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用于降低控制閥中的促動器推力要求的設備及方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380060624.6

申請日:

2013.11.13

公開號:

CN104956132A

公開日:

2015.09.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效 IPC(主分類):F16K 39/02申請日:20131113|||公開
IPC分類號: F16K39/02; F16K1/34 主分類號: F16K39/02
申請人: 德萊賽公司
發明人: T.H.坎寧安
地址: 美國德克薩斯州
優先權: 13/681795 2012.11.20 US
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司72001 代理人: 嚴志軍; 譚祐祥
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380060624.6

授權公告號:

104956132B||||||

法律狀態公告日:

2017.06.27|||2015.11.04|||2015.09.30

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

內件組件設有帶內表面和籠端口的籠。具有外表面的塞設置在籠中,并且能夠在閉合位置、壓力平衡位置與開啟位置之間操作。內件組件還包括設置在籠與塞之間的低摩擦節流器,以及設置在籠與塞之間的壓力激勵密封件。提供了由籠的內表面、塞的外表面、低摩擦節流器和壓力激勵密封件限定的密封平衡容積。密封平衡容積通過低摩擦節流器與籠端口流體連通,并且保持在密封平衡容積壓力處。內件組件還包括構造成使密封平衡容積開孔的壓力控制組件。

權利要求書

權利要求書
1.   一種內件組件,包括:
具有內表面和籠端口的籠;
設置在所述籠中的塞,所述塞具有外表面,并且能夠在閉合位置、壓力平衡位置與開啟位置之間操作;
設置在所述籠與所述塞之間的低摩擦節流器;
設置在所述籠與所述塞之間的壓力激勵密封件;
密封平衡容積;以及
構造成使所述密封平衡容積加壓的壓力控制組件。

2.   根據權利要求1所述的內件組件,其特征在于,所述密封平衡容積由所述籠的外表面、所述塞的外表面、所述低摩擦節流器和所述壓力激勵密封件限定,所述密封平衡容積通過所述低摩擦節流器與所述籠端口流體連通,并且保持在密封平衡容積壓力處。

3.   根據權利要求1所述的內件組件,其特征在于,所述壓力控制組件構造成在所述塞的任何移動之前使作用于所述壓力激勵密封件上的壓差平衡。

4.   根據權利要求2所述的內件組件,其特征在于,所述壓力控制組件構造成在所述塞的任何移動期間使作用于所述壓力激勵密封件上的所述密封平衡容積壓力平衡。

5.   根據權利要求1所述的內件組件,其特征在于,所述內件組件還包括在所述塞位于所述壓力平衡位置時與處于上游壓力的容積流體連通的導管,并且其中所述壓力控制組件構造成允許處于上游壓力的流體以一速率流入所述密封平衡容積中,在所述速率下,穿過所述低摩擦節流器的流體的泄漏少于進入所述密封平衡容積中的所述流體的流。

6.   根據權利要求5所述的內件組件,其特征在于,所述密封平衡容積和上游壓力處的容積通過延伸穿過塞的導管流體地聯接,所述導管具有平衡端口。

7.   根據權利要求6所述的內件組件,其特征在于,所述壓力控制組件包括:
與所述塞聯接的柄;
密封構件,其聯接于所述柄并且設置成在所述塞處于所述閉合位置時封閉所述平衡端口。

8.   根據權利要求7所述的內件組件,其特征在于,所述密封構件設置成在所述塞處于所述壓力平衡位置時在所述塞的任何移動之前開啟所述平衡端口。

9.   一種內件組件,包括:
具有內表面和籠端口的籠;
設置在所述籠內的塞,所述塞能夠在閉合位置、壓力平衡位置與開啟位置之間移動;
設置在所述籠與所述塞之間的低摩擦節流器,
設置在所述籠與所述塞之間的壓力激勵密封件;以及
構造成控制作用于所述壓力激勵密封件上的壓差的壓力控制組件。

10.   根據權利要求9所述的內件組件,其特征在于,所述籠的內表面、所述塞的外表面、所述低摩擦限流器和所述壓力激勵密封件限定與下游容積流體連通的密封平衡容積。

11.   根據權利要求10所述的內件組件,其特征在于,所述壓力控制組件在所述塞處于所述閉合位置時使所述密封平衡容積保持在下游壓力處。

12.   根據權利要求10所述的內件組件,其特征在于,所述壓力控制組件包括從所述密封平衡容積延伸至上游壓力處的容積的導管。

13.   根據權利要求12所述的內件組件,其特征在于,所述壓力控制組件包括具有閉合部件的柄組件,所述閉合部件在所述塞處于所述閉合位置時閉合所述導管,并且在所述塞處于所述壓力平衡位置和所述開啟位置時開啟所述導管。

14.   根據權利要求13所述的內件組件,其特征在于,所述柄組件包括柄,并且所述閉合部件包括聯接于所述柄的密封部件,所述密封部件設置成在所述塞處于所述閉合位置時與所述導管接觸。

15.   根據權利要求14所述的內件組件,其特征在于,所述內件組件還包括使所述凸緣偏壓遠離所述開口的彈簧。

16.   一種操作內件組件的方法,包括:
保持形成在籠上的籠端口處的下游壓力;
保持設置在所述籠中的平衡塞周圍的上游壓力,所述平衡塞能夠在閉合位置、壓力平衡位置與開啟位置之間移動;以及
在所述塞處于所述壓力平衡位置和所述開啟位置時使作用于設置在密封平衡容積中的壓力激勵密封件上的壓差平衡。

17.   根據權利要求16所述的方法,其特征在于,平衡包括控制所述壓差,以使當所述平衡塞處于所述閉合位置時,所述壓力激勵密封件上的壓差等于所述上游壓力減去所述下游壓力,并且當所述平衡塞處于所述壓力平衡位置和所述開啟位置時,作用于所述壓力激勵密封件上的壓差平衡。

18.   根據權利要求16所述的方法,其特征在于,平衡包括控制穿過與所述密封平衡容積流體連通的導管的流體流。

19.   根據權利要求18所述的方法,其特征在于,控制流體流包括控制所述導管上的密封部件。

20.   根據權利要求18所述的方法,其特征在于,控制流體流包括在所述平衡塞處于所述壓力平衡位置時開啟所述導管。

說明書

說明書用于降低控制閥中的促動器推力要求的設備及方法
相關申請的交叉引用
本發明涉及轉讓給與本發明相同的受讓人的與本發明同時提交的Christopher Edward Wolfe, Nuo Sheng, Xuele Qi, Azam Mihir Thatte, James Albert Stares, Thomas Henry Cunningham 和 Henry Boger的美國專利申請序列第_______號,該申請由此通過引用并入。
技術領域
本文公開的主題大體上涉及控制閥,并且更具體地涉及具有降低的促動器要求的控制閥。
背景技術
控制閥用于控制在油氣處理、發電、精煉、石化和水控制行業中使用的系統中的流體流。常規控制閥典型地包括具有入口和出口的閥體。籠和座圈設置在入口與出口之間。籠具有至少一個端口,允許控制閥的入口與出口之間的流體連通。用語"流體連通"意思是允許流體如流體通過導管從一個容積經過至另一個容積那樣在其間經過或穿過其。塞同心地設置在籠中,并且被允許沿軸向平移露出(多個)籠端口和調制流體流。塞借助于柄連接于促動器。促動器為供應力和運動來開啟或閉合閥的裝置,并且可由機械、氣動、液壓或電學手段來供能。
一些控制閥設計成平衡橫跨閥塞的壓力,以減小利用促動器來開啟和閉合閥所需的力的量。平衡的控制閥典型地包括籠、塞、柄、座圈和平衡密封件。塞具有至少一個導管或孔口,允許將使橫跨其的壓力平衡的在頂部與底部之間的流體連通。密封環可設在塞與籠之間以使流體泄漏最小化。平衡的控制閥在閉合時典型地具有兩個主要的可能流體泄漏路徑。第一泄漏路徑在塞與座圈之間,其中足夠的促動力將提供硬金屬與金屬的接觸來阻止流動。該泄漏甚至可在塞與閥座接觸時發生。第二可能的泄漏路徑為設置在塞與籠之間的密封環。
美國國家標準學會("ANSI")建立了控制閥的泄漏分級(ANSI/FCI70-2)。標準將座泄漏分成六級(I級到VI級)。泄漏標準隨級別數增大而變得更嚴格。V級表示通常稱為"有效零泄漏"的控制閥。V級閥的標準需要允許穿過閥的最大泄漏為從閥的入口端口到閥的出口端口測得的每分鐘、每英寸端口直徑、每PSI壓差的0.0005ml的水。
平衡閥可與一定數量的不同密封件一起使用,該一定數量的不同密封件設置在塞與籠之間,如,例如,活塞環式密封件。活塞環式密封件可由多種材料制成,如,特氟龍、金屬和石墨,這取決于閥應用(即,流體的類型、溫度、壓力)。特氟龍活塞環密封件例如可允許相當緊的切斷,但使用由流體溫度限制。石墨和金屬活塞環式密封件可允許閥用于較高溫度的應用,但此類材料可不允許緊切斷。
典型的活塞環密封件可在與其密封表面接觸的同時生成相當大的摩擦。該摩擦可對于允許高于FCI70-2 V級泄漏要求的泄漏的應用是可接受的。例如,II級、III級或甚至IV級需要較低接觸壓力來滿足它們相應的泄漏要求,但V級相比之下更緊幾個數量級。為了實現V級,在彈性體或熱塑性塑料的使用范圍以上的溫度下利用活塞環類型的密封部件的切斷典型地將導致引起高促動要求的高摩擦(即,開啟和閉合閥需要高的力),使得難以操作閥。
發明內容
本公開提供了在不需要高促動器推力的情況下保持V級密封的問題的解決方案。此外,本公開提供了在高于彈性體或熱塑性材料的可用上限的溫度下以較低的促動推力要求保持緊密密封的問題的解決方案。
根據一個示例性非限制性實施例,本發明涉及一種具有帶內表面和籠端口的籠的內件組件。具有外表面的塞設置在籠中,并且能夠在閉合位置、壓力平衡位置與開啟位置之間操作。內件組件還包括設置在籠與塞之間的低摩擦節流器,以及設置在籠與塞之間的壓力激勵密封件。提供了由籠的內表面、塞的外表面、低摩擦節流器和壓力激勵密封件限定的密封平衡容積。密封平衡容積通過低摩擦節流器與籠端口流體連通,并且保持在密封平衡容積壓力處。內件組件還包括構造成使密封平衡容積加壓的壓力控制組件。
在另一個實施例中,提供一種內件組件,其具有帶內表面和籠端口的籠。具有外表面、頂部和底部的塞設置在籠內。塞能夠在閉合位置、壓力平衡位置與開啟位置之間移動。內件組件還包括設置在籠的內表面與塞的外表面之間的低摩擦節流器,以及設置在籠的內表面與塞的外表面之間的壓力激勵密封件,壓力激勵密封件保持在密封壓力處。還包括構造成控制作用于壓力激勵密封件上的壓差的壓力控制組件。
在另一個實施例中,一種操作內件組件的方法包括保持形成在籠上的籠端口處的下游壓力。該方法還包括保持設置在籠中的塞的上方和下方的上游壓力。塞能夠在閉合位置、壓力平衡位置與開啟位置之間移動。該方法包括在塞處于壓力平衡位置和開啟位置時使作用于設置在密封平衡容積中的壓力激勵密封件上的壓差平衡。
附圖說明
本發明的其它特征和優點將從參照附圖進行的優選實施例的以下更詳細描述中為顯而易見的,該附圖經由實例示出了本發明的某些方面的原理。
圖1為處于閉合位置的閥內件的實施例的截面。
圖2為處于壓力平衡位置的閥內件的實施例的截面。
圖3為處于開啟位置的閥內件的實施例的截面。
圖4為操作內件組件的方法的實施例的流程圖。
具體實施方式
在優選實施例中,本公開的內件組件設有籠、設置在籠中的塞、低摩擦節流器,以及高摩擦壓力激勵密封件。籠的內部、塞的外部、低摩擦節流器和高摩擦壓力激勵密封件限定密封平衡容積。當內件組件處于閉合位置時,密封平衡容積中的壓力保持在下游壓力處。當內件組件處于壓力平衡位置時,密封平衡容積加壓并且保持在上游壓力處。高摩擦壓力激勵密封件的壓力平衡通過允許上游壓力處的流體流過平衡端口進入高摩擦壓力激勵密封件與低摩擦節流器之間的密封平衡容積中來完成。穿過低摩擦節流器的流體的泄漏小于密封平衡容積的入流,以使在一定時間段之后,密封平衡容積中的壓力增大至上游壓力,從而減小或消除了作用于壓力激勵密封件上的壓差。結果在于通過壓力激勵密封相對于籠施加的壓力顯著減小,或者壓力激勵密封件與籠之間的接觸在主塞行進發生之前消除。使密封平衡容積中的壓力與上游壓力平衡減小了作用于高摩擦壓力激勵密封件上的壓差,從而減小或消除了密封件與籠之間的接觸,導致了減小的摩擦。減小摩擦減小了使內件組件移動至開啟位置和在節流期間所需的促動器推力。
圖1中示出了具有減小的促動器推力要求的內件組件11的實施例。內件組件11包括具有籠端口15的籠13,以及設置在籠13內的塞17。塞17構造成在籠13內滑動。
塞17設有座表面19,其接合設置在籠13下方的座圈21。塞17包括具有開口24的平衡導管23和縱向導管25。塞17還可設有在塞17的底部處的塞平臺27。
內件組件11設有設置在形成在塞17或籠13中的密封壓蓋31中的高摩擦壓力激勵密封件29。在增大的壓力施加于高摩擦壓力激勵密封件29時,其變形并且繼續以較高的內部應力和接觸壓力來密封抵靠密封表面,從而增大摩擦。內件組件11還設有低摩擦節流器33,其設置在形成在塞17或籠13中的節流器壓蓋35中。在實施例中,低摩擦節流器33可為活塞密封件。籠13的內部、結合高摩擦的塞17的外部、壓力激勵密封件29和低摩擦節流器33限定密封平衡容積37(對應于圖1中的虛線37)。保持在上游壓力處的上游容積39(對應于圖1中的虛線39)設置在塞17下方。加壓容積41(對應于圖1中的虛線41)設置在塞17上方,加壓容積41也由于經由導管25與上游容積39的流體連通而保持在上游壓力處。用語"上方"和"下方"用于表示識別的元件相對于附圖的相對位置,并且不旨在表示實際使用中的內件組件11的構件的定向。
內件組件11還包括柄組件43,其具有柄45、密封凸緣47和螺母49。柄組件43可利用彈簧51偏壓,彈簧51接合密封凸緣47。柄組件43可聯接于促動器53,促動器53驅動柄組件43,并且引起柄組件43在籠13內滑動。
圖1示出了內件組件11的實施例,其中塞17處于閉合位置。在閉合位置中,上游容積39保持在上游壓力P1處,并且籠端口15保持在下游壓力(P2)處。上游容積39(P1)中的壓力將高于籠端口15(P2)處的壓力。塞17的座表面19密封抵靠座圈21,形成緊密密封。塞17由促動器53抵靠座圈21壓制。密封凸緣47密封平衡導管23。高摩擦壓力激勵密封件29和低摩擦節流器33封閉密封平衡容積37。應當注意的是,低摩擦節流器33容許流體的有限流動,以使密封平衡容積37的壓力與籠端口15處的流體的下游壓力(P2)大致相同。加壓容積41通過縱向導管25與上游容積39流體連通,從而將加壓容積41中的壓力保持在上游壓力P1處。密封平衡容積37中的壓力(P2)與加壓容積41中的壓力(P1)之間的壓力差保持高摩擦壓力激勵密封件29完全加壓并且與籠13成緊密密封關系。
圖2示出了具有處于壓力平衡位置的塞17的內件組件11。在該位置,柄組件43已經移位,并且附接的密封凸緣47也移位,從而揭開平衡導管23。密封平衡容積37接著與處于上游壓力P1的加壓容積41流體地聯接。低摩擦節流器33將從密封平衡容積37到籠端口15的流體流限制至足夠低于流體從上游容積39流過導管23的速率的速率,從而使密封平衡容積37加壓。凈結果在于密封平衡容積37處的流體的壓力與加壓容積41處的流體的壓力平衡,從而減小了作用于高摩擦加壓密封件29上的壓差。為了本公開的目的,"平衡"意思是密封壓力與上游壓力之間的差異減小。
圖3中示出了具有處于開啟節流位置的塞17的內件組件11。柄組件43向上移位,并且螺母49接合塞17的底部。作用于高摩擦壓力激勵密封件29的密封壓力平衡,從而減小或消除了高摩擦壓力激勵密封件29與籠13的接觸。高摩擦加壓密封件29與籠13之間的摩擦因此減小。摩擦減小減小了由促動器53使塞17移位所需的推力。由促動器提供的推力可由機械、氣動、液壓或電學手段提供。
圖4中示出了操作根據一個實施例的內件組件11的方法101。方法101由內件組件11實施。
在步驟103中,內件組件11保持形成在籠13上的籠端口15處的下游壓力。
在步驟105中,內件組件11保持設置在籠13中的平衡塞17周圍的上游壓力,平衡塞17能夠在閉合位置、壓力平衡位置和開啟位置之間移動。
在步驟107中,內件組件11使作用于設置在密封平衡容積37中的高摩擦壓力激勵密封件29上的密封壓差平衡,以使在塞17閉合時,作用于平衡密封件29上的壓差等于所有壓差P1-P2,并且壓差在塞17處于壓力平衡或開啟位置時最小化或除去。這可通過使密封平衡容積37加壓至上游壓力來完成。為了控制密封平衡容積37中的壓力,塞17可設有在塞17的頂部處且與加壓容積41流體連通的開口24。當塞17處于閉合位置時,開口24可由密封凸緣47密封。當塞17處于壓力平衡位置時,開口24可被揭開。盡管在前述實施例的描述中,密封凸緣47描述為用于密封開口24的器件,但對本領域技術人員而言將顯而易見的是提供其它密封部件(例如,塞)而并未脫離本發明的范圍。
在用語的定義脫離用語的通常使用的含義的情況下,申請人旨在使用下文提供的定義,除非明確指出。
本文使用的術語僅用于描述特定實施例的目的,并且不旨在限制本發明。在用語的定義脫離用語的常用含義的情況下,申請人旨在使用本文提供的定義,除非明確指出。單數形式"一"、"一個"和"該"旨在還包括復數形式,除非上下文另外清楚地指出。將理解的是,盡管用語第一、第二等可用于描述各種元件,但這些元件將不由這些用語限制。這些用語僅用于將一個元件與另一個區分開。用語"和/或"包括相關聯的列出物品中的一個或更多個的任何和所有組合。短語"聯接于"和"與…聯接"設想是直接或間接聯接。
該書面的描述使用實例以公開本發明(包括最佳模式),并且還使本領域技術人員能夠實踐本發明(包括制造和使用任何裝置或系統并且執行任何并入的方法)。本發明的可專利范圍由權利要求限定,并且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這些其它實例具有不與權利要求的字面語言不同的結構元件,或者如果這些其它實例包括等同結構元件,則這些其它實例意圖在權利要求的范圍內。

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用于 降低 控制 中的 促動 推力 要求 設備 方法
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