用于具有碳化物尖端的阀塞的机械紧固方法与流程

本发明总体上涉及控制阀，并且更具体地，涉及具有诸如碳化物尖端的机械保持尖端的阀塞。

背景技术：

在许多控制阀应用中，特别是在涉及严苛服务条件的控制阀应用中，控制阀的内部部件可能经受三相流，三相流例如具有可能的闪蒸、气蚀和颗粒，所有这些都可能潜在地导致严重的侵蚀和/或振动。因此，这种阀通常设置有阀塞，阀塞具有耐腐蚀的塞尖端，塞尖端可以是陶瓷材料，例如碳化物、碳化钨或者其他适当的材料。

在这种阀部件的构造中，塞尖端通常使用收缩配合步骤而被附接到塞基部，其中相关部件被加热、装配、然后冷却。备选地，可以使用钎焊过程来将塞尖端附接到塞基部。在任一过程中，在塞尖端和下面的基部之间的接合处可能形成应力上升。这种应力上升可以并且有时通过导致在塞尖端中形成和/或传播裂缝而使得塞尖端过早失效。

技术实现要素：

根据第一示例性方面，公开了一种阀塞组件，该阀塞组件用于在控制阀中使用，该控制阀具有阀杆、流动通道以及设置在流动通道中的阀座。阀塞组件包括塞基部，限定纵向轴线并且具有第一端和第二端，塞基部的第一端被布置用于附接到控制阀的阀杆，并且塞基部的第二端包括沿纵向轴线延伸的孔，孔包括第一部分，第一部分延伸进入塞基部中第一距离，以及第二部分，第二部分延伸进入塞基部中小于第一距离的第二距离。孔的第一部分具有第一直径，孔的第二部分具有大于第一直径的第二直径，并且孔的第二部分从塞基部的第二端延伸到锥形末端，其中锥形末端形成第一座。间隔件包括通孔、第一端以及第二端，间隔件的尺寸适于插入塞基部的孔的第二部分中。间隔件的第一端具有被布置为与第一座接合的锥形形状，并且间隔件的第二端具有形成第二座的锥形末端。塞尖端包括通孔以及具有锥形形状的第一端，锥形形状被布置为与间隔件的第二座接合，并且还包括成形为与阀的阀座接合的第二端。有头螺钉的尺寸适于插入通过塞尖端以及间隔件的通孔，并且被布置用于与塞基部的孔的第一部分螺纹接合，使得有头螺钉将塞尖端机械地固定到塞基部。

根据第二示例性方面，一种形成用于在控制阀中使用的阀塞组件的方法，控制阀具有阀杆、流动通道以及阀座，该方法包括提供塞基部，该塞基部限定纵向轴线并且具有第一端和第二端，布置塞基部的第一端用于附接到控制阀的阀杆，并且为塞基部的第二端提供沿纵向轴线延伸的孔，孔包括第一部分，第一部分延伸进入塞基部中第一距离，以及第二部分，第二部分延伸进入塞基部中小于第一距离的第二距离。该方法包括为孔的第一部分提供第一直径，并且为孔的第二部分提供大于第一直径的第二直径，为从塞基部的第二端延伸的孔的第二部分提供第一成形座，并且提供具有通孔、第一端以及第二端的间隔件，间隔件的尺寸适于插入塞基部的孔的第二部分中，并且间隔件的第一端具有成形部分，以和第一成形座配合，并且为间隔件的第二端提供第二成形座。该方法还包括提供塞尖端，塞尖端具有通孔、具有被布置为与第二成形座接合的锥形形状的第一端以及成形为与阀的阀座接合的第二端，并且提供有头螺钉，有头螺钉的尺寸适于插入通过塞尖端以及间隔件的通孔，并且布置有头螺钉用于与塞基部的孔的第一部分螺纹接合，从而有头螺钉将塞尖端机械地固定到塞基部。

根据第三示例性方面，一种用于在控制阀中使用的阀塞组件，控制阀具有阀杆、流动通道以及设置在流动通道中的阀座，阀塞组件包括塞基部，限定纵向轴线并且具有第一端和第二端，塞基部的第一端被布置用于附接到控制阀的阀杆，塞基部的第二端具有沿纵向轴线延伸的孔，孔包括第一部分，第一部分延伸进入塞基部中第一距离，以及第二部分，第二部分延伸进入塞基部中小于第一距离的第二距离，孔的第二部分的内端在第一成形座中终止，以及具有通孔、第一端以及第二端的间隔件，间隔件的尺寸适于插入塞基部的孔的第二部分中，间隔件的第一端具有成形端，以和第一成形座配合，间隔件的第二端具有第二成形座。塞尖端具有通孔、第一端以及第二端，第一端被成形和布置为与第二成形座接合，并且第二端被成形为与阀的阀座接合。有头螺钉的尺寸适于插入通过塞尖端以及间隔件的通孔，有头螺钉被布置用于与塞基部的孔的第一部分接合，有头螺钉将塞尖端固定到塞基部。

进一步根据前述第一和/或第二方面，阀塞组件和/或方法还可以包括以下优选形式中的任何一个或者多个。

根据一个优选形式，塞基部包括侧孔，侧孔的尺寸适于接纳插销，其中插销与有头螺钉的内部接合。

根据另一个优选形式，塞尖端可以包括碳化物或者碳化物、碳化钨或者陶瓷材料。

根据另一个优选形式，塞尖端可以包括沉孔，并且有头螺钉可以包括尺寸适于位于沉孔中的螺钉头部。

根据另一个优选形式，间隔件的锥形形状和第一座配合以使间隔件相对于纵向轴线居中，并且塞尖端的锥形形状和第二座配合以使塞尖端相对于纵向轴线居中。

根据另一个优选形式，座和塞尖端可以适当地被成形，使得间隔件的成形部分和第一座配合以使间隔件相对于纵向轴线居中，并且塞尖端的成形部分和第二座配合以使塞尖端相对于纵向轴线居中。

根据另一个优选形式，间隔件的成形端和第一座配合以使间隔件相对于纵向轴线居中，并且塞尖端的成形第一端和第二成形座配合以使塞尖端相对于纵向轴线居中。

附图说明

图1是根据本发明第一公开示例的教导组装的具有塞组件的控制阀的剖视图。

图2是传统的具有碳化物尖端的塞的局部剖视放大图，示出了传统的冷缩配合设计的细节。

图3是根据本发明的一个示例性方面的教导组装的具有碳化物尖端的阀塞的放大剖视图。

具体实施方式

尽管以下文本阐述了本发明的一个或多个示例性实施例的详细描述，但应该理解的是，本发明的法律范围由本专利结尾处所阐述的权利要求的文字限定。因此，以下详细描述仅被解释为示例性的，并未描述本发明的每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即使不是不可能也是不切实际的。使用当前技术或在本专利申请日之后开发的技术，可以实施许多替代实施例。设想这些替代实施例仍将落入权利要求限定的本发明的范围内。

现在参照附图，图1示出了根据本发明的示例性实施例的教导组装的、用于在控制阀12中使用的阀塞组件10，控制阀12具有阀杆14、流动通道16以及阀座18。本领域技术人员将容易理解的是，控制阀12包括通过流动通道16连接的入口15和出口17。阀塞组件10被连接到阀杆14并且通过任意适当的致动器(未示出)而在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置，阀塞组件10与阀座18间隔开，从而允许流通过控制阀12，在关闭位置，阀塞组件10被落座抵靠阀座18，从而阻止流通过控制阀12。

参照图3，塞组件10包括塞基部20，塞基部20限定纵向轴线x并具有第一端22和第二端24。塞基部20的第一端22被布置用于附接到控制阀12的阀杆14。塞基部20的第二端24包括沿纵向轴线l延伸的孔26，其中孔26包括延伸到塞基部20中第一距离l1的第一部分28和延伸到塞基部20中第二距离l2的第二部分30，其中第二距离l2小于第一距离l1。孔26的第一部分28具有第一直径d1，并且孔26的第二部分30具有第二直径d2，其中第二直径d2大于第一直径d1。孔26的第二部分30从塞基部20的第二端24延伸到端部或末端32。在所公开的示例中，末端32是锥形末端并形成第一座34。

间隔件36具有通孔38并且还包括第一端40和第二端42。间隔件36的尺寸适于插入塞基部20的孔26的第二部分30中，并且在所公开的实例中，间隔件36的第一端40包括锥形部分44。锥形部分44被布置成在塞基部的孔26的第二部分30的末端32处接合第一座34。间隔件36的第二端42具有形成第二座48的锥形末端46。塞尖端50包括通孔52，并且具有锥形部分56的第一端54被布置为接合间隔件36的第二座48。塞尖端50还包括第二端58，第二端58被成形为接合控制阀12的阀座18。

有头螺钉60包括端部62和64，并且其尺寸适于插入通过塞尖端50的孔52、以及通过间隔件36的通孔38。有头螺钉60的端部64被成形为接合塞尖端50，同时端部62包括螺纹66以允许与塞基部20的孔26的第一部分28中的配合螺纹68螺纹接合。因此，有头螺钉60将塞尖端50机械地固定到塞基部20。

塞基部20可以包括如图3所示的侧孔70。侧孔70的尺寸适于接纳插销72，插销72的尺寸适于插入到侧孔70中的一个位置，在该位置，插销72接合有头螺钉60的内部部分74。有头螺钉60的内部部分74被设置在孔26的第一部分28内。插销72可以包括螺纹部分76，螺纹部分76被布置为接合在侧孔上的配合螺纹78，从而允许插销72的端部80通过过盈配合而接合有头螺钉60的内部部分74。备选地，有头螺钉60的内部部分74可以具有侧孔82，使得插销72的端部80与有头螺钉的侧孔82接合。作为另一备选方案，插销72的端部80和有头螺钉60的侧孔82可以具有配合螺纹。在前述任何一种布置中，插销72固定有头螺钉60以防止旋转，从而用于将塞尖端50抵靠间隔件36的第二座48而固定，并进而将间隔件36的第一端40抵靠第一座34而固定。根据示例性形式，用于防旋转目的的插销72的外部范围可以被埋入塞体20中，并且可以由衬垫覆盖，并且因此插销72被保护免受周围部件的影响。

塞尖端50可以选自陶瓷材料，并且可以是碳化物或碳化钨、或者可以是任何其他适当的材料。塞尖端50可以设置有沉孔84，其尺寸被设置为接纳有头螺钉60的螺钉头部86，使得螺钉头部86的全部或一部分凹入塞尖端50中，并且因此完全地或者至少部分地脱离流体流动的路径。

第一座34和间隔件36的第一端40可以被适当地成形以彼此配合，以便配合以使间隔件相对于纵向轴线l居中。类似地，其中间隔件36的第二端42上的第二座48也可以适当地被成形为彼此配合以使塞尖端相对于纵向轴线l居中。在所公开的示例中，这些形状主要是锥形或截头锥形形状。然而，其他形状可以证明是适当的。例如，这些配合的形状可以是半球形或其他弯曲的形式。总之，锥形或其他形状有利于或以其他方式促进间隔件和塞尖端相对于纵向轴线l的自居中。

有头螺钉60可以由inconel718构造，其在测试中已经显示出呈现有利的强度特性。在阅读本公开并获得其益处之后，相关领域的技术人员可以获得用于间隔件36和塞尖端50的其他形状以促进自居中和/或使用寿命。间隔件36可以由奥氏体不锈钢构造，其提供更大的热膨胀系数，尽管其他材料可能证明是适当的。这种材料可用于补偿机械固定部件中的碳化物尖端和有头螺钉之间的热膨胀差异，并且保持用于连接的适当的夹紧应力。当由奥氏体不锈钢或其它适当且相对柔软的材料构造时，间隔件36可用作相对硬的陶瓷或碳化物塞尖端50的缓冲，并且可用于吸收冲击力，从而抑制高振动应用中的裂缝形成。

塞尖端50是中空的，并且具有相对均匀的厚度，因此用于避免在制造期间产生内部缺陷和应力，提供优于实心塞尖端的优点。

当构造时，根据本文概述的示例性教导组装的阀塞组件可提供现有技术教导无法实现的一个或多个技术优点。例如，阀塞组件采用机械固定结构和方法，这提高了制造的便利性并改善了所得组件的质量。此外，所公开的结构和方法促进了低费用设计或低成本设计，因此潜在地提供了商业优势。此外，通过允许使用较低成本、易于获得和标准的材料，本文概述的选择材料的使用使制造商免受收缩配合或钎焊构造的严格要求。

另一个潜在的技术优点是所公开的方面通过允许最终用户改装磨损的塞尖端而不是更换整个阀塞组件而有助于更容易的维护。

当与现有技术的结构和组件相比时，本发明的一个或多个方面抑制了由先前构造产生的有害和难以控制的内应力的发展，例如可能在收缩配合过程中发现的。

当与现有技术的结构和组件相比时，本发明的一个或多个方面产生了在更宽的温度范围内提供更好的性能和寿命的组件，这提供了优于现有技术的钎焊组件结构和方法的优点。这对于较大的阀内件尺寸而言尤其如此。

与传统的机械固定和夹紧相比，本公开的一个或多个方面促进了对塞尖端和其他部件上的应力的控制，再次有利于在更宽的温度范围内的更好性能。

尽管出于说明本发明的目的已经示出了某些代表性实施例和细节，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本文公开的方法和装置进行各种改变。