專利名稱：壓力平衡流量控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓流量控制閥，特別涉及到一種用于閥腔壓力平衡的密封系統(tǒng)。
球閥包括一個中心孔，它用放在閥腔里的一個球來控制通過管道的液體通道，并由一對可回轉(zhuǎn)的相間隔的環(huán)形座架支承。每一座架環(huán)繞著一個閥座，此兩個閥座將上流通道和下流通道之間密封開。一個共同的問題在于閥門被打開后，當存在大的壓力差時，即高的上流壓力和低的下流壓力，上閥座易于從座架上擠出或脫出閥腔。要解決這個問題，原先的工藝提出采用使上流通道和閥腔之間的壓力平衡的裝置。例如，眾所周知，在閥座外徑上開槽。當壓力差引起上流閥座向球移動時，將球向下流移動一短距離，在閥腔里的壓力通過槽得到平衡。一旦閥腔中的壓力差消除，上流閥座回到其原始位置。
美國專利號3778029是提供作參考，展示了一個二通球閥，它包括一個密封系統(tǒng)，它加封于下流閥座之上而使上流閥座上的壓力平衡。此閥包括一對放在流量控制球各邊上的間隔閥座。每一閥座被一座架環(huán)繞著，使上流閥座架在下流方向故意泄漏，下流閥座則在閥腔和下游流量通道之間產(chǎn)生密封作用。這就是說，僅是下流閥座有效地密封了管道。當希望要平衡進入閥腔的上流壓力時，在二個座架上采用U型密封。此U型密封圈定位在一緊鄰閥腔內(nèi)壁的座架的面向外的角隅上的環(huán)形凹槽內(nèi)。這種密封系統(tǒng)密封了流量控制球的下流邊，平衡了閥腔和上流座之間的壓力，從而減少了打開閥門所需的扭矩。但這種壓力平衡系統(tǒng)的缺點是花費價格昂貴的U型密封圈，對這種使用場合需要有特殊的結(jié)構(gòu)。
上述球閥的另一個缺點是它們通常用在低壓情況下，即每平方英寸3000磅以下，因為彈性閥座在具有高壓力差的高壓負載下變形極大。用于高壓情況下的球閥(即3000-10000psi)通常使用轉(zhuǎn)軸式控制球。一個具有鉸軸安裝的控制球的球閥已減少了操作扭矩但制造成本較大，且密封性能不如具有浮動控制球的閥好。
因此仍需要一種流量控制閥，它能在高壓下使用，具有價廉的密封系統(tǒng)僅密封下流閥座并平衡進入閥腔的上流壓力。
本發(fā)明的主要目的是提供一具有一種密封系統(tǒng)的流量控制閥，它在高壓環(huán)境下工作時，可平衡進入閥腔的上流壓力。
本發(fā)明的另一目的是提供一具有僅密封下流閥座的一種密封系統(tǒng)的流量控制閥。
另一目的包括阻止上流閥座的脫出并減少打開控制閥所需的扭矩。
本發(fā)明涉及到一種使流量控制閥壓力平衡的改進的密封系統(tǒng)。控制閥包括一個具有上下流量通道的閥體，與流量通道相通的環(huán)形閥腔，用于控制通過管道的液體流量的裝置，用于在開和關(guān)位置之間操作液體控制件的裝置，以及平衡在閥腔里的壓差的裝置。流量控制裝置包括一將通道之間的液體連通的中央通道，且位于閥腔的一對間隔環(huán)形座架之間。每一座架圍繞一閥座或環(huán)狀形式安排，它包括一在面朝里的表面上的環(huán)形凹槽，一在軸向面對的表面上的環(huán)形凹槽。
閥座位于向內(nèi)的凹槽內(nèi)，以及一個位于軸向凹槽內(nèi)的密封。壓力平衡裝置包括在上流座架內(nèi)的液體通道，用于將軸向凹槽與閥腔連通。
本發(fā)明的另一特征是前面所述的壓力平衡裝置，包括一個軸向凹槽內(nèi)的環(huán)形槽，以及一在上流座架的面向外的表面上的出口。
本發(fā)明的另一特征是前面所述的壓力平衡裝置包括許多液體通道。
本發(fā)明的另一特征是前面所述的密封件是一O形圈。
本發(fā)明的另一特征是前面所述的通道出口是彼此均勻地間隔分布的。
本發(fā)明的另一特征是前面所述的流量控制裝置是由座架支承的可回轉(zhuǎn)的球。
本發(fā)明的特征包括一個壓力平衡控制閥，其制造成本低，可在高壓下使用，不會使上流閥座脫出，減少打開閥門所需的扭矩，具有良好的關(guān)閉能力。
本發(fā)明以上的目的，特征和優(yōu)點從詳細的說明和附圖中可很清楚表明。


圖1是本發(fā)明流量控制閥包含平衡閥腔壓力裝置的局部縱剖面的垂直視圖;
圖2是從圖1中沿2-2線所取的流量閥閥體的縱向放大剖視圖。
圖3是圖2的上流座架的局部放大圖。
圖4是圖3沿線4-4所切的座架和密封圈的橫剖視圖。
圖5是沿圖3中沿線5-5所取的座架的平面圖。
圖6是與圖3相似的視圖，說明本發(fā)明的座架的另一個實例。
圖7是與圖6相似具有L型的密封圈的本發(fā)明的另一個實例。
見圖1數(shù)字編號12指出本發(fā)明的用于控制流過管線的液體的流量控制閥。然而并不受此限制，本發(fā)明的流量控制閥特別適用于球閥，例如油田的集合管用的球閥。流量控制閥12通過與一上流通道19和一下流通道20相通的腔18控制在管路16里的上流液體。所示的流量控制閥12是一二通閥，它包括一閥體24，一臺肩25，一用于密封地嵌入管道16的外環(huán)表面的擋圈26，控制流過通道的液體流量的裝置，例如，一可回轉(zhuǎn)地安裝在腔18內(nèi)的球32，用于在開啟和關(guān)閉位置之間操縱球的裝置，以及平衡在上流通道和閥腔之間的壓力的裝置。擋圈和閥體用適合的裝置固緊，例如間隔法蘭28。法蘭28由O型圈33與管道的外表面密封，擋圈26用一O型圈34與閥體的內(nèi)表面密封。螺栓30用于將法蘭和閥體緊固。
球32包括一有中心孔的流量通路36，它與通過通道的液體14相通。球操縱裝置包括一位于球的外表面的矩形槽38，其尺寸正好容納操作件42的矩形末端40。一緊固的操作手柄44通過螺釘46來操縱操作件42。轉(zhuǎn)動操作手柄44就可使球32在開和關(guān)的位置之間轉(zhuǎn)換圖1所示為球在開啟的位置。
圖2展示了用于本發(fā)明圖1的閥腔的壓力平衡的改進的密封系統(tǒng)的放大圖?？刂崎y的部分零件被移去以更清楚表達。與圖1不同，在圖2中的球32所示位置是關(guān)閉的。球可通過一上流環(huán)形座架48和一下流環(huán)形座架50而回轉(zhuǎn)地支承在管路16內(nèi)的腔18中。當球在關(guān)閉位置時，在管道的上流一邊和閥腔18之間就會出現(xiàn)高壓差，那就是說上流壓力P1，會大大超過在腔18中的下流壓力P2。由下面的敘述則變得更加清楚，上流壓力P1通過位于上流座架48上的裝置進入腔18，因此兩個壓力平衡，即壓力P1和P2基本上相同。
現(xiàn)在，本發(fā)明的改進過的密封系統(tǒng)通過圖3的局部放大的上流座架48來說明。每一個座架最好完全一樣，這樣可減少在加工中的零件種類，并消除在管道內(nèi)安裝閥時的方向性。
座架48包括一閥座52，一密封圈56以及使上流通路19與腔18之間的壓力平衡的裝置70。座52安放在位于座架48的外表面55上的面朝里的環(huán)形凹槽54內(nèi)。密封圈56最好是O型圈，它被安放在位于座架48的外表面59上的軸向地面對著的環(huán)形凹槽58內(nèi)。其它形狀的密封圈例如L型圈也同樣可使用。每一個座架用其與閥體24的內(nèi)壁相鄰的外表面按環(huán)形關(guān)系圍繞著閥座安置。閥座可以是用任何相對硬的有彈性的合成樹脂材料例如由尼龍四氟乙烯或Delrin制成。座52包括一緊貼球32的表面的面朝內(nèi)的弓形表面60，以及一個軸向面對的表面62，它緊貼凹槽54的軸向面對的表面64。
表面60的曲率半徑最好小于球32的曲率半徑，這有利于在裝配時減輕閥座的負載。凹槽58包括一個外肩84和一個內(nèi)肩86。O型圈56由外肩84內(nèi)肩86和擋圈26的面朝內(nèi)的表面66恰當?shù)刂С兄?br> 壓力平衡裝置70最好包括一從座架48的外向的面對表面80上凹槽部分82徑向向內(nèi)延伸的鉆孔通道72。通道72將上流壓力從軸向凹槽58內(nèi)的入口通向閥腔18。在軸向凹槽58中的入口最好是一個環(huán)形槽73。壓力平衡路徑通過槽73，通道72和一狹窄的通路90到達腔18。通路90是由表面80的凹槽部分82的縮減直徑形成。并由凹槽82和閥體24的內(nèi)表面來限定。壓力平衡裝置70可以包括另一個在向內(nèi)的凹槽54中加工出的環(huán)形槽74，它還與通道72相通，以便當球閥打開的瞬間排放壓力。
在打開控制閥的瞬間發(fā)生這些高壓差情況下，槽74是合于需要的。
在使用過程中在上流座架里的O型圈56是不密封的但允許壓力P1通到閥腔18，壓力P1連續(xù)通過裝置70直到在閥腔里的壓力P2大致上與上流壓力P1相等。在下流座架50(圖2)里的O型圈56密封管道。
剛才所述的壓力平衡裝置特別適用于球閥，應理解，本發(fā)明的壓力平衡裝置可用于其它流量控制閥，例如閘閥。球閥具有流量控制回轉(zhuǎn)的球，可用具有垂直滑動以控制流量的閘的閘閥來代替?；瑒娱l可安置在一對環(huán)形座架之間，其上流閥座靠著閘的上流邊，下流閥座靠著閘的下流邊。
壓力平衡裝置可包括均勻間隔的多路通道。圖4和圖5說明一個壓力平衡裝置的優(yōu)選實例，它包含4個通路72。每一通路有一出口76，出口則彼此均勻分布在座架48的表面80的凹槽部分82內(nèi)。
圖6為軸向凹槽58的另一個實施例。在此實施例中，凹槽58不使用對密封圈56提供徑向支承的外肩，寧可由閥體24的內(nèi)表面提供徑向支承。
圖7是說明本發(fā)明具有與圖6相似的帶座架的另一個實施例。用一個L型密封圈94來代替O型圈。
現(xiàn)將參見圖3來解釋用于壓力平衡的改進的密封系統(tǒng)。當控制閥在關(guān)閉位置時，上流管道壓力P1超過在腔18里的壓力P2情況下，壓力平衡的路徑如下。路徑沿著在上流座架48里的O型圈的內(nèi)側(cè)，沿著肩86的外表面進入槽73，通過通道72到出口76，然后通過通路90進入腔18。當壓力P1朝向槽73通過時，壓力P1趨向于把O型環(huán)向離開內(nèi)肩86的外表面的方向提升。壓力P1連續(xù)地通過裝置70直到在腔18里的壓力P2大致上與上流壓力P1相等。由于下流座架50與上流座架48具有相同的尺寸而產(chǎn)生了壓力平衡，這是因為座架50(圖2)同時與管道16的下流通道20密封。由于將閥腔壓力平衡到上流的壓力，在座52和座架48里的球32之間則存在最小的力。這還減少一半的扭力矩，否則的話，在開啟控制閥時必須要操縱操作桿42。因此二通閥口的O型圈56作為一個單向密封系統(tǒng)僅密封流量控制球的下流邊。同時允許流量控制球和閥腔之間的壓力平衡。
將可理解，只要不離開此發(fā)明的精神和范圍可進行各種變化。因此應由所附權(quán)利要求對本發(fā)明進行限定。
權(quán)利要求
1.一用來控制流經(jīng)管通里的液體通路的閥，包括一具有上流流量通路和下流流量通路的閥體，一與流量通路連通的普通環(huán)形閥腔，控制流過通路的液體的裝置，用于在開啟和關(guān)閉位置之間操縱液體控制件的裝置以及用于平衡在閥腔里的壓差的裝置。流量控制裝置包括一，用以連接通路之間的液體的中央通道，并位于閥腔里的一對間隔環(huán)形座架之間；每一座架按環(huán)狀關(guān)系圍繞著一閥座排列，并包括一在面的向內(nèi)的表面上的環(huán)形凹槽，以及一在軸向面對的表面上的環(huán)形凹槽，閥座位于向內(nèi)的凹槽里，一密封圈位于軸向凹槽內(nèi)；壓力平衡裝置，包括一個在上流座架內(nèi)的液體通路；通路連通上流座架的軸向凹槽與閥腔。
2.如權(quán)利要求1的控制閥，其特征在于密封是O型圈。
3.如權(quán)利要求1的控制閥，其特征在于壓力平衡裝置包括多路通路。
4.如權(quán)利要求3的控制閥，其特征在于通道是彼此均勻地間隔的。
5.如權(quán)利要求4的控制閥，其特征在于面向外的表面包括一凹槽的部分，每個通道的出口位于凹槽部分內(nèi)。
6.如權(quán)利要求2的控制閥，其特征在于軸向凹槽包括一個外支承肩。
7.如權(quán)利要求1的控制閥，其特征在于通道包括一個在軸向凹槽里的環(huán)形槽。
8.如權(quán)利要求7控制閥，其特征在于通道包括一與向內(nèi)凹槽相通的第二凹槽。
9.如權(quán)利要求1的控制閥，其特征在于流量控制裝置是一由座架支承的可回轉(zhuǎn)的球。
10.一用于控制管道里的液體通路的閥，包括一具有上流量通道和下流流量通道的閥體，一與流量通連通的普通環(huán)形閥腔，一控制液體流經(jīng)通道的球，用于在開啟和關(guān)閉位置之間操縱球的裝置，以及用于平衡閥腔內(nèi)壓差的裝置，此球包括一用以連通通道之間的液體的中央通路，此球被回轉(zhuǎn)地支承在閥腔內(nèi)的一對間隔的環(huán)形座架之間;每一座架按環(huán)形關(guān)系圍繞著一閥座排列，包括一在面向內(nèi)的表面上的環(huán)形槽以及一在軸向面對的表面上的環(huán)形槽;閥座位于向內(nèi)凹槽內(nèi)，一O型圈位于軸向凹槽內(nèi);壓力平衡裝置包括一在上流座架內(nèi)以徑向方向向內(nèi)延伸的液體通道;通道與在軸向凹槽里的環(huán)形槽相通，并在上流座架的向外表面上有一出口。
11.一控制流徑管道內(nèi)的流體通道的閥，其組成一具有上流流量和下流流量通道的閥體，一與通道連通的普通環(huán)形閥腔，一控制流經(jīng)通道的液體的球，在開啟和關(guān)閉位置之間的裝置以及平衡在閥腔內(nèi)的壓差的裝置;此球包括一個用于連通通道之間液體的中央通路，它被回轉(zhuǎn)地支承在在閥腔里的一對間隔的環(huán)形座架之間;每一座架按成環(huán)關(guān)系圍繞著一閥座排列，并包括一個在面向內(nèi)的表面上的環(huán)形凹槽，以及一在徑向面對的表面上的環(huán)形凹槽;閥座位于向內(nèi)凹槽里，一O型密封圈位于徑向凹槽內(nèi);壓力平衡裝置包括，在每一座架內(nèi)，徑向向內(nèi)延伸的多路液體通道;每一座架在徑向凹槽內(nèi)有一環(huán)形槽以及在面向外的表面上有通道出口;上流座架的通道與上流座架的徑向凹槽相通，下流座架的通道與下流座架的徑向凹槽相通。
全文摘要
用來控制流經(jīng)管道里的液體通路的閥，包括一具有上、下流流量通路的閥體，一與流量通路連通的普通環(huán)形閥腔，控制流過通路液體裝置，用于在開和關(guān)位置間操縱液體控制件的裝置和用于平衡閥腔里壓差的裝置。流量控制裝置包括一用以連接通路間液體的并位于閥腔內(nèi)一對間隔環(huán)形座架之間的中央通道。所述控制閥制造成本低，可在高壓下使用，不會使上流閥座脫出，減少打開閥門所需的扭矩，具有良好的關(guān)閉能力。
文檔編號F16K5/06GK1106116SQ9411671
公開日1995年8月2日 申請日期1994年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月28日
發(fā)明者威廉J·貝克 申請人:Fmc有限公司