双活塞效应唇形密封底座组件的制作方法

本公开的实施方案大体上涉及用于流体流量控制装置(诸如球阀)的底座组件。

发明背景

本部分旨在向读者介绍可能与当前描述的实施方案的各种方面有关的领域的各种方面。本讨论被认为是有助于向读者提供背景信息以促成对本发明实施方案的各个方面的更好理解。因此，应当理解，这些表述将据此来理解，而非作为对现有技术的承认。

为了满足对自然资源的消费需求和工业需求，公司常常投入大量的时间和金钱从地球上寻找和提取油、天然气和其它地下资源。具体来说，一旦发现诸如油或天然气的期望地下资源，常常使用钻井系统和生产系统来接取和提取资源。这些系统可以位于陆上或海上，这取决于期望资源的位置。另外，一旦提取，常常经由管线将资源运输到诸如炼油厂的期望位置。管线典型地包括阀门，用于控制通过管线的资源的流量。

如可了解，阀门包括流量控制机构，流量控制机构用于选择性地允许流过阀门。例如，球阀包括球体，球体可以在打开位置与关闭位置之间旋转以允许或抑制流过阀门。球阀还具有底座组件，底座组件密封球体。在一些情况下，球阀底座组件是单活塞效应底座组件或双活塞效应底座组件。在单活塞效应底座组件中，使用阀门的在组件的底座与球体之间的密封界面的一侧上的流量导管中的流量压力来将底座推靠在球体上。在底座的相对侧(在阀门的球体空腔内)内的足够高的压力将会将底座推离球体并且从球体空腔中释放压力。出于这个原因，单活塞效应底座组件也被称为自释压型底座组件。在双活塞效应底座组件中，使用处于底座与球体之间的密封界面的任一侧上的压力将底座推靠在球体上。

发明概要

以下阐述在本文中公开的一些实施方案的某些方面。应当理解，这些方面仅是为了向读者提供本发明可能采取的某些形式的简要概述，并且这些方面并不旨在限制本发明的范围。实际上，本发明可涵盖无法在以下阐述的多个方面。

本公开的至少一些实施方案大体上涉及球阀和球阀的双活塞效应底座组件。在某些实施方案中，双活塞效应底座组件包括底座、活塞环和单向唇形密封件。底座组件定位在阀门连接器或另一阀门部件的凹部中，并且允许响应于阀门中的压力来浮动。在凹部内的底座、活塞环和单向唇形密封件的布置提供双活塞效应。单向唇形密封件在凹部内定向在不同方向上，以便抑制流体在某些方向上流过密封件。底座组件的活塞推力效应用于增加底座与阀门中的流量控制球体之间的密封接触压力，并且在各种压力条件下维持底座抵靠球体的密封。

关于本发明实施方案的各种方面，可以存在对上述特征的各种改进。另外特征也可结合到这些各种方面中。这些改进和另外特征可单独地或以任何组合存在。例如，以下关于所示出的实施方案中的一个或多个所讨论的各种特征可单独地或以任何组合结合到本公开的上述方面中的任何方面。同样，以上所呈现的简要概述仅旨在使读者熟悉一些实施方案的某些方面和上下文，而不限于所要求保护的主题。

附图简述

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解某些实施方案的这些和其它特征、方面和优点，在附图中，相似符号在全部附图中表示相似部件，其中：

图1是根据本公开的某些实施方案的连接在两个管道之间的球阀的正视图，球阀包括主体和底座组件，主体被安置在两个流体导管连接器之间，底座组件用于密封流量控制球体；

图2是根据一个实施方案的球阀的一部分的截面图，并且描绘了具有多个唇形密封件的双活塞效应底座组件；

图3是图2的底座组件的细节图，并且大体上描绘了底座组件由于在阀门的流量导管中的管路压力而被推靠在球体上时的底座组件；

图4类似于图3的细节图，但是大体上描绘了底座组件由于来自阀门的球体空腔外部的压力而被推靠在球体上时的底座组件；

图5是根据一个实施方案的球阀的一部分的截面图，并且描绘了具有多个唇形密封件的不同双活塞效应底座组件；

图6是图5的底座组件的细节图，并且大体上描绘了底座组件由于在阀门的球体空腔中的压力而被推靠在球体上时的底座组件；以及

图7类似于图6的细节图，但是大体上描绘了底座组件由于来自阀门的流量导管的管路压力而被推靠在球体上时的底座组件。

详细描述

以下将会描述本公开的一个或多个具体实施方案。为了提供对这些实施方案的简明描述，实际实现方式的所有特征都不会在本说明书中进行描述。应当了解，在对任何此类实际实现方式的发展中，就像在任何工程项目或设计项目中，必须要做出许多特定于实现方式的决策来实现开发人员具体目标，诸如遵守系统相关约束和业务相关约束，这会因各个实现方式而有所变化。此外，应当了解，这种开发工作可能复杂而又耗时，但是对于受益于本公开的普通技术人员将仍然是设计、制作和制造的例行工作。

在介绍各种实施方案中的要素时，冠词“一个”、“一种”、“该”、“所述”旨在表示存在元件中的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且表示除了所列出的要素之外还有另外要素。此外，为了方便，任意使用“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、其它方向术语和这些术语的变形，但是无需对部件的任何特定定向。

现在参考附图，图1中示借助实例出了球阀10。球阀10包括中空主体12，中空主体安置在两个连接器14之间。如此处所描绘，连接器14各自包括凸缘16和18，以便促成连接器联接在主体12与管道28之间。阀门10还包括了流量控制球体20，流量控制球体在主体12的空腔内部。球体20具有流量端口22，并且可以在打开位置与关闭位置之间旋转，以便控制在管道28之间通过阀门10的流量。杆或耳轴24通常将球体20保持于主体12的空腔内的适当位置，同时仍然允许球体20围绕穿过杆的轴线旋转。

球阀10包括底座组件26，底座组件密封球体20。在一些实施方案中，所描绘的底座组件26都是双活塞效应底座组件。在其它实施方案中，底座组件26中的仅一个是双活塞效应底座组件。例如，另一底座组件26可以替代地是例如单活塞效应底座组件。可用于底座组件26中的一个或两个的双活塞效应底座组件的实例在图2-7中示出。

在图2-4中大体上描绘的一个实例中，阀门10的底座组件34沿着穿过该阀门的流量导管30定位在连接器14的凹部36中。流体可以在操作期间沿任一方向流过流量导管30，并且所描绘的底座组件34可以是相对于球体20的上游底座组件或下游底座组件。底座组件34包括环形底座38和活塞环40。底座38与球体20之间的密封界面包括配合密封表面42和44。在当前所描绘的实施方案中，环形底座38直接密封球体20(例如，金属到金属的密封)。不过，在其它实施方案中，底座38在底座38的凹部中包括插件(例如，弹性体环)，并且其是包括密封表面42的插件。如以下更详细地描述的，在至少一些操作条件下，活塞环40增加底座38抵靠球体20的密封接触压力。

底座组件34还包括了密封件46、48和50。密封件46、48和50是单向唇形密封件，这些单向唇形密封件用于密封两个相对表面并且抑制流体在一个方向上流动。如此处所示出，密封件46、48和50是u形唇形密封件(更具体地，具有u形剖面的环形密封件)，这些u形唇形密封件具有弹性主体和内部弹簧，内部弹簧用于将该主体的密封唇缘偏置为抵靠相对表面。这些u形唇形密封件可以被认为是在唇缘远端处具有打开端部，并且在u形的与唇缘远端相对的基部处具有关闭端部。

在操作中，通过打开端部接收在两个唇缘之间的压力向外推动唇缘并且增加使唇缘抵靠相对表面的密封压力。因此，打开端部处的高压促成附加密封并且抑制沿着唇缘外部从打开端部到关闭端部的泄漏。不过，密封件另一侧上的压力可以进入到唇缘与相对表面之间并且向内推靠在唇缘上。如果在密封件的关闭端部处的流体和密封件的打开端部处的流体之间存在足够的压力差，那么压力差将导致流体从密封件的关闭端部朝密封件的打开端部流过臂部。因此，这些密封件被设计成防止从一个方向的流动，同时允许从相对方向的流动，并且被认为是单向密封件(即使关闭端部和打开端部之间的小压力差可能并不足以克服唇缘上的将唇缘向内推动的偏置压力并且导致沿相反方向的流动)。这与双向密封(例如，具有四个密封唇缘的具有x形剖面的环形密封件)相反，双向密封抵抗任一方向上的压力进行密封。

如图2-4所示，密封件46和48定位在环40的前侧(更靠近于球体20)，并且密封件50定位在环40的后侧(更远离于球体20)。更具体地，密封件46和48设在轴向凸缘52的相对表面上，其中密封件46的径向向内表面密封凸缘52的外圆周，并且密封件48的径向向外表面密封凸缘52的内圆周。密封件46的外表面密封连接器14，并且密封件48的内表面密封底座38。所描绘的密封件50以其外缘密封连接器14，并且以其内缘密封底座38。一个或多个弹簧54将底座38朝球体20轴向向内偏置。在阀门内的较低流体压力情况下，这向底座38提供关闭压力。另外，虽然在此被示出为螺旋弹簧，但是可以使用任何合适弹簧54。

如图3和图4所示，在底座38与球体20之间的在配合表面42和44处的密封界面将界面一侧上的区域56(在流量导管30中)中的流体与界面的另一侧上的区域58(在主体12的空腔中)中的流体分开。底座38、环40和密封件46、48和50的布置为底座组件34提供了双活塞效应，其中来自任一方向(来自区域56或来自区域58)的压力被输送到底座38后方，并且用于将底座38朝球体20推动，以便增加配合表面42和44之间的密封接触压力。允许来自区域56的流体流过底座38与连接器14之间的通道62并且进入在底座38后方并且在密封件50与连接器14之间的区域64中。密封件50被定向为抑制从区域64到环40的流动。允许来自区域58的流体通过通道68流向沿着底座38的肩部66的区域，并且密封件46和48被定向在与密封件50相对的方向，以便抑制在远离球体20的方向上流过密封件46和48。在至少一些实施方案中，允许环40在连接器14与底座38之间自由浮动，从而根据区域56和58中的压力朝向或远离球体20轴向移动。

区域64中的压力会将密封件50在球体20的方向上向内推靠在环40上。在肩部66与密封件46、密封件48和轴向凸缘52的端部之间的压力将底座38朝球体20向内推动，并且还将密封件46、密封件48和环40向外推离球体。当区域56与区域58之间的正压力差为足够高时(即，当压力差导致了环40上的轴向向内的力超过环40上的轴向向外的力并且克服了摩擦力时)，区域64中的流体压力驱使密封件50抵靠环40。这导致了环40被驱使进入底座38中并且将底座38驱使进入球体20中，以便增加底座抵靠密封表面42和44处的球体的密封接触压力。这种情况的实例描绘于图3。在其它情况下，在区域56与58之间的压力差将会导致环40上的轴向向外的力超过向内的力，从而将密封件和环40推离球体20，如图4所示。不过，在此类情况下(并且假设压力作用于的肩部66的表面积大于压力也作用于的底座38的前部端部的有效(投影)面积)，沿着肩部66的压力在球体20的方向推动底座38，以便维持表面42和44之间的密封并且增加密封接触压力。

在一些情况下，底座组件26中的每个可以设为底座组件34。在球体20关闭的情况下进行操作期间，流量导管30中的管路压力进入上游底座组件34的区域64并且驱使上游底座38抵靠球体20。如果出于一些原因(例如，由于磨损或损坏)上游底座38不会形成有效密封，加压流体将会流过上游底座38进入主体12的空腔中。这将引起沿着下游底座组件34的底座38的肩部66的增加的压力，从而导致下游底座38被驱使得更紧密地抵靠球体20。

可用于阀门10(用于任一或两个阀座底座组件26)的双重活塞效果效应阀座底座组件的另一实例通常在图5-7中描绘。在这个实施方案中，底座组件76定位在连接器14的凹部78内。凹部78可以采取任何合适形式，但是在当前所描绘的实施方案中，凹部78是连接器14中的环形凹槽。如上所述，底座组件76可以是上游底座组件或下游底座组件，这取决于流过该阀门的方向。底座组件包括环形底座80和活塞环82。底座组件是双活塞效应底座组件，并且凹部78内的压力会将底座80推靠在球体20上，以便增加密封界面(在配合密封表面44和86之间)处的接触压力。底座80在图5中被示出为直接密封球体20的单个件。不过，在其它实施方案，底座80可具有多个件，诸如由环形主体承载并将球体20密封的插件。还将了解，可将底座组件76朝向球体20弹簧偏置(例如，利用一个或多个弹簧84)，以便在低压力条件下维持底座80抵靠球体20的密封。

底座组件76还包括了密封件90、92和94，它们被描述为单向唇形密封件，就像如上所述密封件46、48和50。密封件90和92定位在环82的靠近底座80的前部，并且密封件94是定位在底座82后方。此外，密封件90被定向于一个方向，以便抑制流体在远离球体20的方向上在凹部78中流过密封件90。相比之下，密封件92和94被定向于相对方向，以便抑制流体在朝向球体20的方向上在凹部中流过密封件92和94。

如图6和图7所示，在球体20与底座80之间(在配合表面44和86处)的密封界面将穿过连接器14的流量导管中的区域96中的流体与中空阀体(在上游底座组件与下游底座组件之间)的球体空腔的区域98中的流体分开。当区域98中的压力相较区域96中的压力来说为足够高时，流体从区域98通过通道100流动到密封件92与环82之间的区域102和在凹部78背面的在环82和密封件94后方的区域104两者。区域102中的压力将底座80朝球体20推动并且将环82朝凹部78背面推动。不过，区域104中的压力克服在环82上的来自区域102的相对压力并且推动环82抵靠底座80(并且远离凹部78的底部110，如图6所示)，以便驱使底座80抵靠球体20，从而增加底座抵靠球体的密封接触压力。当区域96中的压力相较区域98中的压力来说为足够高时，流体从区域96通过通道106流动到密封件90与底座80之间的区域108。区域108中的压力驱使底座80抵靠球体20并且增加底座压力。它还将密封件90推入环82中，从而导致环82与底座80分开并且朝向凹部78的底部110移动，如图7所示。

对于底座组件34和底座组件76两者，在球体与底座之间的密封界面的位置减小流体作用在底座组件的前部端部上的面积。虽然前部端部处的流体在远离球体20的方向上推动组件，但是组件34和76在连接器14的凹部中的密封件和其它部件允许压力进入凹部，以便产生朝球体20的更大向内的力。所得(累积)的力将组件的底座推靠在球体20上，以便维持密封并且增加底座和球体20的配合表面之间的接触压力。

虽然以上通过解释而给出了某些实例，但是应当了解，其它实施方案可以不同。例如，当上述底座组件定位在连接器14的凹部中时，底座组件可替代地接收在其它阀门组件中，诸如关闭构件或在球体20与连接器14之间的其它中间部件。在某些实施方案中，底座组件可以设在流量控制球体20的凹部中，并且底座组件可操作以使得双活塞效应替代地将底座从球体20向外推动成密封接合抵靠在连接器或与球体20相邻的其它阀门部件上。此外，虽然可使用三个单向唇形密封件来提供具有双活塞推力效应的紧凑且有效的浮动底座组件设计，但是其它实施方案可以包括不同数量单向唇形密封件。另外，可将本技术应用于适于预期操作压力范围的各种不同尺寸球阀的任何一种。

虽然本公开的方面可能易受各种修改形式和替代形式的影响，但是具体实施方案已经借助附图中的实例示出并且已经在本文中进行详细描述。不过，应当理解，本发明不旨在限于所公开的特定形式。相反，本发明将覆盖落入由随附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代物。