專利名稱：控制閥調(diào)整件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及流體控制閥，更具體地講，涉及流體控制閥塞的調(diào)整件(trim)和閥座的設(shè)計(jì)改進(jìn)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)付出努力來設(shè)計(jì)具有對(duì)稱地設(shè)置在其中的槽口(notch)的閥調(diào)整件或側(cè)面，以限定用于閥內(nèi)流體的優(yōu)選流路。典型的此種努力為Masoneilan/Dresser工業(yè)公司的LINCOLNLOGTM閥的抗氣穴調(diào)整件。抗氣穴調(diào)整件分級(jí)壓力通過控制閥下降。這些閥存在許多缺點(diǎn)。例如，至少在一些情況下，槽口的位置彼此過近而不能提供合適的分級(jí)。結(jié)果，閥中的流體能夠從一個(gè)扼流圈流向下一個(gè)扼流圈，而不像想要的那樣使用級(jí)間增壓，而級(jí)間增壓對(duì)于達(dá)到希望的分級(jí)從而避免氣穴是必要的。在此將此問題稱為“短路”。
另一個(gè)缺點(diǎn)是，當(dāng)這些閥與常規(guī)塞尖一起使用時(shí)，它們不會(huì)引導(dǎo)流體遠(yuǎn)離塞的支持面來最小化支持面區(qū)域中的不平衡力。假如由閥中的流體壓力下降產(chǎn)生的不平衡力可以減小，并且減小該不平衡力的一種方式是最小化塞的支持面附近的不平衡區(qū)域，那才是人們所希望的。
克服這些和其它缺點(diǎn)的方式在下面的發(fā)明內(nèi)容和優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中說明。

發(fā)明內(nèi)容
為了提供避免流向閥中連續(xù)等級(jí)的流體的短路的抗氣穴調(diào)整件，在沿該閥塞旋轉(zhuǎn)的位置提供成對(duì)的槽口是有效的。特別是，與正好彼此平行定位的特定對(duì)的槽口(即，沿該閥塞處于特定高度的兩個(gè)槽口)相反，槽口被定位成使得它們彼此成銳角。因而每對(duì)槽口形成楔形，并以距離δ在楔形的最窄處分開兩個(gè)槽口。盡管距離δ優(yōu)選為較小，但也優(yōu)選為方便制造的易加工尺寸。槽口的此種布置有利于促使閥內(nèi)的流體行經(jīng)多個(gè)增壓空間，從而在增壓上花費(fèi)更多的時(shí)間，因此允許流體在進(jìn)入下一等級(jí)之前恢復(fù)壓力。
另一個(gè)改進(jìn)是使用具有約為0.03英寸、優(yōu)選為0.03l英寸的半徑的塞尖，它從垂直于閥塞的縱向軸線的平面形成約為70～75°范圍、最優(yōu)選為75°的座圈角。對(duì)于閥塞而言，還希望具有引導(dǎo)流動(dòng)遠(yuǎn)離塞和座圈的支持面的調(diào)整件。發(fā)現(xiàn)此塞尖半徑和座圈角產(chǎn)生非常小的不平衡區(qū)域，與沒有此種塞尖尺寸的抗氣穴調(diào)整件塞相比，在不平衡區(qū)域方面大約減少90％的量，這使得由閥內(nèi)的流體壓力下降產(chǎn)生的不平衡力最小。有利地，此特征使得在升高的壓力下降處的制動(dòng)器推力需求最小。
此外，塞尖半徑和座圈角產(chǎn)生相對(duì)高的閥座應(yīng)力級(jí)別，它有益于獲得極密封的關(guān)閉泄漏性能，從而使得泄漏最小。塞的支持面還有助于免于碰撞流體和所攜帶的微粒和其它碎片，從而增加調(diào)整件的使用壽命，并確保即使在長(zhǎng)期使用之后，閥塞和座圈將繼續(xù)呈現(xiàn)出密封的關(guān)閉性能。所獲得的增加的接觸應(yīng)力效率還很好地使得致動(dòng)器推力需求最小。


圖1是帶有抗氣穴調(diào)整件的常規(guī)流體控制閥的局部剖視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的帶有抗氣穴調(diào)整件的流體控制閥的局部剖視圖，該抗氣穴調(diào)整件具有塞尖和座圈角；圖2A是沿圖2的線2A的放大剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的具有旋轉(zhuǎn)槽口布置的閥調(diào)整件的正面透視圖；圖4是圖3中所示的閥的透視圖，從比圖3更低的高度來看；圖5是圖3中所示的閥調(diào)整件的前平面圖；圖6是沿圖5的線6-6的橫截面圖；
圖7是沿圖5的線7-7的橫截面圖；圖8是沿圖5的線8-8的橫截面圖；圖9是圖3-5中所示的閥調(diào)整件的斷開的放大透視圖，從比圖4更低的高度來看。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了帶有抗氣穴調(diào)整件的常規(guī)閥10。閥10包括流體入口12、流體出口14以及穿過孔15將流體入口12連接到流體出口通道18的流體入口通道16。閥10是向上流動(dòng)(flow-up)類型的，其中流體入口12和流體入口通道16位于低于流體出口14和流體出口通道18的水平面。閥塞20通過閥桿22A連接到致動(dòng)器，該致動(dòng)器未被示出，但是會(huì)位于閥桿22A之上。在閥塞20的頂部附近提供一個(gè)或多個(gè)孔22B，以容納例如槽銷(未示出)，從而確保閥塞20連接到閥桿22A。保持架(cage)23位于流體流路中，以影響所希望的流體流動(dòng)特性。閥塞20的外表面24接觸座圈28的表面26，座圈28形成用于閥塞20的閥座。
在防止閥10內(nèi)氣穴的努力中，希望提供抗氣穴調(diào)整件?？箽庋ㄕ{(diào)整件可使用多個(gè)對(duì)稱放置的槽口29，以限定分級(jí)的流路。提供槽口29，以便在相對(duì)高的壓力下保持流體流過座圈28，并且逐漸地允許壓力隨著流體到達(dá)較高的等級(jí)而降低。
在操作中，致動(dòng)器選擇性地移動(dòng)閥桿22A，從而使閥塞20向下朝座圈28移動(dòng)并且向上從座圈28移開，以分別關(guān)閉和打開閥10。由于閥塞表面24相對(duì)于座圈28的表面26的位置，可確定流體在閥塞20和座圈26之間流動(dòng)的速度，因此控制閥塞表面24和座圈28的表面26的相對(duì)位置，能夠在某種程度上控制流體流過閥10的速率。
然而，由于閥塞表面24沿其與座圈28的表面26相接觸的區(qū)域的幾何形狀，經(jīng)過孔15從入口通道16流向出口通道18的流體，沒有被引導(dǎo)遠(yuǎn)離閥塞20和座圈28的支持面24、26到令人滿意的程度，以便最佳地使支持面24、26的區(qū)域內(nèi)的不平衡力最小。
同樣，由于槽口29的彼此接近，因此存在流體短路的問題，即從一個(gè)扼流圈到下一個(gè)扼流圈，而沒有利用級(jí)間增壓，導(dǎo)致壓力下降過快，因而不足以避免氣穴。
在剩余的附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來代表在上述常規(guī)的閥10和本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中共用的那些特征。
在圖2中，閥30被示為其中的閥調(diào)整件31包括具有閥塞表面34的閥塞32，閥塞表面34具有特別有利的幾何形狀，實(shí)現(xiàn)該幾何形狀，以便減少與閥塞32相關(guān)的支持面的區(qū)域內(nèi)的不平衡力。閥塞32具有塞尖(plug tip)34，塞尖34具有優(yōu)選為約0.03英寸、更好是0.031英寸的半徑。座圈28的表面26優(yōu)選與垂直于閥塞32的縱向軸線的平面成約75°角。此處通常稱作座圈角“α”的約為75°的這個(gè)角，與具有約為0.03英寸、更為優(yōu)選地為0.031英寸的半徑的塞尖34相結(jié)合，有利地引導(dǎo)流體遠(yuǎn)離閥塞32和座圈28的支持面，這使得不平衡區(qū)域明顯減少，從而使由流體壓力下降產(chǎn)生的不平衡力最小。圖2A為閥塞32的塞尖34的半徑R的區(qū)域的放大。
另外，發(fā)現(xiàn)75°座圈角α和約為0.03英寸、更優(yōu)選地為0.031英寸的塞尖半徑R的組合，在閥塞32關(guān)閉時(shí)還帶來極密封的關(guān)閉，因此與諸如圖1中所示的常規(guī)閥塞和座圈布置相比，可提高對(duì)從高閥座壓力級(jí)的泄漏的抵抗。與這種常規(guī)閥塞和閥座布置相比，通過使用75°座圈角α和約為0.03英寸的塞尖半徑R的組合，不平衡區(qū)域也可減小接近90％。這種不平衡區(qū)域的大量減少，可大大地降低用于升高的壓力下降的致動(dòng)器推力需求。通過減少塞尖34和座圈28之間的接觸面積，可增加接觸應(yīng)力效率，這進(jìn)一步使致動(dòng)器推力需求最小。
閥30上的抗氣穴調(diào)整件的進(jìn)一步使用，例如沿閥塞32隔開的槽口29的使用，可增強(qiáng)密封關(guān)閉，并且還在帶有分級(jí)流路的閥中有利地提供減少不平衡區(qū)域的組合好處。增強(qiáng)的關(guān)閉密封尤其有益，因?yàn)樗粌H用于防止泄漏，還用于保護(hù)塞的支持面，以防碰撞流體，并且防止遭受到所夾帶的微粒和其它碎片，從而增加閥30的安裝壽命?？梢哉J(rèn)識(shí)到的是，塞尖34可與諸如圖1中所示的常規(guī)閥塞20一起使用，其中閥塞20與圖2所示的閥具有相同的槽口29布置。
圖3-9示出閥調(diào)整件40的替代實(shí)施例。半徑約0.03英寸、更為優(yōu)選地是0.031英寸的塞尖34的細(xì)節(jié)，以及與具有約75°的座圈角α的閥座(未示于圖3-9中)的關(guān)系，本實(shí)施例與圖2所示的實(shí)施例相同，如在圖9中被最佳地示出的那樣。最佳示于圖9中的塞尖34的細(xì)節(jié)的另一特征是在選擇性地嚙合座圈(圖9中所示的塞尖半徑R之下)的塞尖半徑R之外的區(qū)域中塞尖34的階梯斜坡幾何形狀。
塞尖半徑R之外的塞尖34的這一區(qū)域的第一部分形成從閥塞32的縱向軸線優(yōu)選約30°的第一角。塞尖半徑R之外的塞尖34的這一區(qū)域的更末端的第二部分比第一部分具有更平緩的斜度，并形成從閥塞32的縱向軸線優(yōu)選約60°的第二角。塞尖34的這一階梯斜坡區(qū)域可有利地增強(qiáng)使流動(dòng)遠(yuǎn)離閥塞32和座圈28的支持面的引導(dǎo)。通過引導(dǎo)流動(dòng)遠(yuǎn)離支持面，可獲得明顯減少的不平衡區(qū)域，并且使得由壓力下降產(chǎn)生的不平衡力最小。
為了克服使用抗氣穴閥調(diào)整件的短路的問題，圖3-9的實(shí)施例有利地提供多個(gè)槽口42、44、46、48、50、52，它們置于相對(duì)于圖1中所示的常規(guī)抗氣穴調(diào)整件的槽口29旋轉(zhuǎn)的位置。特定高度的每對(duì)槽口，例如槽口42、52被置于彼此成銳角，形成楔形，而非像常規(guī)抗氣穴調(diào)整件的槽口那樣彼此平行。如圖6的橫截面圖中所最佳示出的那樣，距離δ在楔形的最窄部分分離每對(duì)的兩個(gè)槽口42、52。優(yōu)選地，距離δ較小，但為合理的加工尺寸。
沿閥調(diào)整件40的每對(duì)槽口優(yōu)選相對(duì)于相鄰對(duì)的槽口旋轉(zhuǎn)，如圖3-8所最佳示出的，以便分離由槽口42、52形成的楔形的最窄部分的距離δ從由相鄰、次高對(duì)的槽口44、50形成的楔形的最窄部分偏置180°。此外，由槽口對(duì)46、48形成的楔形的最窄部分從由槽口對(duì)44、50形成的楔形的最窄部分偏置180°。因此，槽口46、48布置在與槽口42、52相同的方向?？商娲靥峁└倩蛘哳~外的槽口對(duì)，以及其它相對(duì)方向，例如除180°以外的偏置。
槽口42、44、46、48、50、52的此種旋轉(zhuǎn)、楔形布置導(dǎo)致從入口通道16到出口通道18的流動(dòng)，以便與常規(guī)的抗氣穴調(diào)整件相比，在增壓上花費(fèi)更多時(shí)間。通過在增壓上花費(fèi)更多時(shí)間，流體更加能夠在進(jìn)入下一等級(jí)之前恢復(fù)壓力，這可減少氣穴。
可選地，傾斜的槽口42-52可獨(dú)立定位或成對(duì)槽口結(jié)合，甚至以重復(fù)或者不重復(fù)的樣式在獨(dú)立槽口和成對(duì)槽口之間交替，以在到達(dá)下一等級(jí)之前提供最大擴(kuò)展和壓力恢復(fù)。這有利地提供了增強(qiáng)的獲得希望的壓力等級(jí)的能力。例如，與所有傾斜的槽口42-52被成對(duì)布置相反，它們可以被布置為在閥調(diào)整件的第一級(jí)別(對(duì)應(yīng)于第一等級(jí))處存在一對(duì)槽口42、52，在閥調(diào)整件的第二級(jí)別(對(duì)應(yīng)于第二等級(jí))處存在另一對(duì)槽口44、50，在閥調(diào)整件的第三級(jí)別(對(duì)應(yīng)于第三等級(jí))處只有單個(gè)槽口46，而在該第三級(jí)別處沒有其它槽口，并且在閥調(diào)整件的第四級(jí)別(對(duì)應(yīng)與第四等級(jí))處，又可存在一對(duì)槽口。這可以描述為“2-2-1-2”槽口布置，其中數(shù)字代表提供在每個(gè)各自級(jí)別的槽口的數(shù)目。
因此，“2-1-2-1”布置表示一對(duì)槽口42、52在第一級(jí)別、單個(gè)槽口44在第二級(jí)別、一對(duì)槽口46、48在第三級(jí)別、單個(gè)槽口在第四級(jí)別。優(yōu)選地，僅包括單個(gè)槽口的級(jí)別的槽口將仍然被布置為相對(duì)于下一較高級(jí)別和下一較低級(jí)別之一傾斜，即處于銳角。
雖然槽口42-52優(yōu)選為成一定角度的并且相鄰對(duì)的槽口的方向優(yōu)選以所描述的方式交替，但是閥塞32仍然會(huì)相對(duì)于保持架23(未示于圖3-9)具有任意方向。有利地，通過獲得更可靠和更緩和的壓力等級(jí)，通常用在使用控制閥的流體流動(dòng)系統(tǒng)中的某些扼流圈，至少可稍微放松或打開，從而產(chǎn)生較高容量的閥，而不犧牲壓力下降能力。
雖然本發(fā)明集中于特定的優(yōu)選實(shí)施例，但它不僅限于此?？蓪?duì)此處描述的實(shí)施例進(jìn)行變化，而不背離本發(fā)明的范圍，并且上述變化仍處于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。例如，閥可以為向下流動(dòng)(flow-down)閥或其它類型的閥，而不是在附圖中所示的向上流動(dòng)閥。
權(quán)利要求
1.一種用于控制流體流動(dòng)速率的閥，包括(a)主體，具有流體入口、與該流體入口連通的入口通道、出口通道、與該出口通道連通的流體出口、連接該入口通道和該出口通道的管路；(b)圍繞該管路布置的座圈；(c)包括閥塞和塞尖的閥調(diào)整件，該閥調(diào)整件包括多個(gè)抗氣穴槽口，所述多個(gè)抗氣穴槽口中的至少兩個(gè)被布置為彼此成銳角。
2.如權(quán)利要求1所述的閥，其中該閥調(diào)整件包括兩個(gè)或更多的閥調(diào)整件中槽口的級(jí)別，并且其中任何所述級(jí)別的每個(gè)槽口被布置為，相對(duì)于在該閥調(diào)整件的一個(gè)或更多相鄰級(jí)別處的一個(gè)或更多槽口傾斜。
3.如權(quán)利要求1所述的閥，其中該閥調(diào)整件的所述級(jí)別中的至少一個(gè)包括一對(duì)槽口，該對(duì)所述槽口形成楔形，并且在該楔形的最窄部分彼此分開。
4.如權(quán)利要求1所述的閥，其中該閥調(diào)整件的多個(gè)級(jí)別包括成對(duì)槽口，并且其中在所述多個(gè)級(jí)別的每個(gè)級(jí)別處的成對(duì)槽口中的槽口被布置為彼此成銳角，由此所述每對(duì)槽口的所述槽口形成楔形。
5.如權(quán)利要求4所述的閥，其中所述多對(duì)槽口中的槽口在該楔形的最窄部分彼此分開。
6.如權(quán)利要求4所述的閥，其中所述成對(duì)槽口中的至少一對(duì)的兩個(gè)槽口相對(duì)于相鄰所述成對(duì)槽口的兩個(gè)槽口而偏置。
7.如權(quán)利要求4所述的閥，其中所述至少一對(duì)槽口的楔形的最窄部分相對(duì)于相鄰的所述成對(duì)槽口的楔形的最窄部分偏置180°。
8.如權(quán)利要求1所述的閥，其中該座圈被布置為從通過該閥塞的縱向軸線延伸的平面約成75°角。
9.如權(quán)利要求1所述的閥，其中該塞尖具有約為0.03英寸的半徑。
10.如權(quán)利要求1所述的閥，其中該塞尖具有0.031英寸的半徑。
11.一種用于閥的閥調(diào)整件，包括閥塞和塞尖，該閥調(diào)整件其中包括多個(gè)抗氣穴槽口，所述多個(gè)抗氣穴槽口被布置在沿該閥調(diào)整件的長(zhǎng)度的至少一對(duì)所述槽口中，并且其中在該至少一對(duì)槽口中的槽口被布置為彼此成銳角，由此所述槽口形成楔形。
12.如權(quán)利要求11所述的閥調(diào)整件，其中所述至少一對(duì)槽口中的槽口在該楔形的最窄部分彼此分開。
13.如權(quán)利要求11所述的閥調(diào)整件，包括多對(duì)槽口，并且其中所述多對(duì)槽口中的槽口被布置為彼此成銳角，由此所述每對(duì)槽口的所述槽口形成楔形。
14.如權(quán)利要求13所述的閥調(diào)整件，其中所述多對(duì)槽口中的槽口在該楔形的最窄部分彼此分開。
15.如權(quán)利要求13所述的閥調(diào)整件，其中所述成對(duì)槽口中的至少一對(duì)相對(duì)于相鄰的所述成對(duì)槽口而偏置。
16.如權(quán)利要求13所述的閥調(diào)整件，其中所述至少一對(duì)槽口的楔形的最窄部分相對(duì)于相鄰的所述成對(duì)槽口的楔形的最窄部分偏置180°。
17.如權(quán)利要求11所述的閥調(diào)整件，其中該塞尖具有約為0.03英寸的半徑。
18.如權(quán)利要求11所述的閥調(diào)整件，其中該塞尖半徑為0.031英寸。
19.如權(quán)利要求11所述的閥調(diào)整件，該塞尖具有選擇性地嚙合該座圈的塞尖半徑和在塞尖半徑之外的階梯斜坡區(qū)域，該階梯斜坡區(qū)域包括鄰近該塞尖半徑的第一部分，所述第一部分具有相對(duì)于該閥塞的縱向軸線的第一角；以及比該第一部分具有更平緩斜度的第二部分，所述第二部分位于比該第一部分更遠(yuǎn)離該塞尖半徑處，并且具有相對(duì)于該閥塞的縱向軸線的第二角，由此該階梯斜坡區(qū)域用于引導(dǎo)流動(dòng)遠(yuǎn)離由該塞尖半徑和該座圈限定的至少兩個(gè)支持面。
20.如權(quán)利要求19所述的閥，其中所述相對(duì)于該閥塞的縱向軸線的第一角約為60°，并且所述相對(duì)于該閥塞的縱向軸線的第二角約為30°。
全文摘要
流體控制閥調(diào)整件(31)和帶有半徑約為0.03英寸的閥塞(32)的閥座(28)，當(dāng)與約為75°的閥座角一起使用時(shí)，產(chǎn)生最小的不平衡區(qū)域。該閥調(diào)整件具有成對(duì)的抗氣穴槽口(42～52)。槽口被布置為每個(gè)特定對(duì)的槽口彼此形成角度，并且可進(jìn)一步被布置為相鄰對(duì)的槽口相對(duì)于彼此偏置，以便增加流體用于增壓的時(shí)間，在流體穿過閥時(shí)，帶來適度分級(jí)和受控壓力下降。
文檔編號(hào)F16K47/04GK1798939SQ200480014876
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者內(nèi)森·J·漢姆布林, 特德·A·龍 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制產(chǎn)品國(guó)際有限公司