专利名称：流体控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体控制装置，特别地但并不排外地，涉及一种在苛刻条件下工作的 压力控制阀门结构。
背景技术：
控制阀门应用于流体系统以控制流体压力、流体流量、流速中的一个或多个。根据 特定的应用，控制阀门可以具有不同的尺寸和功能。在苛刻条件下工作的流体系统通常具有较大的体积，并且其在高压力、高流量、高 流速和高温的状态下工作。这种应用的一个例子是位于发电设备的水循环系统中的压力控 制阀门。这种控制阀门要求在升高的压力、温度和流量下工作。在升高的压力和流量下，热 油和沙的最后流体混合物产生了极其具有腐蚀性的控制阀门操作环境。已知的在苛刻条件下工作的阀门组件通常由金属材料制成。然而，许多适于苛刻 工作条件应用的金属材料一般由于制造该材料所需的矿产储量十分有限，所以价格十分昂
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贝ο经常使用的材料的一个例子是不锈钢。然而，由不锈钢制成的阀门组件特别易 于在超过600摄氏度的工作周期中退化。由于已知的处理方式，包括蠕变、促进感受性 (sensitisation)和σ相脆化(sigma phaseembrittlement)，这些组件受到腐蚀并且物理 强度减小。脆化还发生在制造阀门所需的钎焊过程中。具有改良机械特性的材料可以被使用，这部分解决了该问题，然而，将这些材料加 工成特定苛刻条件应用所需的合适形状，花费十分昂贵。这种材料的一个例子是碳化钨，其 具有超越不锈钢的改良机械特性，但是其非常难以形成，因此造价非常高。硬度使碳化钨成 为抵制阀门操作环境的升高压力和温度的合适的材料，并同样使该材料难以加工成阀门组 件所需的复杂形状。另外，碳化钨容易被气蚀损坏。另外，这些应用中目前使用的所有金属材料都会遇到韧性-脆性转变的问题以及 在低温下难以密封。这种密封欠缺会显著地降低阀门的性能，因为流体会在圆盘之间渗漏， 而不是沿着在圆盘表面上设定的通道流动。
发明内容
本发明的目的是至少减轻一些上述问题。本发明提供一种流体控制阀门，其至少部分由地聚合物基材料 (geo-polymer-based material)形成。由于这种材料具有较低的膨胀系数、较佳的密封、表面抛光以及较低的磨损率，所 以地聚合物基流体控制阀门的使用将提高流体控制性能，并在较高的和变化的温度应用 中，特别是在温度迅速变化的应用中延长使用寿命。优选地，所述流体控制阀门包括阀体和流体控制装置，其中所述阀体和/或装置 由地聚合物基材料形成。
优选地，所述控制装置是阀内件。优选地，所述阀内件由地聚合物基材料形成。优选地，所述阀内件由多个阀内件圆盘形成。有利地，地聚合物基材料可以在超过700摄氏度的温度下经受长时间的使用，相 比于由已知制作工艺和材料加工形成的圆盘，其延长了所述圆盘的使用寿命。这是由于所 述地聚合物能够在不破坏机械性能的情况下进行操作并能抵抗 腐蚀。本发明的另一个优势在于地聚合物圆盘的制作工艺允许获得更加复杂的流动路 径，这相应地改进了阀门的性能。本发明的另一个其它优势在于相比于已知的制作圆盘的方法，地聚合物圆盘可以 更低成本和更低能耗(即，制作圆盘所需的系统能量的总量)地制作。优选地，所述阀内件圆盘由地聚合物形成，该地聚合物包括纤维强化物，用于减少 使用中对圆盘的气蚀损害。本发明的特征克服了与烧结的阀内件圆盘有关的主要问题，即材料的易脆性。因 此，本发明的这一特征将不锈钢圆盘的强度和操作优势与烧结的圆盘所能实现的复杂程度 结合在一起。然而，与烧结的圆盘不同，地聚合物圆盘消除了烧结的主要缺点，即成本昂贵 以及易受到由材料的易脆性引起的气蚀的损坏。根据本发明的第二个方面，提供一种用于流体控制阀门的阀内件，所述阀内件包 括两个或两个以上本发明前一个方面的阀内件圆盘。优选地，所述圆盘通过地聚合物基粘合剂结合在一起，更优选地，所述圆盘在由所 述圆盘限定的接合表面的主体部分(substantial part)上被结合并密封。有利地，使用地聚合物粘合剂能使所述圆盘穿过它们的整个共存的平坦表面被结 合并密封。相比于已知的只沿着其外部边缘被铜焊(brazed)在一起的钢制圆盘，这提供了 更好的阀门性能，因为所有流体都保持在指定的流体通道中。而且，不会存在由粘合固定处 理产生的促进感受性风险。这不是存在已知的铜焊处理的情形。优选地，所述阀体由包括纤维强化物的地聚合物形成。更优选地，所述纤维强化物对齐，从而由于阀门的操作引起的变形力相对于所述 纤维纵向地作用。优选地，通过使用预浸渍的垫子或通过控制未硬化的地聚合物的流量来实现所述 对齐，从而所述纤维自身与所述流动方向对齐。有利地，这一特征改进了阀门的最大允许内部压强。根据本发明的第三个方面，提供一种由地聚合物基材料形成的阀内件圆盘。
现在结合附图描述本发明，其中图1是根据本发明的流体控制阀门的侧面剖视图；以及图2是如图1所示的阀门的阻抗圆盘的局部等轴视图。
具体实施例方式图1中示出了流速控制阀门10，该阀门10具有限定流体入口 14和出口 16的阀体12。在入口 14和出口 16之间设置有圆柱形流体腔18，流体腔18具有由流体控制装置的内 表面限定的外壁，该流体控制装置是阀门圆盘内件20。如图2中更详细所示，圆盘内件20 包括多个圆盘22形式的阀内件装置。参考图2，每个圆盘22限定了流体通道24，该通道24具有入口 26和至少一个出 口 28。每个流体通道沿径向方向将所述流体从圆柱形流体腔18(见图1)输送到阀体12的 外壁，如下在使用中，流体通过入口 14沿轴向方向进入圆柱形流体腔18，之后流体通过圆盘 22上的流体通道24沿径向方向穿过阀门圆盘内件20。然后流体通过出口 16离开阀门。流体通道24 (在图2中被更详细地示出)具有复杂的几何形状，该几何形状增强 了流量控制，在图2中仅通过示例的方式描述。流动的阻力以及由此可实现的压强下降范 围取决于这些流体通道24的数量、形状和尺寸。通过阀门10的流量可以通过改变圆柱形活塞30的位置来调节，该圆柱体活塞30 设置在圆柱体流体腔18中，并且可以被提升或降低以关闭适当数量的流体通道24，从而获 得所需的流量。
圆盘22由地聚合物形成，该地聚合物包括纤维填充物(为了清楚没有示出)以提 供增加的强度。通常，纤维强化物具有细微分开的纤维素材料，该纤维素材料通常来源于植 物材料。这种圆盘结构的形式能够有利地抵受在液体的两段流动通过阀门时所产生的气 蚀。这些圆盘22通过使用地聚合物粘合剂(为了清楚没有示出)彼此粘合。由于地聚合 物材料不会遇到与韧性_脆性转变有关的问题，所以这种结构能够提供给阀内件20增强的 低温性能。阀体12和圆柱形活塞30同样由具有纤维填充物的地聚合物形成。该地聚合物的 纤维与阀门工作中所产生的变形力纵向对齐。通过使用预浸渍的垫子或通过控制未硬化的 地聚合物的流动，使得纤维与流动方向对齐，从而实现上述对齐。用于形成圆盘22、阀体12和圆柱形活塞30的地聚合物基材料包括坚硬的填充物， 例如金刚砂。填充物被保留在地聚合物基体(geo-polymermatrix)中，并基本上增加了地 聚合物基材料的硬度，这改进了其抗腐蚀性。选择地，或者附加地，地聚合物基材料包括弹 性填充物，该弹性填充物也被保留在地聚合物基体中。弹性填充物，例如弹性体，用于驱散 夹带颗粒(entrained particles)的冲击能，从而减少这些颗粒的侵蚀潜力。为了避免疑义，地聚合物是包含大无机分子的材料，该无机分子主要包括铝、氧和 娃。
权利要求
一种流体控制阀门，其特征在于，其至少部分由地聚合物基材料形成。
2.如权利要求1所述的流体控制阀门，其特征在于，其包括阀体和流体控制装置，其中 所述阀体和/或所述流体控制装置由地聚合物基材料形成。
3.如权利要求1或2所述的流体控制阀门，其特征在于，所述控制装置是阀内件。
4.如权利要求3所述的流体控制阀门，其特征在于，所述阀内件由地聚合物基材料形成。
5.如权利要求4所述的流体控制阀门，其特征在于，所述地聚合物基材料包括纤维材 料，用于增加所述控制装置对于气蚀损伤的抵抗力。
6.如权利要求4或5所述的流体控制阀门，其特征在于，所述阀内件由多个阀内件圆盘 形成。
7.如权利要求6所述的流体控制阀门，其特征在于，所述阀内件圆盘是阻抗圆盘。
8.如权利要求7所述的流体控制阀门，其特征在于，所述阻抗圆盘包括流体流动通道。
9.如前述任一项权利要求所述的流体控制阀门，其特征在于，所述地聚合物基材料包 括坚硬的填充物，用于抵抗所述控制装置的腐蚀。
10.如前述任一项权利要求所述的流体控制阀门，其特征在于，所述地聚合物基材料包 括弹性填充物，用于抵抗所述控制装置的腐蚀。
11.如权利要求6所述的流体控制阀门，其特征在于，所述阀内件圆盘通过地聚合物基 粘合剂粘结。
12.如权利要求11所述的流体控制阀门，其特征在于，所述阀内件圆盘在由所述装置 限定的接合表面的主体部分上被密封。
13.一种流体控制阀门的阀体，其特征在于，所述阀体由地聚合物基材料形成。
14.如权利要求13所述的阀体，其特征在于，所述地聚合物基材料包括纤维强化物。
15.如权利要求13或14所述的阀体，其特征在于，所述地聚合物基材料包括坚硬的填 充物，用于抵抗所述阀体的腐蚀。
16.如权利要求13，14或15中任一项所述的阀体，其特征在于，所述地聚合物基材料包 括弹性填充物，用于以抵抗所述阀体的腐蚀。
全文摘要
一种流体控制阀门，其具有由地聚合物基材料形成的阀内件，从而该阀门能够经受快速和激烈的温度急增，由于金属组件不同的膨胀系数，该温度急增会引起损坏。本发明使用了地聚合物基材料，该材料可以抵抗损坏，并且相比于现有技术，可以更低成本、更低能耗地制造。
文档编号F16K27/00GK101828059SQ200880112302
公开日2010年9月8日 申请日期2008年8月22日 优先权日2007年8月22日
发明者迈克尔·兰甘, 迈克尔·里德 申请人:可持续工程中心