用于旋转控制阀的轴承的制作方法
【专利摘要】提供了一种用于旋转阀的推力轴承。该推力轴承包括轴颈部分和推力部分。轴颈部分的尺寸被配置为使得该轴颈部分设置在旋转阀的阀体与旋转阀的驱动轴之间。推力部分的尺寸被配置为使得该推力部分设置在阀体与控制构件之间，该控制构件设置在阀体内，并且能够经由驱动轴相对于设置在阀体内的阀座移动，以控制通过阀体的流体流动。推力部分包括平坦表面，该平坦表面适于在轴承经由驱动轴受到组合的推力和扭转载荷时接合阀体的相应平坦表面，以使得该轴承能够适应该组合的推力和扭转载荷。
【专利说明】
用于旋转控制阀的轴承
技术领域
[0001]概括地，本公开内容涉及旋转控制阀，更具体而言，涉及用于旋转控制阀的推力轴承，该推力轴承适应或耐受推力加载。
【背景技术】
[0002]过程控制系统经常采用旋转阀，例如球阀、蝶阀、偏心盘阀、偏心塞阀等，以控制过程流体的流动。旋转阀通常包括流体控制元件(例如，盘、球等)，该流动控制元件设置在流体路径中并且能够经由轴旋转地耦合到阀体。为了控制通过一些旋转阀的流体流动，流体控制元件的位置可以从闭合位置变化到完全打开或最大流速位置，其中在闭合位置处，流体控制元件与环绕流动孔的密封件密封地接合，从而防止通过流动孔的流体流动，在完全打开或最大流速位置处，流体控制元件远离密封件，从而允许通过流动孔的流体流动。
[0003]为了使得流体控制元件能够与密封件恰当地对准，一些旋转阀包括一个或多个轴承。一种已知的轴承由塑料(例如，PEEK)制成并且具有弯曲的表面，该弯曲的表面抵靠阀体的相应弯曲的表面。然而，该弯曲的表面具有复杂的几何形状，使得制造复杂化，从而增加制造成本。此外，在某些应用中(例如，在高压下)，此类轴承在受到扭转载荷的同时(例如，当流体控制元件在压力下而打开时)不能耐受或适应推力载荷(即，轴向载荷)。相反，当在施加扭转载荷的同时轴向地加载弯曲的塑料轴承时，组合的载荷使得轴承在轴向方向上移动，从而使轴承从阀体的弯曲的表面离开(unseating)并强制轴承与阀的其它部分接触。随着时间推移，该组合的载荷将使轴承破裂，从而导致故障。
【发明内容】
[0004]根据第一示例性方面，一种旋转阀包括:阀体，所述阀体限定流体入口和流体出口 ；阀座，所述阀座布置在所述阀体内；关闭构件，所述关闭构件设置在所述阀体内，并且能够经由驱动轴相对于所述阀座移动以控制通过所述阀体的流体流动；以及轴承，所述轴承设置在所述阀体中以保持所述关闭构件与所述阀座对准。所述轴承具有设置在所述阀体与所述驱动轴之间的第一部分和设置在所述阀体与所述关闭构件之间的第二部分。所述第二部分具有平坦表面，所述平坦表面被配置为在所述轴承经由所述驱动轴受到组合的推力和扭转载荷时接合所述阀体的相应平坦表面，以使得所述轴承能够适应所述组合的推力和扭转载荷。
[0005]根据第二示例性方面，一种旋转阀包括:阀体，所述阀体限定流体入口和流体出口 ；阀座，所述阀座布置在所述阀体内；关闭构件，所述关闭构件设置在所述阀体内；驱动轴，所述驱动着设置在所述阀体的驱动开口中并且被配置为相对于所述阀座移动所述关闭构件以控制通过所述阀体的流体流动；以及轴承，所述轴承设置在所述阀体与所述驱动轴之间的所述驱动开口中以保持所述关闭构件与所述阀座对准。所述轴承包括主体和从所述主体径向向外延伸的轴承凸缘。所述轴承凸缘具有平坦表面，所述平坦表面被配置为在所述轴承经由所述驱动轴受到组合的推力和扭转载荷时接合所述阀体的相应平坦表面，以使得所述轴承能够适应所述组合的推力和扭转载荷。
[0006]根据第三示例性方面，一种用于旋转阀的推力轴承包括:轴颈部分和推力部分。所述轴颈部分的尺寸被配置为使得所述轴颈部分设置在所述旋转阀的阀体与所述旋转阀的驱动轴之间。所述推力部分的尺寸被配置为使得所述推力部分设置在所述阀体与控制构件之间，所述控制构件设置在所述阀体内，并且能够经由驱动轴相对于设置在所述阀体内的阀座移动以控制通过所述阀体的流体流动。所述推力部分包括平坦表面，所述平坦表面适于在所述轴承经由所述驱动轴受到组合的推力和扭转载荷时接合所述阀体的相应平坦表面，以使得所述轴承能够适应所述组合的推力和扭转载荷。
[0007]进一步根据前述的第一、第二或第三示例性方面中的任何一个或多个方面，旋转阀和/或推力轴承可以包括以下进一步优选形式中的任何一个或多个。
[0008]在一个优选形式中，所述驱动轴被定向为沿着纵向轴线，并且所述关闭构件围绕所述纵向轴线旋转。
[0009]在另一个优选形式中，所述平坦表面在与所述纵向轴线基本上垂直的方向上延伸。
[0010]在另一个优选形式中，所述轴承的所述第一部分包括轴颈轴承表面，并且所述轴承的所述第二部分包括推力轴承表面。
[0011]在另一个优选形式中，所述第一部分与所述第二部分是一体形成的。
[0012]在另一个优选形式中，所述第一部分固定地耦合到所述第二部分。
[0013]在另一个优选形式中，当所述轴承受到所述组合的推力和扭转载荷时，所述第二部分的整个所述平坦表面接合所述阀体的所述相应平坦表面。
[0014]在另一个优选形式中，所述阀体包括弯曲的凸耳(ledge)，所述弯曲的凸耳位于所述相应平坦表面的径向向外处，并且所述弯曲的凸耳位于所述轴承的所述平坦表面的紧邻处。
[0015]在另一个优选形式中，所述关闭构件包括盘。
[0016]在另一个优选形式中，所述轴承的所述主体沿着所述纵向轴线延伸，并且所述轴承凸缘沿着与所述纵向轴线基本上垂直的轴线延伸。
[0017]在另一个优选形式中，所述轴承的所述主体包括圆柱形主体。
[0018]在另一个优选形式中，所述轴承凸缘包括斜切部分和圆柱形部分，所述圆柱形部分包括所述平坦表面。
[0019]在另一个优选形式中，所述圆柱形部分包括第一肩部和第二肩部，并且其中，所述第一肩部面向所述关闭构件，并且所述第二肩部包括所述平坦表面。
[0020]在另一个优选形式中，所述阀体包括弯曲的凸耳，所述弯曲的凸耳位于所述相应平坦表面的径向向外处，并且所述弯曲的凸耳位于所述斜切部分的紧邻处。
[0021]在另一个优选形式中，当所述轴承受到所述组合的推力和扭转载荷时，整个所述平坦表面接合所述阀体的所述相应平坦表面。
[0022]在另一个优选形式中，所述轴颈部分包括圆柱形主体，并且所述推力部分包括从所述圆柱形主体径向向外延伸的轴承凸缘，所述轴承凸缘包括所述平坦表面。
[0023]在另一个优选形式中，所述轴承凸缘包括斜切部分和圆柱形部分，所述圆柱形部分包括第一肩部和第二肩部，并且其中，所述第二肩部包括所述平坦表面。
【附图说明】
[0024]在所附权利要求书中具体阐述了本发明的被认为具备新颖性的特征。通过结合附图参考以下描述可以最佳地理解本发明，其中相似的附图标记标识多个附图中的相似元件，其中:
[0025]图1是包括根据本发明的教导来构造的推力轴承的第一示例的旋转控制阀的纵向横截面视图；
[0026]图2是图1的推力轴承的特写等角视图；
[0027]图3是示出图2的推力轴承的一部分的、图1的旋转阀的特写局部视图；
[0028]图4是布置在图1的旋转控制阀中的图2的推力轴承的横截面视图；以及
[0029]图5是布置在图1的旋转控制阀中的根据本发明的教导来构造的推力轴承的第二示例的横截面视图。
【具体实施方式】
[0030]图1是根据本发明的原理来构造的旋转控制阀100的纵向横截面视图。旋转阀100包括阀体104、容置在阀体104内的关闭构件108以及驱动轴112，驱动轴112将关闭构件108操作地耦合到阀体104。
[0031 ] 阀体104大体上是圆柱形并且具有中心开口 116，中心开口 116限定了在流体入口120与流体出口 124之间的流体流动通道。阀体104还包括驱动开口 128，驱动开口 128适于接收驱动轴112。关闭构件108设置在流体流动通道内，并且被描绘成具有周边边缘132的盘，周边边缘132与设置在中心开口 116中的阀座或环形密封表面136 (例如，密封环)密封地接合以防止通过阀100的流体流动。驱动轴112沿着纵向轴线140设置在驱动开口 128中。关闭构件108经由销130操作地耦合到驱动轴112的一端138。在其它示例中，关闭构件108可以通过其它连接(例如螺母、螺栓、焊接、粘合剂、铆钉等)来操作地耦合到驱动轴112。无论如何，当关闭构件108親合到驱动轴112时，驱动轴112能够在闭合位置(示出在图1中)与打开位置(未示出)之间移动(例如，旋转)关闭构件108，其中在闭合位置，关闭构件108的周边边缘132密封地接合阀座136以关闭阀100，在打开位置，关闭构件108的周边边缘132与阀座136间隔开以允许通过阀100的流体流动。
[0032]致动器(未示出)可以操作地耦合到驱动轴112的第二端144以在闭合位置与打开位置之间驱动(例如，旋转)关闭构件108，进而控制通过阀100的流体流动。驱动轴106的第二端144可以是花键端、方形端、圆端或者允许第二端144操作地耦合到该致动器的几乎任何其它形状。尽管本文没有示出，但是该致动器可以是机械致动器(例如，手柄)、气动致动器、液压致动器、电动致动器或任何其它适当的致动器。
[0033]如图1中所示出的，阀100还包括填料148，填料148设置在阀体102的驱动开口 128中并且接合驱动轴112以防止流体泄露。填料凸缘152 (其经由填料凸缘螺柱156和螺栓160耦合到阀体102)将填料148保持在所期望的位置。可以调节填料凸缘152以改变施加给填料148的力，从而改变在填料148与驱动轴112之间的密封。
[0034]继续参考图1，阀100还包括根据本发明的教导来构造的一对轴承200。轴承200设置在阀体104与驱动轴112之间的驱动开口 128中以促进驱动轴112的旋转。轴承200还用于相对于阀体104 (尤其是阀座136)对准或轴向地定位关闭构件108 O更具体地说，轴承200沿着纵向轴线140和沿着驱动轴112的纵向轴线204对准关闭构件108，使得关闭构件108相对于阀座136而定位，以便能够如期望地控制通过阀100的流体流动。
[0035]将意识到，阀100可以不同于图1中示出的旋转阀100。阀体104的形状和/或尺寸可以变化。关闭构件108的形状和/或尺寸也可以变化。举例而言，尽管关闭构件108被描绘成盘，但是在其它实施方式中关闭构件108可以是分段式球或任何其它适当的关闭构件。此夕卜，还将意识到，轴承200不限于图1中示出的示例阀100并且可以与其它类型的旋转阀(诸如举例来说，球阀、分段式阀等)一起使用或在这些阀中使用。
[0036]图2示出了在图1中的阀100中采用的轴承200中的一个轴承。图2中示出的轴承200由聚醚醚酮(PEEK)制成或形成，并且具有圆柱形主体208和D形轴承凸缘212，该D形轴承凸缘212相邻于或靠近于主体208的一端214从主体208径向向外延伸。轴承凸缘212的形状大体上由斜切部分216和圆柱形部分217限定。斜切部分216具有平坦的边缘218。轴承凸缘212的圆柱形部分217具有周向边缘219和一对肩部220A、220B，该一对肩部220A、220B从边缘216径向向内延伸。肩部220A是适于设置在阀体104与关闭构件108之间的平坦表面，而肩部220B是适于接合或抵靠阀体104的相应平坦表面的平坦表面，如下文将更详细描述的。如下文还将更详细描述的，肩部220B被配置为适应或耐受推力而不会发生故障。因此，肩部220B还可以被称为推力轴承表面。
[0037]图3示出了阀100的切除部分250，其中轴承200中一个轴承耦合到该切除部分。图3中描绘的阀100的该部分250与阀体104中面向关闭构件108的顶部表面(至少在图1中查看时)的一部分相对应。该部分250包括推力特征(thrust feature)252，推力特征252采用弯曲的凸耳254和平坦表面258的形式，平坦表面258位于弯曲的凸耳254向内处。将意识到，弯曲的凸耳254的结构和位置有助于D形轴承200的使用(与已知的凸耳不同，已知的凸耳没有被结构化和定位成容纳全形轴承)。在该示例中，制造或形成推力特征252涉及将阀100的背侧铣制至一预定深度，该预定深度允许在不包括密封腔(即，弯曲的凸耳254)的几何形状的情况下使轴承200最大化。当然，可以在阀体104中预先形成推力特征252或者以某种其它适当的方式制造推力特征252。
[0038]如图3和图4中所示出的，轴承200耦合到阀100的部分250，使得轴承200的第一部分262设置在阀体104与驱动轴112之间，并且轴承200的第二部分266设置在阀体104与关闭构件108之间。第一部分262(其包括轴承主体208的实质部分)沿着纵向轴线140延伸并且充当轴颈轴承部。第二部分266(其包括轴承凸缘212，更具体地说，斜切部分216)设置在阀体104与关闭构件108之间。斜切部分216位于弯曲的凸耳254的紧邻处。如所示出的，肩部220A面向关闭构件108，而轴承200的肩部220B接合或抵靠平坦表面258。肩部220A、220B(其从主体208径向向外延伸)沿着与纵向轴线140和纵向轴线204基本上垂直的轴线延伸(S卩，凸缘212基本上垂直于纵向轴线140和纵向轴线204)。如此布置，第二部分266充当推力轴承部。
[0039]尽管图3和图4仅示出了轴承200中的一个轴承耦合到阀100以及仅一个推力特征252，但是将意识到，阀100包括与推力特征252等同的另外的推力特征(未示出)以及以类似方式耦合到阀体104的另一个轴承200，如图1中大体上所示出的。
[0040]在操作中，致动器在打开位置与闭合位置之间驱动关闭构件108，其中在打开位置，流体可以流动通过阀100的流体流动通道，在闭合位置，关闭构件108接合密封表面136以实现密封并提供关断(即，防止通过阀100的流体流动通道的流体流动)。当致动器将关闭构件108驱动至打开位置时，扭转载荷被施加到轴承200。当伴随着推力载荷施加该扭转载荷(沿着纵向轴线140的轴向加载)时，传统的轴承(例如上文在【背景技术】部分中论述的弯曲的轴承)趋于从阀体104离开，并且随着时间推移，通常发生故障。这在旋转阀的驱动轴是非平衡的时尤其如此，因为轴112是非平衡的(因为填料148仅位于驱动轴端部，从而在阀100被加压时在轴112上产生非平衡的力)。然而，轴承200有所不同地对这种组合的载荷进行响应。相反，当轴承200受到组合的推力和扭转载荷时，轴承200保持为抵靠阀体104并且被阀体104支撑，使得轴承200能够适应或耐受这种组合的载荷。虽然轴承200将响应于组合的扭转和推力载荷而旋转，但每个轴承200的肩部220B不会轴向地移动(S卩，不会沿着纵向轴线140移动)，并且替代地将保持与相应的平坦表面258相接触。因为肩部220B和表面258两者都是平坦的并且彼此平行，每一肩部220B的整体将接合相应的平坦表面258，使得每个平坦表面258在整个平坦表面上支撑相对应的肩部220B。换句话说，平坦表面258，更具体地说阀体104，完全支撑肩部220B。以此方式，轴承200能够适应或耐受组合的推力和扭转载荷(SP，即使是在多个循环后，轴承200也不会响应于组合的推力和扭转载荷而发生故障，)。
[0041]尽管轴承200由PEEK制成或形成，但是将意识到，轴承200可以替代地由不同类型的塑料、一种或多种金属、和/或任何其它适当的材料制成或形成。在一些情况下，轴承200可以由塑料和金属材料两者制成或形成。举例而言，轴承200可以由金属制成但衬有软塑料。此外，尽管将轴承200描述成单件式轴承，但是轴承200可以替代地由两个或更多个组件或部件制成。图5示出了这种替代的轴承的示例，其具有轴承300的形式，轴承300包括第一或推力部分304以及耦合到第一部分304的第二或轴颈部分308。在所示出的示例中，第二部分308固定地耦合(例如，粘合、焊接等)到第一部分304，但是在其它示例中，第二部分308可以是可移除地耦合到第一部分304。第一部分304基本上类似于上文所描述的第二部分266，而第二部分308基本上类似于上文所描述的第一部分262。第一和第二部分304、308可以由相同的材料(例如，金属、PEEK)制成或由不同的材料制成(例如，第一部分3 O 4可以由金属制成，而第二部分308可以由塑料制成)。其它的多部件轴承也是可能的。无论如何，由于推力特征252的结构(如上文所提到的，其包括修改的凸耳254)，两件式轴承300以及包括两个或更多个部件的其它轴承也是可能的。
[0042]虽然本文根据本公开内容的教导描述了某些轴承，但本专利的覆盖范围不限于此。与此相对，尽管结合各种优选实施例示出并描述了本发明，但是显而易见的是，可以作出除了上文提及的变化和修改之外的某些变化和修改。本专利覆盖根据本公开内容所教导的所有实施例，其完全落入可允许的等同形式的范围内。因此，本发明旨在保护对本领域普通技术人员显而易见的所有变型和修改。
【主权项】
1.一种旋转阀，包括: 阀体，所述阀体限定流体入口和流体出口； 阀座，所述阀座布置在所述阀体内； 关闭构件，所述关闭构件设置在所述阀体内，并且能够经由驱动轴相对于所述阀座移动以控制通过所述阀体的流体流动；以及 轴承，所述轴承设置在所述阀体中以保持所述关闭构件与所述阀座对准，所述轴承具有设置在所述阀体与所述驱动轴之间的第一部分和设置在所述阀体与所述关闭构件之间的第二部分，所述第二部分具有平坦表面，所述平坦表面被配置为在所述轴承经由所述驱动轴受到组合的推力和扭转载荷时接合所述阀体的相应平坦表面，以使得所述轴承能够适应所述组合的推力和扭转载荷。2.根据权利要求1所述的旋转阀，其中，所述驱动轴被定向为沿着纵向轴线，并且其中，所述关闭构件围绕所述纵向轴线旋转。3.根据权利要求2所述的旋转阀，其中，所述平坦表面在与所述纵向轴线基本上垂直的方向上延伸。4.根据权利要求1所述的旋转阀，其中，所述轴承的所述第一部分包括轴颈轴承表面，并且所述轴承的所述第二部分包括推力轴承表面。5.根据权利要求1所述的旋转阀，其中，所述第一部分与所述第二部分是一体形成的。6.根据权利要求1所述的旋转阀，其中，所述第一部分固定地耦合到所述第二部分。7.根据权利要求1所述的旋转阀，其中，当所述轴承受到所述组合的推力和扭转载荷时，所述第二部分的整个所述平坦表面接合所述阀体的所述相应平坦表面。8.根据权利要求1所述的旋转阀，其中，所述阀体包括弯曲的凸耳，所述弯曲的凸耳位于所述相应平坦表面的径向向外处，并且所述弯曲的凸耳位于与所述轴承的所述平坦表面的紧邻处。9.根据权利要求1所述的旋转阀，其中，所述关闭构件包括盘。10.—种旋转阀，包括: 阀体，所述阀体限定流体入口和流体出口，所述阀体包括驱动开口 ； 阀座，所述阀座布置在所述阀体内； 关闭构件，所述关闭构件设置在所述阀体内； 驱动轴，所述驱动轴设置在所述驱动开口中，并且被配置为相对于所述阀座移动所述关闭构件以控制通过所述阀体的流体流动；以及 轴承，所述轴承设置在所述阀体与所述驱动轴之间的所述驱动开口中以保持所述关闭构件与所述阀座对准，所述轴承包括主体和从所述主体径向向外延伸的轴承凸缘，所述轴承凸缘具有平坦表面，所述平坦表面被配置为在所述轴承经由所述驱动轴受到组合的推力和扭转载荷时接合所述阀体的相应平坦表面，以使得所述轴承能够适应所述组合的推力和扭转载荷。11.根据权利要求10所述的旋转阀，其中，所述驱动轴被定向为沿着纵向轴线，并且其中，所述关闭构件围绕所述纵向轴线旋转。12.根据权利要求11所述的旋转阀，其中，所述主体沿着所述纵向轴线延伸，并且所述轴承凸缘沿着与所述纵向轴线基本上垂直的轴线延伸。13.根据权利要求10所述的旋转阀，其中，所述主体包括圆柱形主体。14.根据权利要求10所述的旋转阀，其中，所述轴承凸缘包括斜切部分和圆柱形部分，所述圆柱形部分包括所述平坦表面。15.根据权利要求14所述的旋转阀，其中，所述圆柱形部分包括第一肩部和第二肩部，并且其中，所述第一肩部面向所述关闭构件，并且所述第二肩部包括所述平坦表面。16.根据权利要求15所述的旋转阀，其中，所述阀体包括弯曲的凸耳，所述弯曲的凸耳位于所述相应平坦表面的径向向外处，并且所述弯曲的凸耳位于与所述斜切部分的紧邻处。17.根据权利要求10所述的旋转阀，其中，当所述轴承受到所述组合的推力和扭转载荷时，整个所述平坦表面接合所述阀体的所述相应平坦表面。18.—种用于旋转阀的推力轴承，所述旋转阀包括阀体、阀座和关闭构件，所述阀座设置在所述阀体内，所述关闭构件设置在所述阀体内，并且能够经由驱动轴相对于所述阀座移动以控制通过所述阀体的流体流动，所述推力轴承包括: 轴颈部分，所述轴颈部分的尺寸被配置为使得所述轴颈部分设置在所述阀体与所述驱动轴之间；以及 推力部分，所述推力部分的尺寸被配置为使得所述推力部分设置在所述阀体与所述关闭构件之间，所述推力部分具有平坦表面，所述平坦表面适于在所述轴承经由所述驱动轴受到组合的推力和扭转载荷时接合所述阀体的相应平坦表面，以使得所述轴承能够适应所述组合的推力和扭转载荷。19.根据权利要求18所述的推力轴承，其中，所述轴颈部分包括圆柱形主体，并且所述推力部分包括从所述圆柱形主体径向向外延伸的轴承凸缘，所述轴承凸缘包括所述平坦表面。20.根据权利要求19所述的推力轴承，其中，所述轴承凸缘包括斜切部分和圆柱形部分，所述圆柱形部分包括第一肩部和第二肩部，并且其中，所述第二肩部包括所述平坦表面。
【文档编号】F16K5/00GK106065953SQ201610258424
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年4月22日 公开号201610258424.7, CN 106065953 A, CN 106065953A, CN 201610258424, CN-A-106065953, CN106065953 A, CN106065953A, CN201610258424, CN201610258424.7
【发明人】B·Q·莱杰
【申请人】费希尔控制产品国际有限公司