本申請(qǐng)要求2014年10月8日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?4/509,671的美國(guó)專利申請(qǐng)的權(quán)益，該申請(qǐng)通過(guò)引用的方式被并入本文以用于所有目的，就如同在本文中完整地陳述。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及閥。更具體地，本發(fā)明涉及球形閥。

背景技術(shù)：

眾所周知，閥是調(diào)節(jié)流體在管子或其他這樣的管道中流動(dòng)的重要設(shè)備。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的，當(dāng)閥內(nèi)的閥塞的位置通過(guò)執(zhí)行器被改變時(shí)，閥調(diào)節(jié)流體流動(dòng)的速率。閥例如球形閥的兩個(gè)重要特征是，通?？释軌蛲耆柚乖陂]合位置處的流動(dòng)流體，并且能夠承受從其流過(guò)的流體的溫度和化學(xué)影響。為了適當(dāng)?shù)刈柚沽黧w的流動(dòng)，使閥內(nèi)的配合面以較高的精度進(jìn)行接合是有利的。即使具有該較高的精度，閥通常包括例如墊圈、O型環(huán)或類似物的彈性密封件，以在閥被定位在閉合結(jié)構(gòu)時(shí)確保不漏流體的密封。典型的球形閥被用在許多應(yīng)用中，所述應(yīng)用的范圍從簡(jiǎn)單的液位控制到鍋爐給水系統(tǒng)、過(guò)熱繞流應(yīng)用、放射性流體的控制、腐蝕性或酸性流體，等等。不幸的是，彈性材料不能承受這些相對(duì)極端條件中的一些。另外，已知的是，大的球形閥例如那些具有直徑大于6英寸的流量控制孔或口的球形閥遭受了密封失效。

不幸的是，很難提供通過(guò)一范圍的壓力和溫度而起作用、兼容各種流體、允許閥以最小的努力打開(kāi)和關(guān)閉、并且足夠耐磨以承受重復(fù)打開(kāi)和關(guān)閉操作的密封。雖然這些問(wèn)題在過(guò)去是眾所周知的，但是傳統(tǒng)的閥仍然經(jīng)受著這些缺點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)。

因此，希望提供一種至少在一定程度上克服本文所述的缺點(diǎn)的閥。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明在很大程度上滿足了前述要求，其中，在一個(gè)方面，提供了一種在一些實(shí)施例中至少一定程度上克服本文所述的缺點(diǎn)的閥。

本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種閥塞。所述閥塞包括圓柱體、第一塞座、第二塞座、和卷繞部分。所述圓柱體具有第一端和第二端。所述第一塞座被設(shè)置在所述第一端處。所述第二塞座被設(shè)置成鄰近所述第二端。所述卷繞部分被設(shè)置在所述第一座和所述第二座之間。所述卷繞部分提供了用于使所述圓柱體在所述第一塞座和所述第二塞座之間彎曲的柔韌性。

本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及一種用于球形閥的內(nèi)件。所述內(nèi)件包括籠和閥塞。所述籠具有第一籠座、開(kāi)口、和第二籠座。所述第一籠座被設(shè)置成鄰近所述籠的第一端。所述開(kāi)口被設(shè)置在所述第一籠座上方。所述第二籠座被設(shè)置在所述開(kāi)口上方。所述閥塞包括圓柱體、第一塞座、第二塞座、和卷繞部分。所述圓柱體具有第一端和第二端。所述第一塞座被設(shè)置在所述第一端處。所述第一塞座被構(gòu)造成與所述第一籠座配合。所述第二塞座被設(shè)置成鄰近所述第二端。所述第二塞座被構(gòu)造成與所述第二籠座配合。所述卷繞部分被設(shè)置在所述第一座和所述第二座之間。所述卷繞部分提供了用于使所述圓柱體在所述第一塞座和所述第二塞座之間彎曲的柔韌性。

本發(fā)明的又一實(shí)施例涉及一種球形閥。所述球形閥包括主體、籠、和閥塞。所述籠被設(shè)置在所述主體中并且具有第一籠座、開(kāi)口、和第二籠座。所述第一籠座被設(shè)置成鄰近所述籠的第一端。所述開(kāi)口被設(shè)置在所述第一籠座上方。所述第二籠座被設(shè)置在所述開(kāi)口上方。所述閥塞包括圓柱體、第一塞座、第二塞座、和卷繞部分。所述圓柱體具有第一端和第二端。所述第一塞座被設(shè)置在所述第一端處。所述第一塞座被構(gòu)造成與所述第一籠座配合。所述第二塞座被設(shè)置成鄰近所述第二端。所述第二塞座被構(gòu)造成與所述第二籠座配合。所述卷繞部分被設(shè)置在所述第一座和所述第二座之間。所述卷繞部分提供了用于使所述圓柱體在所述第一塞座和所述第二塞座之間彎曲的柔韌性。

因此，本文已經(jīng)概括地而不是寬泛地描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，以便本文中的對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明可被更好地理解并且以便本發(fā)明對(duì)本領(lǐng)域的貢獻(xiàn)可以更好地被理解。當(dāng)然，本發(fā)明存在將在下文描述并且將形成本發(fā)明的所附權(quán)利要求的主題的另外的實(shí)施例。

在這方面，在詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明在本發(fā)明的應(yīng)用中并不限于以下說(shuō)明中陳述的或附圖中示出的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和部件的布置。本發(fā)明能夠?yàn)槌怂枋龅哪切?shí)施例以外的實(shí)施例并且能夠以多種方式被實(shí)踐和執(zhí)行。并且，應(yīng)當(dāng)理解的是，本文中所使用的用語(yǔ)和術(shù)語(yǔ)以及摘要是為了進(jìn)行描述并且不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是限制性的。

照此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本申請(qǐng)所基于的設(shè)想可容易地被用作用于設(shè)計(jì)執(zhí)行本發(fā)明的數(shù)個(gè)目的的其它結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，重要的是，權(quán)利要求被認(rèn)為包括這種等價(jià)構(gòu)造，只要其不超出本發(fā)明的精神和范圍。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的球形閥的截面?zhèn)纫晥D；

圖2為球形閥的一部分的分解截面視圖，其中該視圖的一半處于閉合結(jié)構(gòu)，而另一半處于根據(jù)圖1的打開(kāi)結(jié)構(gòu)。

圖3為根據(jù)圖1的處于部分閉合結(jié)構(gòu)的球形閥的詳細(xì)截面圖。

圖4為根據(jù)圖1的處于完全閉合結(jié)構(gòu)的球形閥的詳細(xì)截面圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明在一些實(shí)施例中提供了一種用于在平衡雙座球形閥內(nèi)件中使用的柔性塞和一種具有柔性塞的球形閥。球形閥被構(gòu)造成對(duì)經(jīng)過(guò)流體的相對(duì)寬范圍的壓力、溫度和化學(xué)活性從該球形閥通過(guò)的流體的流動(dòng)提供控制。在具體的實(shí)施例中，這些性質(zhì)借助完全由金屬制成和/或不包括彈性或聚合部件的柔性金屬塞被逐漸灌輸入球形閥中。球形閥被構(gòu)造成在被定位在閉合結(jié)構(gòu)時(shí)由于具有設(shè)置在其之間的柔性部分的雙座而提供不漏流體的密封。除了柔性的、全金屬構(gòu)造，實(shí)施例還包括以下特征中的一些或全部：用于減小的執(zhí)行器推力的壓力平衡；異常閥座滲漏緊度(第五類)；能夠連續(xù)高溫操作；塞的柔性區(qū)域能夠無(wú)限循環(huán)壽命；采用標(biāo)準(zhǔn)的差動(dòng)角閥座；適用于球形閥內(nèi)件尺寸的所有范圍；能夠在網(wǎng)下流動(dòng)或者在網(wǎng)上流動(dòng)；不具有移動(dòng)部件的簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)；和/或利用通常的加工公差加工。

現(xiàn)在將參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中相同的附圖標(biāo)記始終代表相同的部件。現(xiàn)在參照?qǐng)D1，示出了平衡、籠式球形閥10。球形閥10一般包括主體12、閥蓋14、和內(nèi)件16。內(nèi)件16包含球形閥10的調(diào)節(jié)或控制通過(guò)球形閥10的流體流的內(nèi)部部件，并且包括柔性塞18和籠20。柔性塞18包括第一塞座22和第二塞座24。籠20包括第一籠座26和第二籠座28。通過(guò)球形閥10的流體流由閥桿30驅(qū)使柔性塞18沿著中心縱向軸線32的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)控制。閥桿進(jìn)而通過(guò)執(zhí)行器組件34的作用被驅(qū)使以沿著中心縱向軸線32平移。執(zhí)行器組件34可以包括任何合適的傳統(tǒng)的執(zhí)行器組件。

第一塞座22和第二塞座24分別與第一籠座26和第二籠座28配合，以為柔性塞18提供在籠20中接觸的區(qū)域，以產(chǎn)生閥閉合，以便阻止流體流通過(guò)球形閥10。在不同的示例中，球形閥10可以處于上行流或下行流結(jié)構(gòu)。在具體的示例中，在圖1中示出的球形閥10被示出處于上行流結(jié)構(gòu)。如通過(guò)一組從入口42、通過(guò)內(nèi)件24、并離開(kāi)出口44的流動(dòng)箭頭40所表示的，流體流向上流過(guò)內(nèi)件16。移動(dòng)柔性塞18所需的力由執(zhí)行器組件34供應(yīng)，該執(zhí)行器組件通過(guò)閥蓋14被直接連接至主體12。來(lái)自執(zhí)行器組件34的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)閥桿30被傳遞到柔性塞18，該閥桿被剛性附連至執(zhí)行器組件34和柔性塞18?；\20被構(gòu)造成提供一導(dǎo)向部，以便柔性塞18在該導(dǎo)向部?jī)?nèi)滑動(dòng)。另外，如本文進(jìn)一步所描述的，籠20包括第一籠座26和第二籠座28。籠20被設(shè)置在主體12內(nèi)并且通過(guò)由附連的閥蓋14施加的壓縮力保持就位。

閥蓋14被構(gòu)造成保持主體12內(nèi)的流體的壓力。閥蓋14不僅提供用于執(zhí)行器組件34到主體12的安裝，可壓縮地保持籠20，而且容置填充物46以建立圍繞閥桿30的流體密封。閥蓋14可以包括任何合適類型的閥蓋。在具體的示例中，閥蓋14是圖1中所示的螺栓-凸緣類型，其中圖1示出了閥蓋14具有單個(gè)整體凸緣或肩部48。

圖1中示出的平衡-塞球形閥10允許上游流體、從而允許下游流體壓力通過(guò)設(shè)置在柔性塞18中的通道50，因此使柔性塞18的頂側(cè)和底側(cè)上的壓力載荷平衡。該壓力平衡使得在柔性塞18上的大部分靜態(tài)不平衡力無(wú)效。減小的不平衡力允許通過(guò)比傳統(tǒng)非平衡閥體所必需的那些執(zhí)行器更小的執(zhí)行器來(lái)操作球形閥10。

圖1中所示的球形閥10被示出處于打開(kāi)和閉合結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，該截面視圖沿著中心縱向軸線32被分解為處于閉合結(jié)構(gòu)的左邊視圖52和處于打開(kāi)結(jié)構(gòu)的右邊視圖54。圖2更詳細(xì)地示出了視圖52和54。在圖2中，視圖52示出了第一密封56、第二密封58和設(shè)置在第一和第二密封56和58之間的開(kāi)口60。以這種方式，開(kāi)口60可以響應(yīng)于被密封的第一密封56和第二密封58而被完全密封。響應(yīng)于未被密封的密封56和密封58，開(kāi)口60被構(gòu)造成允許流體從其流過(guò)。就這一點(diǎn)而言，開(kāi)口60可以包括任何合適的被構(gòu)造成允許流體從其流過(guò)的通道或多個(gè)通道。在具體的示例中，開(kāi)口60可以包括在籠20的一部分處的篩或類似網(wǎng)的區(qū)域。在另一示例中，開(kāi)口60可以包括鉆透籠20的或者在籠中形成的一個(gè)或多個(gè)孔。在又一示例中，開(kāi)口60可以包括槽或者其他這樣的用于使流體流過(guò)球形閥10的管道。

彈簧或卷繞物70設(shè)置在第一塞座22和第二塞座24之間。卷繞物70被構(gòu)造成在處于第一塞座22和第二塞座24之間的柔性塞18中提供柔韌性。如所示出的，卷繞物70包括蜿蜒的壁，蜿蜒的壁的材料特性允許卷繞物70在壓縮時(shí)彎曲，然后在沒(méi)有載荷時(shí)返回至名義上的形狀。該柔韌性使得能夠形成第一密封56和第二密封58，同時(shí)調(diào)節(jié)輕微的不規(guī)則事物。這個(gè)作用類似于彈性密封件在傳統(tǒng)閥中所起的作用。不過(guò)，在球形閥10中，柔性塞18的使用提供了這個(gè)能力，但沒(méi)有彈性密封件的缺點(diǎn)。例如，當(dāng)在柔性塞18中使用堿金屬時(shí)，卷繞物70可以為耐熱、耐輻射、和/或耐化學(xué)的。在另一示例中，卷繞物70可以能夠承受比彈性密封件大得多的打開(kāi)/閉合循環(huán)。這些優(yōu)點(diǎn)和其他優(yōu)點(diǎn)可以由卷繞物70提供。

圖3是根據(jù)圖1的處于部分閉合結(jié)構(gòu)的球形閥10的詳細(xì)截面圖。如圖3所示的，在該部分閉合的或原始的結(jié)構(gòu)下，第一塞座22被帶至與第一籠座26接觸，以建立第一密封56。卷繞物70包括彈簧比率(k)，單位為牛/米(N/m)?？赡苡绊懢砝@物70的彈簧比率的因素包括所選材料的厚度和那些材料的包括材料已經(jīng)經(jīng)受的溫度分布的材料特性。

閥桿力從約0牛頓開(kāi)始直到彈簧比率被克服，出現(xiàn)間隙72。彈簧比率和間隙72確定閉合第一密封56的壓縮力的量。也就是說(shuō)，一旦足夠的載荷被設(shè)置在閥桿30上(閥桿力)以使得第二塞座與第二籠座28接觸，任何額外的閥桿力實(shí)際上不被傳遞到第一密封56，但是反而進(jìn)一步壓縮第二密封58。通過(guò)改變這些因素，彈簧比率可能被配置成在第一塞座22上提供足夠的力，以密封第一密封56。優(yōu)點(diǎn)是，第一密封56上的壓縮閉合力可通過(guò)以大約0牛頓的閥桿力調(diào)節(jié)彈簧比率和間隙72的尺寸來(lái)控制。該關(guān)系被描述在以下方程式中：

F₁＝kx 方程式1

其中F₁為第一密封56上的壓縮力，k為卷繞物70的彈簧比率(單位為千克(kg)/米(m))，x為當(dāng)?shù)谝蝗?2和第一籠座26進(jìn)行接觸并且閥桿力為0牛頓時(shí)的間隙72的長(zhǎng)度(m)。以這種方式，可以施加足以密封第一密封56的力，同時(shí)最小化過(guò)壓第一密封56的可能性。用于密封第一密封56的力的量取決于各種因素，諸如球形閥10中的第一密封56的接觸面積、接觸面積處的表面精加工和材料屬性、加工公差、期望的流速、壓力、流體等，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，等等。

在該部分閉合位置，球形閥10中的流動(dòng)處于上方流動(dòng)或下方流動(dòng)的結(jié)構(gòu)時(shí)，流體壓力被平衡。例如，在上方流動(dòng)的結(jié)構(gòu)中，從籠20下方進(jìn)入的流體就可以流過(guò)通道50，使得柔性塞18兩側(cè)的壓力被平衡。在下方流動(dòng)的結(jié)構(gòu)中，流體可以流過(guò)間隙72，以在柔性塞18上方流動(dòng)，然后流過(guò)通道50，以再次平衡柔性塞18上的壓力。在傳統(tǒng)的單座閥中，關(guān)閉閥所需的執(zhí)行器載荷具體地在較大內(nèi)件尺寸處和/或針對(duì)通過(guò)內(nèi)件的較高的壓力降可以變成過(guò)度的。

圖4為根據(jù)圖1的處于完全閉合的結(jié)構(gòu)的球形閥10的詳細(xì)截面圖。如圖4所示的，在閉合的結(jié)構(gòu)中，第二塞座24被帶至與第二籠座28接觸，以建立第二密封58。一旦這個(gè)初始接觸被建立，第二密封58的進(jìn)一步壓縮起到密封第二密封58的作用。

為了閉合第二密封58，除了F₁之外的第二力(F₂)被施加至閥桿30。用于密封第二密封58的力的量取決于各種因素，諸如，球形閥10中的第二密封58的接觸面積、接觸面積處的表面精加工和材料屬性、加工公差、期望的流速、壓力、流體等，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，等等。用于密封第二密封58的力的量被描述在以下方程式中：

F_密封＝kx+F₂ 方程式2

其中，F(xiàn)_密封為由執(zhí)行器組件34施加(在圖1中示出)并且通過(guò)閥桿30傳遞到柔性塞18的力，k為卷繞物70的彈性比率(kg/m)，x為當(dāng)?shù)谝蝗?2和第一籠座26進(jìn)行接觸并且閥桿力為0牛頓時(shí)的間隙72的長(zhǎng)度(m)，F(xiàn)2為被配置成密封第二密封58的力的量。以這種方式，可以施加足以密封第二密封58的力，同時(shí)最小化過(guò)壓第二密封58的可能性。

本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)詳細(xì)的說(shuō)明而變得清楚，并且因此，所附權(quán)利要求旨在覆蓋落入本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神和范圍內(nèi)的本發(fā)明的所有這種特征和優(yōu)點(diǎn)。此外，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員容易想到許多修改和變形，所以不希望將本發(fā)明限制在所示的和所描述的精確構(gòu)造和操作中，并且因此，所有適當(dāng)?shù)男薷暮偷葍r(jià)物都可被認(rèn)為落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。