性填料組件308沒有包括圖IA和圖IB的PTFE填料墊圈156或層壓石墨/PTFE墊圈134。可動閥裝置302包括條件性表面330，該條件性表面330沿著可動閥裝置302的、在可動閥裝置302相對於填料材料310移動(例如滑動)時與填料材料310接合的表面或部分334將潤滑材料或潤滑劑332 (例如幹潤滑材料)包住(例如內嵌或保持)。在本實例中，潤滑材料332是石墨材料。但是，在其它實例中，潤滑材料332可以是幹潤滑材料、聚四氟乙烯(PTFE材料)、聚醚醚酮材料(PEEK)、聚烯烴、聚乙烯和/或其它任何潤滑材料或與條件性表面330在操作中接合的材料大致相似或相同的材料。在操作中，致動器(未圖示)使可動閥裝置302在第一位置與第二位置之間移動，從而使可動閥裝置302沿裂紋線(fault line)或界面336 (例如自然微觀分型線)相對於填料材料310滑動。因此，可動閥裝置302的條件性表面330可被與填料材料310相同的材料包住、或是內嵌或浸潰有該材料，從而在兩個基本相似的材料之間，而不是在兩個不同的材料之間有效地提供界面。示例性可動閥裝置302明顯降低在可動閥裝置302與填料材料310間的界面336上的摩擦力，從而降低磨損並延長填料操作壽命。通過增加填料材料310的操作壽命，在此描述的示例性可動閥裝置302明顯降低與不得不更換和/或維修填料材料310和/或可動閥裝置302相關的成本和關閉時間。圖4A-圖4D示出了分別具有在此描述的條件性表面400的示例性可動閥裝置402,404,406和408。示例性可動閥裝置402,404,406和408可以是閥杆和/或軸。一般來說，可動閥裝置402、404、406和408的條件性表面400可分別包括圖4A-圖4C的有紋理的表面410、412或414、或是在圖4D中示出的相對光滑或無紋理的表面416。有紋理的表面例如可具有算術平均粗糙度(Ra)大於32微英寸的表面磨光或紋理，無紋理的表面例如可具有算術平均粗糙度(Ra)小於或等於32微英寸的表面磨光或紋理。參照圖4A-圖4C，例如，有紋理的表面410包括槽或鋸齒狀圖案420，有紋理的表面412包括矩陣或網眼圖案422，有紋理的表面414包括磨損或有缺口的圖案424。有紋理的表面410、412和414例如可通過磨光、壓花、蝕刻(例如化學蝕刻)、機械加工、噴砂和/或任意其它合適的工藝來形成。如在下文中更詳細地描述的那樣，可通過使閥裝置408相對於潤滑材料移動，來調整無紋理的表面416 (例如光滑磨光表面)，以使潤滑材料轉移和/或粘貼於閥軸408。在一特殊的實例中，潤滑材料可包括粘合材料或粘合劑(例如PTFE)，·該粘合材料或粘合劑幫助潤滑材料(例如石墨材料)粘貼或轉移至無紋理的表面416。潤滑材料或材料沉積物(例如較軟的材料)可通過直接方法、間接方式或其它任何合適的製造工藝，來轉移至可動閥裝置402、404、406和408的條件性表面400、被該條件性表面400包住、浸潰在該條件性表面400內、或是內嵌在該條件性表面400上。一般來說，材料沉積物或潤滑材料的聚集或轉移可設置在條件性表面400上，其可提供和/或被加工成提供磨光表面。此外，可通過分別結合圖5和圖6在下文中描述的直接或間接方法來調整有紋理的表面410、412或414和無紋理的表面416中的任一個。圖5示出了具有通過直接方法調整的表面502的示例性可動閥裝置500的放大部分。條件性表面502與填料材料504相鄰。如上所述，可使條件性表面502具有紋理或不具有紋理。在本實例中，通過例如如上所述的製造工藝來使條件性表面502具有一個或多個凹陷、凹槽、腔室或凹處506的紋理。如圖所示，條件性表面502具有沿可動閥裝置500的、與填料材料504的面512交界並接觸的面或表面510設置的多個凹槽508的紋理。每個凹槽508的大小適於接收材料沉積物514，其可具有與填料材料504的特性基本相似或相同的特性。凹槽508可具有適用於特定的應用的任何合適的大小或尺寸，和/或任何合適的大小，以便控制所要轉移至可動閥裝置500的期望量的材料沉積物514來提供條件性表面502，附加地或替代地，在其它實例中，材料沉積物514可以是不同於填料材料504的任何合適的材料，諸如比填料材料504相對更軟的潤滑材料。在另外的實例中，材料沉積物514可以是填料材料504、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、高密度聚乙烯、聚烯烴、惰性粘合劑和/或其它任何合適的材料的組合。通過直接方法，使可動閥裝置500相對於諸如填料材料(例如填料材料504)、層壓填料材料(例如圖3的石墨/PTFE墊圈134)等潤滑材料移動或輪轉。為了將潤滑材料或潤滑劑轉移至可動閥裝置500以提供條件性表面502，可動閥裝置500可組裝有測試固定裝置、備用閥(bench valve)或閥帽狀固定裝置。可動閥裝置500相對於相對更軟的潤滑材料輪轉，來形成材料沉積物514。例如，可動閥裝置500可與車間中的備用閥一起實現並輪轉(例如轉動或衝擊)，以便使可動閥裝置500相對於設置在備用閥的閥帽內的填料材料(例如圖IA和圖IB的填料材料132)移動。可對潤滑材料加載至預定的壓縮力或高應力水平和/或對其加熱(例如不高於600 T的溫度)，並可對可動閥裝置500進行致動，以使其相對於潤滑材料504或沿著潤滑材料504 (例如石墨填料材料)移動，來使材料沉積物514轉移至條件性表面502、被條件性表面502包住、填充或內嵌在條件性表面502上。一旦條件性表面502包住材料沉積物514，便可將可動閥裝置500從備用閥去除，並組裝在現場所使用的流體閥。附加地，可通過例如滾光、砂布或其它任何工藝來對條件性表面502進行加工，以提供磨光表面。磨光表面可進一步降低摩擦力，且防止填料材料進一步轉移至可動閥裝置500。接著，可將可動閥裝置500組裝在現場所使用的閥中。在其它實例中，為了通過間接方法提供條件性表面502，可經由工具或機器(例如車床)將材料沉積物514轉移至可動閥裝置500。在一特定的實例中，通過使閥裝置在例如車床中轉動的同時將相對更軟的材料沉積物514與可動閥裝置500接合，就可將材料沉積物514轉移至凹槽508、或是使沉積物514被凹槽508包住、或是浸潰或內嵌在凹槽508內。··在某些實例中，潤滑材料可具有結合劑或樹脂，以有助於將潤滑材料(例如石墨材料)粘接至條件性表面(即有助於使用可動閥裝置500包住潤滑材料)。這種潤滑材料特別有利於與無紋理的條件性表面(例如圖4D的無紋理的表面416)。在一實例中，可動閥裝置500可與具有石墨填料和PTFE組成物的潤滑材料一起實現。例如，可動閥裝置500可相對於備用閥的層壓石墨/PTFE環(例如圖IA和圖IB的墊圈134)輪轉。層壓墊圈例如可包括由片狀材料製成的柔性石墨環(例如87%石墨、80%石墨等)，其中層壓有由PTFE片狀材料製成的PTFE環(例如13% PTFE,20% PTFE等)。示例性層壓環在美國專利5，299，812和美國專利5，542，681中說明，將上述兩篇文獻以全文參考的形式納入本文。可對層壓石墨/PTFE墊圈進行壓縮(例如經由動載荷閥填料)和加熱(例如至600 0F的溫度)，來幫助將合成潤滑材料轉移至條件性表面502。在某些實例中，這種工藝提供光滑的、黑的磨光表面或條件性表面。PTFE潤滑劑可幫助石墨材料粘接至可動閥裝置500的有紋理和/或無紋理的表面。在一特定的實例中，在條件性表面502包住和/或內嵌有石墨填料材料和PTFE潤滑劑之後，可將可動閥裝置500加熱至高於PTFE潤滑劑的升華溫度的溫度，從而除去可能大致內嵌在可動閥裝置500的面510旁邊或附近的任何PTFE潤滑材料。在另外的實例中，合成層壓墊圈可包括石墨材料或層壓有例如聚烯烴類、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚烯烴、聚苯並咪唑(PBI)和/或其它有助於或可使潤滑(石墨)材料粘接至可動閥裝置的有紋理和/或無紋理的表面的材料的其它潤滑材料。在操作中，轉移至條件性表面502、或被條件性表面502包住(保持)的材料沉積物514相對於填料材料504移動並與其接觸。因此，可降低可動閥裝置500的、由相對更硬的材料製成且與填料材料504的面512接觸的面510的比例或百分比。因此，在磨損表面或界面516上，接合表面的相對較大部分由相同或相似的材料製成，從而能顯著降低摩擦力，並能實質減少如結合圖2在上文中描述的在兩個不同的材料之間可能出現的材料轉移。附加地，在某些實例中，磨光條件性表面502和/或潤滑材料可進一步降低界面516上的摩擦力。因此，在此描述的示例性方法和裝置提供沿兩個不同材料間的界面516的均一的裂紋線，該裂紋線防止材料在填料材料504與可動閥裝置500的相對較硬的面或表面510之間的去除或轉移。更具體地，均一的裂紋線提供一自然的或受控的界面或運動線，從而在兩個不同的材料(例如可動閥裝置500和填料材料504)相對於彼此移動並接觸時對材料轉移或材料沉積物514進行控制。控制材料沉積物514在界面516上的聚集可顯著降低摩擦力，進而降低在形成填料材料504和可動閥裝置500 (例如閥杆或閥軸)的兩個不同的材料間的磨損。 圖6示出了具有通過間接方法調整的表面602的另一示例性可動閥裝置600。可使條件性表面602具有紋理(例如可具有槽、腔室、開口等)或不具有紋理。若具有紋理，則例如可通過機械加工、壓花、噴砂、蝕刻(例如化學蝕刻)和/或其它任何合適的製造工序來使條件性表面602具有紋理。與結合圖5描述的方法相反的是，潤滑材料或潤滑劑604可在操作中自然地轉移到條件性表面602、或被條件性表面602包住、或內嵌在條件性表面602內、或是被條件性表面602保持。如圖6所示，為了通過間接方法將潤滑材料604供應或轉移至可動閥裝置600，可動閥裝置600可與現場所使用的流體閥一起組裝，而沒有最初被轉移至條件性表面602、沉積在條件性表面602上、被條件性表面602包住或是內嵌在條件性表面602內的潤滑材料或潤滑劑604。在操作中，由於可動閥裝置600由比填料材料606相對更硬的材料(例如不鏽鋼等)製成，因此，隨著可動閥裝置600相對於填料材料602輪轉或移動，填料材料606會屈服於可動閥裝置600。在可動閥裝置600相對於填料材料606移動時，材料沉積物606的較小部分從填料材料606的表面或面610破裂，並轉移至條件性表面602。在本實例中，條件性表面602具有包括凹槽612的有紋理的表面。凹槽612從填料材料606處接收材料沉積物608。例如，使具有可動閥裝置600的閥相對於石墨填料材料606輪轉可導致填料材料606的材料沉積物608轉移至條件性表面602、被條件性表面602包住、或是內嵌在條件性表面602內。在本實例中，隨著可動閥裝置600繼續相對於填料材料606移動(例如滑動或轉動)，相對更軟的填料材料606的材料沉積物608從面610破裂，並轉移至條件性表面602，直至凹槽612嵌滿或填滿材料沉積物608。一旦凹槽612被填滿或嵌滿材料沉積物608，被條件性表面602保持的材料沉積物608相對於填料材料606的面610移動並與其接觸或接合，從而顯著降低在可動閥裝置600與填料材料606間的界面或磨損表面614上的摩擦力。換言之，由於可顯著降低與填料材料606的面610接觸或接合的可動閥裝置600的面或表面616的數量或百分比，因此，可動閥裝置600的條件性表面602在兩個基本相同的材料間提供界面或運動線。因此，即便在操作中初始設置時條件性表面602沒有包住潤滑材料604，在可動閥裝置600相對於填料材料606移動時，自然或受控的裂紋線將沿可動閥裝置600與填料材料606間的界面或磨損表面614形成。附加地，由於隨著在流體閥的操作過程中條件性表面602接收(即填充有)填料材料606的材料沉積物608時，可基本降低具有不同材料的可動閥裝置600的面616與填料材料606的面610間的接觸區域，因此，可降低摩擦力和磨損。此外，可使凹槽612的大小或尺寸(例如具有深度和形狀)設定為對由條件性表面602所接收的材料沉積物608的數量進行控制。在這種情況下，可對從填料材料606的面61破裂的材料沉積物608的數量進行控制。
與閥裝置204可使材料沉積物在閥裝置204與填料材料202間過度去除或轉移的、圖2的示例性硬表面或閥裝置204和填料材料或較軟材料202相反的是，圖6所示的示例性可動閥裝置600 (及圖3、圖4A-圖4D和圖5所示的示例性可動閥裝置300、402-408和500)對從填料材料606的面610移除的材料沉積物608的數量進行限制或控制。由於一旦填料材料606的材料沉積物608轉移至可動閥裝置600的條件性表面602 (例如有紋理或無紋理的表面)、內嵌或填充在條件性表面602，就可顯著降低在界面614上的摩擦力，因此，控制有紋理(例如凹槽或孔口 )或無紋理的條件性表面602的尺寸或大小可對材料從填料材料606的面610轉移的量進行限制或控制。因此，一旦條件性表面602包住或內嵌有填料材料606的材料沉積物608，則可實質防止或限制材料從填料材料606進一步轉移至可動閥裝置600。在此描述的示例性方法和裝置可用於實質降低或減少在第一或硬材料或表面相對於第二或相對更軟材料移動(例如滑動或轉動)時，在界面或磨損表面(例如運動線)上相互接觸的兩個不同材料間的材料轉移。例如，圖7示出了可與在此描述的示例性可動閥裝置702(例如閥軸)一起實現的另一示例性流體閥(例如旋轉閥)700。這種閥裝置包括可具有有紋理或無紋理的表面的條件性表面704。附加地，可通過在此描述的直接或間接 方法來提供條件性表面704。在此描述的示例性方法和裝置可用於具有相對於彼此移動且彼此接觸的兩個不同材料的滑杆閥、旋轉閥、往復泵或其它任何類型的流體控制裝置用。附加地或替代地，在此示例性方法和裝置可用在操作過程中相對於彼此移動(例如滑動或轉動)且彼此接觸的至少兩個不同材料間的界面上發生磨損的任何應用中。這種應用包括，但不局限於磨削應用(例如砂磨)、採礦和鑽井應用、軸承材料或組件等。儘管在此描述了某些方法和裝置，但是本專利的覆蓋範圍不局限於此。恰恰相反，本發明覆蓋字面上或是按照等同原則合理地落入所附的權利要求書的範圍中的所有方法和裝置。
權利要求
1.一種流體閥，包括 閥填料，該閥填料具有設置在所述流體閥的閥帽內的石墨墊圈；以及 閥杆或閥軸，該閥杆或閥軸具有條件性表面，以保持潤滑材料， 其中，所述閥杆或閥軸的所述條件性表面設置在所述閥帽內，並在所述流體閥的操作過程中使所述潤滑材料相對於所述石墨墊圈移動，且與該石墨墊圈接觸。
2.如權利要求I所述的流體閥，其中，所述潤滑材料包括石墨材料。
3.如權利要求I所述的流體閥，其中，所述流體閥是旋轉閥或滑杆閥。
4.如權利要求I所述的流體閥，其中，所述條件性表面是磨光的。
5.如權利要求I所述的流體閥，其中，所述條件性表面是有紋理的。
6.如權利要求5所述的流體閥，其中，有紋理的表面包括具有算術平均粗糙度(Ra)小於32微英寸的表面磨光或紋理。
7.如權利要求5所述的流體閥，其中，有紋理的表面包括凹槽、腔室或凹處。
8.如權利要求7所述的流體閥，其中，所述凹槽、腔室或凹處具有受控的尺寸、形狀或大小。
9.如權利要求5所述的流體閥，其中，有紋理的表面是通過機械加工形成的。
10.如權利要求5所述的流體閥，其中，所述潤滑材料內嵌或浸潰在有紋理的表面上。
11.如權利要求I所述的流體閥，其中，所述條件性表面在與所述閥組裝之前包住所述潤滑材料。
12.如權利要求I所述的流體閥，其中，所述條件性表面在所述閥的操作過程中包住所述潤滑材料。
13.一種用於流體閥的裝置，包括 由第一材料製成的可動閥裝置，其中，所述可動閥裝置用於相對於由比所述第一材料更軟的第二材料製成的第二表面移動；以及 條件性表面，該條件性表面用於沿著所述可動閥裝置的在操作中與所述第二表面接觸的一部分保持潤滑材料。
14.如權利要求13的裝置，其中，所述可動閥裝置包括閥杆或閥軸。
15.如權利要求13所述的裝置，其中，所述第一材料包括不鏽鋼，所述第二材料包括石墨。
16.如權利要求13所述的裝置，其中，所述條件性表面包括有紋理的表面。
17.如權利要求16所述的裝置，其中，有紋理的表面包括多個槽。
18.如權利要求13所述的裝置，其中，所述潤滑材料包括石墨。
19.如權利要求13所述的裝置，其中，所述潤滑材料與所述第二材料大致相似或相同。
20.一種裝置,包括 用於將潤滑材料保持在由第一材料製成的閥軸或閥杆的至少一部分上的裝置，其中，所述用於保持所述潤滑材料的裝置用於相對於由比所述第一材料更軟的第二材料製成的第二表面移動且與該第二表面接觸。
21.如權利要求20所述的裝置，還包括用於將所述潤滑材料轉移至所述用於保持的裝置的裝置。
22.如權利要求20所述的裝置，還包括用於向所述用於保持所述潤滑材料的裝置提供磨光的表面的裝置。
全文摘要
本發明描述具有條件性潤滑表面(332)的可動閥裝置(306)。示例性閥包括具有設置在所述流體閥的閥帽(304)內的石墨墊圈(314)的閥填料(308)，閥杆或閥軸(302)具有可對潤滑材料進行保持的條件性表面。所述閥杆或閥軸的所述條件性表面設置在所述閥帽內，並在所述流體閥的操作過程中使所述潤滑材料相對於所述石墨墊圈移動，且與該石墨墊圈接觸。
文檔編號F16J15/18GK102947633SQ201180030369
公開日2013年2月27日 申請日期2011年4月27日 優先權日2010年5月11日
發明者M·J·林瑟, W·D·赫琴斯 申請人:費希爾控制國際公司