本公开内容总体上涉及流体控制设备，更具体而言，涉及用于流体控制设备的改进的阀座和盘保持器。
背景技术：
流体控制设备包括各种类型的具有控制阀和调节器的装备。这些控制设备适于耦接在流体过程控制系统(诸如化学处理系统、天然气输送系统等)内，以便控制通过其的流体流动。每个控制设备包括限定流体流动-路径的主体以及用于调整流动-路径的大小的控制构件组件。座环设置在阀主体的喉部内。
控制构件组件通常包括具有密封盘的阀塞组件，该密封盘具有密封表面。当阀主体的出口压力高时，密封盘的密封表面可以密封地接合座环并关闭喉部。这防止通过调节器的流体流动。
尽管当密封盘接合座环时防止了通过调节器的流体流动，但是来自流体的高压力仍然经常作用在密封盘的任何暴露的外表面上。这种力导致了例如密封盘的侵蚀和裂片(chunking)，如图1的密封盘10、12、14和16所描绘的。因此，常规的阀塞组件的密封盘需要更经常地维修和/或更换，从而降低了阀塞组件的使用寿命和效率，并且最终降低了流体控制设备的使用寿命和效率。
技术实现要素：
在本公开内容的一个方面中，一种适于与座环密封接合的阀塞组件包括：阀塞和耦接到阀塞的保持器。该阀塞具有圆柱形主体、从该主体径向延伸的环形凸缘以及设置在该环形凸缘内的密封盘。该密封盘具有适于接合该座环的就座表面(seatingsurface)的密封表面，并且该座环的就座表面具有初级部分，该初级部分具有大约20度到大约45度的初级角度。该保持器将阀塞固定到安装部分，该保持器具有包括第一部分、第二部分和环形侧部的主体，该环形侧部以大约30度或大约45度的角度或大约30度至大约45度之间的角度从该第一部分延伸到该第二部分。
根据本公开内容的另一个方面，一种流体控制设备包括阀主体和座环，该阀主体限定流体的流动路径，并且该座环设置在该流动路径内并具有就座表面，该座环的就座表面具有初级部分，该初级部分具有大约20度到大约45度的初级角度。致动器耦接到该阀主体并且包括控制组件，该控制组件适于相对于座环进行移位以便调节流体通过流动路径的流动。该控制组件包括安装部分和阀塞组件，该阀塞组件耦接到该安装部分并适于密封接合座环。该阀塞组件包括阀塞，该阀塞具有圆柱形主体、从该主体径向延伸的环形凸缘以及设置在该环形凸缘内的密封盘。该密封盘具有适于接合座环的就座表面的密封表面。保持器耦接到阀塞，以将该阀塞固定到安装部分。该保持器具有包括第一部分、第二部分和环形侧部的主体，该环形侧部以大约30度到大约45度中的任何角度从第一部分延伸到第二部分。
进一步根据前述第一和第二方面中的任何一个或多个方面，该阀塞组件或该流体控制设备中的一个或多个可以包括以下形式中的任何一种或多种。
根据一个方面，座环具有纵向轴线a，并且就座表面的初级部分的初级角度可以以与该座环的纵向轴线a成大约20度或大约45度或大约20度至大约45度之间的任何度数进行延伸。另外，就座表面的初级部分的初级角度可以是大约45度。此外，座环可以包括纵向轴线a以及垂直于该座环的纵向轴线a的横向轴线b。另外，座环还可以包括次级部分，该次级部分以与座环的横向轴线b成大约10度的角度从初级部分进行延伸。此外，在另一个示例中，该初级部分可以从座环的纵向轴线a以大约45度的角度进行延伸。
根据另一个方面，初级部分可以从座环的纵向轴线a以大约30度的角度进行延伸。另外，保持器可以包括与座环的横向轴线b平行的横向轴线c。在该示例中，环形侧部可以以与第一部分成大约30度或大约45度的角度从第一部分延伸到第二部分。
根据又一个方面，座环的就座表面的初级部分的初级角度可以是大约45度。在该示例中，保持器的环形侧部可以以大约45度的角度从第一部分延伸到第二部分。此外，就座表面还可以包括次级部分。该次级部分可以以大约10度的次级角度从初级部分向外延伸。
根据本公开内容的其它方面，保持器的第一部分可以接触阀塞的密封表面。另外，座环还可以包括第一端和第二端，该第一端包括初级部分并且该第二端具有倾斜表面。
附图说明
相信通过以下结合附图的描述将更充分地理解本公开内容。为了更清楚地显示其它元件，可以通过省略选定的元件来简化附图中的某些附图。在某些附图中的元件的这种省略不一定指示在示例性实施例中的任何实施例中特定元件存在或不存在，除了可以在相应的书面描述中明确描绘出来。此外，任何附图不一定按比例进行绘制。
图1描绘了与流体流动控制设备一起使用的各种常规的密封盘，这些密封盘都至少具有由于在流体控制设备的操作期间的高压流体力造成的侵蚀；
图2是具有本公开内容的阀塞组件和座环的流体流动控制设备的剖面视图；
图3是本公开内容的阀塞组件和座环的特写剖面视图，其中阀塞组件的密封盘与座环接触；
图4是本公开内容的阀塞组件和座环的另一个特写剖面视图，其中阀塞组件的密封盘不与座环接触；
图5是可以与图3的阀塞组件一起使用的座环的剖面视图；
图6是图5的座环标记为a的一部分的特写视图；
图7是可以是图3的阀塞组件的一部分的保持器的俯视图；
图8是沿着图7的线a-a截取的图7的保持器的剖面视图；
图9是可以是图3的阀塞组件的一部分的另一个保持器的俯视图；
图10是沿着图9的线b-b截取的图9的保持器的剖面视图；
图11a是描绘作用在各种保持器的密封盘和座环配置上的剪切应力的曲线图；
图11b是保持器和座环配置的特写剖面视图，其中保持器具有以与保持器的轴线成30度的角度进行设置的侧部；
图11c是保持器和座环配置的特写剖面视图，其中保持器具有以与保持器的轴线成45度的角度进行设置的侧部；以及
图11d是保持器和座环配置的特写剖面视图，其中保持器具有以与保持器的轴线成55度的角度进行设置的侧部。
具体实施方式
总体上，公开了一种适用于与新的座环密封接合的新的阀塞组件。该阀塞组件包括具有密封盘的阀塞，该密封盘适于接合座环的就座表面。座环的就座表面具有初级部分和次级部分，该初级部分具有与座环的轴线成大约20度至大约45度的度数或大约20度至大约45度之间的任何度数的初级角度，该次级部分以与座环的轴线成大约10度的次级角度从初级部分进行延伸。阀塞组件还包括耦接到该阀塞的保持器。该保持器包括具有第一部分、第二部分和侧部的主体，该侧部以与保持器的轴线成大约30度到约45度的角度中的一个从第一部分延伸到第二部分。如此配置，当阀塞的密封盘接触座环的就座表面时，减少了作用在密封表面上的(例如，来自流体流动的)应力的量，增加了密封盘的使用寿命。
现在参考图2，描绘了包括本公开内容的阀塞组件110的流体流动控制设备或调节器组件100。该调节器组件包括阀主体112和致动器114。阀主体112限定流动-路径116并且包括喉部118。在图2中，调节器组件100被配置成向上流动的配置。致动器114包括上部致动器壳体120、下部致动器壳体122以及控制构件组件124。控制构件组件124设置在上部致动器壳体120和下部致动器壳体122内，并且适于响应于跨调节器组件100的压力的变化而进行双向移位。如此配置，控制构件组件124控制通过喉部118的流体的流动。另外，如所描绘的，调节器组件100包括座环126(部分地描绘)，该座环126设置在阀主体112的喉部118中。当阀主体112的出口压力高时，控制构件组件124的密封表面可以密封地接合座环126并关闭喉部118，如下面更详细描述的，以防止通过调节器100的流体的流动。
在图2中所描绘的座环126还包括部分圆形或倾斜(tappered)表面127。圆形或倾斜表面127用于使通过孔129的流体的流动流线化。在流体流过阀主体112时，该流体从阀主体112的左侧流动，如图3所描绘的，并且经由座环126中的孔129向上通过喉部118。然后，流体在控制构件124的下表面偏转，并流出图2的阀主体112的右侧。
通常，当控制构件组件124处于关闭位置时，控制构件组件124适于被座环126的就座表面154(图3和图4)接合，防止流体流过阀主体112。更具体地，控制构件组件124还包括管状构件132、安装子组件134和阀塞组件110(例如，盘夹持器(holder)组件)。管状构件132包括上端132a和下端132b。下端132b是打开的并容纳安装子组件134。例如，如图2中一般性地所描绘的，阀塞组件110耦接到安装子组件134。
现在参考图3和图4，详细描绘了在图2中的阀塞组件110。更具体地，图3描绘了与座环126接触(诸如密封接合)的阀塞组件110。换句话说，在图3中，阀塞组件110处于关闭位置。图4描绘了不与座环126接触(诸如密封接合)的阀塞组件110。换句话说，在图4中，阀塞组件110处于打开位置。如在图3和图4两者中所描绘的，阀塞组件110包括阀塞140，该阀塞140具有圆柱形主体142和从主体142延伸的环形凸缘144。在一个示例中，环形凸缘144包括凹槽146。凹槽146可以设置在环形凸缘144的底部148中，如图3所描绘的，或环形凸缘144的另一个部分中，并仍落入本公开内容的范围内。
密封盘150设置在凹槽146内并包括密封表面152。密封盘150的密封表面152适于接合座环126的就座表面154，如下面更详细解释的。如本领域的普通技术人员将理解的，密封盘150可以包括由弹性材料(诸如至少部分地聚氨酯或丁腈橡胶)制成的大致环形的盘。另外，并且在一个示例中，密封盘150可以被固定或结合到阀塞140。可选地，例如，密封盘150可以设置在不存在凹槽或环形凸缘144中的其它类似部件的环形凸缘144的另一个部分中，并且仍然落入本公开内容的范围内。
仍然参考图3和图4，阀塞组件110还包括保持器160。例如，保持器160经由紧固件162耦接到阀塞140，紧固件162还将阀塞140固定到安装子组件134(图2)的安装部分164。在一个示例中，紧固件162包括螺纹螺栓和螺钉。如本领域的普通技术人员将理解的，例如，可以替代地使用能够将阀塞140固定到安装部分164的各种其它紧固件，并且仍然落入本公开内容的范围内。
保持器160包括主体166，该主体166具有部分167，当密封表面152接触座环126(如图3所描绘的)时，且当密封表面152不与座环126接触(如图4所描绘的)时，该部分167接触阀塞140的密封盘150的密封表面152。
现在参考图5，例如，描绘了图3和图4的座环126的剖面视图。座环126包括具有就座表面154的主体170，当阀塞组件110处于图3的关闭位置时，就座表面154接触密封盘150的密封表面152，例如，如上面所描述的。就座表面154包括设置在座环126的第一端174处的初级部分172。座环126还包括第二端176和设置在第一端174和第二端176之间的部分178，其可以包括圆形或倾斜表面179。圆形或倾斜表面179用于使通过流体控制阀100的孔129(图2)的流体的流动流线化。
现在参考图6，描绘了图5的座环126的标记为b的一部分的特写视图。座环126的就座部分154的初级部分172包括初级角度pa，该初级角度pa以与座环126的纵向轴线a成大约20度或大约45度的度数或大约20度至大约45度之间的度数进行延伸。在图6所描绘的示例中，初级部分172的初级角度pa与座环126的纵向轴线a成大约45度。在另一个示例中，尽管未描绘，但是初级部分172的初级角度pa与座环126的纵向轴线成大约为20度，并且在又一个示例中，初级角度pa是大约30度。
如在图6中进一步所描绘的，座环126还包括横向轴线b，该横向轴线b垂直于座环126的纵向轴线a。另外，座环126还包括次级部分180，该次级部分180从初级部分172以与座环126的横向轴线b成大约10度的角度进行延伸。尽管次级部分180被描绘为具有以约10度的角度进行延伸的次级角度sa，但是次级部分可以替代地从初级部分172和座环的横向轴线b以5度或20度的角度或5度至20度之间的任何角度进行延伸，并且仍然落入本公开内容的范围内。
现在参考图7和图8，例如，描绘了图3和图4的保持器160。更具体地，保持器160包括主体182(诸如圆柱形主体)，该主体182具有第一部分184、第二部分186和环形侧部188(诸如侧边缘)。环形侧部188以与保持器160的轴线c(图8)成大约30度或大约45度的角度或大约30度至大约45度之间的角度从第一部分184延伸到第二部分186。更具体地，并如图8所描绘的，环形侧部188以与保持器160的轴线c成大约30度的角度从第一部分184延伸到第二部分186。在该示例中，例如，当阀塞组件110设置在流体控制设备100内时，保持器160的轴线c平行于座环126的横向轴线b。
现在参考图9和图10，描绘了可以替代地用于将阀塞140固定到安装部分164(图3和图4)的另一个保持器260。除了保持器260包括以与保持器260的轴线d成大约45度的角度进行延伸的环形侧部之外，保持器260与图7和图8的保持器160相似或相同。因此，为了简洁起见，与保持器160的部分相同或非常相似的保持器260的部分具有比保持器160的附图标记多了100的附图标记。
更具体地，并且与保持器160一样，保持器260包括主体282(诸如圆柱形主体)，该主体282具有第一部分284、第二部分286和环形侧部288(诸如侧边缘)。环形侧部288以与保持器260的轴线d成大约45度的角度从第一部分284延伸到第二部分286。
在一个示例中，阀塞组件110(图3和图4)包括保持器260，该保持器260具有环形侧部288，该环形侧部288从第一部分284以与保持器260的轴线d(图9和图10)成大约45度的角度进行延伸，并且座环126的初级部分154的初级角度pa与座环126的纵向轴线a成大约45度。在同一个示例中，从初级部分172延伸的次级部分180的次级角度sa与座环126的横向轴线b成10度。
在另一个示例中，阀塞组件110(图3和图4)包括保持器260，该保持器260具有环形侧部288，该环形侧部288从第一部分284以与保持器260的轴线c成大约45度的角度进行延伸，并且座环126的初级部分154的初级角度pa与座环126的纵向轴线a(图6)成大约30度。在同一个示例中，从初级部分172延伸的次级部分180的次级角度sa与座环126的横向轴线b成10度。
在又一个示例中，阀塞组件110(图3和图4)包括保持器160(图7和图8)，该保持器160具有环形侧部188，该环形侧部188从第一部分184以与保持器160的轴线c成大约30度的角度进行延伸，并且座环126的初级部分154的初级角度pa与座环126的纵向轴线a成大约45度。在同一个示例中，从初级部分172延伸的次级部分180的次级角度sa与座环126的横向轴线b成10度。
在又一个示例中，阀塞组件110(图3和图4)包括保持器160(图7和图8)，该保持器160具有环形侧部188，该环形侧部188从第一部分184以与保持器160的轴线c成大约30度的角度进行延伸，并且座环126的初级部分154的初级角度pa与座环126的纵向轴线a成大约30度。在同一个示例中，从初级部分172延伸的次级部分180的次级角度sa与座环126的横向轴线b成10度。
现在参考图11a-图11d，在图11a中提供了描绘了根据如上面所描述的各种座环和保持器配置中的某些配置而作用于密封盘上(诸如密封盘150)的剪切应力的量的曲线图。图11a中以曲线方式表示的各种座环和保持器设计组合中的每一种都被描绘在图11b-图11d中的特写剖面视图中，如下面更详细解释的。更具体地，在图11a中，x轴线表示密封盘到流体流动设备(诸如流体控制设备100)的中心线的距离。y轴线表示当流体控制设备100具有1500psig的入口压力、100psig的出口压力和针对各种座环和保持器设计中的每一种设计的-20华氏度到160华氏度的温度范围时作用于密封盘(诸如密封盘150)的剪切应力的量。
图11b，还标记为r&o16，描绘了保持器r和座环sr组合的特写视图，保持器r具有侧部(诸如侧边缘)，该侧部设置成与保持器r的轴线成30度的角度。座环sr包括密封部分，该密封部分具有初级部分，该初级部分具有可以是大约20度或大约45度的度数或大约20度至大约45度之间的任何度数的初级角度。使保持器具有以30度的角度设置的侧部，导致了例如在0.57英寸处的密封盘上的初始较高的剪切应力，但是随后在任何点处没有真空状况的情况下在0.58到0.65英寸之间该剪切应力减小。当密封盘沿着方向(诸如向下的方向)被显著拉动时，发生了真空状况。例如，这在图11a中表示当在y轴线上的剪切力测量在沿着x轴线的任何点处减小到负值时。如图11a所描绘的，在图11b中所描绘的保持器(其在图11a的曲线图上表示为ro16)没有任何具有负值的测量到的剪切力。因此，对于图11b的保持器和座环组合，不存在真空状况。图11b的该保持器和座环组合导致了密封盘上的较少的应力、侵蚀和磨损，从而增加了密封盘的使用寿命，并且最终增加了流体控制设备的使用寿命。
现在参考图11c，还标记为r&o17，描绘了另一个保持器r和座环sr组合的另一个特写视图。在该示例中，保持器r包括侧部(诸如侧边缘)，该侧部设置成与保持器r的轴线成45度的角度。座环sr包括密封部分，该密封部分具有初级部分，该初级部分具有可以是例如大约20度或大约45度的度数或大约20度至大约45度之间的任何度数的初级角度。使保持器r配置为具有以45度的角度进行设置的侧部，与当使用图11b中所描绘的保持器r时在密封盘上的剪切应力相比，导致了本质上在密封盘的每个测量点中(例如，在距离流体控制设备的中心部分0.55英寸到0.75英寸的每个点处)的总体上更低的施加到密封盘(诸如密封盘150)的剪切应力的量。更具体地，并如图11a的曲线中所描绘的，密封盘上的剪切应力例如通过0.75英寸时显著地减小。另外，类似图11b中所描绘的保持器r，在沿着具有图11c的保持器r的密封盘的任何点处也不存在真空状况。因此，图11c的该保持器r和座环sr组合还导致了对密封盘上的较少的侵蚀和磨损(甚至少于对图11b的保持器r的侵蚀和磨损)，从而增加了密封盘的使用寿命，并且最终增加了流体控制设备的使用寿命。
现在参考图11d，还标记为r_09，描绘了另一个保持器r和座环sr组合的另一个特写视图。在该示例中，保持器r包括侧部(诸如侧边缘)，该侧部设置成与保持器r的轴线成55度的角度。座环sr包括密封部分，该密封部分具有初级部分，该初级部分具有可以是例如大约20度或大约45度的度数或大约20度至大约45度之间的任何度数的初级角度。如图11a的曲线图所示，例如，使保持器r具有以55度的角度进行设置的侧部，导致了比施加到图11c的保持器的初始剪切应力相比更高的应用到密封盘(诸如密封盘150)的初始剪切应力。例如，如图11a进一步所描绘的，密封盘上的初始较高剪切应力随后减小，并且在x轴线上在大约0.65英寸处发生真空状况。换句话说，在距离流体控制设备的中心线或中心部分大约0.65英寸处，作用在密封盘上的剪切应力大大减小，使得测量到负的剪切应力，导致了施加到密封盘的强的拉力。如所知晓的，例如，这种力可能引起变形和其它损坏。因此，具有图11d的保持器r并不是优选的，因为密封盘将发生更多的损坏，从而导致密封盘和流体控制设备的使用寿命降低。
另外，发现使保持器具有图11c所描绘的并且上面所描述的例如随同座环的密封表面的初级部分具有45度的角度的设计，带来了最佳配置。换句话说，该配置导致了最小量的施加到密封盘的剪切应力，而沿着密封盘的长度没有任何真空状况，这样，在一个示例中，对于增加密封盘和流体控制设备的使用寿命而言这是最佳配置。
尽管图11b-图11c的保持器例如是1英寸的保持器，但是本领域的普通技术人员将理解，该保持器可以替代地为各种其它大小(诸如4英寸的保持器)，并且仍然具有上面所描述的相同效果并落入本公开内容的范围内。另外，尽管前述内容被一般性地描述为与调节器组件一起使用，但是在一个示例中，调节器来自艾默生过程管理调节器技术公司的ezh调节器产品线。
鉴于前述内容，本领域的普通技术人员将理解至少以下本公开内容的优点。具体地，上面所描述的并在图2-图10中所描绘的各种保持器和座环设计，例如，提高了密封盘的使用寿命并减小了作用在密封盘上的总体应力。另外，当在-20华氏度到160华氏度的温度范围和高达1650psig的压力范围内操作时，这种保持器和座环组合/设计仍然在密封盘上(例如，聚氨酯密封盘)提供了紧密关闭。此外，使密封环的密封表面的次级部分具有大约10度的次级角度(如上面充分描述的)，还保护密封盘(诸如密封盘150)免受过度应力状况的影响。
鉴于前述内容，应当将对本公开内容的描述理解为仅仅提供本发明的示例，并且因此不偏离本发明的主旨的变型旨在落入本发明的范围内。
贯穿说明书，多个实例可以实现被描述为单个实例的部件、操作或结构。尽管一个或多个方法的单独操作被示出并被描述为单独的操作，但是单独操作中的一个或多个可以同时执行，并且不要求以所示出的顺序执行操作。在示例性配置中作为单独部件呈现的结构和功能可以实现为组合的结构或部件。类似地，呈现为单个部件的结构和功能可以被实现为单独的部件。这些和其它变型、修改、添加和改进落入本文主题的范围内。
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另外，使用“一”或“一个”来描述本文实施例的元件和部件。这样做仅仅是为了方便，并给出了该描述的通常意义。该描述和后面的权利要求应该被解读为包含一个或至少一个，并且单数还包括复数，除非明显另有含义。
该详细描述将被解释为示例并且没有描述每一个可能的实施例，因为描述每一个可能的实施例即使不是不可能也是不切实际的。可以使用当前技术或在本申请的申请日之后开发的技术来实现许多替代的实施例。
尽管本文已经描述了各种实施例，但是应当理解的是，所附权利要求并非旨在限制于此，并且可以包括仍然在权利要求的文字或等同范围内的变型。