利用不同的熱膨脹提供改進(jìn)的密封的流體流動(dòng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種流體流動(dòng)控制裝置，更具體地，涉及一種流體流動(dòng)裝置，其利用在 該流體流動(dòng)裝置中的多個(gè)部件之間的不同的熱膨脹來提供在該流體流動(dòng)裝置中的改進(jìn)的 密封。
【背景技術(shù)】
[0002] 過程控制系統(tǒng)通常包括用于控制不同過程參數(shù)的不同部件。例如，一個(gè)流體過程 控制系統(tǒng)可以包括多個(gè)控制閥，用于控制流速、溫度和/或流體流過該系統(tǒng)的壓力。最終產(chǎn) 品取決于對這些參數(shù)的控制的準(zhǔn)確性，即，相應(yīng)地，取決于該控制閥的形狀和特性?？刂崎y 是，例如，為特定流體容量和壓力變化而特別設(shè)計(jì)并挑選的。當(dāng)這些特性被妥協(xié)，最終產(chǎn)品 的質(zhì)量會(huì)受影響。
[0003] 設(shè)計(jì)用于高溫的大型控制閥是非常難的。眾所周知，控制閥可安裝一個(gè)或多個(gè)密 封以防止泄露。聚合物密封可以，例如，安裝于該閥座環(huán)和該閥體之間。在高溫下使用時(shí)， 這種聚合物密封可能會(huì)失效，比如高于450華氏度的溫度。此外，大型控制閥（例如，具有 至少6英寸的端口尺寸或環(huán)截面積的控制閥）的部件使用不同材料制造，該部件，由于使用 不同材料制造，具有不同的熱膨脹系數(shù)，因而在該部件之間產(chǎn)生不同的熱膨脹。有時(shí)，比如 當(dāng)該大型控制閥在高溫下使用（例如溫度超過1000華氏度），這種不同的熱膨脹會(huì)非常明 顯。在較小的控制閥中（例如，具有小于6英寸的端口尺寸的控制閥），單一墊圈可以用于 補(bǔ)償部件之間的不同的熱膨脹，然而，通常被用于較小控制閥的該單一墊圈，不能承受在大 型控制閥中常見的不同的熱膨脹。一種選擇是顯著限制大型控制閥的材料的組合數(shù)量。然 而，大型控制閥通常必須使用同一種材料制造部件?？蛇x地，必須使用昂貴的架構(gòu)特性，比 如焊接或螺栓連接座環(huán)至該閥體內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明一方面包括一種流體流動(dòng)控制裝置。該流體流量控制裝置包括閥體、閥座、 閥籠、和閥塞。該閥體限定入口、出口、在所述入口和所述出口之間延伸的流體流動(dòng)路徑，和 縱向軸。該閥體具有第一熱膨脹系數(shù)。該閥座被置于該閥體內(nèi)并且限定孔，所述流體流動(dòng) 路徑通過所述孔。該閥籠被耦接至該閥體中的該閥座，且限定內(nèi)孔。該閥籠具有與所述第 一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)。該閥塞的尺寸適合插入該閥籠的該內(nèi)孔，并且能夠 沿軸在閉合位置，其中該閥塞接合該閥座，和打開位置之間移動(dòng)。該流體流動(dòng)控制裝置還包 括壓蓋和密封組件。該壓蓋被該閥座和該閥籠中的至少一個(gè)限定。該密封組件被置于該壓 蓋中，以用于在該閥體和該閥籠之間提供密封。該密封組件被置于第一壓縮狀態(tài)，其中該密 封組件提供第一徑向和軸向壓縮力。該密封組件能夠移動(dòng)到第二壓縮狀態(tài)，其中該密封組 件提供大于該第一徑向和軸向壓縮力的第二徑向和軸向壓縮力。該密封組件的移動(dòng)是由該 閥體和該閥籠之間在平行于該縱向軸的方向和垂直于該縱向軸的方向的不同的熱膨脹所 造成。
【附圖說明】
[0005] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的使用密封組件的控制閥的截面圖；
[0006] 圖IA是圖1中該控制閥的部分的局部放大截面圖；
[0007]圖2是具有根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的教導(dǎo)構(gòu)造和組裝的密封組件的圖1中該控制 閥的右側(cè)面的局部放大截面圖；
[0008] 圖3是圖2中該密封組件的放大截面圖；
[0009]圖4是具有根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的教導(dǎo)構(gòu)造和組裝的密封組件的圖1中該控制 閥的右側(cè)面局部放大截面圖；
[0010] 圖5是具有根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的教導(dǎo)構(gòu)造和組裝的密封組件的圖1中該控制 閥的右側(cè)面局部放大截面圖；
[0011] 圖5A是圖5中該密封組件的放大截面圖；。
[0012] 圖6是具有根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的教導(dǎo)構(gòu)造和組裝的密封組件的圖1中該控制 閥的右側(cè)面局部放大截面圖；
[0013] 圖6A是圖6中該密封組件的放大截面圖。
[0014]圖7是具有根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的教導(dǎo)構(gòu)造和組裝的密封組件的圖1中該控制 閥的右側(cè)面局部放大截面圖；
[0015] 圖7A是圖7中該密封組件的放大截面圖；
[0016]圖8是具有根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的教導(dǎo)構(gòu)造和組裝的密封組件的圖1中該控制 閥的右側(cè)面局部放大截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明涉及一種大型控制閥，其包括閥體、閥芯組件和被配置用于在高溫時(shí)（例 如溫度高于450華氏度）密封該控制閥的密封組件。高溫密封組件被置于該大型控制閥 中，以通過利用該閥體和該閥芯組件之間的在垂直或軸向以及水平或徑向方向上的不同的 熱膨脹來提供改進(jìn)的密封，該閥體和該閥芯組件能夠使用不同材料制造。
[0018] 圖1描述根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的控制閥100?？刂崎y100能夠是大型（例如具 有大于6"的端口尺寸）滑桿型控制閥（例如Fisher?FB閥），其包括角閥體104、閥蓋 108和閥芯組件112。閥體104限定入口 116、出口120和在入口 116和出口120之間延伸 的流體流動(dòng)路徑124。閥蓋108通過多個(gè)緊固件128可移除地耦接至閥體104。相應(yīng)地，閥 蓋108將閥體104耦接至致動(dòng)器（未示出）。
[0019] 盡管本文沒有具體說明，閥芯組件112的多個(gè)部件能夠通過移除閥蓋108而從閥 體104中輕易移除（即，這些部件沒有被焊接或螺紋連接）。因此，閥芯組件112能夠被稱 為"快速改變"的閥芯組件或具有"快速改變"的特性。閥芯組件112被置于在入口 116和 出口 120之間的流體流動(dòng)路徑124中。閥芯組件112包括閥座132、一件式（即整體的）懸 掛的閥籠136和被置用于在閥體104中位移以控制通過流體流動(dòng)路徑124的流體流動(dòng)的塞 或桿組件140。流體可以是氣體（例如空氣、天然氣）或液體（例如水、液化天然氣）。
[0020] 閥座132是被置于閥體104內(nèi)的環(huán)形閥座環(huán)。閥座132限定了孔144,流體流動(dòng)路 徑124通過該孔。閥籠136通常是具有內(nèi)表面145和外表面146的圓柱形結(jié)構(gòu)，并限定內(nèi) 孔148。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，閥籠136能夠提供一定的流體流動(dòng)特性（例如降低流體流 過閥100所產(chǎn)生的噪音和/或空化）。為此，閥籠136能夠例如包括一個(gè)或多個(gè)通道、孔或 窗口。
[0021] 閥籠136通常耦接至閥體104內(nèi)的閥座132。閥座132和閥籠136能夠螺栓連接 或固定在一起（例如通過一個(gè)或多個(gè)螺釘）、銷接在一起、彼此螺紋連接、彼此焊接、彼此摩 擦耦接或以上的組合。閥座132和閥體104不彼此焊接（這會(huì)破壞閥芯組件的快速改變特 性）。
[0022] 塞/桿組件140包括連接至閥桿156的閥塞152。閥塞152的尺寸適合于插入內(nèi) 孔148,且可沿著縱向軸A在關(guān)位置（圖1)和開位置（未示出）之間移動(dòng)，在關(guān)位置時(shí)閥塞 152相鄰于閥座132地放置以用于防止流體通過流體流動(dòng)路徑124流動(dòng)，在開位置時(shí)閥塞 152遠(yuǎn)離閥座132地放置或移走以用于允許流體通過流體流動(dòng)路徑124流動(dòng)。圖1所示閥 塞152是具有外表面160和一對穿孔164的平衡閥塞。外表面160通常是圓柱圓周表面。 穿孔164和流體流動(dòng)路徑124流體連通。因此，即使節(jié)流元件位于關(guān)位置，閥體104中的壓 力在閥塞152的兩邊也平衡。閥桿156通過閥蓋108延伸出閥體104,且能夠耦接至致動(dòng)器 (未示出），使得該致動(dòng)器能夠調(diào)節(jié)塞/桿組件140的位置，并且更具體地，調(diào)節(jié)閥塞152相 對于流動(dòng)路徑124的位置以調(diào)節(jié)流體通過控制閥100的流動(dòng)。
[0023] 在其他示例中，控制閥100能夠是不同類型控制閥，例如，球型控制閥、旋轉(zhuǎn)式控 制閥（例如Fisher?Vee-Ball?V150 閥，F(xiàn)isher?Vee-Ball?V300 閥等）、隔離閥或其 他控制閥。此外，控制閥100的多個(gè)部件（例如閥體104、閥座132、閥籠136等）能夠與本 文所述不同。例如，入口 116、出口 120和在其中延伸的流體流動(dòng)路徑124的形狀和/或尺 寸能夠不同，且仍執(zhí)行預(yù)期功能。如另一個(gè)示例，閥座132和閥籠136的形狀、尺寸和/或 配置能夠不同，如下面將說明的。閥籠136能夠例如是包括上籠部分和下籠部分的兩件式 閥籠。
[0024] 現(xiàn)在參考圖1A，控制閥100還包括環(huán)形壓蓋（gland) 168,其通常由至少一個(gè)閥座 132和閥籠136限定。環(huán)形壓蓋168是負(fù)的或空心的空間，例如凹處或部分腔，其中能夠具 有控制閥100的其他部件。環(huán)形壓蓋168能夠由閥座132和閥籠136的表面之間的多個(gè)連 接點(diǎn)或多個(gè)接口（例如之間）來限定。取決于閥體104、閥座132和閥籠136的尺寸、形狀 和/或配置，壓蓋168能夠具有矩形截面（圖2和3)、方形截面、不規(guī)則截面（圖5-8)或一 些其他形狀的截面。示例性的壓蓋168、比如壓蓋268、壓蓋468、壓蓋668和壓蓋868將結(jié) 合圖2-8在下文中描述。
[0025] 如上簡述，控制閥100的部件通常使用不同材料制造。如本文所述，閥體104以及 閥芯組件112的部件（例如閥座132、閥籠136)能夠使用不同材料制作。換言之，閥體104 能夠使用第一材料制造，而閥芯組件112的部件（例如閥座132和/或閥籠136)能夠使用 不同于該第一材料的第二材料制造。在一些實(shí)施例中，閥座132和閥籠136能夠使用不同 材料制造。
[0026] 閥體104能夠例如使用鑄鐵、黃銅、碳鋼、合金鋼、不銹鋼（例如鍛造不銹鋼）、各 種合金、其他材料或以上的組合制造。閥芯組件112 (例如閥座132和/或閥籠136)能夠 例如使用鑄鐵、黃銅、碳鋼、合金鋼、不銹鋼（例如鍛造不銹鋼）、各種合金、其他材料或以上 的組合制造。無論如何，因?yàn)椴煌牧暇哂谢蛳嚓P(guān)于不同的熱膨脹系數(shù)，閥體104和閥芯 組件112的多個(gè)部件具有或相關(guān)于不同的熱膨脹系數(shù)。在一個(gè)示例中，閥體104使用碳鋼 制造，其具有熱膨脹系數(shù)a(例如，該系數(shù)在20攝氏度等于10. )，且閥座132和 閥籠136使用不銹鋼制造，其具有熱膨脹系數(shù)0 (例如，該系數(shù)在20攝氏度等于17. 3mm/mm/° )，P不等于a。
[0027] 因此，響應(yīng)熱變化（例如溫度升高或降低），閥體104和閥芯組件112 (例如閥座 132、閥籠136)能夠在平行于縱向軸A的方向和/或沿著垂直于縱向軸A的橫向軸方向，相 對于彼此膨脹或收縮。換言之，閥體104和閥芯組件112之間能夠在軸向和/或徑向方向 產(chǎn)生不同的熱膨脹或收縮。在一些情況下，這種熱膨脹或收縮可以非常顯著。已知的大型 控制閥，尤其是已知的安裝在大型控制閥中的密封件或者密封組件（例如塑料密封件）不 被配置用于容許這種在軸向和/或徑向方向的不同的熱膨脹或收縮，且任何這種不同的熱 移動(dòng)可以導(dǎo)致閥體104和閥芯組件112的一個(gè)或多個(gè)部件之間的明顯的泄露。
[0028] 本發(fā)明因此提供了密封組件172,其被置于壓蓋168內(nèi)，用于在閥體104和閥芯組 件112的部件（例如閥座132、閥籠136)之間提供密封，并用于適應(yīng)閥體104和閥芯組件 11