利用不同的热膨胀提供改进的密封的流体流动装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种流体流动控制装置，更具体地，涉及一种流体流动装置，其利用在 该流体流动装置中的多个部件之间的不同的热膨胀来提供在该流体流动装置中的改进的 密封。
【背景技术】
[0002] 过程控制系统通常包括用于控制不同过程参数的不同部件。例如，一个流体过程 控制系统可以包括多个控制阀，用于控制流速、温度和/或流体流过该系统的压力。最终产 品取决于对这些参数的控制的准确性，即，相应地，取决于该控制阀的形状和特性。控制阀 是，例如，为特定流体容量和压力变化而特别设计并挑选的。当这些特性被妥协，最终产品 的质量会受影响。
[0003] 设计用于高温的大型控制阀是非常难的。众所周知，控制阀可安装一个或多个密 封以防止泄露。聚合物密封可以，例如，安装于该阀座环和该阀体之间。在高温下使用时， 这种聚合物密封可能会失效，比如高于450华氏度的温度。此外，大型控制阀（例如，具有 至少6英寸的端口尺寸或环截面积的控制阀）的部件使用不同材料制造，该部件，由于使用 不同材料制造，具有不同的热膨胀系数，因而在该部件之间产生不同的热膨胀。有时，比如 当该大型控制阀在高温下使用（例如温度超过1000华氏度），这种不同的热膨胀会非常明 显。在较小的控制阀中（例如，具有小于6英寸的端口尺寸的控制阀），单一垫圈可以用于 补偿部件之间的不同的热膨胀，然而，通常被用于较小控制阀的该单一垫圈，不能承受在大 型控制阀中常见的不同的热膨胀。一种选择是显著限制大型控制阀的材料的组合数量。然 而，大型控制阀通常必须使用同一种材料制造部件。可选地，必须使用昂贵的架构特性，比 如焊接或螺栓连接座环至该阀体内。
【发明内容】
[0004] 本发明一方面包括一种流体流动控制装置。该流体流量控制装置包括阀体、阀座、 阀笼、和阀塞。该阀体限定入口、出口、在所述入口和所述出口之间延伸的流体流动路径，和 纵向轴。该阀体具有第一热膨胀系数。该阀座被置于该阀体内并且限定孔，所述流体流动 路径通过所述孔。该阀笼被耦接至该阀体中的该阀座，且限定内孔。该阀笼具有与所述第 一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数。该阀塞的尺寸适合插入该阀笼的该内孔，并且能够 沿轴在闭合位置，其中该阀塞接合该阀座，和打开位置之间移动。该流体流动控制装置还包 括压盖和密封组件。该压盖被该阀座和该阀笼中的至少一个限定。该密封组件被置于该压 盖中，以用于在该阀体和该阀笼之间提供密封。该密封组件被置于第一压缩状态，其中该密 封组件提供第一径向和轴向压缩力。该密封组件能够移动到第二压缩状态，其中该密封组 件提供大于该第一径向和轴向压缩力的第二径向和轴向压缩力。该密封组件的移动是由该 阀体和该阀笼之间在平行于该纵向轴的方向和垂直于该纵向轴的方向的不同的热膨胀所 造成。
【附图说明】
[0005] 图1是根据本发明的教导构造的使用密封组件的控制阀的截面图；
[0006] 图IA是图1中该控制阀的部分的局部放大截面图；
[0007]图2是具有根据本发明第一实施例的教导构造和组装的密封组件的图1中该控制 阀的右侧面的局部放大截面图；
[0008] 图3是图2中该密封组件的放大截面图；
[0009]图4是具有根据本发明第二实施例的教导构造和组装的密封组件的图1中该控制 阀的右侧面局部放大截面图；
[0010] 图5是具有根据本发明第三实施例的教导构造和组装的密封组件的图1中该控制 阀的右侧面局部放大截面图；
[0011] 图5A是图5中该密封组件的放大截面图；。
[0012] 图6是具有根据本发明第四实施例的教导构造和组装的密封组件的图1中该控制 阀的右侧面局部放大截面图；
[0013] 图6A是图6中该密封组件的放大截面图。
[0014]图7是具有根据本发明第五实施例的教导构造和组装的密封组件的图1中该控制 阀的右侧面局部放大截面图；
[0015] 图7A是图7中该密封组件的放大截面图；
[0016]图8是具有根据本发明第六实施例的教导构造和组装的密封组件的图1中该控制 阀的右侧面局部放大截面图。
【具体实施方式】
[0017] 本发明涉及一种大型控制阀，其包括阀体、阀芯组件和被配置用于在高温时（例 如温度高于450华氏度）密封该控制阀的密封组件。高温密封组件被置于该大型控制阀 中，以通过利用该阀体和该阀芯组件之间的在垂直或轴向以及水平或径向方向上的不同的 热膨胀来提供改进的密封，该阀体和该阀芯组件能够使用不同材料制造。
[0018] 图1描述根据本发明的原理构造的控制阀100。控制阀100能够是大型（例如具 有大于6"的端口尺寸）滑杆型控制阀（例如Fisher?FB阀），其包括角阀体104、阀盖 108和阀芯组件112。阀体104限定入口 116、出口120和在入口 116和出口120之间延伸 的流体流动路径124。阀盖108通过多个紧固件128可移除地耦接至阀体104。相应地，阀 盖108将阀体104耦接至致动器（未示出）。
[0019] 尽管本文没有具体说明，阀芯组件112的多个部件能够通过移除阀盖108而从阀 体104中轻易移除（即，这些部件没有被焊接或螺纹连接）。因此，阀芯组件112能够被称 为"快速改变"的阀芯组件或具有"快速改变"的特性。阀芯组件112被置于在入口 116和 出口 120之间的流体流动路径124中。阀芯组件112包括阀座132、一件式（即整体的）悬 挂的阀笼136和被置用于在阀体104中位移以控制通过流体流动路径124的流体流动的塞 或杆组件140。流体可以是气体（例如空气、天然气）或液体（例如水、液化天然气）。
[0020] 阀座132是被置于阀体104内的环形阀座环。阀座132限定了孔144,流体流动路 径124通过该孔。阀笼136通常是具有内表面145和外表面146的圆柱形结构，并限定内 孔148。如本领域技术人员所知，阀笼136能够提供一定的流体流动特性（例如降低流体流 过阀100所产生的噪音和/或空化）。为此，阀笼136能够例如包括一个或多个通道、孔或 窗口。
[0021] 阀笼136通常耦接至阀体104内的阀座132。阀座132和阀笼136能够螺栓连接 或固定在一起（例如通过一个或多个螺钉）、销接在一起、彼此螺纹连接、彼此焊接、彼此摩 擦耦接或以上的组合。阀座132和阀体104不彼此焊接（这会破坏阀芯组件的快速改变特 性）。
[0022] 塞/杆组件140包括连接至阀杆156的阀塞152。阀塞152的尺寸适合于插入内 孔148,且可沿着纵向轴A在关位置（图1)和开位置（未示出）之间移动，在关位置时阀塞 152相邻于阀座132地放置以用于防止流体通过流体流动路径124流动，在开位置时阀塞 152远离阀座132地放置或移走以用于允许流体通过流体流动路径124流动。图1所示阀 塞152是具有外表面160和一对穿孔164的平衡阀塞。外表面160通常是圆柱圆周表面。 穿孔164和流体流动路径124流体连通。因此，即使节流元件位于关位置，阀体104中的压 力在阀塞152的两边也平衡。阀杆156通过阀盖108延伸出阀体104,且能够耦接至致动器 (未示出），使得该致动器能够调节塞/杆组件140的位置，并且更具体地，调节阀塞152相 对于流动路径124的位置以调节流体通过控制阀100的流动。
[0023] 在其他示例中，控制阀100能够是不同类型控制阀，例如，球型控制阀、旋转式控 制阀（例如Fisher?Vee-Ball?V150 阀，Fisher?Vee-Ball?V300 阀等）、隔离阀或其 他控制阀。此外，控制阀100的多个部件（例如阀体104、阀座132、阀笼136等）能够与本 文所述不同。例如，入口 116、出口 120和在其中延伸的流体流动路径124的形状和/或尺 寸能够不同，且仍执行预期功能。如另一个示例，阀座132和阀笼136的形状、尺寸和/或 配置能够不同，如下面将说明的。阀笼136能够例如是包括上笼部分和下笼部分的两件式 阀笼。
[0024] 现在参考图1A，控制阀100还包括环形压盖（gland) 168,其通常由至少一个阀座 132和阀笼136限定。环形压盖168是负的或空心的空间，例如凹处或部分腔，其中能够具 有控制阀100的其他部件。环形压盖168能够由阀座132和阀笼136的表面之间的多个连 接点或多个接口（例如之间）来限定。取决于阀体104、阀座132和阀笼136的尺寸、形状 和/或配置，压盖168能够具有矩形截面（图2和3)、方形截面、不规则截面（图5-8)或一 些其他形状的截面。示例性的压盖168、比如压盖268、压盖468、压盖668和压盖868将结 合图2-8在下文中描述。
[0025] 如上简述，控制阀100的部件通常使用不同材料制造。如本文所述，阀体104以及 阀芯组件112的部件（例如阀座132、阀笼136)能够使用不同材料制作。换言之，阀体104 能够使用第一材料制造，而阀芯组件112的部件（例如阀座132和/或阀笼136)能够使用 不同于该第一材料的第二材料制造。在一些实施例中，阀座132和阀笼136能够使用不同 材料制造。
[0026] 阀体104能够例如使用铸铁、黄铜、碳钢、合金钢、不锈钢（例如锻造不锈钢）、各 种合金、其他材料或以上的组合制造。阀芯组件112 (例如阀座132和/或阀笼136)能够 例如使用铸铁、黄铜、碳钢、合金钢、不锈钢（例如锻造不锈钢）、各种合金、其他材料或以上 的组合制造。无论如何，因为不同材料具有或相关于不同的热膨胀系数，阀体104和阀芯 组件112的多个部件具有或相关于不同的热膨胀系数。在一个示例中，阀体104使用碳钢 制造，其具有热膨胀系数a(例如，该系数在20摄氏度等于10. )，且阀座132和 阀笼136使用不锈钢制造，其具有热膨胀系数0 (例如，该系数在20摄氏度等于17. 3mm/mm/° )，P不等于a。
[0027] 因此，响应热变化（例如温度升高或降低），阀体104和阀芯组件112 (例如阀座 132、阀笼136)能够在平行于纵向轴A的方向和/或沿着垂直于纵向轴A的横向轴方向，相 对于彼此膨胀或收缩。换言之，阀体104和阀芯组件112之间能够在轴向和/或径向方向 产生不同的热膨胀或收缩。在一些情况下，这种热膨胀或收缩可以非常显著。已知的大型 控制阀，尤其是已知的安装在大型控制阀中的密封件或者密封组件（例如塑料密封件）不 被配置用于容许这种在轴向和/或径向方向的不同的热膨胀或收缩，且任何这种不同的热 移动可以导致阀体104和阀芯组件112的一个或多个部件之间的明显的泄露。
[0028] 本发明因此提供了密封组件172,其被置于压盖168内，用于在阀体104和阀芯组 件112的部件（例如阀座132、阀笼136)之间提供密封，并用于适应阀体104和阀芯组件 11