專利名稱：雙向截流的液流控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體閥，且特別地涉及球型流體閥。
背景技術(shù)：
球閥用于多種處理控制系統(tǒng)應(yīng)用中，以控制處理流體的某些參數(shù)(該流體可能是某種液體、氣體、漿體等)。雖然該處理控制系統(tǒng)可使用控制閥來最終控制流體的壓力、高度、pH值或其它預(yù)期的參數(shù)，但控制閥基本上控制流體流動的速率。
典型地，球閥可以包括由球元件分開的流體入口和流體出口，該球元件通過繞固定的軸旋轉(zhuǎn)并且鄰靠密封組件來控制穿過其中的流體流動的量。在操作過程中，處理控制系統(tǒng)，或控制控制閥的操作人員手動地，旋轉(zhuǎn)抵靠著密封組件表面的球元件，因此敞開流動通道，從而提供流過入口和出口以及從而球閥的預(yù)期流體流。
包括球元件和組件的各球閥部件典型地是由金屬所構(gòu)成的；這在用于高壓和/或高溫場合中時尤其如此。在該閥門的操作過程中，由于閥門重復(fù)和不斷的循環(huán)操作許多部件經(jīng)受著磨損，具體而言是球元件和密封組件，由于在閥門的關(guān)閉和開啟過程中的連續(xù)磨擦接觸。因磨損所導(dǎo)致的問題包括但并不限于，閥門部件壽命的減少、在球元件和密封組件之間的增加了的磨擦力以及球元件和密封組件之間的不希望的泄漏。類似地，當(dāng)磨擦力隨著部件所經(jīng)歷的磨損量而相對增加時，閥門內(nèi)的動力性能和控制特性會惡化，從而導(dǎo)致閥門效率和精度的降低。
在過去，已經(jīng)嘗試著在密封組件中結(jié)合一受偏壓的主密封件來克服上述問題。但是，這導(dǎo)致了對該閥門應(yīng)用的限制，包括將閥門限制于受限制的雙向密封能力。而且，由于受偏壓的主密封件抵靠于球元件所產(chǎn)生的額外的力和壓力，會在球元件和密封組件特別是主密封件之間產(chǎn)生額外磨損。還已經(jīng)作出了其他嘗試，通過將球元件安裝在凸輪上，使得球元件在開啟和關(guān)閉閥門的初始階段不是通過旋轉(zhuǎn)而是通過沿垂直于球元件表面的方向從主密封件移開而脫離與主密封件的接合，來克服上述問題。但是，這會導(dǎo)致進(jìn)一步復(fù)雜化，諸如在球元件和主密封件之間夾雜碎片。例如，當(dāng)流經(jīng)該閥門的介質(zhì)包含諸如漿料或顆粒的纖維物料時，在閥門的關(guān)閉過程中，該纖維物料會夾雜在球元件和主密封件之間，實際上造成經(jīng)由閥門的泄漏通道。
因此，一直存在著對改進(jìn)流動具有球元件和密封組件的球閥門的需求，其能夠雙向密封流體、能夠減少主密封件和球元件之間的磨損、保持有效的動力性能和控制特性以及防止纖維物料或顆粒夾雜在球元件和主密封件之間。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)所公開的一個方面，提供了一種球閥，具有流體入口和流體出口。該閥門的開啟和閉合通過圍繞一軸線偏心地旋轉(zhuǎn)球元件以抵靠密封元件來實現(xiàn)。該密封元件包括受偏壓的主密封件和一組設(shè)置在主密封件和密封殼之間的雙向密封環(huán)，使得該閥可雙向使用。
根據(jù)所公開的另一方面，提供了一種具有入口和出口的球閥的操作方法。該方法包括，在入口和出口之間將球元件偏心安裝到軸上，并且從開啟位置向閉合位置旋轉(zhuǎn)該球元件。


圖1是根據(jù)公開教導(dǎo)構(gòu)造的球閥的俯視圖；圖2是沿圖1中線2-2截取的圖1球閥的剖面圖；圖3是沿圖1中線3-3截取的圖1球閥的剖面圖，并以虛線示出了當(dāng)該閥門處于開啟位置時球元件的位置；圖4是圖3一部分的放大、局部剖面視圖，示出處于關(guān)閉位置的球閥，包括主密封件，一組兩個密封環(huán)，彈簧元件以及密封殼；圖4A是圖4的詳細(xì)剖面視圖，示出一密封環(huán)；圖5是類似于圖4的視圖，但示出球閥開啟，包括主密封件、兩個密封環(huán)、彈簧元件以及密封殼；圖6是局部剖面視圖，示出處于關(guān)閉位置的球閥，包括主密封件，單個密封環(huán)，彈簧元件以及密封殼；圖7是密封殼的俯視圖；
圖8是沿圖7中線8-8截取的圖6密封殼的剖面視圖；圖9是主密封件的剖面視圖；圖10是圖9的主密封件的放大、局部剖面視圖；圖11是波狀彈簧的俯視圖；以及圖12是圖11波狀彈簧的側(cè)視圖。
具體實施例方式
雖然所公開的內(nèi)可以有各種修改和其它構(gòu)造，但是其特定示范性實施例已經(jīng)示出在附圖中并且會在下面作出詳細(xì)地說明?？墒?，應(yīng)該認(rèn)識到的是，無意將公開的內(nèi)容限制為所公開的特定形式，而是旨在覆蓋所有的修改、替代結(jié)構(gòu)以及落入由所附權(quán)利要求所限定的公開的精神和范圍內(nèi)的等同物。
現(xiàn)在參照附圖，特別是參照圖1至圖3，根據(jù)公開內(nèi)容的教導(dǎo)構(gòu)成的球閥一般由附圖標(biāo)記20指示。正如附圖中所示的那樣，球閥20包括在入口31和出口32之間有主流道33的殼體30、主密封件組件50以及安裝在可旋轉(zhuǎn)軸90和91上的球元件(ball element)80。
通常具有圓筒形的殼體30限定用于流體流過其中的主流道33。如圖2所示方向，在殼體30的底部是主流道33的出口32，出口32由出口凸緣38所環(huán)繞。在殼體30的中間部分，通孔40穿過殼體30的右壁，以及盲孔41朝向殼體30的內(nèi)部敞開，孔40和41彼此同中心并且適于分別容納軸90和91。設(shè)置在驅(qū)動軸90和殼體30右側(cè)外壁或“驅(qū)動端”之間的是壓緊環(huán)套(packing follower)42，一組密封環(huán)44和軸承43a。設(shè)置在從動軸91和殼體30左側(cè)內(nèi)壁或“從動端”之間的是軸承43b。位于殼體30驅(qū)動端并且適于與緊固件35接合的是軸凸緣34。還是如圖2所示方向，現(xiàn)在轉(zhuǎn)向殼體30的頂部，是形成主流道33的入口31并適于容納密封組件50的沉孔39。環(huán)繞入口31的是入口凸緣36，該入口凸緣36適于緊固到輸入管(未示出)。關(guān)于這一點應(yīng)該注意的是，入口凸緣36和出口凸緣38可以部分地或整個地去除，并且入口31和出口32之間的連接可用多種方法實現(xiàn)。
最佳如圖4-6所示，密封組件50包括第一密封體，優(yōu)選是主密封件64，以及第二密封體，優(yōu)選是密封殼52。如上所述，該密封組件50被設(shè)置在殼體30的沉孔39中，而且更明確的是，密封殼52的外表面54被固定地裝設(shè)于沉孔39中。在密封殼52的內(nèi)部表面53(圖7和圖8)上的是一對環(huán)形槽55a和55b，它們分別適于容納第一密封環(huán)60a和第二密封環(huán)60b。正如圖4和圖5中所示的那樣，該密封組件50還包括諸如波狀彈簧的彈性元件70，以及主密封件64。所述對密封環(huán)60a和60b以及彈性元件70將主密封件64操作連接到密封殼52。該彈性元件70被設(shè)置在主密封件64(圖9和圖10)和密封殼52之間，在主密封件64上產(chǎn)生朝向球元件80的偏壓，借此形成在主密封件64和密封殼52之間的一隱含輔助流道72。所述對密封環(huán)60a和60b也可以被設(shè)置在主密封件64和密封殼52之間，形成對流體流經(jīng)輔助流道72的的流動限制。
當(dāng)閥門20處于關(guān)閉位置時，抵靠主密封件64的是球元件80(圖4)。該球元件80包括球形表面82以及優(yōu)選的一V形槽口部分83(圖1)，能使閥門20逐漸地開啟和關(guān)閉。分別通過通孔84a和84b連接到球元件80的是從動軸91和驅(qū)動軸90。
如上所述，輔助軸90和91對齊并且旋轉(zhuǎn)的是軸承43a和43b，它們分別設(shè)置在殼體30和軸90和91之間。再一次，如圖2所示方向，從動軸91被設(shè)置在殼體30從動端的盲孔41中。與從動軸91接合并且設(shè)置在殼體30從動端和球元件80之間的是軸承43b，以及設(shè)置在殼體30驅(qū)動端和球元件80之間的是軸承43a。驅(qū)動軸90于是經(jīng)由通孔40穿過殼體30的驅(qū)動端，并且在伸出殼體30外側(cè)之前與密封環(huán)44和壓緊環(huán)套42配合。在軸90的外側(cè)端部92，軸90可適于與開啟和關(guān)閉機(jī)構(gòu)相接合。
在一個例子中，正如圖3所示，球元件80安裝在軸90上，從而使球元件80偏心旋轉(zhuǎn)。例如，球元件80具有固有一樞轉(zhuǎn)點，其是球元件80繞之旋轉(zhuǎn)的點，從而使球元件80的球形表面82上的所有點與該固有樞轉(zhuǎn)點等距離?？墒?，當(dāng)球元件偏心旋轉(zhuǎn)時，球元件80的球形表面82上的各點與該固有樞轉(zhuǎn)點不是等距離的，因此是偏心的。
應(yīng)當(dāng)指出，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的，球元件80的偏心可以通過若干種方法形成，包括但不限于，相對球元件80的固有樞轉(zhuǎn)點將軸90和91的中心偏置。相似地，球元件80的偏心運動可以采用偏心安扎的各元件的組合來實現(xiàn)，這樣會有額外的益處。例如，通過相對于球元件80的固有樞轉(zhuǎn)點偏置軸90和91的中心與相對于閥門殼體30偏置軸90和91相結(jié)合產(chǎn)生的偏心運動，可以消除對密封組件50進(jìn)行改變的需要，諸如在密封殼52上形成不同心的通孔，以補(bǔ)償在閥門20中由單一偏心運動所產(chǎn)生的球元件80的偏置位移。
在圖4中，球元件80偏心地旋轉(zhuǎn)以抵靠主密封件64，從而在接觸點66處形成主流道33的流動限制。優(yōu)選地，如圖4和圖5所示，當(dāng)球元件80壓靠主密封件64時，該主密封件64可以通過壓縮彈性元件70被移入密封殼52中。為了確保主密封件64的相對于球元件80和密封殼52的正確運動和操作，形成在主密封件64和密封殼52之間的預(yù)設(shè)或經(jīng)計算的間隙71可以精心地予以設(shè)定。該間隔71可以精心地予以設(shè)定以當(dāng)閥門20處于關(guān)閉位置時確保主密封件64與球元件80相接觸。與間隔71協(xié)同操作以確保閥門20正確運動和操作的是形成在主密封件64和殼體30之間的間隔73。當(dāng)閥門20被打開和關(guān)閉時，該間隔73確保主密封件64在適當(dāng)?shù)臅r間與殼體30直接接觸。例如，如果間隔73太大，在閥門20的開啟和關(guān)閉過程中，主密封件64會以一延長時段保持與球元件接觸，從而在主密封件64和球元件80之間導(dǎo)致不希望和可避免的磨擦和磨損量。類似地，如果間隔73太小，在閥門20的開啟和關(guān)閉期間，主密封件64會過快地接觸殼體，實際上阻止主密封件64接觸球元件80，因此在閥門20中產(chǎn)生泄漏。
為了設(shè)定間隔71，軸90和91以及球元件80可以通過使用致動器或致動器連桿(未示出)旋轉(zhuǎn)。例如，當(dāng)偏心安裝的球元件80朝向關(guān)閉位置旋轉(zhuǎn)時，該球元件80會接觸主密封件64，從而導(dǎo)致球元件80越旋轉(zhuǎn)進(jìn)入完全封閉的位置，間隔71變得越小。當(dāng)球元件80被旋轉(zhuǎn)時，以及當(dāng)間隔71變小時，可以對間隔71進(jìn)行測量，于是可以通過在致動器或致動器連桿處設(shè)置止擋來設(shè)定該間隔。
在另一個例子中，間隔71可以被用來確保閥門20各元件之間的正確尺寸，并且用來驗定間隔73的尺寸。更具體地說，閥門20的每個元件以及這些元件內(nèi)的各種特征具有尺寸和公差以確保閥門20各元件之間的正確配合。但是，即使在不同元件的加工過程中遵守所有的尺寸和公差，但是公差的累計或疊加會產(chǎn)生某種安裝誤差或某種情況，而防礙閥門20的正確操作。因此，可通過簡單地將一組金屬量規(guī)放置在間隔71中，一個位于可接受范圍的高端，而另一個位于可接受范圍的低端，來測量間隔71并且將間隔71設(shè)定在可接受的范圍內(nèi)和位置上，閥門20可以被容易地組裝起來，始終確保閥門20各元件之間的正確對齊和運動。而且，計算的間隔71以及從而間隔73可以重復(fù)測量、對齊和設(shè)定。這是由于間隔71從閥門20的外側(cè)或外表面的可接近性。因此，為了正確地調(diào)整間隔71，閥門20無需被折開。
圖4和圖5還示出輔助流道72，其隱含地形成在主密封件64和密封殼52之間，用來容納彈性元件70。為了避免通過輔助流道72的滲流，優(yōu)選地，兩個單向性密封環(huán)60a和60b被設(shè)置在主密封件64和密封殼52之間，并且更具體地是分別設(shè)置在密封殼52的內(nèi)表面53上的環(huán)形槽55a和55b中。每個密封環(huán)60a和60b(圖4)優(yōu)選地具有第一腿61a和第二腿61b，這些腿在其間限定了流體容納區(qū)域63并且適于容納流體，并且因此將腿61a和61b偏壓分開，以密封輔助流道72。該密封環(huán)60a和60b可用橡膠、塑料或金屬材料制成，或用任何其它能夠正確自作用的材料形成。密封環(huán)60a和60b也可串連設(shè)置，以在閥門20從入口或出口加壓時防止流體流過輔助流道72。但是，應(yīng)該認(rèn)識到的是，以串聯(lián)設(shè)置的兩個單向密封環(huán)是限制流體雙向流過輔助流道72的多種方法中的一種。在其它的解決方案中，例如，密封環(huán)可并列設(shè)置，或所述對密封環(huán)可以由如圖6所示的單個雙向密封環(huán)62所代替，優(yōu)選地設(shè)置在單個環(huán)形槽56中。而且，因為密封環(huán)60a和60b被設(shè)置在密封殼52和主密封件64之間，使得該主密封件64能夠正確地與球元件80對齊。
在另一個例子中，如圖7和圖8所示，密封殼52具有偏置的內(nèi)部表面53。如上所述，主密封件64可動地連接到密封殼52。優(yōu)選地，該主密封件64在密封殼52中滑動地移動，允許主密封件與球元件80相接觸。由密封殼52的內(nèi)表面53的不同心所形成的上述偏置，以及密封殼52的外部表面54有助于閥門20的封閉和密封，從而內(nèi)部表面53設(shè)置成使得在球元件80抵靠主密封件64時，該球元件80和內(nèi)部表面53對齊。但是，如上所述，偏心運動組合的采用可以將球元件80對齊主密封件64，而不需要內(nèi)部表面對于外表面54的非同心設(shè)置或偏置。
在操作中，球閥20可被用于各種介質(zhì)的多種場合，在這里的描述將針對控制含有包括但不限于用在紙漿和造紙工業(yè)中的木纖維和水懸浮物的顆粒的高壓流體。在使用閥門20之前或在使用閥門20期間，諸如在檢查或日常維護(hù)期間，間隔71可以由裝配工人或維護(hù)工人進(jìn)行測量和設(shè)置。間隔71可以被設(shè)定成確保不同閥門元件的正確公差，從而各閥門元件之間的保持正確配合，但是也可以在閥門20已經(jīng)進(jìn)行操作之后對間隔71進(jìn)行測量和設(shè)置，由此確保閥門20的正確連續(xù)操作。
當(dāng)閥門20處于打開位置時，在流體流經(jīng)主流道33時，對流體來說存在著有限數(shù)量的限制。位于密封殼52上的脊部58限制主密封件64對流體的反作用。更具體地說，當(dāng)流體流經(jīng)閥門20時，特別是當(dāng)流體從入口31流到出口32時，脊部58通過使液流從輔助流道72轉(zhuǎn)向進(jìn)入主流道33，而為輔助流道72和主密封件64提供一屏障。例如，當(dāng)流體流過閥門20時，該流體在沒有脊部58存在的情況下，可能受迫直接進(jìn)入輔助流道72，而在脊部58存在的情況下，該流體受到制約而不進(jìn)入輔助流道72并且繼續(xù)通過閥門20。獲自脊部58的多種益處之一是輔助流道72中“固體顆粒填塞”的減少。正如該名稱所示意的那樣，當(dāng)諸如漿料和/或顆粒等纖維材料積聚在輔助流道72中時，將發(fā)生固體顆粒填塞，因此產(chǎn)生了一些問題，包括但并不限于，減小了主密封件64的運動范圍，以及在密封組件50中造成了磨擦和不希望的力。但是，固體顆粒填塞并不限于位于閥門20的間隔71附近的輔助流道72，而是也可能發(fā)生在位于間隔73附近的輔助流道72中?；旧舷g隔73可以防止纖維材料或顆粒積聚在間隔73和靠近間隔73的輔助流道72中。更具體地講，當(dāng)閥門20處于打開位置時，彈性元件70會朝向凸緣81迫壓主密封件64，從而基本上消除間隔73并且防止流體進(jìn)入間隔73以及輔助流道72。
但是，當(dāng)閥門20關(guān)閉時，球元件80通過繞軸90旋轉(zhuǎn)以及逐漸地將球元件80的球形表面82移入主流道33中而緩慢地開始限制通過主流道33的流動。球元件80上的V槽口83通過形成漸縮封閉的流動限制允許流經(jīng)主流道33的流體得以適當(dāng)?shù)乜刂疲敝亮鞯?3被完全地限制。
但是，當(dāng)球元件80旋轉(zhuǎn)進(jìn)入關(guān)閉位置時，在關(guān)閉過程鄰近結(jié)束時，球形表面82僅在接觸點66處接觸密封組件50。該球元件80旋轉(zhuǎn)進(jìn)入距密封組件50某一距離的封閉位置。該球形表面82在球元件80完全限制主流道33之前，可能僅在一計算的距離上接觸密封組件50。從球元件80和主密封件64之間接觸時起，直到閥門20處于關(guān)閉位置，該球元件80以及從而球形表面82將保持與主密封件64接觸。
在上述示例中，在不與密封組件50接觸的情況下球元件80的旋轉(zhuǎn)是通過將球元件80偏心安裝到軸90和91上實現(xiàn)的。具體而言，通過孔徑84a和84b球元件80的固有樞轉(zhuǎn)點分別相對于軸90和91被偏置，使得軸90和91靠近球元件80的固有樞轉(zhuǎn)點安裝在球元件80上，但是遠(yuǎn)離密封組件50以及遠(yuǎn)離球元件80向之樞轉(zhuǎn)的一側(cè)。另外，軸90和91也可以相對于殼體30偏心安裝，從而由第一偏心作用產(chǎn)生的球元件80的不希望的偏置通過第二偏心作用抵銷。
通過這樣作，將會理解，球元件80可以能夠相對于主密封件64旋轉(zhuǎn)，而同時移入垂直于密封64的方向。其結(jié)果，當(dāng)移動進(jìn)入封閉位置時，予以處理的介質(zhì)中的任何顆?；蚶w維在球元件80和主密封件64之間被剪切，因此確保正確的密封。更具體地講，當(dāng)球元件80接觸主密封件64時，顆粒和/或纖維可能卡在主密封件64和球元件80之間。當(dāng)球元件80繼續(xù)關(guān)閉時，任何顆粒和/或纖維通過球元件80和主密封件64之間的連續(xù)接觸而被切斷，使得V形槽口83的似刀邊緣可進(jìn)一步促成這種切斷。
為了確保密封組件50和球元件80之間的正確封閉，主密封件64滑動地裝接于密封殼52，并且相對于球元件80定位，使得在球元件80接觸主密封件64時，通過壓縮彈性元件70該主密封件64被移入密封殼52。
在閥門20的開啟和關(guān)閉過程中，可移動的主密封件64、殼體30以及間隔70結(jié)合偏心安裝的球元件80可合作來控制球元件80和主密封件64之間的接合的適當(dāng)角度。這里所述的接合角度是在球元件80的球形表面82與主密封件64接觸期間，球元件80的旋轉(zhuǎn)度數(shù)。例如，當(dāng)球元件80朝向關(guān)閉位置旋轉(zhuǎn)時，球形表面82將最終與主密封件64接觸。從球形表面82接觸主密封件64的時刻直至球元件80停止從而封閉閥門20，球元件80經(jīng)歷的旋轉(zhuǎn)度數(shù)是接合角度。類似地，當(dāng)球元件80從閉合位置轉(zhuǎn)向開啟位置時，球形表面82將最終終止與主密封件64的接觸。從球元件80開始旋轉(zhuǎn)直至球形表面82終止與主密封件64的接觸，球元件經(jīng)歷的旋轉(zhuǎn)度數(shù)頁是接合角度。
主密封件、殼體30、間隔73以及球元件80可通過在密封殼52和主密封件64之間設(shè)置適當(dāng)尺寸的間隔71協(xié)同控制適當(dāng)?shù)慕雍辖嵌?。位于閥門20外側(cè)的間隔71，在測量和設(shè)定時，可指明位于閥門20中的間隔73的尺寸。間隔73的尺寸可以決定接合角度的大小，因此較大的間隔可以產(chǎn)生較大的接合角度，而較小的間隔可以產(chǎn)生較小的接合角度。例如，當(dāng)球元件80處于關(guān)閉位置時，主密封件64可以移入密封殼52，使得彈性元件70被壓縮，并且主密封件64受偏壓而抵靠球元件80。在這個關(guān)閉位置上，間隔73在尺寸上可以等于球元件使主密封件64移動的距離的大小。當(dāng)閥門20打開而球元件80開始旋轉(zhuǎn)時，球元件80會經(jīng)受的偏心運動會導(dǎo)致球元件80從密封組件64移離。在這個運動期間，主密封件64可以保持與球元件80的接觸，因為彈性元件70朝向球元件80偏壓主密封件64。更具體地，當(dāng)球元件80從密封組件64后退時，彈性元件70會減壓，因此使主密封件64保持與球元件80的接觸。
主密封件64會一直保持與球元件80的接觸直至主密封件64被阻止朝向球元件80進(jìn)一步運動。一種可以阻止主密封件64朝向球元件80進(jìn)一步運動的方法是為主密封件64設(shè)置一止擋，使得在主密封件64被限制時允許球元件80進(jìn)一步從密封組件撤回。構(gòu)成間隔73一側(cè)的殼體30可形成止擋。更具體地，如圖4所示，殼體30包括呈凸緣81形式的止擋，使得主密封件64接觸凸緣81并抵靠凸緣81而觸底，因此防止彈性元件70進(jìn)一步減壓以及防止主密封件64進(jìn)一步運動而與球元件80接觸。因此，通過設(shè)置凸緣81而更具體地說通過設(shè)置相對于凸緣81可調(diào)整的主密封件64，從而可以控制和調(diào)整主密封件64之于球元件80的相對接合與分離以及從而接合的角度。
通過填加彈性元件70，輔助流道72形成在主密封件64和密封殼52之間。在主密封件64和密封殼52之間設(shè)置在輔助流道中的是密封環(huán)60a和60b。該密封環(huán)60a和60b是彈性的并且能夠沿徑向和軸向擴(kuò)展和收縮。
密封環(huán)60a和60b也有助于球元件80與主密封件64的對齊。這是在閥門20的關(guān)閉期間當(dāng)球元件80在接觸點66處接觸主密封件64時實現(xiàn)的。此時，球元件80在主密封件64上施加力并且試圖相對于密封殼52的內(nèi)表面53移動置主密封件64。密封環(huán)60a和60b允許主密封件軸向地以及徑向地移動，同時保持球元件80和主密封件64對齊，從而形成主流道33的流動限制。
但是，為了適當(dāng)?shù)乩们蛟?0偏心作用的充分潛能，必須認(rèn)識到，正如上面所述的那樣，由于偏心的特性，在閥門20的關(guān)閉位置主密封件64可能不與球元件80對齊，正如如果球元件80繞該球元件的固有樞轉(zhuǎn)點旋轉(zhuǎn)將會出現(xiàn)的那樣。因此，為了允許球元件80偏心旋轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置，密封殼52的內(nèi)表面53相對于密封殼52的外部表面54被偏置，使得密封殼52的內(nèi)表面53和外表面54不同心。
為了保障球元件80相對于內(nèi)表面53的對齊，可使用圖3所示的諸如銷等的對齊裝置57。該對齊銷57可固定地裝接于殼體30，且更具體地說，可被壓入環(huán)繞入口31外圍設(shè)置的沉孔中，使得密封殼52可以被旋轉(zhuǎn)，以使位于密封殼52上的沉孔與對齊銷57相接合。相反地，如果閥門20包括雙偏心機(jī)構(gòu)，從而兩個獨立的偏心機(jī)構(gòu)協(xié)作而產(chǎn)生一個運動，內(nèi)表面53可不必與密封殼52的外表面不同心。
當(dāng)球閥20處于關(guān)閉位置時，在入口31處產(chǎn)生高壓力。壓力的增加可能迫使處理流體繞過主流道的限制并且受迫流過輔助流道72。防止流體穿過輔助流道72的是密封環(huán)60a，設(shè)置成使得密封環(huán)腿61a和61b面向流入的流體。類似地，壓力的增加可能會開始使軸90和91朝向流動方向變形或彎曲。當(dāng)軸90和91彎曲時，球元件80可能開始沿相對于密封組件50的垂直方向移動。在移動的球元件80和主密封件64之間防止泄露的是在球元件80被移動時朝向球元件80偏壓主密封件64的彈性元件70。當(dāng)壓力增加時，軸90和91可能進(jìn)一步彎曲，從而進(jìn)一步增加球元件80的位移。主密封件64會繼續(xù)受偏移而抵靠于球元件80，直至主密封件64被擋住，或彈性元件70被完全解壓。但是，高壓期間彈性元件70在與主密封件64脫離接合之前不會被完全地解壓。該彈性元件70由于流體所產(chǎn)生的、作用在主密封件64上的壓力而不會完全解壓。因此，間隔73可以是足夠的大，從而確保主密封件64不會在間隔73的下部被凸緣81阻擋，因此即使在高壓情況下，在主密封件64和球元件80之間保持連續(xù)的接觸。
不過，正如前面所指出的，高壓可能產(chǎn)生在出口32處，這取決于流體流過主流道33的方向。如果主流道33被反向，流體會從輔助流道72的另一側(cè)圍繞彈性元件70穿過，并且由密封環(huán)60b限制進(jìn)一步穿過，密封環(huán)60b也設(shè)置成使得密封環(huán)腿61a和61b面向流入的流體。類似地，高壓流體可變形或彎曲軸90和91，因此朝向密封組件和主密封件64移動球元件80。再一次，防止流體在球元件80和主密封件64之間泄漏的可以是將球元件80偏壓抵靠于主密封件64的彈性元件70。當(dāng)壓力增加時，從而朝向密封組件50進(jìn)一步地彎曲球元件80，主密封件64可最終于密封殼52上觸底，因此基本上消除間隔71。
上面所給出的詳細(xì)說明僅用于清楚地理解，不應(yīng)理解為不必要的限制，因為修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種閥門，包括具有入口和出口的殼體；球元件，偏心地安裝在殼體中且適于在流體地斷開入口與出口的關(guān)閉位置與流體地連通入口和出口的開啟位置之間移動；密封組件，包括在閥門的開啟和關(guān)閉期間適于與球元件接合的受偏壓的主密封件；以及設(shè)置在主密封件和殼體之間的第一設(shè)計間隔，從而控制球元件和主密封件之間的接合的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥門，其中，球元件包括V形凹口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥門，其中，密封組件中的密封體包括偏置的內(nèi)表面，適于補(bǔ)償球元件的偏心移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥門，其中，一對齊裝置相對于球元件徑向地定位所述偏置的內(nèi)表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥門，其中，密封組件適于抵抗從入口和出口進(jìn)入的流體流密封閥門。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥門，其中，偏壓是由彈性元件產(chǎn)生的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥門，其中，彈性元件是波狀彈簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥門，其中，密封組件包括第一和第二彈性密封環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閥門，其中，第一和第二彈性密封環(huán)適于相對于球元件對齊主密封件。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閥門，其中，各密封環(huán)剖面呈U形并以對置關(guān)系定向。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閥門，其中，密封組件包括貫穿其中的流道，彈性體密封環(huán)阻止經(jīng)由該流道的流動。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥門，其中，當(dāng)處于關(guān)閉位置時，主密封件通過偏壓彈性件移動而與所述球接合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥門，其中，閥門組件包括設(shè)置在主密封件和密封殼之間的第二設(shè)計間隔，從而提供測量第一設(shè)計間隔的手段。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥門，其中，當(dāng)閥門處于開啟位置時，主密封件通過偏壓彈性元件相對于殼體移動，從而防止第一設(shè)計間隔的填塞。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥門，其中，閥門組件包括脊部，從而使主密封件上流體液流轉(zhuǎn)向。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的閥門，其中，主密封件沿朝向和遠(yuǎn)離球元件方向的運動受到殼體和脊部的限制。
17.一種閥門，包括具有入口和出口的殼體；鄰近球元件安裝的密封組件，該密封組件包括貫穿其中的流道；以及阻止通過該流道流動的第一和第二彈性密封環(huán)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥門，其中，第一和第二彈性密封環(huán)適于抵抗從入口和出口進(jìn)入的流體密封閥門。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥門，其中，第一和第二彈性密封環(huán)是相同的環(huán)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥門，其中，第一和第二彈性密封環(huán)適于將球元件對齊密封組件。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥門，其中，密封環(huán)剖面呈U形并以對置關(guān)系定向。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥門，其中，密封組件包括主密封件和密封殼，其間設(shè)置有偏壓彈性元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的閥門，其中，彈性元件是波狀彈簧。
24.一種閥門，其包括具有入口和出口的殼體，該殼體還包括密封組件；球元件，偏心地安裝在殼體中且適于在流體地斷開入口與出口的關(guān)閉位置與流體地連通入口和出口的開啟位置之間移動，該密封組件鄰近球元件安裝并且包括穿過其中的流道；以及阻止通過該流道流動的第一和第二彈性密封環(huán)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的閥門，其中，球元件包括至少一個V形凹口。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的閥門，其中，密封組件中的密封體包括適于對球元件上的偏心運動進(jìn)行補(bǔ)償?shù)钠脙?nèi)表面。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的閥門，其中，密封組件適于抵抗從入口和出口進(jìn)入的流體密封閥門。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的閥門，其中，第一和第二彈性密封環(huán)適于將球元件對齊密封組件。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的閥門，其中，所述各密封環(huán)剖面呈U形并以對置關(guān)系定向。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的閥門，其中，密封組件包括主密封件和閥門殼，其間設(shè)置有偏壓彈性元件。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的閥門，其中，彈性元件是波狀彈簧。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的閥門，其中，在處于關(guān)閉位置時，主密封件通過偏壓彈性件移動而與所述球接合。
33.根據(jù)權(quán)利要求24所述的閥門，其中，第一和第二彈性密封環(huán)適于對閥門進(jìn)行密封以防止通過密封組件流道的流動。
34.根據(jù)權(quán)利要求24所述的閥門，其中，第一和第二彈性密封環(huán)是相同的環(huán)。
35.一種操作閥門的方法，包括提供具有入口和出口的閥體；在入口和出口之間相對于閥體偏心地安裝球元件；在閥門的開啟和關(guān)閉期間偏壓包括受偏壓的主密封件的密封組件抵靠球元件；提供一設(shè)計間隔，設(shè)置在主密封件和閥體之間，從而球元件和主密封件之間的接合角度受到控制；以及從開啟位置向關(guān)閉位置旋轉(zhuǎn)球元件。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括鄰近球元件安裝密封組件以及在執(zhí)行旋轉(zhuǎn)步驟的同時移動球元件而與密封組件脫離接合的步驟。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，密封組件包括其間具有輔助流道的第一和第二密封體，以及在閥門關(guān)閉時朝向球元件偏壓第一密封體的彈性元件。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括當(dāng)閥門處于關(guān)閉位置時防止流體流過閥門入口和出口的步驟。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，密封元件包括位于輔助流道中的第一和第二彈性密封環(huán)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，所述密封環(huán)剖面呈U形，具有第一和第二腿，第一密封環(huán)靠近閥門入口，其各腿朝向閥門入口敞開，第二密封環(huán)靠近閥門出口，其各腿朝向閥門出口敞開。
41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括當(dāng)閥門處于打開位置時朝向殼體偏壓主密封件的步驟，從而防止設(shè)計間隔的填塞。
42.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括利用位于密封組件上的脊部保護(hù)主密封件免受流體流的步驟。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，還包括通過閥體和脊部限制主密封件沿朝向球元件和遠(yuǎn)離球元件的方向運動的步驟。
44.一種操作閥門的方法，包括提供具有入口和出口的閥體；相對于密封組件旋轉(zhuǎn)球元件；以及利用第一和第二彈性密封環(huán)經(jīng)由通過密封組件中的流道的流動。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中，密封組件包括其間具有流道的第一和第二密封體，以及在閥門被關(guān)閉時朝向球元件偏壓第一密封體的彈性元件。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中，所述密封環(huán)剖面呈U形，具有第一和第二腿，第一密封環(huán)靠近閥門入口，其各腿朝向閥門入口敞開，第二密封環(huán)靠近閥門出口，其各腿朝向閥門出口敞開。
47.一種操作閥門的方法，包括提供具有入口和出口的閥體；在閥體中偏心地安裝球元件；朝向球元件偏壓密封組件；相對于密封組件從開啟位置向關(guān)閉位置旋轉(zhuǎn)球元件；以及利用第一和第二彈性密封環(huán)阻止經(jīng)由密封組件中的流道的流動。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，密封組件包括其間具有流道的第一和第二密封體，以及在閥門關(guān)閉時朝向球元件偏壓第一密封體的彈性元件。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，還包括在閥門處于關(guān)閉位置時，防止流體流過閥門入口和出口的步驟。
50.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，第一和第二密封環(huán)是相同的環(huán)。
51.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，所述密封環(huán)剖面呈U形，具有第一和第二腿，第一密封環(huán)靠近閥門入口，其各腿朝向閥門入口敞開，第二密封環(huán)靠近閥門出口，其各腿朝向閥門出口敞開。
52.一種操作閥門的方法，包括提供具有入口、出口以及密封組件的閥體，其中密封組件包括主密封件；朝向球元件偏壓主密封件；將球元件偏心地安裝在閥體中；以及測量密封殼和主密封件之間的間隔以確保正確的容差，該間隔可從閥門的外表面接近。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中，通過移動球元件以及相應(yīng)地設(shè)定致動器或致動器連桿對測量的間隔進(jìn)行設(shè)定。
54.一種操作閥門的方法，包括提供具有入口、出口以及密封組件的閥體，其中密封組件包括主密封件；朝向球元件偏壓主密封件；將球元件偏心地安裝在閥體中；以及在相對于密封組件從開啟位置向關(guān)閉位置旋轉(zhuǎn)球元件時，通過提供主密封件的設(shè)計止擋限制主密封件與球元件的接合。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中，所述止擋是閥體的凸緣。
56.一種操作閥門的方法，包括提供具有入口、出口以及密封組件的閥體，其中密封組件包括主密封件；朝向鄰近閥體安裝的球元件偏壓主密封件；在沿垂直于主密封件的方向移動球元件的同時相對于主密封件旋轉(zhuǎn)球元件，在球元件和主密封件之間形成變動尺寸的流道，球元件會同主密封件趨向于切斷流經(jīng)流道的介質(zhì)中的任何顆粒。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中，球元件被偏心地安裝。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有雙向截止能力的球型控制閥(20)。該球閥包括入口(31)和出口(32)，球元件(80)和密封組件(50)。當(dāng)關(guān)閉閥門時，偏心安裝在軸(90，91)上的球繞密封組件旋轉(zhuǎn)。當(dāng)關(guān)閉時，包括密封殼(52)，主密封件(64)以及彈性元件(70)的密封組件在主密封件處接觸球元件，同時彈性元件朝向球元件偏置主密封件。密封組件還包括主密封件和密封殼之間的輔助流道(72)，其由兩個單向密封環(huán)(60a，60b)所限制。
文檔編號F16K1/226GK1643279SQ03806433
公開日2005年7月20日 申請日期2003年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月19日
發(fā)明者戴維·J·凱斯特, 薩拉·L·德沃夏克, 林恩·D·馬恩克, 布蘭登·W·貝爾, 洛倫·L·博維, 加里·A·威特 申請人:費希爾控制國際公司