專利名稱：用于旋轉(zhuǎn)控制閥的防垢控制元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本防垢控制元件一般涉及旋轉(zhuǎn)控制閥，更具體地講，涉及抑制結(jié)垢(scale)形成的球閥。
背景技術(shù)：
球閥通常用于控制管道中的流體流動(dòng)。這種閥對(duì)于控制諸如見于采礦業(yè)之類中的侵蝕性泥漿的流動(dòng)尤為有利。有異于蝶形閥和偏心旋塞閥，球閥允許與管道內(nèi)的流動(dòng)基本上平行的流體流徑。平行流動(dòng)可降低對(duì)閥部件和下游管道的沖擊侵蝕。
典型的球閥包括可在開啟和關(guān)閉位置間移動(dòng)的一般為半球形或者球形的控制元件。處在關(guān)閉位置時(shí)，控制元件的曲面與密封表面相接合，以防止或者調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)閥體的流體流動(dòng)。處在開啟位置時(shí)，流體可主要流經(jīng)控制元件的內(nèi)密封表面并通過(guò)流環(huán)(flow ring)。然而，閥或者控制元件的內(nèi)部特征可降低通過(guò)閥某些區(qū)域的流速。例如，在許多球閥中，當(dāng)閥處于開啟位置時(shí)，位于球的外表面和流環(huán)之間的區(qū)域是一個(gè)低速流動(dòng)區(qū)域。
某些侵蝕性泥漿可在流速減緩或者停滯區(qū)域中的閥部件上形成結(jié)垢。結(jié)垢最終可能防礙閥的運(yùn)轉(zhuǎn)，這會(huì)導(dǎo)致昂貴而又耗時(shí)的維護(hù)乃至危及人員的工作條件。在某些情況下，泥漿可形成極其堅(jiān)硬的結(jié)垢，從而引起極大范圍的停工乃至需要更換閥。如果停止操作以維護(hù)或者更換不能運(yùn)轉(zhuǎn)的閥，其損失可以數(shù)千美元計(jì)。
因此，需要一種不會(huì)產(chǎn)生可能促使結(jié)垢形成的低速流動(dòng)區(qū)域的球閥。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本控制元件的一個(gè)實(shí)施例，旋轉(zhuǎn)控制閥通過(guò)至少一個(gè)耳把被連接到旋轉(zhuǎn)軸。該控制元件包括第一和第二表面，該第一表面通常與流環(huán)密封。該第二表面通常從該第一表面上凹進(jìn)，以便于流經(jīng)該閥的流體越過(guò)該第一表面，從而防止該第二表面結(jié)垢或者外來(lái)物質(zhì)累積其上。
根據(jù)本控制元件的另一實(shí)施例，旋轉(zhuǎn)控制閥具有閥體，以及在該閥體內(nèi)旋轉(zhuǎn)以控制經(jīng)過(guò)該閥體的流體流動(dòng)的控制元件。該控制元件具有使該閥體的流環(huán)座落在其上的表面區(qū)域，以防止流體流經(jīng)該閥體。該控制元件還具有第二表面，該第二表面相對(duì)于該第一表面通常是凹進(jìn)的，以便在該閥處于開啟位置時(shí)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)該閥體并越過(guò)該第一表面的次流徑，從而防止結(jié)垢或者外來(lái)物質(zhì)沿該第一表面累積。


本控制元件的特征被確信為新穎的，并在所附的權(quán)力要求中進(jìn)行了詳盡的闡述。通過(guò)參考下列敘述并結(jié)合附圖可極好地理解本控制元件，在這幾幅附圖中相同的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)相同的元件，其中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的流體控制閥的橫截面視圖；圖2是根據(jù)本控制元件一個(gè)實(shí)施例的流體控制閥的橫截面視圖；圖3是根據(jù)本控制元件一個(gè)實(shí)施例的流體控制閥的控制元件的平面局部剖面圖；圖4是根據(jù)本控制元件一個(gè)實(shí)施例的流體控制閥的控制元件的立剖面圖；圖5是根據(jù)本控制元件一個(gè)實(shí)施例的流體控制閥的控制元件的立剖面圖；圖6是根據(jù)本控制元件另一實(shí)施例的流體控制閥的控制元件的平面局部剖面圖。
具體實(shí)施例方式
盡管下文將詳細(xì)討論制造和使用本控制元件的各種不同實(shí)施例，但應(yīng)理解本控制元件可提供多種可應(yīng)用的創(chuàng)造性概念，這些概念可實(shí)施于很多類型的具體環(huán)境中。此處所討論的具體實(shí)施例僅為說(shuō)明制造和使用該控制元件的具體方法，并非用于限制本控制元件的范圍。
現(xiàn)在參見圖1，其描繪了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的流體控制閥10。閥體12容納控制元件14，控制元件14可圍繞控制軸16的軸線旋轉(zhuǎn)。控制元件14的前表面18與環(huán)形座表面(seating surface)20摩擦或者緊密接合，該環(huán)形座表面20可利用流環(huán)22形成。當(dāng)流體控制閥10處于開啟位置時(shí)，流體可沿箭頭24所示的方向從上游管口26經(jīng)由流環(huán)22流向下游管口28。然而，區(qū)域30中可能出現(xiàn)低速流動(dòng)或者停滯。因此，當(dāng)控制元件14處于開啟位置時(shí)，位于區(qū)域30中的控制元件14的前表面18上可能會(huì)形成結(jié)垢32。結(jié)垢32可妨礙控制元件14的前表面18越過(guò)流環(huán)22的環(huán)形座表面20的運(yùn)動(dòng)，并使流體控制閥10無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)的流體控制閥10可迫使生產(chǎn)過(guò)程停止，同時(shí)對(duì)流體控制閥10進(jìn)行保養(yǎng)或者更換。停止生產(chǎn)過(guò)程以進(jìn)行計(jì)劃外的維護(hù)會(huì)導(dǎo)致巨額經(jīng)濟(jì)損失。在某些情況下，無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)的流體控制閥10可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的、乃至危及生命的操作條件。
本控制元件可減少或者消除由低速流動(dòng)或者停滯引起的結(jié)垢。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2中所描述的本控制元件的一個(gè)實(shí)施例，流體控制閥50具有容納控制元件54的閥體52?？刂圃?4可圍繞控制軸56的軸線旋轉(zhuǎn)。控制元件54的面58A具有控制元件座表面60和凹進(jìn)的表面62。當(dāng)流體控制閥50處于關(guān)閉位置時(shí)，控制元件座表面60與流環(huán)66的環(huán)形座表面64摩擦或者緊密接合，這可大幅減少或者阻止經(jīng)過(guò)流體控制閥50的流體流動(dòng)。當(dāng)流體控制閥50處于開啟位置時(shí)，流體可沿主流徑68流動(dòng)，該流徑通常從上游管口70經(jīng)由流環(huán)66流向下游管口72。此外，當(dāng)流體控制閥50處于開啟位置時(shí)，流體亦可經(jīng)由次路徑74流動(dòng)越過(guò)控制元件54的面58A。
流體流動(dòng)越過(guò)控制元件54的面58A，可減少或者消除促使結(jié)垢形成的低速流動(dòng)或者停滯區(qū)域。經(jīng)過(guò)次流徑74的流體流動(dòng)可有效防止或降低在控制元件座表面60和凹進(jìn)的表面62上形成結(jié)垢。因此，與現(xiàn)有的閥相比，流體控制閥50的保養(yǎng)間隔時(shí)間增長(zhǎng)。減少定期或者必要保養(yǎng)次數(shù)可提高操作效率并最終節(jié)省運(yùn)轉(zhuǎn)開銷。該流體控制閥50也更少可能因58A上形成的結(jié)垢而粘住或者卡住。因此，流體控制閥50比現(xiàn)有的閥更安全、更可靠。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3～6，描述了根據(jù)本控制元件一個(gè)實(shí)施例的控制元件54?？刂圃?4可由熱處理鋼、陶瓷、聚合物之類制成?？刂圃?4還可由對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見的其他材料制成?？刂圃?4可由單塊材料鑄造、機(jī)加工，或者由多種材料制造而成。
如圖4所描繪的，舉例來(lái)說(shuō)，面58A可單獨(dú)制造并通過(guò)焊接、螺釘、壓配、粘接劑之類的方式連接到控制元件54上。面58A可從控制元件54上移除以便維護(hù)或者更換無(wú)法再用或者受損的流體控制閥50。穿過(guò)控制元件54的一或多個(gè)螺釘(未示出)可將面58A連接到控制元件54上。耳把76通過(guò)孔78與控制軸56接合，從而在控制軸56(圖2所描繪)圍繞它的軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)使控制元件54在開啟和關(guān)閉位置之間移動(dòng)。
根據(jù)特定的生產(chǎn)過(guò)程或者應(yīng)用，面58A可由不同于控制元件54或者流環(huán)66的材料制成。例如，控制元件54可以是熱處理鋼，而面58A可以是聚合物，以耐受腐蝕性環(huán)境、使流體控制閥50運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，或者提供與流環(huán)66的環(huán)形座表面64之間的特定密封接合面。
控制元件座表面60和流環(huán)66的環(huán)形座表面64(圖2所描繪)之間的接合面可依據(jù)特定處理應(yīng)用的要求而改變。如果流經(jīng)流體控制閥50的流體包含含有強(qiáng)粘性垢的極強(qiáng)腐蝕性或者侵蝕性流體，則要求控制元件座表面60和環(huán)形座表面64之間是松公差。如果特定應(yīng)用要求流體流動(dòng)被完全阻止，則可規(guī)定控制元件座表面60和環(huán)形座表面64之間是較緊的公差。
當(dāng)控制元件54被旋轉(zhuǎn)到開啟位置時(shí)，凹進(jìn)表面62允許流體流過(guò)控制元件54的面58A。凹進(jìn)表面62的形狀可根據(jù)特定處理或者應(yīng)用而改變。盡管被描繪為圓形，但凹進(jìn)表面62可以是橢圓形甚或是在控制元件54的面58A上切出的槽。該凹進(jìn)表面62可以與控制元件座表面60相切，或者一般在單一平面上。此外，凹進(jìn)表面62還可與閥體52的中心線同心或者從其偏離。對(duì)于具備流體動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域普通技術(shù)的人員來(lái)說(shuō)，其他形狀的凹進(jìn)表面62是顯而易見的。
凹進(jìn)表面62允許充足的流速，以防止或者減輕在控制元件54旋轉(zhuǎn)在從大約5度到大約85度的控制范圍之間結(jié)垢。如果凹進(jìn)表面62太深，則會(huì)導(dǎo)致主流徑68上流動(dòng)狀態(tài)不利。如果凹進(jìn)表面62太淺，則次流徑74上的不充足流速會(huì)引發(fā)結(jié)垢形成。凹進(jìn)表面62的理想尺寸可根據(jù)特定過(guò)程或者應(yīng)用所要求的操作特性來(lái)確定。
例如，從與面58的中心線相交的控制軸56軸線上的點(diǎn)算起，控制元件54的座表面60的球面半徑通?？蔀?.000-(0.001～0.003)英寸。參見圖2，為確?？刂圃?4可在環(huán)形座表面64內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，環(huán)形座表面64的標(biāo)稱球面半徑是3英寸，尺寸公差偏向最小的尺寸。從與面58A的中心線相交的控制軸56軸線上的點(diǎn)算起，凹進(jìn)表面62的球面半徑可為2.81英寸。座表面60從距離穿過(guò)控制軸56的軸線并與面58A的中心線垂直的平面1.75英寸處開始，至距離該平面2.37英寸處結(jié)束。
如圖5所描繪的，凹進(jìn)表面63還可大致是平直的，并且大致平行于由控制軸56的軸線所限定的、并垂直于面58B的中心線的平面。該大致為平面的凹進(jìn)表面63允許流體流經(jīng)與管道中的流動(dòng)基本上平行的通路，以此降低對(duì)閥部件和下游管道(未示出)的沖擊侵蝕。凹進(jìn)表面63優(yōu)選允許在控制元件54旋轉(zhuǎn)到大約5度時(shí)沿次流徑74的流體流動(dòng)。開啟次流徑74的旋轉(zhuǎn)量是凹進(jìn)表面63的直徑或者寬度的函數(shù)。凹進(jìn)表面63的直徑或者寬度，還決定與流環(huán)66的環(huán)形座表面64相接合的控制元件座表面60的面積。因此，凹進(jìn)表面63的直徑或者寬度可根據(jù)流體控制閥50的預(yù)期密封及運(yùn)行特性而改變。
當(dāng)暴露于強(qiáng)粘性垢時(shí)，控制元件54的另一實(shí)施例具有優(yōu)勢(shì)。如上所述，控制元件座表面80和流環(huán)66(圖2所描繪的)的環(huán)形座表面64之間的接合面可根據(jù)特殊處理應(yīng)用的要求而改變。如果流經(jīng)流體控制閥50的流體包含強(qiáng)粘性垢，則要求在控制元件座表面80和環(huán)形座表面64之間是松公差。相反，圖6所描繪的實(shí)施例利用位于座表面80兩側(cè)的兩個(gè)凹進(jìn)的表面82和84，以產(chǎn)生抑制流動(dòng)停滯和垢累積在閥部件表面80、82和84上的流徑。在出現(xiàn)強(qiáng)粘性垢時(shí)，該實(shí)施例在控制元件座表面80和環(huán)形座表面64之間提供較緊密的公差。從與面58C(如圖2所定義)的中心線相交的控制軸56軸線上的點(diǎn)算起，控制元件54的座表面80的球面半徑可為大約3.000-(0.001～0.003)英寸。此外，從與面58C(如圖2所定義)的中心線相交的控制軸56軸線上的點(diǎn)算起，凹進(jìn)表面82和84的球面半徑可為2.81英寸。
盡管已參考說(shuō)明性實(shí)施例對(duì)本控制元件進(jìn)行了描述，但是不應(yīng)認(rèn)為這些描述具有限定性的意義。這些說(shuō)明性實(shí)施例的各種修改和合并，以及本控制元件的其他實(shí)施例，對(duì)于參考了這些描述的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是顯而易見的。因此，所附的權(quán)利要求涵蓋了任何這些修改或者實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于旋轉(zhuǎn)控制閥的控制元件，包括至少一個(gè)連接在控制軸上的耳把；以及連接到該耳把的面，該面有第一和第二表面，該第一表面通常與閥座表面密封，并且該第二表面通常從該第一表面凹進(jìn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制元件，其中該第二表面通常是球形并且通常與該第一表面同心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制元件，其中該第二表面通常在單一平面內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制元件，其中該耳把和面是由單塊體形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制元件，其中該面可移除地連接到該耳把上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制元件，其中該第一表面是聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制元件，進(jìn)一步包括可圍繞該軸的軸線旋轉(zhuǎn)的第二耳把。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制元件，其中所述耳把的端面基本上垂直于該軸的軸線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制元件，包括通常從該第一表面凹進(jìn)的第三表面，其中該第二表面的直徑小于該第一表面的直徑，并且該第三表面的直徑大于該第一表面的直徑，以形成通常與該閥座表面密封的凸起的環(huán)形表面。
10.一種用于旋轉(zhuǎn)控制閥的控制元件，包括連接到面的一對(duì)耳把；圍繞該面周邊、形成與該旋轉(zhuǎn)控制閥間的密封表面的環(huán)形表面；以及位于該面上、用于當(dāng)該控制元件處于開啟位置時(shí)促使流體流動(dòng)越過(guò)該環(huán)形表面的凹進(jìn)表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制元件，其中該凹進(jìn)表面通常為該面上的凸?fàn)畎枷荨?br> 12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制元件，其中該凹進(jìn)表面通常在單一平面內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制元件，該控制元件包括第二凹進(jìn)表面，其中該第一凹進(jìn)表面的直徑小于該環(huán)形表面的直徑，并且該第二凹進(jìn)表面的直徑大于該環(huán)形表面的直徑，以形成凸起的密封表面。
14.一種旋轉(zhuǎn)控制閥，包括閥體；以及可在該閥體內(nèi)旋轉(zhuǎn)以控制經(jīng)過(guò)該閥體的流體流動(dòng)的控制元件，該控制元件具有通常與該閥體密封以通常阻止經(jīng)過(guò)該閥體的流體流動(dòng)的第一表面，以及通常從該第一表面凹進(jìn)以產(chǎn)生通過(guò)該閥體的次流徑的第二表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)控制閥，其中該次流徑通常符合該控制元件的輪廓。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)控制閥，其中當(dāng)該控制元件被旋轉(zhuǎn)大于大約5度時(shí)，流體沿該次流徑流動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)控制閥，其中該第二表面通常是球形的。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)控制閥，其中該第二表面通常是在單一平面內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)控制閥，其中該次流徑通常符合該第二表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)控制閥，包括通常從該第一表面凹進(jìn)的第三表面，其中該第二表面的直徑小于該第一表面的直徑，并且該第三表面的直徑大于該第一表面的直徑，以形成通常與該閥座表面密封的凸起的環(huán)形表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于旋轉(zhuǎn)控制閥的控制元件(54)，其通過(guò)至少一個(gè)耳把(76)連接到旋轉(zhuǎn)軸(56)。該控制元件包括至少兩個(gè)表面，其中第一表面(60)通常與流環(huán)(64)密封。第二表面(62)通常從該第一表面上凹進(jìn)，以便于流經(jīng)該閥的流體越過(guò)該第一表面，從而防止該第二表面結(jié)垢或者外來(lái)物質(zhì)累積在其上。
文檔編號(hào)F16K5/06GK1754055SQ200480005255
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2004年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月19日
發(fā)明者安東尼·J·比克爾 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制產(chǎn)品國(guó)際有限公司