專(zhuān)利名稱(chēng)：流體控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體控制裝置，特別地但并不排外地，涉及一種在苛刻條件下工作的 壓力控制閥門(mén)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
控制閥門(mén)應(yīng)用于流體系統(tǒng)以控制流體壓力、流體流量、流速中的一個(gè)或多個(gè)。根據(jù) 特定的應(yīng)用，控制閥門(mén)可以具有不同的尺寸和功能。在苛刻條件下工作的流體系統(tǒng)通常具有較大的體積，并且其在高壓力、高流量、高 流速和高溫的狀態(tài)下工作。這種應(yīng)用的一個(gè)例子是位于發(fā)電設(shè)備的水循環(huán)系統(tǒng)中的壓力控 制閥門(mén)。這種控制閥門(mén)要求在升高的壓力、溫度和流量下工作。在升高的壓力和流量下，熱 油和沙的最后流體混合物產(chǎn)生了極其具有腐蝕性的控制閥門(mén)操作環(huán)境。已知的在苛刻條件下工作的閥門(mén)組件通常由金屬材料制成。然而，許多適于苛刻 工作條件應(yīng)用的金屬材料一般由于制造該材料所需的礦產(chǎn)儲(chǔ)量十分有限，所以?xún)r(jià)格十分昂
蟲(chóng)
貝ο經(jīng)常使用的材料的一個(gè)例子是不銹鋼。然而，由不銹鋼制成的閥門(mén)組件特別易 于在超過(guò)600攝氏度的工作周期中退化。由于已知的處理方式，包括蠕變、促進(jìn)感受性 (sensitisation)和σ相脆化(sigma phaseembrittlement)，這些組件受到腐蝕并且物理 強(qiáng)度減小。脆化還發(fā)生在制造閥門(mén)所需的釬焊過(guò)程中。具有改良機(jī)械特性的材料可以被使用，這部分解決了該問(wèn)題，然而，將這些材料加 工成特定苛刻條件應(yīng)用所需的合適形狀，花費(fèi)十分昂貴。這種材料的一個(gè)例子是碳化鎢，其 具有超越不銹鋼的改良機(jī)械特性，但是其非常難以形成，因此造價(jià)非常高。硬度使碳化鎢成 為抵制閥門(mén)操作環(huán)境的升高壓力和溫度的合適的材料，并同樣使該材料難以加工成閥門(mén)組 件所需的復(fù)雜形狀。另外，碳化鎢容易被氣蝕損壞。另外，這些應(yīng)用中目前使用的所有金屬材料都會(huì)遇到韌性-脆性轉(zhuǎn)變的問(wèn)題以及 在低溫下難以密封。這種密封欠缺會(huì)顯著地降低閥門(mén)的性能，因?yàn)榱黧w會(huì)在圓盤(pán)之間滲漏， 而不是沿著在圓盤(pán)表面上設(shè)定的通道流動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是至少減輕一些上述問(wèn)題。本發(fā)明提供一種流體控制閥門(mén)，其至少部分由地聚合物基材料 (geo-polymer-based material)形成。由于這種材料具有較低的膨脹系數(shù)、較佳的密封、表面拋光以及較低的磨損率，所 以地聚合物基流體控制閥門(mén)的使用將提高流體控制性能，并在較高的和變化的溫度應(yīng)用 中，特別是在溫度迅速變化的應(yīng)用中延長(zhǎng)使用壽命。優(yōu)選地，所述流體控制閥門(mén)包括閥體和流體控制裝置，其中所述閥體和/或裝置 由地聚合物基材料形成。
優(yōu)選地，所述控制裝置是閥內(nèi)件。優(yōu)選地，所述閥內(nèi)件由地聚合物基材料形成。優(yōu)選地，所述閥內(nèi)件由多個(gè)閥內(nèi)件圓盤(pán)形成。有利地，地聚合物基材料可以在超過(guò)700攝氏度的溫度下經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的使用，相 比于由已知制作工藝和材料加工形成的圓盤(pán)，其延長(zhǎng)了所述圓盤(pán)的使用壽命。這是由于所 述地聚合物能夠在不破壞機(jī)械性能的情況下進(jìn)行操作并能抵抗 腐蝕。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于地聚合物圓盤(pán)的制作工藝允許獲得更加復(fù)雜的流動(dòng)路 徑，這相應(yīng)地改進(jìn)了閥門(mén)的性能。本發(fā)明的另一個(gè)其它優(yōu)勢(shì)在于相比于已知的制作圓盤(pán)的方法，地聚合物圓盤(pán)可以 更低成本和更低能耗(即，制作圓盤(pán)所需的系統(tǒng)能量的總量)地制作。優(yōu)選地，所述閥內(nèi)件圓盤(pán)由地聚合物形成，該地聚合物包括纖維強(qiáng)化物，用于減少 使用中對(duì)圓盤(pán)的氣蝕損害。本發(fā)明的特征克服了與燒結(jié)的閥內(nèi)件圓盤(pán)有關(guān)的主要問(wèn)題，即材料的易脆性。因 此，本發(fā)明的這一特征將不銹鋼圓盤(pán)的強(qiáng)度和操作優(yōu)勢(shì)與燒結(jié)的圓盤(pán)所能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度 結(jié)合在一起。然而，與燒結(jié)的圓盤(pán)不同，地聚合物圓盤(pán)消除了燒結(jié)的主要缺點(diǎn)，即成本昂貴 以及易受到由材料的易脆性引起的氣蝕的損壞。根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種用于流體控制閥門(mén)的閥內(nèi)件，所述閥內(nèi)件包 括兩個(gè)或兩個(gè)以上本發(fā)明前一個(gè)方面的閥內(nèi)件圓盤(pán)。優(yōu)選地，所述圓盤(pán)通過(guò)地聚合物基粘合劑結(jié)合在一起，更優(yōu)選地，所述圓盤(pán)在由所 述圓盤(pán)限定的接合表面的主體部分(substantial part)上被結(jié)合并密封。有利地，使用地聚合物粘合劑能使所述圓盤(pán)穿過(guò)它們的整個(gè)共存的平坦表面被結(jié) 合并密封。相比于已知的只沿著其外部邊緣被銅焊(brazed)在一起的鋼制圓盤(pán)，這提供了 更好的閥門(mén)性能，因?yàn)樗辛黧w都保持在指定的流體通道中。而且，不會(huì)存在由粘合固定處 理產(chǎn)生的促進(jìn)感受性風(fēng)險(xiǎn)。這不是存在已知的銅焊處理的情形。優(yōu)選地，所述閥體由包括纖維強(qiáng)化物的地聚合物形成。更優(yōu)選地，所述纖維強(qiáng)化物對(duì)齊，從而由于閥門(mén)的操作引起的變形力相對(duì)于所述 纖維縱向地作用。優(yōu)選地，通過(guò)使用預(yù)浸漬的墊子或通過(guò)控制未硬化的地聚合物的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)所述 對(duì)齊，從而所述纖維自身與所述流動(dòng)方向?qū)R。有利地，這一特征改進(jìn)了閥門(mén)的最大允許內(nèi)部壓強(qiáng)。根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供一種由地聚合物基材料形成的閥內(nèi)件圓盤(pán)。


現(xiàn)在結(jié)合附圖描述本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的流體控制閥門(mén)的側(cè)面剖視圖；以及圖2是如圖1所示的閥門(mén)的阻抗圓盤(pán)的局部等軸視圖。
具體實(shí)施例方式圖1中示出了流速控制閥門(mén)10，該閥門(mén)10具有限定流體入口 14和出口 16的閥體12。在入口 14和出口 16之間設(shè)置有圓柱形流體腔18，流體腔18具有由流體控制裝置的內(nèi) 表面限定的外壁，該流體控制裝置是閥門(mén)圓盤(pán)內(nèi)件20。如圖2中更詳細(xì)所示，圓盤(pán)內(nèi)件20 包括多個(gè)圓盤(pán)22形式的閥內(nèi)件裝置。參考圖2，每個(gè)圓盤(pán)22限定了流體通道24，該通道24具有入口 26和至少一個(gè)出 口 28。每個(gè)流體通道沿徑向方向?qū)⑺隽黧w從圓柱形流體腔18(見(jiàn)圖1)輸送到閥體12的 外壁，如下在使用中，流體通過(guò)入口 14沿軸向方向進(jìn)入圓柱形流體腔18，之后流體通過(guò)圓盤(pán) 22上的流體通道24沿徑向方向穿過(guò)閥門(mén)圓盤(pán)內(nèi)件20。然后流體通過(guò)出口 16離開(kāi)閥門(mén)。流體通道24 (在圖2中被更詳細(xì)地示出)具有復(fù)雜的幾何形狀，該幾何形狀增強(qiáng) 了流量控制，在圖2中僅通過(guò)示例的方式描述。流動(dòng)的阻力以及由此可實(shí)現(xiàn)的壓強(qiáng)下降范 圍取決于這些流體通道24的數(shù)量、形狀和尺寸。通過(guò)閥門(mén)10的流量可以通過(guò)改變圓柱形活塞30的位置來(lái)調(diào)節(jié)，該圓柱體活塞30 設(shè)置在圓柱體流體腔18中，并且可以被提升或降低以關(guān)閉適當(dāng)數(shù)量的流體通道24，從而獲 得所需的流量。
圓盤(pán)22由地聚合物形成，該地聚合物包括纖維填充物(為了清楚沒(méi)有示出)以提 供增加的強(qiáng)度。通常，纖維強(qiáng)化物具有細(xì)微分開(kāi)的纖維素材料，該纖維素材料通常來(lái)源于植 物材料。這種圓盤(pán)結(jié)構(gòu)的形式能夠有利地抵受在液體的兩段流動(dòng)通過(guò)閥門(mén)時(shí)所產(chǎn)生的氣 蝕。這些圓盤(pán)22通過(guò)使用地聚合物粘合劑(為了清楚沒(méi)有示出)彼此粘合。由于地聚合 物材料不會(huì)遇到與韌性_脆性轉(zhuǎn)變有關(guān)的問(wèn)題，所以這種結(jié)構(gòu)能夠提供給閥內(nèi)件20增強(qiáng)的 低溫性能。閥體12和圓柱形活塞30同樣由具有纖維填充物的地聚合物形成。該地聚合物的 纖維與閥門(mén)工作中所產(chǎn)生的變形力縱向?qū)R。通過(guò)使用預(yù)浸漬的墊子或通過(guò)控制未硬化的 地聚合物的流動(dòng)，使得纖維與流動(dòng)方向?qū)R，從而實(shí)現(xiàn)上述對(duì)齊。用于形成圓盤(pán)22、閥體12和圓柱形活塞30的地聚合物基材料包括堅(jiān)硬的填充物， 例如金剛砂。填充物被保留在地聚合物基體(geo-polymermatrix)中，并基本上增加了地 聚合物基材料的硬度，這改進(jìn)了其抗腐蝕性。選擇地，或者附加地，地聚合物基材料包括彈 性填充物，該彈性填充物也被保留在地聚合物基體中。彈性填充物，例如彈性體，用于驅(qū)散 夾帶顆粒(entrained particles)的沖擊能，從而減少這些顆粒的侵蝕潛力。為了避免疑義，地聚合物是包含大無(wú)機(jī)分子的材料，該無(wú)機(jī)分子主要包括鋁、氧和 娃。
權(quán)利要求
一種流體控制閥門(mén)，其特征在于，其至少部分由地聚合物基材料形成。
2.如權(quán)利要求1所述的流體控制閥門(mén)，其特征在于，其包括閥體和流體控制裝置，其中 所述閥體和/或所述流體控制裝置由地聚合物基材料形成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的流體控制閥門(mén)，其特征在于，所述控制裝置是閥內(nèi)件。
4.如權(quán)利要求3所述的流體控制閥門(mén)，其特征在于，所述閥內(nèi)件由地聚合物基材料形成。
5.如權(quán)利要求4所述的流體控制閥門(mén)，其特征在于，所述地聚合物基材料包括纖維材 料，用于增加所述控制裝置對(duì)于氣蝕損傷的抵抗力。
6.如權(quán)利要求4或5所述的流體控制閥門(mén)，其特征在于，所述閥內(nèi)件由多個(gè)閥內(nèi)件圓盤(pán) 形成。
7.如權(quán)利要求6所述的流體控制閥門(mén)，其特征在于，所述閥內(nèi)件圓盤(pán)是阻抗圓盤(pán)。
8.如權(quán)利要求7所述的流體控制閥門(mén)，其特征在于，所述阻抗圓盤(pán)包括流體流動(dòng)通道。
9.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的流體控制閥門(mén)，其特征在于，所述地聚合物基材料包 括堅(jiān)硬的填充物，用于抵抗所述控制裝置的腐蝕。
10.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的流體控制閥門(mén)，其特征在于，所述地聚合物基材料包 括彈性填充物，用于抵抗所述控制裝置的腐蝕。
11.如權(quán)利要求6所述的流體控制閥門(mén)，其特征在于，所述閥內(nèi)件圓盤(pán)通過(guò)地聚合物基 粘合劑粘結(jié)。
12.如權(quán)利要求11所述的流體控制閥門(mén)，其特征在于，所述閥內(nèi)件圓盤(pán)在由所述裝置 限定的接合表面的主體部分上被密封。
13.一種流體控制閥門(mén)的閥體，其特征在于，所述閥體由地聚合物基材料形成。
14.如權(quán)利要求13所述的閥體，其特征在于，所述地聚合物基材料包括纖維強(qiáng)化物。
15.如權(quán)利要求13或14所述的閥體，其特征在于，所述地聚合物基材料包括堅(jiān)硬的填 充物，用于抵抗所述閥體的腐蝕。
16.如權(quán)利要求13，14或15中任一項(xiàng)所述的閥體，其特征在于，所述地聚合物基材料包 括彈性填充物，用于以抵抗所述閥體的腐蝕。
全文摘要
一種流體控制閥門(mén)，其具有由地聚合物基材料形成的閥內(nèi)件，從而該閥門(mén)能夠經(jīng)受快速和激烈的溫度急增，由于金屬組件不同的膨脹系數(shù)，該溫度急增會(huì)引起損壞。本發(fā)明使用了地聚合物基材料，該材料可以抵抗損壞，并且相比于現(xiàn)有技術(shù)，可以更低成本、更低能耗地制造。
文檔編號(hào)F16K27/00GK101828059SQ200880112302
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
發(fā)明者邁克爾·蘭甘, 邁克爾·里德 申請(qǐng)人:可持續(xù)工程中心