壓力平衡的彈簧加載式超程密封設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及壓力平衡的彈簧加載式超程密封設(shè)備。一種設(shè)備包括籠和配置在籠中的主插塞。主插塞能夠在主插塞閉合位置與主插塞開啟位置之間移動(dòng)。密封組件配置在主插塞上，密封組件具有密封件，該密封件構(gòu)造成在主插塞處于主插塞閉合位置時(shí)接觸籠，并且構(gòu)造成在橫跨密封件的壓差減小時(shí)減少與籠的接觸。設(shè)備包括能夠在閉合位置、超程位置和開啟位置之間移動(dòng)的壓力平衡組件。壓力平衡組件構(gòu)造成在處于超程位置和開啟位置時(shí)，平衡橫跨密封件的壓差。
【專利說明】壓力平衡的彈簧加載式超程密封設(shè)備
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本發(fā)明涉及 Thomas Henry Cunningham 的標(biāo)題為 APPARATUS AND METHOD FOR REDUCING
ACTUATOR THRUST REQUIREMENTS IN A CONTROL VALVE 的美國專利申請(qǐng)序列 N0._，
該申請(qǐng)與本發(fā)明同時(shí)提交，該申請(qǐng)被轉(zhuǎn)讓給與本發(fā)明相同的受讓人。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本文公開的主題大體涉及壓力平衡控制閥，并且更特別地，涉及密封質(zhì)量加強(qiáng)的、用于在高溫下使用的壓力平衡控制閥。
【背景技術(shù)】
[0003]控制閥用于控制在油氣處理、功率生成、精煉、石化產(chǎn)品和水控制行業(yè)中使用的系統(tǒng)中的流體的流量。常規(guī)的控制閥典型地包括具有入口和出口的閥本體?；\和座環(huán)配置在入口與出口之間。籠具有至少一個(gè)端口，從而允許控制閥的入口和出口之間的流體連通。用語“流體連通”表示允許流體在它們之間傳送或通過它們，如流體通過管道從一個(gè)容積傳送到另一個(gè)容積。插塞同心地配置在籠中，并且被允許沿軸向平移，從而暴露籠端口(多個(gè))，以及調(diào)節(jié)流體流。插塞借助于桿而連接于促動(dòng)器。促動(dòng)器是供應(yīng)力和運(yùn)動(dòng)以開啟或閉合閥的裝置，并且可由機(jī)械、氣動(dòng)、水力或電力器件提供功率。
[0004]一些控制閥設(shè)計(jì)成平衡橫跨閥插塞的壓力，以減少用促動(dòng)器開啟和閉合閥所需的力的量。平衡控制閥典型地包括籠、插塞、桿、座環(huán)和平衡密封件。插塞具有至少一個(gè)管道或孔，從而允許頂部與底部之間的流體連通，這將平衡橫跨插塞的壓力?？稍诓迦c籠之間設(shè)置密封環(huán)以最小化流體泄漏。當(dāng)閉合時(shí)，平衡控制閥典型地將具有兩個(gè)可能的主流體泄漏路徑。第一泄漏路徑在插塞與座環(huán)之間，其中，足夠的促動(dòng)器力將提供牢固的金屬對(duì)金屬接觸，以阻止流動(dòng)。即使在插塞與閥座接觸時(shí)，該泄漏可發(fā)生?？赡艿牡诙孤┞窂绞桥渲迷诓迦c籠之間的密封環(huán)。
[0005]美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(“ANSI”)已建立了控制閥的泄漏分級(jí)(ANSI/FCI 70-2) 0標(biāo)準(zhǔn)將座泄漏分成六級(jí)(I級(jí)至VI級(jí))。隨著級(jí)數(shù)增大，泄漏標(biāo)準(zhǔn)變得更嚴(yán)格。V級(jí)表示通常被稱為“實(shí)際零泄漏”的控制閥。V級(jí)閥的標(biāo)準(zhǔn)要求允許通過閥的最大泄漏為0.0005 ml水每分鐘、每英寸端口直徑、每PSI壓差，如從閥的入口端口到閥的出口端口測(cè)量的。
[0006]平衡閥可與配置在插塞與籠之間的許多不同的密封件(諸如例如活塞環(huán)密封件)一起使用?；钊h(huán)密封件可由各種各樣的材料(諸如特氟綸、金屬和石墨)制造，這取決于閥應(yīng)用(即，流體的類型、溫度、壓力)。特氟綸活塞環(huán)密封件例如可允許相當(dāng)緊密的關(guān)閉，但在使用上受到流體溫度的限制。石墨和金屬活塞環(huán)密封件可允許在較高溫度的應(yīng)用中使用閥，但是這樣的材料可不允許緊密的關(guān)閉。
[0007]典型的活塞環(huán)密封件在與其密封表面接觸時(shí)可生成相當(dāng)大的摩擦。該摩擦對(duì)于允許泄漏高于FCI 70-2 V級(jí)的泄漏要求的應(yīng)用而言可為可接受的。例如，II級(jí)、III級(jí)或者甚至IV級(jí)要求較小的接觸壓力，以滿足它們的相應(yīng)的泄漏要求，但是相比之下，V級(jí)是較緊密的若干數(shù)量級(jí)。在高于彈性體或熱塑性塑料的可用范圍的溫度下用活塞環(huán)型密封部件實(shí)現(xiàn)^級(jí)關(guān)閉將典型地導(dǎo)致高摩擦，從而導(dǎo)致高促動(dòng)要求(即，需要高的力來開啟和閉合閥)，從而使得難以操作閥。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的實(shí)施例可減少密封件在高溫下的摩擦，由此減少對(duì)閥節(jié)流所需的促動(dòng)推力的量。
[0009]在一個(gè)示例性非限制性實(shí)施例中，一種設(shè)備包括籠和配置在籠中的主插塞。主插塞能夠在主插塞閉合位置與主插塞開啟位置之間移動(dòng)。設(shè)備包括配置在主插塞上的密封組件，密封組件具有密封件，該密封件構(gòu)造成在主插塞處于主插塞閉合位置時(shí)接觸籠，并且構(gòu)造成在橫跨密封件的壓差減小時(shí)減小或消除與籠的接觸。設(shè)備還包括能夠在閉合位置和超程位置和開啟位置之間移動(dòng)的壓力平衡組件。壓力平衡組件構(gòu)造成在壓力平衡組件處于超程位置時(shí)，減少密封件與籠之間的摩擦。
[0010]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于通過閥調(diào)整件控制流體流的方法包括用配置在籠中的主插塞密封出口管道。主插塞承坐抵靠與籠聯(lián)接的座環(huán)。該方法包括對(duì)密封件施加力，以封鎖主插塞與籠之間的空間，以及在主插塞承坐抵靠座環(huán)時(shí)，保持空間中的密封壓力。該方法包括平衡橫跨密封件的壓差，以及使主插塞從座環(huán)上脫開。
[0011]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于通過閥調(diào)整件控制流體流的系統(tǒng)包括籠、配置在籠中的主插塞，以及構(gòu)造成接合主插塞的座環(huán)。提供子系統(tǒng)，以對(duì)密封件施加力，以封鎖主插塞與籠之間的空間，以及在主插塞承坐抵靠座環(huán)時(shí)，保持橫跨密封件的壓差。還設(shè)置在主插塞的任何移動(dòng)之前平衡橫跨密封件的壓差的子系統(tǒng)。系統(tǒng)還包括使主插塞從座環(huán)上脫開的子系統(tǒng)。
[0012]一種設(shè)備，其包括:籠；主插塞，其配置在籠中，并且能夠在主插塞閉合位置與主插塞開啟位置之間移動(dòng)；密封組件，其具有密封件，密封件被迫與籠高摩擦接觸，并且在主插塞處于主插塞閉合位置時(shí)，保持橫跨密封件的壓差；以及壓力平衡組件，其能夠在閉合位置、超程位置和開啟位置之間移動(dòng)，壓力平衡組件構(gòu)造成平衡橫跨密封件的壓差，以及在壓力平衡組件處于超程位置時(shí)，減少密封件與籠之間的摩擦。
[0013]優(yōu)選地,密封組件包括載荷傳遞組件,載荷傳遞組件構(gòu)造成在主插塞處于主插塞閉合位置時(shí)，在密封件上施加力，以及在壓力平衡組件處于超程位置時(shí)，減小密封件上的力。
[0014]優(yōu)選地，設(shè)備進(jìn)一步包括:加壓容積；密封平衡容積；并且其中，壓力平衡組件包括:引導(dǎo)插塞，其適于在壓力平衡組件處于超程位置時(shí)，將加壓容積聯(lián)接于密封平衡容積。
[0015]優(yōu)選地，設(shè)備進(jìn)一步包括加壓容積；密封平衡容積；與密封平衡容積流體地聯(lián)接的管道；并且其中，壓力平衡組件包括密封部件，密封部件配置在桿上，并且適于在主插塞處于閉合位置時(shí)，密封管道。
[0016]優(yōu)選地，密封部件包括聯(lián)接于桿的凸緣，凸緣適于在主插塞處于主插塞閉合位置時(shí)，密封管道，并且適于在主插塞處于主插塞開啟位置時(shí)，解除對(duì)管道的密封。
[0017]優(yōu)選地，密封部件包括能夠在閉合位置、超程位置和開啟位置之間移動(dòng)的引導(dǎo)插塞。[0018]優(yōu)選地，設(shè)備進(jìn)一步包括:聯(lián)接于引導(dǎo)插塞的凸緣；以及固持環(huán)，其聯(lián)接于主插塞，并且構(gòu)造成在引導(dǎo)插塞處于開啟位置時(shí)，接合凸緣。
[0019]優(yōu)選地，密封件是壓力賦能式密封件。
[0020]一種用于通過閥調(diào)整件控制流體流的方法，其包括:以載荷迫使密封件與籠接觸；保持橫跨密封件的壓差；使載荷傳遞組件移位，以解除密封件與籠的接觸；平衡橫跨密封件的壓差；以及當(dāng)壓差平衡時(shí)，使主插塞脫開。
[0021]優(yōu)選地，平衡壓差包括使配置在形成于主插塞中的腔體內(nèi)部的壓力平衡組件移位，壓力平衡組件構(gòu)造成密封與入口端口連通的引導(dǎo)室。
[0022]優(yōu)選地，使主插塞脫開包括在壓差平衡，以及密封件與籠之間的接觸已最小化或消除時(shí)，使主插塞與壓力平衡組件接合，以使主插塞移位。
[0023]優(yōu)選地，迫使包括用載荷傳遞組件迫使密封件抵靠籠。
[0024]優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括在壓差平衡時(shí)，減小密封件上的載荷。
[0025]優(yōu)選地，壓力平衡組件能夠在閉合位置、超程位置和開啟位置之間移動(dòng)；并且其中，使主插塞脫開包括在壓力平衡組件處于開啟位置時(shí)，使主插塞與壓力平衡組件接合。
[0026]一種用于通過閥調(diào)整件控制流體流的系統(tǒng)，其包括:籠；配置在籠中的主插塞；構(gòu)造成接合主插塞的座環(huán)；載荷傳遞組件，其對(duì)密封件施加力，以在主插塞承坐抵靠座環(huán)時(shí)，保持橫跨密封件的壓差；壓力平衡組件，其在主插塞的任何移動(dòng)之前，平衡與上游壓力的壓差；以及使主插塞從座環(huán)上脫開的子系統(tǒng)。
[0027]優(yōu)選地，系統(tǒng)進(jìn)一步包括:加壓容積；密封平衡容積；并且其中，壓力平衡組件包括引導(dǎo)插塞，當(dāng)載荷傳遞組件處于超程位置時(shí)，引導(dǎo)插塞將加壓容積聯(lián)接于密封平衡容積。
[0028]優(yōu)選地，系統(tǒng)進(jìn)一步包括配置在主插塞與籠之間的限流器，并且其中，加壓容積由主插塞的外表面和籠的內(nèi)表面、密封件和限流器限定。
[0029]優(yōu)選地，系統(tǒng)進(jìn)一步包括:桿；與密封平衡容積流體地聯(lián)接的管道；并且其中，壓力平衡組件包括密封部件，密封部件配置在桿上，并且適于在主插塞處于閉合位置時(shí)，密封管道。
[0030]優(yōu)選地，密封件是壓力賦能式密封件。
[0031]優(yōu)選地，引導(dǎo)插塞能夠在閉合位置、超程位置和開啟位置之間移動(dòng)；并且其中，使主插塞從座環(huán)上脫開的子系統(tǒng)包括在壓力平衡組件處于超程位置時(shí)，使主插塞與壓力平衡組件接合的構(gòu)件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]從結(jié)合附圖進(jìn)行的優(yōu)選實(shí)施例的以下更詳細(xì)的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的，該附圖經(jīng)由實(shí)例示出本發(fā)明的某些方面的原理。
[0033]圖1是閥調(diào)整件的實(shí)施例的局部剖面圖。
[0034]圖2是閥調(diào)整件的實(shí)施例的透視外視圖。
[0035]圖3是沿著圖1的線A-A截取的橫截面的示意圖(不成比例)，并且顯示處于閉合位置的閥調(diào)整件的實(shí)施例。
[0036]圖4是圖1的閥調(diào)整件的實(shí)施例的橫截面的不意圖(不成比例)，其顯不相關(guān)容積和腔體。[0037]圖5是處于壓力平衡位置的圖1的閥調(diào)整件的實(shí)施例的橫截面的示意圖(不成比
例
[0038]圖6是處于開啟位置的圖1的閥調(diào)整件的實(shí)施例的橫截面的示意圖(不成比例)。
[0039]圖7是密封件的實(shí)施例的橫截面的示意圖(不成比例)。
[0040]圖8是密封件的可選實(shí)施例的橫截面的示意圖(不成比例)。
[0041]圖9是處于閉合位置的閥調(diào)整件的可選實(shí)施例的橫截面的示意圖(不成比例)。
[0042]圖10是處于壓力平衡位置的圖8的閥調(diào)整件的可選實(shí)施例的橫截面的示意圖
(不成比例
[0043]圖11是處于開啟位置的圖8的閥調(diào)整件的可選實(shí)施例的橫截面的示意圖(不成
比例)。
[0044]圖12是用于控制流體流的方法的流程圖。
[0045]部件列表 11調(diào)整組件 13籠
14籠端口 15主插塞 16下部分 17上部分 18主承坐表面 21座環(huán) 22上游容積 23下游容積 24腔體 25平衡管道 26縱向管道 27引導(dǎo)室 31引導(dǎo)組件 33引導(dǎo)插塞 35引導(dǎo)桿 36促動(dòng)器 37引導(dǎo)密封表面 39引導(dǎo)凸緣 40引導(dǎo)座 41軸向管道 43固持環(huán) 46密封組件 47密封件 48第一密封表面 49載荷傳遞組件 50彈簧 51限流器 52密封平衡容積 53中間區(qū)段 55壓蓋 57制動(dòng)表面 75平衡管道 76開口 79桿組件 81桿 85螺母
91載荷傳遞組件 92通道 97密封凸緣 98插塞平臺(tái) 99密封平衡容積 100加壓容積 101縱向管道 102彈簧
105方法105，由調(diào)整組件11實(shí)施，用于通過調(diào)整組件11的運(yùn)行來控制流體流107調(diào)整組件11用配置在籠13中的主插塞15密封上游容積22，主插塞15承坐抵靠座環(huán)21
109出現(xiàn)軸向超程，并且調(diào)整組件11對(duì)密封件47施加力，以封鎖主插塞15與籠13之間 的密封平衡容積52，以及在主插塞15承坐抵靠座環(huán)21時(shí)，在上游壓力？1與下游壓力$2) 之間提供緊密密封。在該步驟中，力可由載荷傳遞組件49施加 111調(diào)整組件11使主插塞15的上部分保持處于密封壓力？1 113調(diào)整組件11平衡橫跨密封件47的壓力 115調(diào)整組件11減小密封件47上的力 117引導(dǎo)組件31接合主插塞15 119調(diào)整組件11使主插塞15從座環(huán)21上脫開。
【具體實(shí)施方式】
[0046]根據(jù)本公開的閥調(diào)整件包括籠、插塞、座環(huán)和壓力平衡組件。閥調(diào)整件還包括密封組件，該密封組件包括密封件，該密封件構(gòu)造成在主插塞處于閉合位置時(shí)接觸籠。密封件還構(gòu)造成在橫跨密封件的壓差基本平衡時(shí)，減少或消除與籠的接觸。密封件設(shè)置有與應(yīng)變能相關(guān)聯(lián)的預(yù)定的彈性或硬度，以使密封件將在用來使其抵靠籠的壓差減小時(shí)趨向于移動(dòng)遠(yuǎn)離籠。在主插塞處于閉合位置時(shí)，壓力平衡組件與密封組件一起對(duì)密封件提供要求的緊密關(guān)閉，同時(shí)在不再要求緊密關(guān)閉時(shí)在主插塞節(jié)流(主插塞在閉合位置與開啟位置之間移動(dòng))期間減少或消除接觸和不合乎需要的摩擦。壓力平衡組件消除在閥在籠與主插塞之間的任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)之前閉合時(shí)看到的高壓差。主插塞和密封組件提供徑向密封(插塞或籠沒有梯級(jí)或直徑表面不減小)，并且允許容易的現(xiàn)場(chǎng)更換和調(diào)整件升級(jí)的可能性。根據(jù)本公開的閥調(diào)整件允許使用高溫金屬材料作為徑向柱體密封件用于緊密的封鎖，同時(shí)在節(jié)流期間移除不合乎需要的摩擦特性，并且消除過高的促動(dòng)器推力要求。
[0047]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的調(diào)整組件11的局部剖視圖。調(diào)整組件11包括具有籠端口 14的籠13。主插塞15配置在籠13的內(nèi)部。座環(huán)21配置在籠13下面。主插塞15的上部分17包括腔體24。主插塞15還可設(shè)置有流體地聯(lián)接于引導(dǎo)室27的一個(gè)或更多個(gè)平衡管道(多個(gè))25，以及縱向管道26。引導(dǎo)插塞33配置在腔體24的內(nèi)部，并且連接于引導(dǎo)桿35和促動(dòng)器36，并且設(shè)置有引導(dǎo)凸緣39。引導(dǎo)密封表面37適于接合主插塞15上的引導(dǎo)座40。引導(dǎo)凸緣39可設(shè)置有與腔體24流體連通的一個(gè)或更多個(gè)軸向管道41。固持環(huán)43聯(lián)接于主插塞15的上部分17，并且適于在引導(dǎo)插塞33升起時(shí)接合引導(dǎo)凸緣39。配置在主插塞15的上部分17附近的是密封組件46，密封組件46包括壓力賦能式密封件(密封件47)、載荷傳遞組件49和彈性部件50。一個(gè)或更多個(gè)低摩擦限流器51配置在主插塞15與籠13之間?；\13的內(nèi)表面、主插塞15的外表面、密封件47和低摩擦限流器51限定密封平衡容積52。密封平衡容積52與平衡管道25和引導(dǎo)室27流體連通。參照?qǐng)D2_6在下面更詳細(xì)地描述構(gòu)件和它們的運(yùn)行，圖2-6是另一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)件和運(yùn)行以及它們的運(yùn)行的示意性表現(xiàn)。
[0048]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的調(diào)整組件11的透視外視圖。調(diào)整組件11包括具有一個(gè)或更多個(gè)籠端口(多個(gè))14的籠13。
[0049]圖3是沿著圖2中標(biāo)為A-A的線截取的橫截面圖，并且示出調(diào)整組件11，其可集成到控制閥(未顯示)中。注意，僅示意性地顯示尺寸和關(guān)系，并且它們不成比例，并且為了清楚地說明，擴(kuò)大了構(gòu)件的相對(duì)尺寸。典型地，在構(gòu)件之間存在緊密配合和相對(duì)的緊容差。調(diào)整組件11包括具有籠端口 14的籠13，當(dāng)調(diào)整組件11處于開啟位置時(shí)，流體可流過籠端口 14?；\13可呈空心柱體的形狀，并且籠端口 14可為通過籠13的各種各樣的不同孔口形狀之一，以允許流體流至籠13的外部。配置在籠13內(nèi)部的是主插塞15，主插塞15可為具有下部分16、上部分17和主承坐表面18的單個(gè)構(gòu)件。還配置在籠13下面的是座環(huán)21。座環(huán)21可為環(huán)形構(gòu)件，并且可設(shè)置有接合主插塞15的主承坐表面18的斜削內(nèi)表面。當(dāng)調(diào)整組件11處于閉合位置時(shí)，座環(huán)21和主插塞15的主承坐表面18產(chǎn)生緊密密封。
[0050]圖4示出圖3的調(diào)整組件11，其示出調(diào)整組件11的不同的容積和腔體。與圖4相t匕，擴(kuò)大了構(gòu)件之間的相對(duì)間距，以示出描述的不同的容積、室和腔體。由主插塞15和座環(huán)21產(chǎn)生的緊密密封使上游容積22 (對(duì)應(yīng)于圖4中的虛線22)與下游容積23 (對(duì)應(yīng)于圖4中的虛線23)密封。用語“下游”和“上游”是相對(duì)用語，并且相對(duì)含義可取決于閥是“流開啟閥”還是“流閉合閥”。如本文所用，用語“上游”指的是系統(tǒng)的壓力較高的區(qū)域。
[0051]在一個(gè)實(shí)施例中，主插塞15的上部分17包括腔體24 (對(duì)應(yīng)于圖4中的虛線24)。腔體24可被認(rèn)為是上游容積22的一部分。主插塞15還可設(shè)置有流體地聯(lián)接于引導(dǎo)室27(對(duì)應(yīng)于圖4中的虛線27)的一個(gè)或更多個(gè)平衡管道(多個(gè))25。主插塞15還設(shè)置有在上游容積22與腔體24之間提供流體連通的縱向管道26。
[0052]調(diào)整組件11設(shè)置有壓力平衡組件31。在一個(gè)實(shí)施例中，壓力平衡組件31包括配置在腔體24內(nèi)部的引導(dǎo)插塞33。引導(dǎo)插塞33可為各種各樣的形狀之一，除了別的以外，包括圖3中示出的球形、具有斜削端面的柱形或錐形。壓力平衡組件31包括連接于促動(dòng)器36的引導(dǎo)桿35、引導(dǎo)密封表面37和引導(dǎo)凸緣39。引導(dǎo)密封表面37適于接合主插塞15上的引導(dǎo)座40。引導(dǎo)凸緣39可設(shè)置有與腔體24流體連通的一個(gè)或更多個(gè)軸向管道41。固持環(huán)43聯(lián)接于主插塞15的上部分17，并且適于在引導(dǎo)插塞33升起時(shí)接合引導(dǎo)凸緣39。
[0053]配置在主插塞15的上部分17附近的是密封組件46。密封組件46包括接合形成于主插塞15上的第一密封表面48的密封件47。隨著作用于密封件47的壓差(密封壓力)增大，密封件47的密封有效性提高。密封組件46包括載荷傳遞組件49和彈性部件50，諸如彈簧，彈性部件50在密封件47上施加力，以在主插塞15處于閉合位置時(shí)，使密封件47保持與籠13高摩擦接觸。載荷傳遞組件49可附接于引導(dǎo)桿35，并且適于隨著引導(dǎo)桿35移位而移位。彈性部件50可為貝勒維爾式墊圈。
[0054]一個(gè)或更多個(gè)低摩擦限流器51配置在主插塞15與籠13之間。低摩擦限流器51可具有選自除了別的以外的壓力賦能式聚合物環(huán)、金屬環(huán)、和彈性材料的組合以及金屬和石墨的組合的類型。低摩擦限流器51提供摩擦相對(duì)低的密封，并且便于以受調(diào)整的計(jì)量方式對(duì)引導(dǎo)室27和密封平衡容積52加壓(即，控制流和阻止泄漏)。
[0055]籠13的內(nèi)表面、主插塞15的外表面、密封件47和低摩擦限流器51限定密封平衡容積52(對(duì)應(yīng)于圖4中的虛線52)。密封平衡容積52與平衡管道25和引導(dǎo)室27流體連通。
[0056]可使用各種各樣的材料來制造調(diào)整組件11的各種構(gòu)件。具體材料取決于運(yùn)行參數(shù)，諸如流體壓力和運(yùn)行溫度、流體的化學(xué)特性、成本和管道系統(tǒng)考量。例如，腐蝕性流體應(yīng)用可要求籠13、主插塞15、引導(dǎo)插塞33、座環(huán)21和引導(dǎo)桿35中的一個(gè)或更多個(gè)由不銹鋼或任何其它適合的材料(例如，鈦、雙相不銹鋼或鎳合金)制成。
[0057]轉(zhuǎn)到調(diào)整組件11的構(gòu)件的運(yùn)行，圖3示出調(diào)整組件11處于閉合位置。壓力平衡組件31和引導(dǎo)插塞33也處于閉合位置。主插塞15使籠端口 14和下游容積23與上游容積22密封。上游容積22處于上游壓力(91),而下游容積23處于下游壓力$2)。上游壓力(”)高于下游壓力$2)。引導(dǎo)插塞33使引導(dǎo)室27與腔體24密封。密封件47使密封平衡容積52與腔體24密封。當(dāng)主插塞15處于閉合位置時(shí)，腔體24中的壓力將借助于縱向管道26保持處于上游壓力$1)，縱向管道26使腔體24與上游容積22流體地聯(lián)接。由于密封平衡容積52與下游容積23連接，故密封平衡容積52中的壓力保持處于下游壓力(^2)。低摩擦限流器51允許足夠的流，以使在足夠的時(shí)間過去之后，密封平衡容積52中的壓力與下游容積23中的壓力相等。載荷傳遞組件49使密封件47保持與籠接觸。來自載荷傳遞組件49的載荷和作用于密封件47的壓差(上游壓力$1)與下游壓力$2)之間的差)的組合迫使密封件47抵靠籠13，作用于密封件47的壓差提高密封件的有效性。當(dāng)主插塞15處于閉合位置時(shí)，密封組件46提供高摩擦密封。[0058]圖5示出圖3的調(diào)整組件11，其中，壓力平衡組件31處于壓力平衡位置。引導(dǎo)插塞33向上移位，并且從引導(dǎo)座40上脫開(開啟引導(dǎo)插塞位置)，由此使引導(dǎo)室27暴露于處于上游壓力$1)的流體。低摩擦限流器51將從密封平衡容積52到下游容積23的流體流限制成速率充分地低于流體從上游容積22流過平衡管道25的速率，由此對(duì)密封平衡容積52加壓。引導(dǎo)室27和密封平衡容積52中的壓力因此與上游容積22處的壓力$1)平衡。在這點(diǎn)上，調(diào)整組件11和引導(dǎo)插塞33處于超程位置。超程是促動(dòng)器36和引導(dǎo)桿35的不面參照?qǐng)D3描述了圖5中的所有其它附圖
施例。在圖7的實(shí)施例中，密封件47可為咨封件。密封件47可具有橫截面厚度沿著可設(shè)置有較厚的中間區(qū)段，以使本體應(yīng)力最二的第一密封表面48上。第一密封表面48丨勺。密封件47可由具有高強(qiáng)度-彈性模數(shù)？的奧氏體鎳鉻基超合金)制成。密封件47目載荷傳遞組件49的載荷減小時(shí)消除與籠-第一密封表面48上的制動(dòng)表面57的底部7便于密封件47與主插塞15之間的滑動(dòng)，9器36的較小軸向推力下閉合與籠13的預(yù)[面57為楔形，并且適于接合形狀凸起的壓制動(dòng)表面57適于接合形狀凸起的壓蓋55，
47與插塞之間的接觸部處生成的接觸壓力封表面。調(diào)整組件11還設(shè)置有低摩擦限流器51?；\13的內(nèi)部、主插塞15的外部以及密封件47和低摩擦限流器51限定密封平衡容積99 (對(duì)應(yīng)于圖9中的虛線99)。平衡管道75流體地聯(lián)接于密封平衡容積99。配置在主插塞15下面的是處于上游壓力(Pl)的上游容積22 (對(duì)應(yīng)于圖9中的虛線22)，而配置在主插塞15上面的是加壓容積100 (對(duì)應(yīng)于圖9中的虛線100)。加壓容積100還借助于縱向管道101來保持處于上游壓力(Pl)，縱向管道101使加壓容積100與上游容積22聯(lián)接。上游容積22和加壓容積100可被認(rèn)為是處于上游壓力(PD的單個(gè)容積。用語“上面”和“下面”用于參照?qǐng)D指示標(biāo)識(shí)的元件的相對(duì)位置，并且不意于表示調(diào)整組件11的構(gòu)件在實(shí)際使用中的定向。
[0066]調(diào)整組件11還包括桿組件79，桿組件79具有呈細(xì)長竿形狀的桿81。調(diào)整組件11還包括直徑大于桿81的直徑的螺母85，并且包括密封凸緣97的壓力平衡組件96也具有大于桿81的直徑的直徑。壓力平衡組件96能夠在閉合位置、超程位置和開啟位置之間移動(dòng)。桿組件79可被彈性部件50偏置，彈性部件50接合密封凸緣97。桿組件79可聯(lián)接于促動(dòng)器36，促動(dòng)器36驅(qū)動(dòng)桿組件79，并且使桿組件79在籠13內(nèi)滑動(dòng)。載荷傳遞組件91可被諸如例如貝勒維爾式墊圈的彈性部件102偏置。
[0067]圖9顯示調(diào)整組件11的實(shí)施例，其中，壓力平衡組件96和主插塞15處于閉合位置。載荷傳遞組件91與密封件47接觸，從而迫使密封件47與籠13接觸。在閉合位置，上游容積22保持處于上游壓力(P1)，而籠端口 14保持處于下游壓力(P2)。主插塞15的主承坐表面18承坐抵靠座環(huán)21，從而形成緊密密封。促動(dòng)器36迫使主插塞15抵靠座環(huán)21。密封凸緣97密封平衡管道75。密封件47和低摩擦限流器51封閉保持處于下游壓力(P2)的密封平衡容積99。低摩擦限流器51容許有限的流體流，以使密封平衡容積99的壓力與籠端口 14處的流體的下游壓力(P2)基本上相同。加壓容積100通過縱向管道101與上游容積22流體連通，由此保持加壓容積100中的壓力處于上游壓力(Pl)。當(dāng)主插塞15處于閉合位置時(shí)，密封凸緣97覆蓋開口 76，并且密封平衡容積99中的壓力(P2)與加壓容積100中的壓力(Pl)之間的壓差使密封件47被完全加壓，以及與籠13成緊密密封關(guān)系。當(dāng)桿81移位時(shí)，加壓容積100、密封平衡容積99、平衡管道75和密封凸緣97執(zhí)行為壓力平衡組件。
[0068]圖10顯示圖9的調(diào)整組件11，其中，壓力平衡組件96處于超程位置，并且主插塞15處于壓力平衡位置。在該位置，桿組件79已移位了足以使密封凸緣97移位的距離，由此露出平衡管道75。接著，密封平衡容積99與處于上游壓力Pl的加壓容積100流體地聯(lián)接。流體通過低摩擦限流器51的泄漏小于通往密封平衡容積99的流入量，以使在間隔時(shí)間之后，密封平衡容積99中的壓力增大到上游壓力，由此減小或消除作用于密封件47的壓差。結(jié)果是密封件47對(duì)籠13施加的壓力顯著地減小，或者密封件47與籠13之間的接觸在主插塞15的任何移動(dòng)之前被消除。已在前面參照?qǐng)D9描述了圖10中的所有其它附圖標(biāo)記。
[0069]圖11顯示圖9的調(diào)整組件11，其中，壓力平衡組件96處于開啟位置，并且主插塞15處于節(jié)流開啟位置。桿組件79向上移位，并且螺母85接合主插塞15的底部。作用于密封件47的壓力已平衡，由此減少或消除密封件47與籠13的接觸。密封件47與籠13之間的摩擦因此減少。摩擦減少減小促動(dòng)器36要求的推力，以使主插塞15移位。已在前面參照?qǐng)D9描述了圖11中的所有其它附圖標(biāo)記。[0070]雖然已描述了用于平衡橫跨密封件47的壓力的組件的僅兩個(gè)實(shí)例(圖2-4中的壓力平衡組件31和圖9-11中的桿組件79)，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見的是，提供用于平衡載荷的等同機(jī)構(gòu)，而不背離本發(fā)明的精神。類似地，設(shè)想在密封件47上的壓力平衡時(shí)減小密封件47上的力的其它布置，如對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可顯而易見的。
[0071]圖12示出由調(diào)整組件11的實(shí)施例實(shí)施的、用于通過調(diào)整組件11的運(yùn)行控制流體流的方法105。
[0072]如框107指示的，參照?qǐng)D2、4、5、8、9、10和11，調(diào)整組件11使上游容積22與配置
在籠13中的主插塞15密封,主插塞15承坐抵靠座環(huán)21。
[0073]如框109指示的，發(fā)生軸向超程，并且調(diào)整組件11對(duì)密封件47施加力，以封鎖主插塞15與籠13之間的密封平衡容積52，以及在主插塞15承坐抵靠座環(huán)21時(shí)，在上游壓力
與下游壓力$2)之間提供緊密密封。在該步驟中，載荷傳遞組件49可施加力。
[0074]如框111指示的，調(diào)整組件11使主插塞15的上部分保持處于密封壓力？1。當(dāng)引導(dǎo)密封表面37承坐在引導(dǎo)座40上由此生成橫跨密封件47的壓差時(shí)，這可由圖2中示出的壓力平衡組件31實(shí)現(xiàn)。可選地，這可由覆蓋開口 76的圖9中的密封凸緣97實(shí)現(xiàn)。
[0075]如框113指示的，調(diào)整組件11平衡橫跨密封件47的壓差。這由圖2中示出的壓力平衡組件31的移位或圖8中的密封凸緣97的移位實(shí)現(xiàn)。
[0076]如框115指示的，調(diào)整組件11減小密封件47上的力。這可通過接合載荷傳遞組件49的促動(dòng)器36實(shí)現(xiàn)。
[0077]如框117指示的，壓力平衡組件31接合主插塞15。
[0078]如框119指示的，調(diào)整組件11使主插塞15從座環(huán)21上脫開。
[0079]雖然可按順序描述方法步驟，但是這樣的方法可構(gòu)造成以交替順序工作。換句話說，可在本專利申請(qǐng)中描述的步驟的任何序列或順序本身不表明要求步驟按該順序執(zhí)行。本文描述的過程的步驟可按任何實(shí)際順序執(zhí)行。另外，一些步驟可同時(shí)執(zhí)行，盡管被描述或暗示成不是同時(shí)進(jìn)行(例如，因?yàn)樵诹硪粋€(gè)步驟之后描述一個(gè)步驟此外，在圖中用過程的描繪來示出過程不暗示示出的過程排除對(duì)其的其它變化和修改，不暗示示出的過程或其步驟中的任何一個(gè)對(duì)本發(fā)明而言是必要的，并且不暗示示出的過程是優(yōu)選的。
[0080]在用語的定義背離用語的常用含義的情況下， 申請(qǐng)人:意于利用本文提供的定義。
[0081]本文使用的用語僅是為了描述特定實(shí)施例，并且不意于限制本發(fā)明。在用語的定義背離用語的常用含義的情況下， 申請(qǐng)人:意于利用本文提供的定義，除非有明確指示。單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”意于還包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確的指示。將理解，雖然用語第一、第二等可用于描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)當(dāng)受這些用語的限制。這些用語僅用于區(qū)分一個(gè)元件與另一個(gè)元件。用語“和/或”包括相關(guān)聯(lián)的所列項(xiàng)目中的一個(gè)或更多個(gè)中的任何一個(gè)和全部及組合。
[0082]該書面的描述使用實(shí)例以公開本發(fā)明(包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語言無顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實(shí)例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)備，其包括: 龍; 主插塞，其配置在所述籠中，并且能夠在主插塞閉合位置與主插塞開啟位置之間移動(dòng)； 密封組件，其具有密封件，所述密封件被迫與所述籠高摩擦接觸，并且在所述主插塞處于所述主插塞閉合位置時(shí)，保持橫跨所述密封件的壓差；以及 壓力平衡組件，其能夠在閉合位置、超程位置和開啟位置之間移動(dòng)，所述壓力平衡組件構(gòu)造成平衡橫跨所述密封件的壓差，以及在所述壓力平衡組件處于所述超程位置時(shí)，減少所述密封件與所述籠之間的摩擦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述密封組件包括載荷傳遞組件，所述載荷傳遞組件構(gòu)造成在所述主插塞處于所述主插塞閉合位置時(shí)，在所述密封件上施加力，以及在所述壓力平衡組件處于所述超程位置時(shí)，減小所述密封件上的所述力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括: 加壓容積； 密封平衡容積；并且其中，所述壓力平衡組件包括: 引導(dǎo)插塞，其適于在所述壓力平衡組件處于超程位置時(shí)，將所述加壓容積聯(lián)接于所述密封平衡容積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括 加壓容積； 密封平衡容積； 與所述密封平衡容積流體地聯(lián)接的管道；并且 其中，所述壓力平衡組件包括密封部件，所述密封部件配置在桿上，并且適于在所述主插塞處于所述閉合位置時(shí)，密封所述管道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述密封部件包括聯(lián)接于所述桿的凸緣，所述凸緣適于在所述主插塞處于所述主插塞閉合位置時(shí)，密封所述管道，并且適于在所述主插塞處于所述主插塞開啟位置時(shí)，解除對(duì)所述管道的密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述密封部件包括能夠在閉合位置、超程位置和開啟位置之間移動(dòng)的引導(dǎo)插塞。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括: 聯(lián)接于所述引導(dǎo)插塞的凸緣；以及 固持環(huán)，其聯(lián)接于所述主插塞，并且構(gòu)造成在所述引導(dǎo)插塞處于開啟位置時(shí)，接合所述凸緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述密封件是壓力賦能式密封件。
9.一種用于通過閥調(diào)整件控制流體流的方法，其包括: 以載荷迫使密封件與籠接觸； 保持橫跨所述密封件的壓差； 使載荷傳遞組件移位，以解除所述密封件與所述籠的接觸； 平衡橫跨所述密封件的所述壓差；以及 當(dāng)所述壓差平衡時(shí)，使主插塞脫開。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，平衡所述壓差包括使配置在形成于主插塞中的腔體內(nèi)部的壓力平衡組件移位，所述壓力平衡組件構(gòu)造成密封與入口端口連通的引導(dǎo)室 。
【文檔編號(hào)】F16K17/30GK103836243SQ201310584380
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月20日
【發(fā)明者】T.H.坎寧安, C.E.沃爾夫, 盛諾, X.齊, A.M.薩特, J.A.斯塔爾斯, H.W.博格 申請(qǐng)人:德萊賽公司