轴流控制阀的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的阀。这种阀是从us3654950已知的。

背景技术：

轴流阀已在整个碳氢化合物工业的关键、高完整性和苛刻的服务应用中采用。其最适合于下游湍流最小、固定压降低、快速关闭、控制精度和可靠性很重要的应用。轴流阀可以是完全压力平衡的，这表示唯一有效的抵抗阀操作的力是齿轮系统部件之间的密封和机械摩擦。

在诸如石油和天然气生产、加工工业、流体的运输、分配和储存的使用领域中，阀用于精确控制压力、流量或温度，例如用作节流阀(joulethompson)或浪涌泄压阀。可能需要控制范围广泛的流体流动，例如从原油到精炼产品的石油产品、高油气多相流体、天然气(其可能包含诸如沙子的污染物)。

考虑到这些阀工作所需要的压力(压力等级：150#～2500#)和从低至大约195℃到大于500℃的工作温度，阀必须具有非常坚固的构造，其对结构部件、致动机构和密封件具有较高的热应力抗性。而且，由于在大型工艺设备中使用，所以最小的维护，特别是代价高昂的停机时间应尽可能短且不频繁。

大多数轴流阀采用线性致动来定位闭孔器。市场上最广泛采用的线性机构是使用45°的1:1滑动齿条，以将致动器线性运动转换为闭孔器护套的线性运动，以便打开和关闭阀。

在us4327757、wo2007/048942、wo2008/098702和wo2015/049525中公开了这种阀的实例。

与许多滑动齿轮机构一样，在负载下移动时会遇到高摩擦力。这些力导致低效额定值，从而增加可靠操作阀所需的致动力。

这种类型的机构还具有其他固有的弱点。在负载下进行足够的循环，其将由于磨损和最终卡住而失效，特别是在润滑有限或没有润滑的情况下。轮齿和滑动轴承区域的摩擦和磨损将导致这些表面退化，最终磨损掉硬化表面处理。

wo2017/055856公开了一种阀，其中垂直于轴向方向的齿条致动器的线性位移，流量控制闭孔器护套可移动，通过接合两个齿条的小齿轮而转换为连接到流量控制护套的齿条的轴向位移。在这种阀中，磨损失效模式不太容易导致齿轮系卡住，并且作为滚动运动齿轮系统，其具有较低的摩擦损失，减少了操作阀所必需的致动力。然而，这种致动系统对良好的润滑非常敏感，齿的耐磨性是导致阀故障的一个问题，同时齿的强度也经常是一个问题。

wo2007/048942公开了一种阀，其中垂直于轴向方向的致动器的线性位移，流量控制闭孔器护套可移动，通过曲柄轮、致动器和曲柄轮之间的连接杆、以及曲柄轮和柱塞之间的连接杆而转换为连接到流量控制护套的柱塞的轴向位移。这种致动系统占用相对大量的空间，结构复杂，成本高，并且相对小的铰接连杆不坚固。

wo2007/048942、wo2009/143028和wo2015/049525公开了轴流阀，其中闭孔器护套的轴向运动由致动器轴围绕垂直于轴向方向的中心线旋转而驱动。安装到致动器轴的小齿轮与在轴向方向上定向的齿条接合。同样在这种阀中，致动系统对良好的润滑非常敏感，齿的耐磨性是导致阀故障的一个问题，同时齿的强度也经常是一个问题。

us3654950和de102016101664也公开了轴流阀，其中闭孔器护套的轴向运动由致动器轴围绕垂直于轴向方向的中心线旋转而驱动。在这些阀中，一种肘节机构，包括致动器轴和肘节臂，该肘节臂经由接合柱塞中的凹部的夹头(dog)或分别经由肘节臂的端部和柱塞之间的连接杆而与柱塞联接。在这种致动系统中，相对较小的铰接连杆或夹头不坚固，并且连接杆的运动范围要求阀内有相对较大的自由空间。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种轴流控制阀，其极其简单、坚固且易于操作，并且允许在不损害低流动阻力的情况下进行精确的流量控制和实现紧凑的结构。根据本发明，通过提供如权利要求1所述的阀来实现此目的。

因为在与肘节构件的枢转轴线的相互不同的距离处，肘节构件的致动表面的相互连续的第一表面部分和第二表面部分关于平行于枢转轴线的曲率轴具有相互不同的曲率半径，所以每旋转一个角度单位，就可以改变闭孔器护套的轴向位移，以适应控制精度要求和关于闭孔器护套的致动运动的最大力的要求。此外，阀可布置成在更大的角度范围内使肘节构件枢转，而不增加肘节构件的每单位角旋转的闭孔器护套的位移量的变化，使得可以使用更小的肘节构件。反过来，这允许块部更小，使得可在给定的流动阻力下提供紧凑的结构。

在特定实施方式中，阀的运动传递机构特别紧凑，因为肘节构件是可围绕枢转轴线枢转的细长曲柄臂的形式，该至少一个致动表面位于曲柄臂上，使得在曲柄臂的纵向方向上，该至少一个致动表面仅位于与枢转轴线隔开的位置，该至少一个接合表面布置成沿着轴向方向上的路径移动，该路径的轮廓由该至少一个接合表面的边界限定，并且在垂直于轴向方向和枢转轴线的方向上，枢转轴线位于与路径隔开的位置。这允许肘节构件特别小，然而闭孔器护套可以在关闭位置和打开位置之间的相当大的行程长度上移动。而且，该结构坚固且易于组装，因为安装有肘节构件的轴可以延伸到联接到闭孔器护套的操作构件的一侧，而不需要在所述操作构件中设置槽或大切口。

在从属权利要求中阐述了本发明的进一步具体阐述和实施方式。

从详细描述和附图中呈现出本发明的进一步特征、效果和细节。

附图说明

图1是根据本发明的阀的实例的横截面透视图；

图2是图1所示的阀在最大打开条件下的横截面顶视图；以及

图3是图1和图2所示的阀在最大关闭条件下的横截面顶视图。

具体实施方式

在附图中，示出了用于控制流体流过附接到阀壳5的凸缘3、4的管道的阀1。流道5沿轴向方向8从第一端6穿过壳体2延伸到第二端7。流道5具有从第一端6延伸到阀1中的第一流道段9和从第二端7延伸到阀1中的第二流道段10。阀1可安装为从第一端6到第二端7和/或从第二端7到第一端6流过阀1。

块部11经由将块部11连接到壳体2的桥12(见图1)而悬置在第二流道段10中。第二流道段10在块部11的整个圆周上沿着块部11在块部11的外侧径向地延伸，除了桥12所在的位置。可以提供两个或更多个桥，来代替单个桥12。根据桥的要求和功能，桥可以具有相互相等或不同的形状和/或尺寸。第一流道段9从第一端6朝向块部11轴向地延伸。

闭孔器护套12悬置在打开位置(图2)和关闭位置(图3)之间，用于引导轴向移动。在此实例中，在第一流道段9中引导闭孔器护套12，并且经由在块部11中轴向延伸并连接到闭孔器护套12的操作构件13，相对于块部11中的引导开口14引导闭孔器护套12。

在关闭位置中，闭孔器护套12在流道15径向内侧的第一流道段9和流道15径向外侧的第二流道段之间关闭流道15(并非全部由附图标记指示)，基本上(即，除了一些泄漏，如果在当前的应用中允许的话)阻止从第一流道段9到第二流道段10的流动，反之亦然。

在此实例中，流道15由柱形套16中的开口图案形成，该柱形套16的内表面17与流道5的第一端6的内壁表面大致齐平。然而，其他实施方式也是可能的，例如具有单个流道，例如由第二流道段的端部在闭孔器护套的引导运动路径处形成该单个流道和/或没有柱形套。

处于打开位置的闭孔器护套12至少部分地使第一流道段9和第二流道段10之间的流道15打开，从而允许从第一流道段9流向第二流道段10，反之亦然。根据应用，处于完全打开位置的闭孔器护套12和/或开口15可以在一定程度上限制流过阀1的流道5。

操作构件13具有面向相反的轴向方向8的接合表面18、19。肘节构件20可枢转地安装到块部11，以便可围绕枢转轴线21在关闭位置(图3)和打开位置(图2)之间枢转，该关闭位置导致闭孔器护套12处于关闭位置，该打开位置导致闭孔器护套12处于打开位置。肘节构件20具有致动表面22、23，每个致动表面在垂直于轴向方向8和枢转轴线21的方向25上在与枢转轴线21隔开的平面内的位置与接合表面18、19中的相应一个接触。在此实例中，平面24延伸穿过流道5和块部11的中心轴线24，但是此平面也可以位于离枢转轴线21更远或更近的位置。而且，致动表面与接合表面接触的平面可以基本上是静止的，如本实例中所示，或者随着肘节构件的枢转而朝向和远离枢转轴线移动。

此外，在此实例中，提供了两对致动表面22、18和接合表面23、19。然而，也可能提供单对相互接触的致动接合表面，用于仅在一个轴向方向上推动操作构件和闭孔器护套，而在相反的轴向方向上的运动可以例如由弹簧或由流体压力驱动，例如其流动受到控制的液体的压力。

致动表面具有第一表面部分22a、23a和第二表面部分22b、23b，其与枢转轴线21的距离互不相同且彼此连续。这些第一表面部分22a、23a和第二表面部分22b、23b关于平行于枢转轴线21的曲率轴具有相互不同的曲率半径。

如可从图2和图3中看到的，如果肘节构件20处于打开位置(图2)，则致动表面22的第一表面部分22a与接合表面18接触，而当肘节构件20已经枢转到关闭位置(图3)时，致动表面22沿着接合表面具有滑橇，使得第二表面部分22b随后接触接合表面18。由于当肘节构件20处于打开位置时致动表面22接触接合表面18的致动表面22的第一表面部分22a具有比当肘节构件20处于关闭位置时致动表面22接触接合表面18的第二表面部分22b的(平均)曲率半径更小的(平均)曲率半径，所以当肘节构件20从打开位置枢转到关闭位置时，至少在最初，肘节构件20围绕枢转轴线的每个旋转单位的护套16的位移小于在第一表面部分22a和第二表面部分22b的曲率半径之间的一个曲率半径的肘节构件的位移。然后，在肘节构件20已经枢转到大约垂直于阀1的轴线24的方向之后，致动表面22的第二表面部分22b接触接合表面18。由于第二表面部分22b的较大曲率，至少在最后，肘节构件20围绕枢转轴线21的每个旋转单位的护套16的位移大于在第一表面部分22a和第二表面部分22b的曲率半径之间的一个曲率半径的肘节构件的位移。

因此，致动表面部分22a和22b的曲率半径的尺寸设置成使得肘节构件20的角旋转和闭孔器护套12的轴向位移之间的比率至少比如果致动表面具有围绕平行于枢转轴线的曲率轴的单个曲率半径的情况更恒定。

在本实例中，肘节构件20是可围绕枢转轴线21枢转的细长曲柄臂的形式。致动表面22、23位于曲柄臂上，使得在曲柄臂的纵向方向上，至少致动表面22、23仅位于与枢转轴线21隔开的位置。接合表面18、19布置成沿着轴向方向上的路径移动，路径的轮廓由接合表面18、19的边界限定。在垂直于轴向方向和枢转轴线21的方向25上，枢转轴线21位于与该路径隔开的位置。这允许肘节构件20特别小，然而闭孔器护套12可在关闭位置和打开位置之间的基本上整个行程长度上移动。因此，用于操作阀2的结构可以是特别紧凑的结构，使得块部11可以是紧凑的设计，要求通过阀的流路中的偏差很小。而且，该结构坚固且易于组装，因为安装有肘节构件20的轴可延伸到联接到闭孔器护套12的操作构件13的一侧，而不需要操作构件13中的槽或大切口。

为了实现肘节构件20的角旋转和闭孔器护套12的轴向位移之间的恒定比率，有利的是，如在本实例中，比第二表面部分22b更靠近枢转轴线21的第一表面部分22a具有比第二表面部分22b更小的围绕平行于枢转轴线21的曲率轴的曲率半径。当致动表面22从第一表面部分22a通过到达第二表面部分22b时，致动表面22的方向不会突然改变，使得在第一表面部分22a已经沿着接合表面18通过之后，当第二表面部分22b接触接合表面18时获得闭孔器护套12的平滑移动过渡，反之亦然。

根据要求，连续表面部分的曲率半径可以改变，以提供增加的控制精度，用于闭孔器护套的致动运动或闭孔器护套在特定范围内快速运动的减小的最大力。此外，阀1可以布置成在更大的角度范围内使肘节构件20枢转，而不增加肘节构件20的每单位角旋转的闭孔器护套12的位移量的变化，使得可以使用小肘节构件20。反过来，这允许块部11变小，使得在给定的流动阻力下可以提供更紧凑的结构。

对于肘节构件20的角旋转和闭孔器护套12的轴向位移之间的特别均匀的恒定比率，有利的是，如在本实例中，与接合表面18接触的一系列致动表面部分的曲率半径随着与枢转轴线21的距离增加而连续地增大。

在本实例中，致动表面22的成形为中心与枢转轴线21相交的圆的渐开线(即，致动表面曲线上的每个点垂直于致动表面22的与致动表面22面向的方向相反的一侧的圆的切线)。因此，实现肘节构件20的角旋转和闭孔器护套12的轴向位移之间的完全恒定的比率。

致动表面22成形为渐开线曲线的半径等于从枢转轴线21到致动表面22和接合表面18之间的接触路径的距离，该路径沿着流道5和块部11的中心轴线24延伸，并且接合表面18垂直于此中心轴线24定向。因此，致动表面22和接合表面18始终沿着流道5和块部11的中心轴线24接触，并且在接触点处垂直于闭孔器护套12的可移动方向8。因此，横向反作用力最小化。因为当肘节构件20枢转时，致动表面22在接合表面18上的固定中心接触位置接触接合表面18，所以避免将倾斜力矩施加到闭孔器护套12上，使得限制摩擦和磨损。

因为接合表面18上的固定接触位置与闭孔器护套12的中心轴线24相交，所以在绝对意义上也减少了对闭孔器护套12施加倾斜力矩。

肘节构件20在相互反向的侧面上具有致动表面22、23，该致动表面22、23各自接触彼此面对的相互相对的接合表面18、19中的相关联的一个。因此，闭孔器护套12在打开和关闭方向上的运动直接由肘节构件20的枢转位置控制。

在肘节构件20的每个操作位置中，曲柄臂的一段在相对接合表面18、19之间的空间外部的区域中从枢转轴线21朝向致动表面22、23延伸。这允许反向的致动表面22、23相对靠近在一起，并且肘节构件20在垂直于其纵向方向的方向上较小，这也允许接合表面18、19靠近在一起。这进一步有助于阀的运动传递机构的紧凑设计。

肘节构件20的相互反向侧上的致动表面22、23成形为如果肘节构件20在操作范围内枢转，其中致动表面22、23分别与接合表面18和19保持接触，则使得致动表面22、23分别与接合表面18和19接触的位置在轴向方向8上保持恒定距离。因此，闭孔器护套12在打开和关闭方向8上的位置由肘节构件20的枢转位置精确地控制，而不会在打开和关闭方向8上留下显著量的间隙。而且，反向的致动表面优选地成形为渐开线曲线。

在本实例中，面向打开方向的致动表面23的曲率也成形为中心与枢转轴线21相交的圆的渐开线曲线(即，致动表面曲线上的每个点垂直于致动表面23的与致动表面23面向的方向相反的一侧的圆的切线)。因此，在打开方向上实现肘节构件20的角旋转和闭孔器护套12的轴向位移之间的完全恒定的比率。

而且，致动表面22成形为渐开线曲线的半径等于从枢转轴线21到致动表面23和接合表面19之间的接触路径的距离，使得致动表面23和接合表面19，也总是在沿着流道5和块部11的中心轴线24的位置接触，并且在接触点处垂直于闭孔器护套12的可移动方向8定向。

由于致动表面22、23是同一个圆的相对渐开线，所以如果肘节构件20在致动表面22、23分别与接合表面18和19保持接触的工作范围中枢转，则致动表面22、23分别与接合表面18和19接触的位置在轴向方向8上保持恒定距离。

对于刚性且坚固而紧凑的结构，另外有利的是，致动表面22、23位于从枢转轴线21延伸的肘节构件20的主体的侧面，更具体地，肘节构件20是整体形成的。

操作构件13还具有至少与接合表面18、19连续的倒角表面26、27。这允许枢转轴线21特别靠近闭孔器护套12和操作构件13的轴线24，并且允许肘节构件20在较大的角度范围内枢转。这进而允许块部11的结构紧凑。

为了有效的构造，接合表面18、19是平的并且垂直于闭孔器护套12的中心轴线定向。