流动控制设备及用于流动控制设备的整体式内件阀芯组件的制作方法

1.本公开内容涉及流动控制设备，具体而言，涉及用于流动控制设备的内件阀芯组件。


背景技术：

2.控制阀通常用于过程工厂中，以控制流体(例如，气体、液体等)或任何其他物质通过它们所连接的管道和/或容器的流动。控制阀通常由一个或多个入口和出口组成，并且包括控制元件或构件(例如，阀闸、活塞、阀笼、阀塞、控制构件等)，该控制元件或构件操作以控制流体流动通过将入口流体地耦接至出口的孔。控制构件通常耦接到阀盖，该阀盖机械地耦接 (例如，螺栓连接、夹紧、螺纹连接等)到阀体。通常，控制构件被配置为接合密封结构(例如，阀座)，该密封结构包围穿过阀的流动路径。调节器是控制阀的自控形式。
3.为了将阀盖耦接到阀体，使用多个紧固件将阀盖夹紧到阀体。然而，由于制造公差以及使用期间的额外热膨胀，夹紧的控制阀内件固有地具有座环垫圈和阀盖垫圈表面之间的高度差的可变性。这种可变性必须以某种方式在配合部件内加以处理。通常，这是通过包括螺旋缠绕垫圈的多个部件的堆叠来完成的，该垫圈既用作垫圈又用作弹簧。阀盖夹持压住螺旋缠绕垫圈，加载阀笼，阀笼又加载座环平板垫圈。此外，这种单个部件的堆叠使得仅能够在组装时评估整个阀体单元的性能，而不是仅评估通常更换的“阀内件”部件。


技术实现要素：

4.为了解决前述问题，本实用新型提供了流动控制设备及用于流动控制设备的内件阀芯组件。根据本实用新型的一个示例性方面，一种流动控制设备包括阀体和整体式内件阀芯组件，该阀体具有入口、出口、以及连接入口和出口的流动路径，该整体式内件阀芯组件固定到阀体。内件阀芯组件包括阀笼、耦接到阀笼的阀盖、以及设置在阀笼与阀盖之间的保持元件。阀笼设置在流动路径中，并且包括形成在阀笼的外表面上的外部凹槽。阀盖包括重叠部分和形成在阀盖的内表面上和重叠部分上的内部凹槽。保持元件延伸到阀盖的内部凹槽和阀笼的外部凹槽中。阀盖的内部凹槽的高度和/或阀笼的外部凹槽的高度大于保持元件的高度，以允许阀笼在阀盖和阀笼组装的情况下在阀盖内纵向移动。
5.进一步根据本实用新型的前述示例性方面中的任何一个或多个，流动控制设备还可以以任何组合包括以下优选形式中的任何一个或多个。
6.在一个优选形式中，保持元件是实心的，并且是o形环、卡环、保持环、弹簧保持环、成形线材、或波形弹簧中的一种。
7.在另一优选形式中，保持元件是不锈钢螺旋保持环。
8.在另一优选形式中，保持元件将阀笼永久地固定到阀盖，使得在不损坏阀笼或阀盖的情况下，不能从阀盖移除阀笼。
9.在另一优选形式中，内件阀芯组件包括控制元件和阀杆，控制元件定位在阀笼中并由阀笼引导，阀杆固定到控制元件并延伸穿过阀盖中的孔。
10.在另一优选形式中，阀笼包括一体式阀座，并且控制元件在关闭位置接合阀座。
11.在另一优选形式中，阀盖包括斜面，该斜面被配置为在组装期间压缩保持元件。
12.根据本实用新型的另一示例性方面，一种用于流动控制设备的整体式内件阀芯组件包括阀笼、耦接到阀笼的阀盖、以及设置在阀笼与阀盖之间的保持元件。阀笼包括形成在阀笼的外表面上的外部凹槽。阀盖包括重叠部分和形成在阀盖的内表面上和重叠部分上的内部凹槽。保持元件延伸到阀盖的内部凹槽和阀笼的外部凹槽中。阀盖的内部凹槽的高度和/或阀笼的外部凹槽的高度大于保持元件的高度，以允许阀笼在阀盖和阀笼组装的情况下在阀盖内纵向移动。
13.进一步根据本实用新型的前述示例性方面中的任何一个或多个，内件阀芯组件还可以以任何组合包括以下优选形式中的任何一个或多个。
14.在一个优选形式中，保持元件将阀笼永久地固定到阀盖，使得在不损坏阀笼或阀盖的情况下不能分离阀笼和阀盖，并且保持元件是o形环、卡环、保持环、弹簧保持环、成形线材、或波形弹簧中的一种。
15.在另一优选形式中，保持元件是不锈钢螺旋保持环。
16.在另一优选形式中，内件阀芯组件包括控制元件和阀杆，控制元件定位在阀笼中并由阀笼引导，阀杆固定到控制元件并延伸穿过阀盖中的孔。
17.在另一优选形式中，阀笼包括在关闭位置接合控制元件的一体式阀座。
18.在另一优选形式中，阀盖包括斜面，该斜面被配置为在组装期间压缩保持元件。
19.根据本实用新型的流动控制设备及用于流动控制设备的整体式内件阀芯组件，可以适应部件的加工公差和零件的热膨胀。
附图说明
20.图1包括根据本公开内容的教导组装的示例性流动控制设备；
21.图2是图1的流动控制设备的阀盖、阀笼和第一示例性保持环的局部放大图；
22.图3是图2的阀盖、阀笼和保持环的局部放大图；
23.图4是图1的保持环的俯视图；
24.图5是图1的保持环沿图4的5-5线的截面图；
25.图6是根据本公开内容的教导组装的第二示例性保持环的截面图；
26.图7是根据本公开内容的教导组装阀盖、阀笼和保持环的方法的示意图；
27.图8是根据本公开内容的教导制造保持环的方法的示意图；
28.图9是根据本公开内容的教导组装的另一示例性流动控制设备；
29.图10是图9的流控制设备的阀盖、阀笼和示例性保持元件的局部放大图；
30.图11是图10的阀盖、阀笼和保持元件的局部放大图；以及
31.图12是根据本公开内容的教导组装流动控制设备的方法的示意图。
具体实施方式
32.在图1中，示出了流动控制设备10，其根据本公开内容的教导与第一示例性保持环14组装在一起。流动控制设备10是截止阀，并且包括阀体18，该阀体具有入口26、出口22、以及连接入口26和出口22的流动路径 30。阀笼34设置在流动路径30中，并帮助在开启位置与
关闭位置之间引导控制元件38，在开启位置，控制元件38与阀座42间隔开，在关闭位置，控制元件38接合阀座42，如图1所示。阀盖46将阀体18连接到致动器(未示出)，并可帮助引导连接到控制元件38的阀杆50。阀盖46的下部54是螺栓连接的凸缘，其通过螺柱和螺母耦接到阀体18。阀盖46的下部54与阀笼34的上端58重叠(根据图1所示的取向)，使得阀盖46和阀笼34相对于纵向轴线x对齐。第一示例性保持环14设置在阀笼34和阀盖46之间，并包括内腔62，如图2和图3更详细地示出的。
33.转到图2和图3，分别更详细地示出了保持环14和阀笼34的上端58 以及阀盖46的重叠部分70。阀盖46的重叠部分70是从阀盖46的下部54 延伸的阶梯状环形突起。重叠部分70与阀体18的相应的阶梯部分74配合，并且围绕阀笼34的凹入的上端58。阀盖46与阀笼34重叠，使得阀盖46 的内表面78在配合界面84处接合阀笼34的上端58的外表面80。在配合界面84中形成间隙，其中，内部凹槽82形成在阀盖46的内表面78中，外部凹槽86形成在阀笼34的外表面80中。当阀笼34耦接到阀盖46时，阀笼34的外部凹槽86与阀盖46的内部凹槽82相邻，并且保持环14被设置在相邻的内部凹槽82和外部凹槽86之间并延伸到内部凹槽82和外部凹槽86中。
34.另外，垫圈或密封件88设置在阀盖46、阀笼34和阀体18之间。具体而言，密封件88被夹持在阀盖46的重叠部分70与阀笼34的阶梯部分71 之间。在这种构造中，密封件88可密封地接合阀笼34和阀盖46，而不管阀笼34和阀盖46之间的相对位置如何。密封件88相对于保持环14设置在下方(在图1-图3的取向上)并且径向向外。在所示的示例中，密封件 88是螺旋缠绕的垫圈。然而，在其他示例中，密封件88可以是不同类型的密封件。此外，密封件91定位在阀盖46的重叠部分70的肩部与阀体18 的阶梯部分74的表面之间。虽然将密封件91示为填隙垫圈或阀盖垫圈，但可使用其他类型的密封件。
35.本公开内容的保持环14被配置为与阀笼34和阀盖46的现有且固定的包络尺寸组装在一起。特别地，阀盖46的重叠部分70包括斜面89，其具有固定尺寸以确保密封件88与阀笼34之间的适当密封。如果斜面89较大以更好地容纳保持环，则密封件88的密封区域将受到损害并且可能导致阀组件中的泄漏。保持环14通过包括导入切削边缘110来便于现有阀部件的组装。在组装期间，保持环14的切削边缘110与形成在阀盖46的环形部分中的斜面89对准。
36.如图2-图5所示，保持环14是半圆形部件，其包括间隙90以允许保持环14在流动控制设备10的组装期间压缩和扩张以配合到阀盖46的内部凹槽82和阀笼34的外部凹槽86中。保持环14包括内侧94、外侧98、以及连接到内侧94和外侧98并在内侧94和外侧98之间延伸的第一平行侧 102和第二平行侧106。保持环14的外侧98的一部分成角度以形成切削边缘110。保持环14的外直径do(即，保持环14在图4所示的其扩张位置的直径)至少部分地沿轴向方向(即，沿图5的取向向上)减小，以与第一平行侧102相遇而形成切削边缘110。保持环14的外侧98的切削边缘 110提供切削的导入边缘，以便于阀盖46与阀笼34的组装。为了有效地保持阀盖46，保持环14的最外直径do大于阀盖46的内直径。这样，在组装期间，阀盖46接合保持环14的切削边缘110以压缩保持环14，直到保持环14扩张并卡入到阀盖46的内部凹槽82中。
37.如图2和图3所示，切削边缘110向外定向并面向阀盖46。外侧98的切削边缘110部分地设置在阀盖46的内部凹槽82和阀笼34的外部凹槽86 两者中，使得内腔62的中点mc与
阀笼34和阀盖46的配合界面84对准。内腔62的中点mc与切削边缘110上的点对准，该点被称为保持环14的剪切直径ds(如图5所示)，在该点处，保持环14由于拆卸期间的剪切力而断裂。然而，在其他示例中，切削边缘110可完全延伸到阀盖46的内部凹槽82中，使得内腔62的中点mc不与配合界面84对准。
38.图3示出了保持环14的第一平行侧102和第二平行侧106与阀笼34 的外部凹槽86的第一平行表面114和第二平行表面118接合。在这种构造中，保持环14通过过盈配合牢固地耦接到阀笼34的外部凹槽86。然而，保持环14的内侧94与阀笼34的外部凹槽86的内表面119间隔开，以允许保持环14相对于阀笼34的径向移动。具体而言，在将阀盖46组装到阀笼34期间，当保持环14被压缩时，保持环14的内侧94与外部凹槽86的内表面119之间的间隔提供了充足的空间以便保持环14进一步延伸到外部凹槽86中。在其他示例中，保持环14的第一平行侧102和第二平行侧106 中的一个可以与外部凹槽86的第一平行表面114和第二平行表面118间隔开，以在保持环14和阀笼34之间提供间隙。
39.如图4所示，保持环14包括外直径do、内直径di、以及保持环14的第一端122与第二端126之间的间隙90。为了将阀盖46保持到阀笼34，保持环14的外侧98的直线部分130的外直径do大于阀笼34的外直径和阀盖46的内直径。保持环14的内直径di小于阀笼34的外直径，使得保持环14通过卡扣配合连接牢固地耦接到阀笼34的外部凹槽86。如前所述，保持环14的间隙90允许保持环14压缩和扩张，从而使第一端122和第二端126相对于彼此移动，使得保持环14可以耦接到阀笼34并将阀盖46保持到阀笼34。保持环14可以是例如卡入到阀盖46的内部凹槽82和阀笼 34的外部凹槽86中以将阀盖46固定到阀笼34的卡环。在一些示例中，保持环14可以是单卷或多卷环、冲压环、斜面环，并且可以包括附加特征以便于用卡环钳夹持。保持环14由铁或非铁金属制成。例如，保持环14可以是300系列不锈钢。
40.现在转到图5，保持环14的横截面的五边形形状由具有直线部分130 和切削边缘110的外侧98、平行于外侧98的直线部分130的内侧94、以及在内侧94和外侧98之间延伸的第一平行侧102和第二平行侧106限定。外侧98的切削边缘110从保持环14的最外直径do(即，直线部分130) 延伸至第一平行侧102。切削边缘110相对于第一平行侧102以角度α倾斜，该角度α在大约30度至大约60度的范围内，并且优选地为45度。
41.图5的保持环14的横截面还示出了内腔62，其设置在保持环14的内侧94和外侧98之间，并且具有基本上平行于外侧98的切削边缘110的倾斜表面134。与保持环14的横截面形状不同，内腔62具有梯形横截面形状。当保持环14设置在阀笼34与阀盖46之间时，内腔62的倾斜表面134的中点mc布置成与配合界面84对准。该中点mc与保持环14的剪切直径 ds对准，该剪切直径是当阀盖46与阀笼34分离时保持环14切断(即，在相对的剪切力下断裂)的点。例如，当阀盖46被向上(在图1的取向)拉动并远离阀笼34时，相对的剪切力作用于保持环14，导致保持环14在剪切直径ds处断裂。与实心保持环相比，本公开内容的中空保持环14需要较少的剪切力来断裂，并且因此便于图1的流动控制设备10的拆卸。
42.如下面进一步描述的，保持环可以使用增材制造(am)技术制造。为了便于am过程，盲孔或通道138形成在保持环14中，并从内腔62延伸并穿过保持环14的侧面94、98、102、106中的至少一个。在所示的示例中，盲孔138将内腔62与第二平行侧106连接。盲孔138具有小于内腔62 的宽度wc的直径dc，并且形成为允许在制造期间产生的碎屑和灰尘从保持环14的内腔62中掉出。在该示例中，保持环14具有围绕保持环14的周向间隔开的多个盲孔138。
43.在所示的示例中，保持环14的切削边缘110和内腔62的倾斜表面134 被向外定向为面向阀盖46，使得阀盖46的一部分在组装期间抵靠保持环 14的切削边缘110滑动并与切削边缘110接合。然而，在另一示例中，取决于阀盖46和阀笼34的组装和定向，保持环14的切削边缘110可以向内定向(即，延伸到第二平行侧106)，或者保持环14的内侧94可以具有切削边缘。另外，在另一示例中，内腔62可以不同地成形并且可以是五边形以匹配保持环14的横截面形状，或者内腔62可以完全不同，诸如圆形、三角形或其他多边形。此外，内腔62的结构可以在保持环14的整个周向上变化。例如，内腔62可以包括网格元件以便为内腔62提供内部结构，或者内腔62可以在保持环14的某些区域中较大而在其他区域中较小。在又一示例中，保持环14可被制造成不具有内腔62或不具有导入切削边缘 110。
44.例如，图6示出了可用于保持图1的流动控制设备10的阀笼34和阀盖46的第二示例性保持环214。图6的保持环214类似于上述图1-图5的保持环14，其中类似的附图标记(增加200)用于类似的部件，但是具有不同的横截面形状和内腔262。与第一示例性保持环14类似，第二示例性保持环214包括具有减小的剪切面积(与实心保持环相比)的内腔262。这样，需要减小的剪切力来使保持环214断裂以将阀笼34从阀盖46拆卸下来。第二示例性保持环214的内腔262的横截面形状也不同。在该示例中，内腔262为矩形且匹配保持环214的矩形横截面形状。在该示例中，保持环 214不具有导入切削边缘，而是柔性的以便于组装。
45.保持环214被示出具有设置在内腔262中的传感器250，例如超声换能器、激光位移传感器、振动传感器等。传感器250可以嵌入或安装在内腔 262的内壁252中或上(例如，在保持环214的内侧294与外侧298之间)。具体而言，在所示的示例中，传感器250被放置为邻近内腔262的内壁252，并且可以在制造期间被附接到保持环214。传感器250可以测量过程状况、部件磨损、泄漏，或者可以进行流动控制设备10的其他诊断。传感器250 可以耦接到数字阀控制器，以自动监控流动控制设备10。在一个示例中，保持环214可包括沿保持环214的周向间隔开的多个传感器250。
46.在图7的示意图中示出将阀盖46保持到阀笼34的示例性方法300，并参考图1-图5的第一示例性保持环14对该方法加以描述。在第一步骤310 中，提供流动控制设备10的保持环14、阀笼34和阀盖46。然而，在另一示例性方法中，保持环14可用于保持不同的阀部件。为了组装流动控制设备10的阀盖46，具体而言，为了将阀盖46保持到阀笼34，在步骤320中，首先将保持环14牢固地耦接到阀笼34的外部凹槽86。在步骤330中，阀盖46的下部54的重叠部分70与保持环14接合，以径向向内压缩保持环 14，并进一步压缩到阀笼34的外部凹槽86中。当组装该特定示例的第一示例性保持环14时，重叠部分70抵靠切削边缘110滑动以便于将阀盖46 组装到阀体18。一旦阀盖46的内部沟槽82与阀笼34的外部沟槽86对准，保持环14扩张或卡入到阀盖46的内部沟槽82中，如图1-图3所示，以在步骤340中将阀笼34耦接到阀盖46。
47.现在转到图8，在示意图中示出制造保持环14、214的示例性方法400，并参考图1-图5的第一示例性保持环14对该方法加以描述。方法400包括第一步骤410，在工作表面上沉积可固化材料。作为沉积可固化材料的连续层的结果，在步骤420中，形成三维保持环14，其中，保持环14包括内侧 94和外侧98以及第一平行侧102和第二平行侧106。在步骤430中，形成保持环14的内腔62。在一个示例中，与三维保持环14的形成同时形成内腔62。然而，在其他示例中，可以在形成保持环14的主体之后形成内腔 62。形成内腔62的步骤430包括在连
续层中沉积可固化材料以形成由保持环14的侧面94、98、102、106围绕的内腔62。步骤430包括形成内腔62 的倾斜表面134，其基本上平行于保持环14的切削边缘110。
48.最后，保持环14的外侧98形成有切削边缘110，使得保持环14的外直径do沿轴向方向朝第一平行侧102和第二平行侧106中的至少一个减小。在一个示例中，与步骤420同时形成保持环14的切削边缘110。然而，在其他示例中，可以在保持环14的主体在步骤420中形成之后形成切削边缘 110。
49.方法400还包括形成多个盲孔或通道138，其将内腔62与保持环14的第二平行侧106连接。可以与方法400的第一步骤410和第二步骤420同时形成盲孔或通道138，或者可以在第一步骤410和第二步骤420之后形成盲孔或通道138。如前所述，盲孔或通道138形成为允许在增材制造过程期间产生的碎屑和灰尘从保持环14的内腔62掉出。在该示例中，保持环14 具有围绕保持环14的周向间隔开的多个盲孔或通道138。
50.本公开内容的保持环14可以用增材制造(am)技术、熔模铸造、线放电加工或这些技术的组合来制造。然而，增材制造可允许所公开的保持环14、214的内腔62、262的更高精度，以产生更小的剪切区域来促进断裂。
51.更具体而言，为了形成本公开内容的保持环14、214，图8的方法400 的步骤利用am技术或过程，其通过在接收表面或材料上添加连续的材料层来构建三维物体。am技术可以由任何合适的机器或机器的组合来执行。 am技术通常可以包括或使用计算机、三维建模软件(例如，计算机辅助设计或cad软件)、机器设备和分层材料。一旦产生cad模型，机器设备可以从cad文件读入数据，并且以层叠的方式层叠或添加(例如)液体、粉末、片材材料的连续层，以制造三维物体。am技术可以包括若干技术或过程中的任何一种，例如立体光刻(“sla”)过程、数字光处理(“dlp”)、熔融沉积成型(“fdm”)过程、多喷射成型(“mjm”)过程、选择性激光烧结(“sls”)过程、选择性激光熔化(“slm”)过程、粉末床熔合过程、电子束熔化(“ebm”)过程和弧焊am过程。在一些示例中，am过程可以包括定向能量激光沉积过程。这种定向能量激光沉积过程可以通过具有定向能量激光沉积能力的多轴计算机数控(“cnc”)车床来执行。其他制造技术可用于产生根据本公开内容的阀笼，并且不限于本文列出的技术。
52.本文中公开的保持环14、214以及制造和组装方法400、300可以提供与组装和拆卸其中包络尺寸为固定的阀盖和阀笼组件相关的问题的解决方案。与传统的固定环相比，本文中公开的固定环14、214可在制造期间使用am技术来定制，以通过形成内腔62、262来提供固定环14、214，其具有减小的剪切面积及因此减少的材料。传统上，当以固定的包络尺寸工作时，保持环可以被制成具有减小的环高度或增大的环间隙以减小环的剪切面积。然而，像这些保持环的传统保持环将导致阀部件之间的不期望的间隙和未对准。因此，本公开内容的保持环14、214不损害高度或环间隙以减小剪切面积，并且因此保持阀部件之间的对准和稳定性。事实上，保持环14、214根据固定的包络尺寸来制造，以紧密地配合到流动控制设备10 的阀盖46的内部凹槽82和阀笼34的外部凹槽86中。
53.本公开内容的保持环14通过包括导入切削边缘110而适配于阀笼34 和阀盖46的现有且固定的包络尺寸。通常，一个或多个阀部件可具有倾斜表面，当与不同的阀部件配合时，该倾斜表面有助于组装。然而，当对于诸如阀盖之类的阀部件而言，导入倾斜表面是不切实际的或不可能的时，使用保持环将阀盖保持到阀笼可能是困难的。为了解决这个问题，当阀盖 46不具有传统的导入表面并且为阀盖46提供导入表面将是昂贵的和/或导致与阀
笼34的密封问题时，第一示例性保持环14的导入切削边缘110有助于将阀盖46耦接到阀笼34。
54.如上所述，本公开内容的保持环14、214通过形成内腔62、262而减小剪切面积，该内腔可使用am技术精确地形成。例如，第一示例性保持环 14的内腔62的倾斜表面134可使用例如粉末床激光金属烧结来制造，以形成倾斜表面134，使得其平行于外侧98的切削边缘110。内腔62的倾斜表面134有利地跟随切削边缘110，以补偿保持环14和阀盖46之间的任何未对准。以此方式，内腔62确保在剪切直径的小变化之间(即，当存在与配合界面84和内腔62的中点mc的某些未对准时)剪切面积是相同的。在其他示例中，增材制造可允许在保持环14、214内利用传感器技术。如第二示例性保持环214所示，传感器250可设置在内腔262内，以用于测量阀过程状况和诊断。传感器250可在使用am技术的制造期间放置在内腔262 中或嵌入保持环214的侧面中的一个中。虽然没有明确示出，但是先前描述的第一示例性保持环14还可以与一个或多个传感器配对，例如超声换能器、激光位移传感器、振动传感器等，以在流动控制设备10内进行过程状况的测量或其他诊断。
55.虽然结合图1的流动控制设备10的阀笼34和阀盖46描述了保持环14、 214，但是保持环14、214可以是定制制造的，以保持与不同控制阀组件一起使用的不同阀部件。例如，保持环14、214可以用于保持两个阀部件，其中至少一个阀部件既不是阀笼也不是阀盖。例如，保持环14、214可以用于保持两个完全不同的阀部件。
56.参考图9，示出了第二示例流动控制设备10a，其包括阀体418和示例内件阀芯组件412，该内件阀芯组件具有固定到阀体418的第三示例性保持元件414。在该示例中，内件阀芯组件412使用保持元件永久地耦接在一起，一旦组装后，该保持元件允许阀笼与阀盖之间的线性移动。这种线性移动适应部件的加工公差和零件的线性热膨胀。此外，由于内件阀芯组件412 永久地耦接在一起，所以在其组装在阀体418中之前，还有可能对内件阀芯组件412进行测试，例如阀座和密封件的泄漏测试以及流动测试。这会是有用的，特别是因为当修理流动控制设备时，阀座和密封件是常见的更换品。当现有的内件组件零件没有完全组装在完整的流动控制设备中时，由于各个零件的可变性以及它们如何组装，内件部件的工厂性能测试是不可能的。如果对各个零件的组合进行性能测试，然后拆卸并重新组装在不同的主体中，则这些零件将不会以与它们在测试期间相同的方式排列。这些零件依赖于金属对金属的密封，当第一次组装时，其产生“匹配组”。由于零件的取向或组装而引起的该密封表面的微小变化将使任何先前的测试无效。
57.然而，组装的整体式内件阀芯组件412允许最终用户在线或在工作台上现场修理流动控制设备时具有经工厂测试的内件阀芯组件。组装的内件阀芯组件可以插入模拟阀体的配合表面的测试夹具中。然后，施加杆加载和测试压力，可以按照与完整的流动控制设备相同的标准，对内件阀芯组件 412进行阀座泄漏测试和阀塞密封泄漏测试。测试在塞座、支持表面、密封件和密封表面之间形成“匹配组”。
58.在所示的示例中，流动控制设备10a是截止阀，阀体418具有入口426、出口422、以及连接入口426和出口422的流动路径30a。内件阀芯组件412是固定到阀体418的整体式组件，并且通常包括阀笼434、阀盖446和保持元件414。内件阀芯组件412还可以包括控制元件438和阀杆450。阀笼434设置在流动路径30a中，并帮助在开启位置和关闭位置之间对定位在阀笼434中的控制元件438进行引导，在开启位置，控制元件438与阀座442间隔开，在关闭
位置，控制元件438与阀座442接合，如图9所示。优选地，如图9所示，阀座442是阀笼434的一体部分，但也可以是附接到阀笼434的单独部分。阀盖446将阀体418连接到致动器(未示出)，并且可帮助引导阀杆450，该阀杆450延伸穿过阀盖446中的孔448，并且例如通过螺纹连接而固定到控制元件438。阀盖446的下部454是螺栓连接的凸缘，其利用螺柱和螺母耦接到阀体418，并且与阀笼434的上端458重叠，使得阀盖446和阀笼434相对于纵向轴线x对准。第三示例性保持元件414 设置在阀笼434与阀盖446之间，如图10和图11更详细地示出并在下面更详细地描述的。
59.转到图10和图11，更详细地分别示出了保持元件414和阀笼434的上端458以及阀盖446的重叠部分470。阀盖446的重叠部分470是从阀盖 446的下部454延伸的阶梯状环形突起，其与阀体418的相应阶梯部分474 配合，并且围绕阀笼434的凹入的上端458。阀盖446与阀笼434重叠，使得阀盖446的内表面478在配合界面484处接合阀笼434的上端458的外表面480。在配合界面484中形成间隙，其中，内部凹槽482形成在阀盖 446的内表面478上和重叠部分470上，外部凹槽486形成在阀笼434的外表面480中。当将阀盖446耦接到阀笼434时，阀笼434的外部凹槽486 与阀盖446的内部凹槽482相邻，并且保持元件414被设置在内部凹槽482 和外部凹槽486之间并且延伸到内部凹槽482和外部凹槽486中。
60.另外，垫圈或密封件488可以设置在阀盖446、阀笼434和阀体418之间。具体而言，密封件488可以被夹持在阀盖446的重叠部分470与阀笼 434的阶梯部分471之间。在这种构造中，密封件488可以密封地接合阀笼 434和阀盖446，而不管阀笼434和阀盖446之间的相对位置如何。密封件 488也可以相对于保持元件414设置在下方(在图9-图11的取向上)并且径向向外。在所示的示例中，密封件488是螺旋缠绕的垫圈。然而，在其他示例中，密封件488可以是不同类型的密封件。此外，密封件491也可以定位在阀盖446的重叠部分470的肩部与阀体418的阶梯部分474的表面之间。虽然将密封件491示为填隙垫圈或阀盖垫圈，但可使用其他类型的密封件。
61.保持元件414被配置为与阀笼434和阀盖446的现有且固定的包络尺寸组装在一起。特别地，阀盖446的重叠部分470包括斜面489，其具有固定尺寸以确保密封件488和阀笼434之间的适当密封。如果斜面489较大以更好地容纳保持环，则密封件488的密封区域将受到损害并且可能导致阀组件中的泄漏。
62.保持元件414优选地是实心的，并且可以是o形环、卡环、保持环、弹簧保持环、成形线材、或波形弹簧中的一种，其将阀笼434永久性地固定到阀盖446，使得阀笼434一旦组装就不能在不损坏阀笼434或阀盖446 的情况下从阀盖446移除。在所示的示例中，保持元件414是不锈钢螺旋保持环，例如由spirolox制造的那些保持环。为了有效地保持阀盖446，保持元件414的最外直径大于阀盖446的内直径449。这样，在组装期间，阀盖446的斜面489接合保持元件414以压缩保持元件414，直到保持元件 414扩张并卡入到阀盖446的内部凹槽482中，从而将阀盖446耦接到阀笼 434。
63.如图10和图11所示，阀盖446中的内部凹槽482的高度h1大于保持元件414的高度h2，以允许阀笼434在阀盖446和阀笼434组装的情况下在阀盖446内沿着纵向轴线x纵向移动。在这种构造中，保持元件414的第一平行侧502和第二平行侧506与阀笼434的外部凹槽486的第一平行表面514和第二平行表面518接合，使得保持元件414通过过盈配合牢固地耦接到阀笼434的外部凹槽486。保持元件414的内侧494与阀笼434的外部凹槽486的内表面
519间隔开，以允许保持元件414相对于阀笼434 径向移动。具体而言，在将阀盖446组装到阀笼434期间，当保持元件414 被压缩时，保持元件414的内侧494和外部凹槽486的内表面519之间的间隔提供了充足的空间以便保持元件414进一步延伸到外部凹槽486中。替代地，阀笼434的外部凹槽486的高度h3可以大于保持元件414的高度 h2，或者内部凹槽482的高度h1和外部凹槽486的高度h3都可以大于保持元件的高度h2，这也将允许阀笼434在阀盖446和阀笼434组装的情况下在阀盖446内沿着纵向轴线x纵向移动。在这些构造中，保持元件414 的第一平行侧502和第二平行侧506中的一个或两者可以与外部凹槽486 的第一平行表面514和第二平行表面518间隔开，以在保持元件414和阀笼434之间提供间隙。当内件阀芯组件412固定到阀体416时，内部凹槽 482和/或外部凹槽486的附加凹槽高度适应零件和密封件的压缩，以及内件阀芯组件412和阀体418的加工公差的变化。内部凹槽482和/或外部凹槽486的附加高度也考虑到由于热膨胀引起的高度变化。阀笼434可以是与阀体418和阀盖446不同的材料。当被加热时，材料的不同热膨胀导致阀笼434相对于阀体418的高度改变。如果阀笼434不能进一步延伸到阀盖446中，阀笼434将比阀体418膨胀得更快，这将导致阀体418对阀盖螺栓连接的过应力或垫圈的卸载：从而导致流动控制设备10a的故障。
64.为了将阀盖446保持到阀笼434，保持元件414的外直径大于阀笼434 的外直径和阀盖446的内直径449。此外，保持元件414的内直径小于阀笼 434的外直径，使得保持元件414延伸到阀盖446的内部凹槽482和阀笼 434的外部凹槽486中，以通过卡扣配合连接将阀盖446牢固地耦接到阀笼 434。保持元件414用作阀笼434和阀盖446之间的id/od锁。
65.在图12的示意图中示出了组装流动控制设备10a的示例性方法600。在第一步骤610中，组装阀内件整体式内件阀芯组件412。在该示例中，通过首先将保持元件414安装到阀笼434的外部凹槽486中来组装内件阀芯组件412。如上所述，保持元件414可以是o形环、卡环、保持环、弹簧保持环、成形线材或波形弹簧，并且优选地是不锈钢螺旋保持环。此外，如果需要，控制元件438此时也可插入阀笼434中，并且阀杆450可插入穿过阀盖446中的孔448并固定到控制元件438。然后，将阀笼434插入到阀盖446的重叠部分470中，直到保持元件414延伸到阀盖446的重叠部分470中的内部凹槽482中。一旦阀笼434和保持元件414已经完全插入到阀盖446中，保持元件414就向外卡入到阀盖446上的内部凹槽482中。为了帮助将阀笼434和保持元件414插入到阀盖446中，阀盖446的重叠部分470可以包括斜面489，当阀笼434插入到阀盖446中时，该斜面489 接合并压缩保持元件414。优选地，保持元件414将阀笼434永久性地固定到阀盖446，使得在不损坏阀笼434和/或阀盖446的情况下不能分离阀笼434和阀盖446。如上所述，内部凹槽482的高度h1和/或外部凹槽486的高度h3可以大于保持元件414的高度h2，从而允许阀笼434在阀盖446 和阀笼434组装的情况下在阀盖446内纵向移动。在步骤620中，将组装的内件阀芯组件412插入阀体418中。然后，在步骤630，例如通过螺栓或其他螺纹构件将内件阀芯组件412固定到阀体418。如果需要，在可选步骤 615中，一旦已组装了内件阀芯组件412，并且在将内件阀芯组件412插入阀体418中之前，可对内件阀芯组件412执行泄漏测试和流动测试中的至少一个。
66.在本文中提供的附图和说明仅出于说明的目的示出和描述了保持环的优选实施例。本领域技术人员将从前面的讨论容易地认识到，在不脱离本文描述的原理的情况下，可以采用本文示出的部件的替代实施例。因此，在阅读本公开内容时，本领域技术人员将理解用于保持环的另外的替代结构和功能设计。因此，虽然已经示出和描述了特定实施例和应
用，但是应当理解，所公开的实施例不限于本文所公开的精确构造和部件。在不背离所附权利要求书中所限定的精神及范围的情况下，可对本文所公开的方法和部件的布置、操作及细节作出对于所属领域的技术人员显而易见的各种修改、改变和变型。