專利名稱：閥塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及閥，尤其涉及一種可變端口閥塞，該閥塞能有效地改變閥的端口尺寸。
背景技術(shù)：
閥在過程控制系統(tǒng)中被廣泛地用來控制過程介質(zhì)如流體的各種各樣參數(shù)。已知有許多類型的閥，包括，例如，排放閥、控制閥、節(jié)流閥和類似的閥。同樣地，過程和控制系統(tǒng)被用來處理許多不同的介質(zhì)。
一種典型的閥具有一介質(zhì)入口，該介質(zhì)入口通過一流動控制或孔口區(qū)域與一介質(zhì)出口相連接。某種關(guān)閉裝置在流動控制區(qū)域中通常設(shè)置有這樣一個部分，即該部分是可移動的，以便控制介質(zhì)從閥入口到閥出口的流動?？梢苿硬糠滞ǔＪ且婚y塞，該閥塞能被移動，以便靠壓著關(guān)閉裝置的一對應(yīng)的固定座表面，從而選擇性地阻斷通過閥的介質(zhì)的流動。在操作期間，對于控制系統(tǒng)來說通常操縱所述閥，以便閥塞在固定的關(guān)閉和打開位置之間分別朝著和離開閥座環(huán)移動，從而控制穿過孔口區(qū)域并且穿過閥的流體流動。
有一種類型的閥是滑桿閥，該滑桿閥在延長桿的端部上具有一閥塞，該閥塞沿縱軸方向朝著和離開閥座滑動。閥塞、閥座和閥桿聯(lián)合限定出用于給定閥的被稱作的調(diào)整裝置。帶有給定流動孔口尺寸和幾何形狀的閥具有最大流動能力或流動速率。這種流動速率能與被稱作“流動系數(shù)”(Cv)相關(guān)聯(lián)，流動系數(shù)在標準的測試條件下被用來預(yù)測通過閥的流動速率。Cv值是指在每平方英寸(psi)的閥橫斷面上壓力下降1磅的情況下，60華氏度(°F)的水每分鐘流過已知閥的美國加侖數(shù)。
已知過程控制系統(tǒng)的給定部分需要一具有特定流動速率或流動能力的閥。還知道該系統(tǒng)的其它部分需要一些具有不同的流動能力或流動速率的閥。還知道一種完全不同的系統(tǒng)需要一具有不同的流動速率或流動能力的閥。并且也知道對于一給定的過程控制系統(tǒng)，當系統(tǒng)參數(shù)變化時，期望的流動速率或流動能力可改變。因此，需要周期性地改變特定系統(tǒng)的閥性能特性。對于所有這些情況，手邊必須具有各種閥組件和/或閥調(diào)整裝置。
為了把一個閥流動速率或流動能力轉(zhuǎn)換成另一個閥流動速率或流動能力，人們必須要么拆去整個現(xiàn)有的閥，并且以一個完全不同的閥來替換，要么對現(xiàn)有的閥進行改造，使其具有不同的調(diào)整裝置。對于滑桿型閥而言，閥座通常限定流動孔口的尺寸大小，從而選擇閥塞的尺寸，使閥塞的尺寸對應(yīng)于孔口的尺寸。閥塞通常只能在閥關(guān)閉位置和單一的、固定的閥打開位置之間移動。因此，每個閥只能產(chǎn)生一個閥流動速率或閥流動能力，如上所述，為了把一個流動能力變換成另一個流動能力，就必須改變閥調(diào)整裝置，或者替換整個閥組件。
由于操縱多個閥組件和/或調(diào)整裝置，從而對于過程控制系統(tǒng)來說，造成了停機時間長、勞力消耗大且部件成本高。這是因為，當期望改變閥的特性時，需要制造、運輸、儲存、處理、替換各種調(diào)整裝置或整個閥。這些缺點降低了勞力、制造、儲存、部件處理和設(shè)備方面的效率，并且對于給定的過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用，如果需要或期望改變閥的流動特性，就會增加勞動力成本。
此外，如果利用閥中的傳統(tǒng)的閥塞和閥座來改變閥的流動能力，例如通過改變可獲得的最大閥塞的行程來改變閥的流動能力，那么通過孔口區(qū)域的流動特性就會造成嚴重地和消極地影響。傳統(tǒng)的調(diào)整裝置的特性不是針對這些用途的。此外，如果想要利用傳統(tǒng)的調(diào)整裝置通過在不同的閥打開位置使閥塞停止并保持更靠近閥座來降低閥的流動能力，那么就會由于閥塞被定位成太靠近閥座，而流經(jīng)閥的介質(zhì)將迫使閥塞朝向閥座。這會在閥組件中造成雙穩(wěn)態(tài)流動和振動。


通過下面的描述，并結(jié)合附圖，就可以更清楚地理解本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點，在這些附圖中
圖1是一示例性的現(xiàn)有技術(shù)中的閥的縱剖面圖；圖2表示包括一可變端口閥塞的閥的一個例子的縱剖面圖，閥塞根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)成并且被安置在第一流動能力位置中；圖3表示圖2中所示的閥的縱剖面圖，其中閥塞被設(shè)置在不同的流動能力位置中；圖4表示圖1和2中所示的閥的縱剖面圖，其中閥塞被設(shè)置在另一個流動能力位置中；圖5表示圖2中所示的閥剖面的放大圖，其中閥塞位于閥關(guān)閉位置中。
具體實施例方式
本發(fā)明公開一種用于閥的可變端口閥塞(port valve plug)，該閥塞能消除或大大減少閥的制造、維修和替換不同調(diào)整裝置的需要。所公開的閥塞適用于許多不同類型的閥。這里根據(jù)被稱作滑桿型閥結(jié)構(gòu)來描述所公開的例子。然而，所公開的閥塞同樣適用于許多其它類型和結(jié)構(gòu)的閥，例如，控制閥、節(jié)流閥或類似的閥。本發(fā)明并不局限于特定類型的閥。所公開的閥結(jié)構(gòu)還適用于許多不同類型的介質(zhì)。
所公開的可變端口閥塞具有這樣的形狀和輪廓，即，相對于閥座閥塞可安置在多個允許的最大行程位置中所選定的一個位置中。在任何一個可選定的位置中，所公開的可變端口閥塞都能防止產(chǎn)生不期望的通過閥孔口區(qū)域的流動特性，并且還能改變閥的流動能力?？勺兌丝陂y塞能相對于座環(huán)被選擇性地定位，從而無需替換調(diào)整裝置的一些部分，例如無需替換閥塞和/或閥座，便能有效地形成選定的閥流動能力。也能根據(jù)需要來控制閥塞的位置，以便限制閥塞的最大行程，即限制閥塞的閥打開位置。
參照附圖，圖1表示出了現(xiàn)有技術(shù)中閥結(jié)構(gòu)的一個例子，本發(fā)明所公開的可變端口閥塞是對該現(xiàn)有技術(shù)中的閥結(jié)構(gòu)進行了大大的改進?，F(xiàn)有技術(shù)中的閥組件10具有一閥體12，該閥體12在一端具有一介質(zhì)入口14，并且在對置一端具有一介質(zhì)出口16。介質(zhì)入口與一入口通道18相連通，介質(zhì)出口與一出口通道20相連通。入口通道18和出口通道20中的每一條通道大致在閥體內(nèi)分別會合，并且通過一孔口區(qū)域22相互連通。
閥10具有一閥塞24，該閥塞24被連接到一閥桿26的一端上。閥桿26的另一端被連接到一驅(qū)動器上(圖中未示)。驅(qū)動器能使閥桿和閥塞沿著桿的縱軸在閥關(guān)閉位置和閥打開位置之間移動。在圖1所示的閥關(guān)閉位置中，閥塞24抵靠著設(shè)置在孔口區(qū)域22中的閥座30。移動閥桿和閥塞。閥座環(huán)30限定出一孔口32，該孔口32在閥關(guān)閉位置中由閥塞來關(guān)閉，并且當閥塞處于閥打開位置中時，該孔口32被打開，以便介質(zhì)流動。
如上所述，為了改變這種閥的流動能力，至少必須拆卸和替換調(diào)整裝置(塞和座)。如果閥塞24的移動被限制在較短的最大行程位置內(nèi)，那么閥塞24的位置就會更接近閥座。在這種情況下，沿箭頭‘F’的方向流動的介質(zhì)將趨向于朝著閥座推動閥塞或朝著閥座抽吸閥塞。這就使得閥塞過早地鄰靠閥座30或者至少阻礙了通過孔口區(qū)域22的流動。這種阻礙將導(dǎo)致閥10內(nèi)的雙穩(wěn)態(tài)流動和振動，從而使閥桿、閥座和/或閥塞早期地磨損，或者以其它方式損壞閥。這種阻礙也能造成通過閥的流動速率發(fā)生變化，并且導(dǎo)致其它動態(tài)流動問題。如果期望降低閥流動能力，那么就必須替換包括塞24和座30的調(diào)整裝置或者替換整個閥10。
這里所公開的根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)構(gòu)造的可變端口閥塞，該閥塞無需更換閥的調(diào)整裝置便能改變給定閥的流動能力。圖2-5表示一示例的孔口區(qū)域50的剖面圖。孔口區(qū)域50代替了上述圖1中閥10的區(qū)域22。圖2-5中描述的閥的基本閥元件大體上是相同的，除非下面以其它方式注明。
在公開的例子中，孔口區(qū)域50用于一滑桿閥，該滑桿閥具有一閥體52，該閥體52在一端限定一介質(zhì)入口(圖中未示)，并且在相對端限定一介質(zhì)出口(圖中未示)。介質(zhì)入口開向一入口通道54，出口通道56終止于介質(zhì)出口。入口通道54和出口通道56的每一條通道大致在閥體52內(nèi)分別會合，并且通過孔口區(qū)域50相互連通。
孔口區(qū)域50具有一可變端口閥塞60，該閥塞60根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)成，所說閥塞60不同于圖1中所述的閥塞24。閥塞60被連接到閥桿62的一端上。閥桿62的另一端被連接到一驅(qū)動器上(圖中未示)，該驅(qū)動器能使閥桿和閥塞沿著閥桿的縱軸、在閥關(guān)閉位置(見圖5)和多個不同的最大打開位置中選擇的一個位置(見圖2-4和下面描述)之間移動。當在閥關(guān)閉位置中時，閥塞60靠壓著一閥座環(huán)70。閥座環(huán)70被安置在孔口區(qū)域50中并且限定一流動孔口72。在公開的閥運作期間，驅(qū)動器(圖中未示)朝著座環(huán)70的一座表面74移動閥桿62和閥塞60以便關(guān)閉閥，并且從座環(huán)70的一座表面74移開閥桿62和閥塞60以便打開閥，從而允許介質(zhì)從入口穿過通道和流動孔口流至出口。
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，從圖5中可以看得最清楚，可變端口閥塞60具有一環(huán)狀肩部80，該環(huán)狀肩部80位于閥桿62的端部附近且與閥塞相連接。閥桿直徑僅稍稍小于肩部直徑。閥塞60還具有一截錐形或子彈形主體段82，該主體段82帶有一外環(huán)形壁84，該外環(huán)形壁84呈錐形并且離開肩部80逐漸縮小直徑。一錐形的或成角度的過渡表面86在肩部80和閥塞60的壁84之間延伸，并且相互連接肩部80和閥塞60的壁84。過渡表面86呈現(xiàn)比壁84更銳利地角度或錐形。與肩部80相對置的閥塞60的末端是一光滑的、曲線的或圓頂形的端表面88，并且該末端光滑地過渡到主體段82的壁84。光滑錐形壁84、過渡表面86和圓頂形端部88的組合在閥塞60上提供了光滑的、逐漸變化的流動特性。
如圖5所示，當可變端口閥塞60位于閥關(guān)閉位置中時，接近肩部80的錐形表面86靠壓著座環(huán)70的座表面74。肩部80的直徑和角度表面86的最寬部分阻止閥塞不致穿過座環(huán)的流動孔口72，從而當在閥關(guān)閉位置中時關(guān)閉流動孔口。
肩部80和桿62之間的小的直徑差異，有助于防止產(chǎn)生從塞60的肩端上流經(jīng)孔口區(qū)域50的諸如流體的介質(zhì)的氣穴流或紊流。桿和肩部80的一暴露的、不平衡的部分90之間的小直徑差異，也有助于減小由流過孔口區(qū)域50并且向下流到不平衡部分90上的介質(zhì)所施加的力。當不在閥關(guān)閉位置中時，不管閥塞60的位置相對于座環(huán)70如何，肩部80的小直徑、不平衡部分90的小暴露面積、光滑的和錐形的表面86和84、和閥塞體82的圓頂形末端88的組合，有助于防止雙穩(wěn)態(tài)流動通過孔口區(qū)域50。如下面所述，這些特征無需更換調(diào)整裝置或替換整個閥，便能改變閥的流動能力。肩部80的暴露的、不平衡的部分90無論多小，也可以成角度或成曲線，以便進一步地減少對桿62和塞60之間的連接區(qū)域介質(zhì)流動的影響。
一驅(qū)動器和調(diào)節(jié)機構(gòu)(圖中未示)可安置在閥桿的與閥塞60對置的端部附近。調(diào)節(jié)機構(gòu)能被用來選擇和設(shè)定閥桿62和閥塞60的期望的最大行程范圍。能設(shè)計調(diào)節(jié)機構(gòu)向閥塞提供多個不同的和可選擇的最大行程位置或充分打開位置。這里公開的可變端口閥塞60準許這樣的調(diào)節(jié)，以便在不消極地影響通過孔口區(qū)域50的流動特性的情況下改變閥的流動能力。
例如，圖2表示出了閥塞60，相對于閥座70該閥塞60被安置在第一可選擇的充分打開行程位置中。調(diào)節(jié)機構(gòu)(圖中未示)可以是這樣的，即一旦閥塞60到達選擇的充分打開位置，閥塞就不能從座環(huán)70進一步地移動。在這個例子中，塞體82完全地離開流動孔口72和座環(huán)70的閥座表面或閥座74。這個位置提供了通過該閥孔口72的自由流動?？梢赃@樣解釋，如果孔口72具有半英寸端口直徑，那么如圖2中所示，對于給定幾何形狀的閥而言，在閥塞充分打開的情況下，孔口區(qū)域50的閥流動系數(shù)可以為六(6)Cv。
可以操縱驅(qū)動器和調(diào)節(jié)機構(gòu)，以便重新設(shè)定閥塞的行程范圍或充分的打開位置。如圖3所示，塞60位于第二可選擇的充分打開位置中，其中，閥塞比圖2中所示的更靠近座環(huán)70。圖3中，至少部分末端或圓頂端88伸入座環(huán)70的流動孔口72中。描述這個位置的另一種方法是，圓頂形表面88至少部分地切過座表面74的一平面。雖然末端88附近的塞壁84的較小直徑準許介質(zhì)穿過座環(huán)的半英寸孔口72，但是該較小直徑有效地減小了閥的流動能力。舉一個例子，在圖3位置中，具有塞60的閥的流動能力或系數(shù)為四(4)Cv。即使座環(huán)沒有被替換并且仍具有半英寸端口直徑，但是這里將模擬具有八分之三英寸端口直徑的相同的閥。光滑的、伸長的并且呈錐形的塞60，使得在不替換調(diào)整裝置并且不消極地影響通過孔口區(qū)域50的流動特性的情況下達到這個結(jié)果。
圖4表示塞60的第三、更進一步被限制的、最大或充分打開的位置，該位置甚至小于先前注明的第一和第二可選擇位置。在這個例子中，塞體82的大部分伸入座環(huán)70的孔口72中。此外，壁84的縮減的或漸縮的直徑允許介質(zhì)在進一步限制的流動能力下通過孔口。在這個例子中，利用相同的塞60和座環(huán)70，通過孔口區(qū)域50的相同閥的流動特性可模擬四分之一英寸端口直徑，從而在不更換調(diào)整裝置的情況下便可導(dǎo)致流動能力或流動系數(shù)例如為二(2)Cv。也能調(diào)節(jié)其它中間位置，這取決于具體的塞和座環(huán)/孔口的設(shè)計結(jié)構(gòu)。例如，塞60在切過座表面平面的孔口范圍內(nèi)能伸入具有大于或小于大部分壁或表面84的孔口。
塞的外形和結(jié)構(gòu)允許在不更換調(diào)整裝置的情況下就可調(diào)節(jié)閥塞的最大行程位置，以便獲得閥的可調(diào)節(jié)的或可變的端口特征。就象座環(huán)70的流動孔口的尺寸可以被改變一樣，主體壁84、圓頂端88和過渡表面86的錐度和/或曲率可以被改變，以便獲得閥的期望的流動特性。然而，這里公開的塞60允許調(diào)節(jié)最大行程范圍，而且在閥孔口區(qū)域50中不會產(chǎn)生雙穩(wěn)態(tài)流動和振動，而現(xiàn)有技術(shù)中的閥座和閥塞則會產(chǎn)生這種雙穩(wěn)態(tài)流動和振動。
盡管這里已經(jīng)公開并描述了根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的某些可變端口閥塞，但是本專利的覆蓋范圍并不局限于此。相反，本專利覆蓋了根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的在可允許的等同方案范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種可變端口閥塞，包括一帶有一圓錐形的光滑錐形壁的塞體，塞體具有一近端和一圓頂形的遠端表面，近端適合與一閥桿相連接，圓頂形遠端表面光滑地過渡到錐形壁內(nèi)，從而閥塞能在閥中選擇性地定位，以便改變閥的流動能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變端口閥塞，還包括一位于塞體的近端的環(huán)狀肩部，環(huán)狀肩部具有一直徑，該直徑大于鄰近環(huán)狀肩部的錐形壁的直徑；一在錐形壁和環(huán)狀肩部之間延伸的光滑過渡表面。
3.一種閥組件，包括一具有一入口通道和一出口通道的閥體；一流動孔口，該流動孔口設(shè)置在閥體的孔口區(qū)域中，并且在入口通道和出口通道之間提供流動連通；一設(shè)置在孔口區(qū)域中的閥座；以及一包括一塞體的可變端口閥塞，該塞體帶有一圓錐形的光滑錐形壁、一近端和一圓頂形的遠端表面，近端與閥組件的可移動部分相連接，圓頂形遠端表面光滑地過渡到錐形壁，其中閥塞可在不與閥座接觸的打開位置和靠壓著閥座的關(guān)閉位置之間移動，并且其中能選擇地改變在打開位置中閥塞相對于閥座的最大行程位置，以改變閥組件的流動能力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥組件，其中閥組件的可移動部分是一可滑動的閥桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥組件，其中閥組件的可移動部分是一閥桿，并且其中閥塞的近端與閥桿的一端相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥組件，其中最大行程位置能從多個分散的最大打開位置中選擇。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥組件，其中多個最大打開位置包括至少一個可選擇的位置，其中整個塞體相對于打開位置沿一方向與閥座的平面間隔開一距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥組件，其中多個最大打開位置包括至少一個可選擇的位置，其中至少部分塞體的圓頂形端表面相對于關(guān)閉位置沿一方向切過閥座的平面。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥組件，其中多個最大打開位置包括至少一個可選擇的位置，其中圓頂形端表面和至少部分塞體的錐形壁相對于關(guān)閉位置沿一方向切過閥座的平面。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥組件，其中多個最大打開位置包括至少一個可選擇的位置，其中圓頂形端表面和多數(shù)塞體的錐形壁相對于關(guān)閉位置沿一方向切過閥座的平面。
11.一種閥組件，包括一具有一入口通道和一出口通道的閥體；一流動孔口，該流動孔口設(shè)置在閥體的孔口區(qū)域中，并且在入口通道和出口通道之間提供流動連通；一閥座，該閥座設(shè)置在流動孔口的上游端的孔口區(qū)域中；以及一包括一塞體的可變端口閥塞，塞體帶有一圓錐形的光滑錐形壁、一近端和一圓頂形的遠端表面，近端與閥組件的可移動部分相連接，圓頂形遠端表面光滑地過渡到錐形壁，其中閥塞可在不與閥座接觸的打開位置和靠壓著閥座的關(guān)閉位置之間移動，并且其中能選擇地改變閥塞相對于閥座的最大打開位置，以改變通過閥組件的流動特性。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的閥組件，其中閥組件的可移動部分是一閥桿，并且其中閥塞的近端與閥桿的一端相連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的閥組件，其中最大打開位置能從多個分散的打開位置中更改和選擇。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥組件，其中多個分散的打開位置包括至少一個可選擇的位置，其中整個塞體定位于流動孔口的外側(cè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥組件，其中多個分散的打開位置包括至少一個可選擇的位置，其中至少部分塞體的圓頂形端表面定位于流動孔口內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥組件，其中多個分散的打開位置包括至少一個可選擇的位置，其中圓頂形端表面和至少部分塞體的錐形壁定位于流動孔口內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥組件，其中多個分散的打開位置包括至少一個可選擇的位置，其中圓頂形端表面和多數(shù)塞體的錐形壁定位于流動孔口內(nèi)。
18.一種選擇地控制閥組件的流動特性的方法，閥組件具有一閥體，該閥體帶有一入口通道、一出口通道、一流動孔口和一閥座，流動孔口設(shè)置在入口通道和出口通道之間的閥體內(nèi)，閥座定位在流動孔口的上游端，所述方法包括以下步驟提供具有一塞體的一可變端口閥塞，塞體帶有一圓錐形的光滑錐形壁、一近端和一圓頂形的遠端表面，圓頂形遠端表面光滑地過渡到錐形壁內(nèi)；將閥塞的近端與閥組件的可移動部分相連接，以便閥塞可以在不與閥座接觸的打開位置和靠壓著閥座的關(guān)閉位置之間移動；確定閥組件的期望的流動能力；和從多個不同的可選擇的最大打開位置中選擇出與期望的流動能力相對應(yīng)的一個閥塞分散的打開位置。
全文摘要
一種閥組件，具有一閥體(12)，該閥體設(shè)置有入口通道(54)和出口通道(56)。一流動孔口(72)設(shè)置在閥體中，并且在入口通道(54)和出口通道(56)之間提供流體連通。一閥座(70)與流動孔口(72)以及可變端口閥塞(60)合作，以便打開和關(guān)閉閥。閥塞(60)具有一塞體，該塞體設(shè)置有一圓錐形的光滑錐形壁(82)；一近端；一圓頂形的末端(88)，該末端(88)的表面光滑地過渡到錐形壁(82)內(nèi)。閥塞(60)可以在不與閥座(70)接觸的打開位置和靠壓著閥座(70)的關(guān)閉位置之間移動。閥塞相對于閥座(70)的最大打開位置能選擇性地改變，從而改變通過閥組件的流動特性。
文檔編號F16K1/38GK1606671SQ02825785
公開日2005年4月13日 申請日期2002年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月15日
發(fā)明者蘭迪·J·霍爾, 羅納德·C·伯爾 申請人:費希爾控制國際公司