用于高溫控制閥的復(fù)合動(dòng)力閥密封組件的制作方法
【專利摘要】滑桿控制閥包括閥體，位于閥體和可滑動(dòng)安裝在閥體中的閥塞之間的閥座圈，閥塞和閥座配合控制流體流動(dòng)經(jīng)過控制閥。復(fù)合密封組件位于閥塞和閥座之間，復(fù)合密封組件包括位于第一支撐圈和第二支撐圈之間的復(fù)合密封圈。偏置元件靠近第二支撐圈，且擋圈靠近偏置元件，從而保持偏置元件靠近第二支撐圈。
【專利說明】用于高溫控制閥的復(fù)合動(dòng)力閥密封組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及過程控制閥，譬如滑桿閥，且更特別地涉及滑桿控制閥，其具有用于高溫操作的復(fù)合動(dòng)力閥密封組件。
【背景技術(shù)】
[0002]過程控制閥用于需要對(duì)過程流體流動(dòng)調(diào)整或者控制的系統(tǒng)或者過程中。這樣的控制閥可配置成滑桿閥、旋轉(zhuǎn)閥、球形閥等。通過設(shè)定控制元件的位置，譬如閥塞，相對(duì)于閥座的位置，可以精確地設(shè)定流經(jīng)控制閥的流體。閥塞大體上在閥體內(nèi)相對(duì)閥座滑動(dòng)或者移動(dòng)。在一些控制閥中，可包括閥盒，閥塞在該閥盒中滑動(dòng)。因?yàn)殚y塞在閥體中滑動(dòng)，所以防止閥塞和閥體(或者閥盒)之間的流體流動(dòng)是重要的。同時(shí)，需要在閥塞和閥體(或者閥盒)之間減少摩擦和最小化磨損及粘合。
[0003]在一些控制閥中，密封件可集成到閥塞自身中，密封件或者可以集成到閥體(或者閥盒)或閥帽中。無論如何，密封件必須防止流體在閥塞和閥體或者閥帽之間流動(dòng)。在防止流體于控制元件和閥體或者閥帽之間流動(dòng)，及減少控制元件和閥體或者閥帽之間產(chǎn)生的摩擦兩者上做出的努力中，一些滑桿閥已經(jīng)將相對(duì)較軟的材料集成到密封件中。這樣的密封件是彈簧加載、壓力輔助唇形的密封件，其由有序、填充或者增強(qiáng)的聚四氟乙烯護(hù)套配合不銹鋼、鎳或者鈷基合金構(gòu)成的耐腐蝕彈簧構(gòu)成。其他含氟聚合物、超高分子量聚乙烯以及聚氨酯是所使用的其他護(hù)套材料。已經(jīng)使用過的其他類型的密封件包括具有基于聚四氟乙烯(PTFE)的耐磨環(huán)的合成O形環(huán)、星形封、支撐圈以及基于PTFE的金屬增強(qiáng)整裝密封件。當(dāng)減少摩擦和提高質(zhì)量時(shí)，彈性密封件、軟質(zhì)材料通常無法在高溫環(huán)境下使用，因?yàn)楦邷貤l件下，材料會(huì)融化、蠕變或者降解。所有的這些軟質(zhì)材料僅僅用于相對(duì)較低的溫度下，小于600° F(小于約 316°C)。
[0004]傳統(tǒng)的高溫滑桿控制閥通常具有可以承受高溫的集成的單片、硬質(zhì)石墨密封圈。因石墨密封圈能夠承受高溫，石墨密封圈通常不會(huì)在閥塞和閥體(或者閥盒)或閥帽之間提供優(yōu)化的密封，因?yàn)樗鼈儾蝗彳?、不服帖和不具有彈性。石墨密封圈可因閥塞和閥體(或者閥盒)之間生成的摩擦而受損，且它們相對(duì)于粘附到閥塞或者閥體(或者閥盒)的流動(dòng)流顆?；蛘呶廴疚镏械念w?；蛘呶廴疚飦碚f較為脆弱。比起低溫環(huán)境下使用的較軟的橡膠或者塑料柔性材料來說，單片石墨材料缺乏柔軟度，導(dǎo)致更為嚴(yán)重的關(guān)閉泄漏。此外，石墨密封圈具有相對(duì)較高的摩擦系數(shù)，當(dāng)閥塞移動(dòng)之時(shí)，這引起過度摩擦和磨損。這種過度摩擦和磨損引起了密封件和/或控制元件的降解以及過早失效。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]滑桿控制閥包括具有出口和入口的閥體。入口和出口通過流體流動(dòng)通道流動(dòng)地連接。閥座位于流體流動(dòng)通道中?？苫瑒?dòng)控制元件與閥座配合從而控制流體流經(jīng)閥體。密封組件位于控制元件和閥體之間。密封組件包括位于第一支撐圈和第二支撐圈之間的復(fù)合密封圈。偏置元件位于靠近支撐圈之一，且擋圈將偏置元件保持為位于靠近支撐圈，這樣由偏置元件產(chǎn)生的力被傳遞到支撐圈，并因而傳遞到復(fù)合密封圈。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施方式中，高溫滑桿控制閥的密封組件包括位于第一支撐環(huán)和第二支撐圈之間的復(fù)合密封圈。偏置元件位于靠近第二支撐圈，且擋圈位于靠近偏置元件。復(fù)合密封圈可以由PTFE和金屬制成。
[0007]在又一個(gè)實(shí)施方式中，密封圈組件可位于形成在控制組件中的環(huán)形槽中。
[0008]在又一個(gè)實(shí)施方式中，密封圈組件可位于形成在閥體中的環(huán)形槽中。
[0009]所公開的密封圈組件在高溫環(huán)境下提供了卓越的密封性能，同時(shí)降低或者最小化控制部件和閥殼體之間的摩擦。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)構(gòu)建的滑桿控制閥的剖視圖
[0011]圖2為圖1中滑桿控制閥控制元件的近距剖視圖，其包括復(fù)合密封組件；
[0012]圖3為包含了復(fù)合密封組件的控制元件部分的近距剖視圖。
[0013]因?yàn)楸景l(fā)明受各種改進(jìn)和替換結(jié)構(gòu)的影響，復(fù)合動(dòng)態(tài)閥密封組件已在附圖示出，且下面將詳細(xì)說明。應(yīng)理解的是，然而，并非旨在將本發(fā)明限制在所公開的特定形式中，相反，旨在覆蓋落入到由附隨的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的所有的改進(jìn)、替換結(jié)構(gòu)，和等同方式。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了下方的說明，術(shù)語(yǔ)，譬如向內(nèi)，向外，徑向向內(nèi)或者徑向向外被用來指相對(duì)于閥桿中心軸線A的相對(duì)位置。同樣地，譬如上、下、向上或向下之類的術(shù)語(yǔ)，被用來指示當(dāng)控制閥如圖所示放置時(shí)，相對(duì)的朝向。
[0015]現(xiàn)在參考附圖，圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明所公開示例的教導(dǎo)來組裝的滑桿控制閥10，且其具有閥體12、流體入口 14、流體出口 16以及連接流體入口 14和流體出口 16的通道18。雖然在圖1中示出的控制閥為滑桿閥，但本發(fā)明的教導(dǎo)也可應(yīng)用于其他類型的控制閥，譬如旋轉(zhuǎn)滑閥、球閥、球心閥等?？刂撇考?，譬如閥塞20，可滑動(dòng)地安裝在閥體12中，且可在閉合位置(如圖1所示)和打開位置(未示出)之間轉(zhuǎn)換，在閉合位置其防止流體流經(jīng)閥體12，在打開位置使得流體流經(jīng)閥體12。在圖1的示例中，閥塞為平衡閥塞20。在其他實(shí)施方式中，閥塞可以是非平衡的。閥10包括閥座圈22，其與閥塞20配合以控制流體流經(jīng)閥體12?？刂崎y10也包括耦接至閥塞20且延伸穿過閥帽28的閥桿26。閥桿26沿著軸線A延伸，并連接到閥致動(dòng)器(未示出)，用以在閉合位置和打開位置之間移動(dòng)閥塞，在所示出的閉合位置上，閥塞20與閥座圈22接觸，因而防止流體流經(jīng)通道18，而在打開位置，閥塞20與閥座圈22分隔開，因而使得流體流經(jīng)通道18。
[0016]現(xiàn)在參考圖2和3，如圖2左側(cè)所示，閥密封組件30位于形成在閥塞20中的環(huán)形槽32中?？蛇x地，密封組件30可位于形成在閥體12中的環(huán)形槽33中，如圖2右側(cè)所示。無論如何，密封組件30可包括由聚四氟乙烯(PTFE)/金屬混合物制成的復(fù)合密封圈34。在一個(gè)實(shí)施方式中，復(fù)合密封圈34可以由PTFE主體36構(gòu)成，該主體包括嵌入PTFE主體36中的金屬增強(qiáng)環(huán)38(見圖3)。該金屬增強(qiáng)環(huán)38實(shí)際上可由任意譬如S31600不銹鋼的耐用金屬形成。金屬增強(qiáng)環(huán)38具有“Z形”截面。金屬增強(qiáng)環(huán)38可包括具有第一內(nèi)邊緣42和第二外邊緣44的第一部分40,以及具有第一內(nèi)邊緣48和第二外邊緣50的第二部分46。第一部分40和第二部分46可相互隔開，并大體上垂直定向于軸線A。第一部分40和第二部分46在一個(gè)示例中可位于平行的平面中。第三部分52包括第一內(nèi)邊緣54和第二外邊緣56。例如，如圖3所示，第三部分52的內(nèi)邊緣54連接到第一部分40的內(nèi)邊緣42，且第三部分52的外邊緣56可連接到第二部分46的外邊緣50。在其他實(shí)施方式中，第三部分52可以反過來，這樣第三部分的外邊緣56連接到第一部分40的外邊緣44，而第三部分52的內(nèi)邊緣54連接到第二部分46的內(nèi)邊緣48。無論如何，金屬增強(qiáng)環(huán)38將施加到密封組件30的軸向載荷轉(zhuǎn)換為復(fù)合密封環(huán)34的徑向變形，從而在閥塞20和閥體18之間形成流體密封，同時(shí)PTFE主體36潤(rùn)滑閥塞20和閥體12之間的連接。
[0017]復(fù)合密封圈34可位于第一支撐圈60和第二支撐圈62之間。第一和第二支撐圈60，62可由任意的可硬化材料形成，譬如S41600不銹鋼。第一和第二支撐圈60、62維持復(fù)合密封圈34在環(huán)形槽32中合適的定位，并為復(fù)合密封圈34提供防擠出保護(hù)。第一和第二支撐圈60、62也保護(hù)復(fù)合密封圈34不受如過熱和超壓的環(huán)境因素的影響。偏置元件64，如碟形彈簧、纏繞式墊片、或者螺栓壓帽，例如，可位于靠近第二支撐圈62。偏置元件64對(duì)第二支撐圈62施加軸向力，其又將該力傳遞給復(fù)合密封圈34。金屬增強(qiáng)環(huán)38將軸向力轉(zhuǎn)換為PTFE主體36的徑向變形。該P(yáng)TFE主體36向外(即徑向)膨脹，形成了抵住閥體12的緊密密封。PTFE主體36的向外膨脹也有助潤(rùn)滑控制元件20和閥體12的連接處，從而在控制元件20移動(dòng)期間減少摩擦。擋圈70將偏置元件64保持在抵住第二支撐圈62的位置上。擋圈70可至少部分地位于在形成于控制元件20或閥體12中的環(huán)形縫隙72中。擋圈70防止偏置元件64與第二支撐圈62分離。
[0018]根據(jù)所公開實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)，提供了一種用于高溫控制閥的復(fù)合密封組件其具有優(yōu)越的密封能力，同時(shí)減少控制元件和閥體之間的摩擦。通過形成由PTFE和金屬制成的復(fù)合密封主體，復(fù)合密封主體將軸向載荷轉(zhuǎn)化為徑向變形，這形成了更好的密封，同時(shí)潤(rùn)滑了控制元件與閥體之間的連接處。
[0019]僅為了清楚理解，給出了上述詳細(xì)說明，且不應(yīng)由此理解為限制，因?yàn)樽冃螌?duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。
【權(quán)利要求】
1.一種滑桿控制閥包括: 閥體，其具有通過通道流體連接的入口和出口； 密封圈，其安裝在所述通道中； 控制元件，其滑動(dòng)地設(shè)置在所述閥體中，所述控制元件和所述閥座配合，從而控制流體流動(dòng)經(jīng)過所述閥體；以及 復(fù)合密封組件，其具有位于第一支撐圈和第二支撐圈之間的復(fù)合密封圈，靠近所述第二支撐圈的偏置元件，以及保持所述偏置元件靠近所述第二支撐圈的擋圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑桿控制閥，其中所述復(fù)合密封圈包括主體部分和嵌入所述主體部分中的金屬增強(qiáng)環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滑桿控制閥，其中所述主體部分由PTFE形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滑桿控制閥，其中所述金屬增強(qiáng)環(huán)具有Z形截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的滑桿控制閥，其中所述金屬增強(qiáng)環(huán)包括相互隔開的第一部分和第二部分，所述第一和所述第二部分都基本上垂直定向于所述閥塞的縱向軸線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的滑桿控制閥，其中所述第一部分為具有內(nèi)邊緣和外邊緣的環(huán)，所述第二部分為具有內(nèi)邊緣和外邊緣的環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的滑桿控制閥，進(jìn)一步包括位于所述第一部分和所述第二部分之間的第三部分，所述第三部分不垂直且不平行于所述第一部分和所述第二部分，所述第三部分為具有內(nèi)邊緣和外邊緣的環(huán)狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的滑桿控制閥，其中所述第三部分的所述內(nèi)邊緣連接到所述第一部分的所述內(nèi)邊緣，且所述第三部分的外邊緣連接到所述第二部分的所述外邊緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑桿控制閥，其中所述閥密封組件位于形成在所述閥塞中的環(huán)形槽中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑桿控制閥，其中所述閥密封組件位于形成在所述閥體中的環(huán)形槽中。
11.一種用于高溫控制閥的復(fù)合密封組件，所述復(fù)合密封組件包括: 復(fù)合密封環(huán)，其位于第一支撐圈和第二支撐圈之間； 偏置元件，其靠近所述第二支撐圈；以及 擋圈，其保持所述偏置元件抵住所述第二支撐圈。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的復(fù)合密封組件，其中所述復(fù)合密封圈包括主體部分和嵌入所述主體部分中的金屬增強(qiáng)環(huán)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的復(fù)合密封組件，其中所述主體部分由PTFE形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的復(fù)合密封組件，其中所述金屬增強(qiáng)環(huán)具有Z形截面。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的復(fù)合密封組件，其中所述金屬增強(qiáng)環(huán)包括相互隔開的第一部分和第二部分，所述第一和所述第二部分都基本上垂直定向于所述閥塞的縱向軸線。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的復(fù)合密封組件，其中所述第一部分為具有內(nèi)邊緣和外邊緣的環(huán)，所述第二部分為具有內(nèi)邊緣和外邊緣的環(huán)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的復(fù)合密封組件，進(jìn)一步包括位于所述第一部分和所述第二部分之間的第三部分，所述第三部分不垂直且不平行于所述第一和所述第二部分，所述第三部分為具有內(nèi)邊緣和外邊緣的環(huán)狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合密封組件，其中所述第三部分的所述內(nèi)邊緣連接到所述第一部分的所述內(nèi)邊緣，且所述第三部分的外邊緣連接到所述第二部分的所述外邊緣。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的復(fù)合密封組件，其中所述金屬增強(qiáng)環(huán)由S31600不銹鋼制成。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的復(fù)合密封組件，其中至少一個(gè)所述支撐圈由S41600不銹鋼制 成。
【文檔編號(hào)】F16K51/00GK104048059SQ201410155732
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】T·D·格雷博 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制國(guó)際公司