專利名稱：具有條件性潤(rùn)滑表面的閥桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)大體上涉及一種流體閥，更具體地涉及具有條件性潤(rùn)滑表面的可動(dòng)閥裝置。
背景技術(shù)：
諸如旋轉(zhuǎn)閥、線性閥等流體閥通常具有流體流動(dòng)控制構(gòu)件，該流體流動(dòng)控制構(gòu)件設(shè)置在流體流路中，且可操作地耦接至致動(dòng)器，例如氣動(dòng)致動(dòng)器、手動(dòng)致動(dòng)器等。閥桿或閥軸可操作地將流動(dòng)控制構(gòu)件與致動(dòng)器耦接，上述致動(dòng)器使流動(dòng)控制構(gòu)件在打開(kāi)位置與關(guān)閉
位置之間移動(dòng)，以允許或是限制流體在閥的入口與出口之間流動(dòng)。通常地，閥桿或閥軸穿過(guò)耦接至閥體的閥帽而在流動(dòng)控制構(gòu)件與致動(dòng)器之間延伸。閥填料或填料組件常被用來(lái)防止工藝流沿著閥桿或閥軸并穿過(guò)閥體而泄漏至環(huán)境。閥填料可包括沿著閥桿或閥軸的一部分設(shè)置的多個(gè)彈簧和/或填料密封件來(lái)提供密封。一些已知的閥填料使用高彈簧率的載荷裝置或彈簧組件(例如貝氏彈簧)，以在相對(duì)小的偏轉(zhuǎn)或壓縮的范圍內(nèi)提供比較高的載荷。無(wú)法對(duì)填料密封件提供預(yù)期的填料應(yīng)力可能導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)拿芊?。例如，過(guò)小的填料應(yīng)力可能導(dǎo)致工藝流經(jīng)過(guò)填料密封件而泄漏至環(huán)境。過(guò)大的填料應(yīng)力(例如比最大推薦填料應(yīng)力更大)可能導(dǎo)致某些類(lèi)型的填料密封件(例如石墨密封件)將材料轉(zhuǎn)移至閥桿或閥軸，而使材料(例如石墨)聚集在閥桿或閥軸上并使填料密封件受損。附加地或替代地，過(guò)大的填料應(yīng)力可能會(huì)使填料密封件與閥桿或閥軸之間的填料摩擦力增加，這可能降低閥性能，和/或，閥填料和/或閥桿或桿的操作壽命。

發(fā)明內(nèi)容
在一實(shí)例中，閥包括具有設(shè)置在流體閥的閥帽內(nèi)的石墨墊圈的閥填料，并且閥桿或閥軸具有保持潤(rùn)滑材料的條件性表面。閥桿或閥軸的條件性表面設(shè)置在閥帽內(nèi)，并在流體閥的操作過(guò)程中使?jié)櫥牧舷鄬?duì)于石墨墊圈移動(dòng)，且與該石墨墊圈接觸。在另一實(shí)例中，用于流體閥的裝置包括由第一材料制成的可動(dòng)閥裝置。可動(dòng)閥裝置相對(duì)于由比第一材料更軟的第二材料制成的第二表面移動(dòng)。條件性表面沿著可動(dòng)閥裝置的在操作中與第二表面接觸的一部分保持潤(rùn)滑材料。


圖IA示出了已知的流體閥。圖IB示出了圖IA的示例性流體閥的放大圖。圖2示出了已知的閥裝置和填料材料的放大圖。圖3示出了使用在此描述的示例性閥裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的流體閥。圖4A-圖4D示出了在此描述的示例性閥裝置。圖5示出了具有通過(guò)直接方法調(diào)整的表面的、在此描述的閥裝置的另一實(shí)例的放大部分。圖6示出了具有通過(guò)間接方法調(diào)整的表面的、在此描述的閥裝置的又一實(shí)例的放大部分。圖7示出了使用在此描述的示例性閥裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)閥。
具體實(shí)施例方式一般來(lái)說(shuō)，在此描述的示例性方法和裝置基本上降低或防止材料在兩個(gè)不同材料間的動(dòng)態(tài)機(jī)械界面上轉(zhuǎn)移。更具體地，在此描述的方法和裝置在硬的材料表面相對(duì)于相對(duì)較軟的材料表面移動(dòng)并與其接觸時(shí)，顯著降低在第一或硬的材料表面與第二或相對(duì)較軟的材料表面間的界面上的摩擦力。在此描述的實(shí)例中，硬的表面的至少一部分包括具有潤(rùn)滑材料的條件性表面，該潤(rùn)滑材料被條件性表面包住、被內(nèi)嵌在條件性表面中、被沉淀在條件性表面內(nèi)、被條件性表面圍繞、被轉(zhuǎn)移至條件性表面或以其他方式被條件性表面保持。在一些實(shí)例中，潤(rùn)滑材料是與相對(duì)較軟的材料基本相似或相同的材料。換言之，潤(rùn)滑材料或材料 沉積物(例如更軟的材料)被轉(zhuǎn)移至條件性表面、被條件性表面包住、被浸潰在條件性表面內(nèi)或被內(nèi)嵌在條件性表面上。在操作中，包住(或保持)潤(rùn)滑材料的條件性表面與相對(duì)較軟的材料接觸或接合。通過(guò)這種方式，在此描述的示例性裝置在相同材料間，而不是在兩個(gè)不同材料間提供界面，藉此，可顯著降低在不同材料間的界面上的摩擦力。特別地，在此描述的示例性裝置基本上防止材料在閥桿或閥軸與填料材料之間的轉(zhuǎn)移，上述閥桿或閥軸相對(duì)于填料材料(例如石墨填料材料)移動(dòng)(例如轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng))且與其接觸。條件性表面可具有有紋理的表面或相對(duì)光滑的或無(wú)紋理的表面(例如算術(shù)平均粗糙度(Ra)小于32微英寸的表面磨光)，來(lái)包住潤(rùn)滑材料。更具體地，閥桿或閥軸的至少一部分可調(diào)整為包括有紋理的表面(例如圖4A-圖4C的有紋理的表面410-414)或無(wú)紋理的表面或相對(duì)光滑的表面(例如圖4D的無(wú)紋理的表面416)。例如，條件性表面可通過(guò)合適的制造過(guò)程(例如蝕刻、機(jī)械加工、壓花)在界面上形成紋理，在流體閥的操作過(guò)程中，在該界面上，閥桿或閥軸的外表面與填料材料(例如石墨填料)接觸。條件性表面將潤(rùn)滑材料或潤(rùn)滑劑包住(例如內(nèi)嵌或浸潰)。潤(rùn)滑材料可以是與在流體閥操作過(guò)程中與閥桿或閥軸接觸的填料材料基本相似或相同的材料(例如石墨材料)。在另一實(shí)例中，潤(rùn)滑材料可以是諸如聚四氟乙烯(使用碳纖維和PTFE加固)、硅、石墨、聚烯烴、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、Kevlar 合成物及它們的任意組合等任意合適的材料和/或諸如干潤(rùn)滑劑、惰性接合齊U、聚合物等任意合適的潤(rùn)滑材料。在一特別的實(shí)例中，閥桿或閥軸的有紋理的表面或部分可通過(guò)至少一個(gè)腔室或凹處形成，這些腔室或凹處將潤(rùn)滑材料包住，或內(nèi)嵌、填充、圍繞或浸潰有潤(rùn)滑材料。在又一實(shí)例中，條件性表面可具有磨光的表面。因此，在閥桿或閥軸相對(duì)于填料材料移動(dòng)時(shí)，可顯著降低閥裝置與填料材料間的摩擦力，藉此，可降低對(duì)填料材料和/或閥桿和軸的磨損或損傷。在描述示例性方法和裝置之前，結(jié)合圖IA和圖IB對(duì)已知的流體閥100進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。圖IA是流體閥100 (例如滑桿閥)的橫剖視圖。圖IB示出了圖IA的流體閥100的放大部分。流體閥100具有閥體102，其在入口 106與出口 108之間限定流體流動(dòng)通道104。閥塞110設(shè)置在流體流動(dòng)通道104內(nèi)，且具有與閥座114協(xié)配的座面112，以對(duì)端口區(qū)域116進(jìn)行控制，其中，流體可流過(guò)上述端口區(qū)域116而在入口 106與出口 108之間流動(dòng)。閥桿118延伸穿過(guò)閥帽120，來(lái)將閥塞110耦接至致動(dòng)器(未圖示)(例如氣動(dòng)致動(dòng)器、電致動(dòng)器、手動(dòng)致動(dòng)器等)。閥帽120包括用于接收或罩住閥填料組件124的填料孔122，當(dāng)致動(dòng)器使閥桿118在第一位置(例如打開(kāi)位置)與第二位置(例如關(guān)閉位置)之間移動(dòng)時(shí)，上述填料孔122可滑動(dòng)地接收閥桿118。閥填料組件124具有一密封件，用以防止工藝流流過(guò)閥桿118而泄漏和/或保護(hù)環(huán)境免受有害或污染的流體擴(kuò)散。換言之，閥填料組件124具有一密封件，該密封件用于對(duì)抗流過(guò)流體流動(dòng)通路104的工藝流的壓強(qiáng)。在圖IB中最清晰地示出，閥填料組件124包括填料凸緣126,該填料凸緣126通過(guò)填料螺栓128和填料螺母130而耦接至閥帽120。填料材料或密封組件132圍繞閥桿118，并設(shè)置在閥帽120的填料孔122內(nèi)。在本實(shí)例中，填料材料或密封組件132包括石墨填料密封件或環(huán)134 (例如柔性石墨環(huán))、石墨合成墊圈136 (例如石墨合成填料擋圈)、碳襯套138和填料箱環(huán)140。填料材料132通常沿軸向壓縮，以確保填料材料132的內(nèi)孔或表面142與閥桿118 密封，且填料材料132的外表面144與閥帽120的填料孔122密封。沿軸線146對(duì)填料材料132軸向加載使填料材料132沿徑向膨脹，以在移動(dòng)閥桿118上在填料材料132與閥桿118接觸的界面或運(yùn)動(dòng)線148處提供動(dòng)態(tài)密封，并在填料孔122中在填料材料132與填料孔122接觸處提供靜態(tài)密封。因此，閥填料組件124必須適當(dāng)?shù)鼗虺浞值丶虞d，以提供能對(duì)抗流過(guò)流體閥100的工藝流的壓強(qiáng)的填料密封。為了保持密封，填料材料132必須保持處于載荷(例如軸向載荷)下。因此，在填料載荷不充分時(shí)，其妨礙填料材料132進(jìn)行適當(dāng)密封的能力。另一方面，當(dāng)填料載荷過(guò)大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的閥桿摩擦力，其能降低填料材料132的有效壽命并導(dǎo)致閥發(fā)粘。在所說(shuō)明的實(shí)例中，可將多個(gè)偏置元件或彈簧150(例如貝氏彈簧)定位或連續(xù)堆疊在填料凸緣126與填料從動(dòng)件154的凸緣或肩部152之間。填料螺母130可用于相對(duì)于填料從動(dòng)件154可調(diào)節(jié)地驅(qū)動(dòng)或推動(dòng)彈簧，而上述填料從動(dòng)件154轉(zhuǎn)而沿軸向壓縮填料材料132，以提供密封并防止工藝流流過(guò)閥桿118而泄漏。當(dāng)填料螺母130被緊固在填料螺栓128上時(shí)，填料凸緣126將載荷傳輸至彈簧150。隨著填料螺母130被緊固，彈簧150彎曲或壓縮，以經(jīng)由填料從動(dòng)件154對(duì)填料材料132提供填料應(yīng)力(例如軸向載荷)。在本實(shí)例中，彈簧150通過(guò)對(duì)填料材料132提供均一的載荷并在閥操作(例如閥沖程)過(guò)程中保持這一均一的填料載荷，藉此來(lái)提供一種動(dòng)載荷閥填料。換言之，彈簧150對(duì)填料從動(dòng)件154提供基本恒定的載荷，以在填料材料132上施加基本恒定的壓縮力。因此，若填料材料132發(fā)生固結(jié)(例如因磨損)，彈簧150延伸以使填料從動(dòng)件154朝閥帽120移動(dòng)，以將壓縮力保持在填料材料132上，藉此，來(lái)保持填料材料132的密封完整性。在處于填料載荷下,材料比石墨墊圈134的材料稍硬的石墨合成環(huán)136起到反擠壓構(gòu)件的作用，來(lái)幫助防止石墨墊圈134的稍軟且柔韌的石墨材料轉(zhuǎn)移至閥桿118。此外，材料比石墨合成環(huán)136的材料硬得多的碳襯套138有助于保持閥桿118在填料中定心，以防止石墨墊圈134和石墨合成環(huán)136中的更軟的填料材料遭受變型和破壞。操作條件(例如工藝流的溫度和/或壓強(qiáng)、工藝流或應(yīng)用的類(lèi)型等)要經(jīng)常確定所使用的填料材料的類(lèi)型，來(lái)對(duì)特定的工藝流或應(yīng)用提供充分的密封。諸如石墨填料材料等某些已知的填料材料可在艱險(xiǎn)的運(yùn)行條件(例如工藝流溫度高于450 °F，壓強(qiáng)高達(dá)大約4500psig下使用。例如,Grafoil 填料比起例如聚四氟乙烯(PTFE)填料(例如Teflon )更不易受到不均勻熱膨脹的影響。這種石墨填料材料(例如Grafoil . 填料)可能需要更高的軸向填料載荷，來(lái)實(shí)現(xiàn)和/或產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拿芊狻５?，如上所述，更高的軸向載荷會(huì)產(chǎn)生相對(duì)更高的閥桿摩擦力。附加地，在某些例子中，這種石墨填料材料可能需要潤(rùn)滑材料或潤(rùn)滑劑，以便在閥桿118相對(duì)于填料材料132移動(dòng)時(shí)降低在閥桿118與填料材料132間的界面148上的摩擦力。否則，倘若所提供的填料應(yīng)力過(guò)大，則可能會(huì)產(chǎn)生比較高的填料摩擦力，其可降低閥性能和/或降低填料材料操作壽命。例如，比較高的或比最大期望填料應(yīng)力更大的填料應(yīng)力可能導(dǎo)致諸如石墨填料材料等某些填料材料破裂。填料材料的這種破裂能導(dǎo)致石墨材料不受控制地沉積在閥桿上，這可能導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)拿芊饣蜻^(guò)早失效，進(jìn)而導(dǎo)致流體流過(guò)閥桿并泄漏至環(huán)境中。在本實(shí)例中，石墨墊圈134是層壓石墨墊圈/具有PTFE材料(例如Teflon )的 PTFE墊圈，以防止在石墨填料材料與閥桿118之間的轉(zhuǎn)移。示例性合成層壓環(huán)在美國(guó)專利5，299，812和美國(guó)專利5，542，681中說(shuō)明，將上述兩篇文獻(xiàn)以全文參考的形式納入本文。為了進(jìn)一步防止或降低材料在石墨填料材料與閥桿或閥軸之間轉(zhuǎn)移，填料組件可包括由PTFE材料制成的填料墊圈或盤(pán)。例如，圖IA和圖IB的填料組件132包括由PTFE材料制成的填料墊圈或盤(pán)156，該填料墊圈或盤(pán)156設(shè)置在石墨墊圈134與石墨合成環(huán)136之間。PTFE填料墊圈156在閥桿118與填料材料132間的界面或運(yùn)動(dòng)線148上提供潤(rùn)滑(和密封)，藉此，可實(shí)質(zhì)降低摩擦力，并降低材料在石墨墊圈134和/或石墨合成環(huán)136與閥桿118之間的轉(zhuǎn)移。更具體地，PTFE填料墊圈156部分地相對(duì)于閥桿118擠出，以便在閥桿118移動(dòng)或滑動(dòng)穿過(guò)填料組件124時(shí)對(duì)其提供潤(rùn)滑。因此，隨著使用PTFE填料墊圈156，可實(shí)質(zhì)上降低或消除由石墨墊圈134和/或石墨合成環(huán)136的破裂引起的材料在閥桿118上聚集的情況。但是，在諸如核應(yīng)用等某些應(yīng)用中，可能不允許使用具有PTFE材料(例如石墨/PTFE合成填料材料132)的填料材料。在這種應(yīng)用中，經(jīng)常使用由純石墨材料制成的填料。但是，如上所述，使用由石墨制成的填料材料而沒(méi)有潤(rùn)滑材料或潤(rùn)滑劑(例如在層壓石墨/PTFE墊圈134和PTFE填料墊圈156中)會(huì)增加閥桿118與填料材料132的界面或運(yùn)動(dòng)線148間的摩擦力，從而導(dǎo)致填料材料132和/或閥桿118過(guò)早磨損或損傷。圖2大致示出了材料沉積物200在較軟的材料或填料材料202與不具有潤(rùn)滑材料或潤(rùn)滑劑的、相對(duì)更硬的材料或閥裝置204(例如閥桿或閥軸)之間不受控制地轉(zhuǎn)移或聚集。例如，與圖IA和圖IB的示例性填料組件124不同的是，圖2的示例性填料材料202不包括PTFE填料墊圈156和/或具有PTFE材料的任何合成材料。如圖所示，材料沉積物200沿著在閥裝置204相對(duì)于填料材料202移動(dòng)(例如滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))時(shí)閥裝置204與填料材料202接觸的界面或運(yùn)動(dòng)線206而轉(zhuǎn)移至閥裝置204。填料材料202 (例如石墨填料)通常比閥裝置204的材料(例如不銹鋼等)更軟。因此，填料材料202會(huì)屈服于閥裝置204，且在閥裝置204相對(duì)于缺少潤(rùn)滑材料的填料材料202 (例如圖IA和圖IB的層壓石墨/PTFE墊圈134和PTFE填料墊圈156)移動(dòng)(例如滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))時(shí)，填料材料202 —般會(huì)破裂，從而導(dǎo)致在閥裝置204上聚集材料沉積物200。材料沉積物200的聚集可能導(dǎo)致閥裝置204的面或表面208擦傷、磨損或損傷。附加地或替代地，例如，填料材料202的面210可能會(huì)損傷或磨損，從而導(dǎo)致填料材料202在操作中發(fā)生故障(即無(wú)法提供密封并導(dǎo)致流過(guò)填料材料202的流體泄漏)。換言之，材料沉積物200不受控制且具有不限定的輪廓或形狀，由于填料材料202可能無(wú)法平坦地接合或接觸閥裝置204且與閥裝置204形成密封，因此，上述輪廓或形狀干擾填料材料202的密封功能。在某些實(shí)例中，填料組件(例如圖IA和圖IB的填料組件124)可具有刮拭裝置或環(huán)。在閥裝置204在第一位置(例如打開(kāi)位置)與第二位置(例如關(guān)閉位置)之間移動(dòng)時(shí)，刮拭環(huán)可從閥裝置204除去材料聚集或材料沉積物200。但是，在從閥裝置204除去材料沉積物200時(shí)，既可以手動(dòng)(例如經(jīng)由圖IA和圖IB的填料螺母130)也可以經(jīng)由動(dòng)載荷填料(例如壓縮圖IA和圖IB的貝氏彈簧)來(lái)對(duì)填料應(yīng)力或載荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而在填料材料202磨損時(shí)對(duì)填料材料202進(jìn)行加載并使填料材料202的面210與閥裝置204的面208接合(即重新接合)。但是，在操作中需要頻繁對(duì)填料材料202進(jìn)行上述調(diào)節(jié)，以在材料沉積物200繼續(xù)從填料材料202的除去部分處形成時(shí)，在界面206上提供適當(dāng)密封。頻繁調(diào)節(jié)(即增加)填料應(yīng)力或載荷可能導(dǎo)致填料材料202的過(guò)早或快速磨損和/或劣化，從而導(dǎo)致工藝流因填料材料202損傷或磨損而沿著閥裝置204泄漏至環(huán)境。 圖3示出了與在此描述的示例性可動(dòng)閥裝置302 —起實(shí)現(xiàn)的流體閥300 (例如滑桿閥等)。示例性可動(dòng)閥裝置302是可滑動(dòng)地設(shè)置在流體閥300的閥帽304內(nèi)的閥桿?？蓜?dòng)閥裝置302可由不銹鋼或任何合適的材料制成。閥帽304包括填料孔306，用以接收或罩住填料組件308。填料組件308包括填料材料310，該填料材料310可滑動(dòng)地接收可動(dòng)閥裝置302且實(shí)質(zhì)環(huán)繞可動(dòng)閥裝置302，用于提供密封并防止工藝流沿著可動(dòng)閥裝置302的軸線312泄漏至環(huán)境。如圖所示，填料材料310包括模壓石墨帶墊圈或密封件314、合成墊圈316、碳襯套318和填料箱環(huán)319。填料組件308也包括偏置元件320 (例如貝氏彈簧)，用于經(jīng)由從動(dòng)件322和填料凸緣324對(duì)填料材料310施加填料應(yīng)力或載荷(例如動(dòng)載荷填料應(yīng)力)。填料凸緣324經(jīng)由填料螺母326和填料螺栓328耦接至螺帽304。填料螺母326相對(duì)于填料螺栓328轉(zhuǎn)動(dòng)，以對(duì)經(jīng)由偏置元件320施加在填料材料310上的填料應(yīng)力或載荷進(jìn)行調(diào)節(jié)(例如增加或減少)。與圖IA和圖IB的填料組件124相反，圖3的示例性填料組件308沒(méi)有包括圖IA和圖IB的PTFE填料墊圈156或?qū)訅菏?PTFE墊圈134?？蓜?dòng)閥裝置302包括條件性表面330，該條件性表面330沿著可動(dòng)閥裝置302的、在可動(dòng)閥裝置302相對(duì)于填料材料310移動(dòng)(例如滑動(dòng))時(shí)與填料材料310接合的表面或部分334將潤(rùn)滑材料或潤(rùn)滑劑332 (例如干潤(rùn)滑材料)包住(例如內(nèi)嵌或保持)。在本實(shí)例中，潤(rùn)滑材料332是石墨材料。但是，在其它實(shí)例中，潤(rùn)滑材料332可以是干潤(rùn)滑材料、聚四氟乙烯(PTFE材料)、聚醚醚酮材料(PEEK)、聚烯烴、聚乙烯和/或其它任何潤(rùn)滑材料或與條件性表面330在操作中接合的材料大致相似或相同的材料。在操作中，致動(dòng)器(未圖示)使可動(dòng)閥裝置302在第一位置與第二位置之間移動(dòng)，從而使可動(dòng)閥裝置302沿裂紋線(fault line)或界面336 (例如自然微觀分型線)相對(duì)于填料材料310滑動(dòng)。因此，可動(dòng)閥裝置302的條件性表面330可被與填料材料310相同的材料包住、或是內(nèi)嵌或浸潰有該材料，從而在兩個(gè)基本相似的材料之間，而不是在兩個(gè)不同的材料之間有效地提供界面。示例性可動(dòng)閥裝置302明顯降低在可動(dòng)閥裝置302與填料材料310間的界面336上的摩擦力，從而降低磨損并延長(zhǎng)填料操作壽命。通過(guò)增加填料材料310的操作壽命，在此描述的示例性可動(dòng)閥裝置302明顯降低與不得不更換和/或維修填料材料310和/或可動(dòng)閥裝置302相關(guān)的成本和關(guān)閉時(shí)間。圖4A-圖4D示出了分別具有在此描述的條件性表面400的示例性可動(dòng)閥裝置402,404,406和408。示例性可動(dòng)閥裝置402,404,406和408可以是閥桿和/或軸。一般來(lái)說(shuō)，可動(dòng)閥裝置402、404、406和408的條件性表面400可分別包括圖4A-圖4C的有紋理的表面410、412或414、或是在圖4D中示出的相對(duì)光滑或無(wú)紋理的表面416。有紋理的表面例如可具有算術(shù)平均粗糙度(Ra)大于32微英寸的表面磨光或紋理，無(wú)紋理的表面例如可具有算術(shù)平均粗糙度(Ra)小于或等于32微英寸的表面磨光或紋理。參照?qǐng)D4A-圖4C，例如，有紋理的表面410包括槽或鋸齒狀圖案420，有紋理的表面412包括矩陣或網(wǎng)眼圖案422，有紋理的表面414包括磨損或有缺口的圖案424。有紋理的表面410、412和414例如可通過(guò)磨光、壓花、蝕刻(例如化學(xué)蝕刻)、機(jī)械加工、噴砂和/或任意其它合適的工藝來(lái)形成。如在下文中更詳細(xì)地描述的那樣，可通過(guò)使閥裝置408相對(duì)于潤(rùn)滑材料移動(dòng)，來(lái)調(diào)整無(wú)紋理的表面416 (例如光滑磨光表面)，以使?jié)櫥牧限D(zhuǎn)移和/或粘貼于閥軸408。在一特殊的實(shí)例中，潤(rùn)滑材料可包括粘合材料或粘合劑(例如PTFE)，·該粘合材料或粘合劑幫助潤(rùn)滑材料(例如石墨材料)粘貼或轉(zhuǎn)移至無(wú)紋理的表面416。潤(rùn)滑材料或材料沉積物(例如較軟的材料)可通過(guò)直接方法、間接方式或其它任何合適的制造工藝，來(lái)轉(zhuǎn)移至可動(dòng)閥裝置402、404、406和408的條件性表面400、被該條件性表面400包住、浸潰在該條件性表面400內(nèi)、或是內(nèi)嵌在該條件性表面400上。一般來(lái)說(shuō)，材料沉積物或潤(rùn)滑材料的聚集或轉(zhuǎn)移可設(shè)置在條件性表面400上，其可提供和/或被加工成提供磨光表面。此外，可通過(guò)分別結(jié)合圖5和圖6在下文中描述的直接或間接方法來(lái)調(diào)整有紋理的表面410、412或414和無(wú)紋理的表面416中的任一個(gè)。圖5示出了具有通過(guò)直接方法調(diào)整的表面502的示例性可動(dòng)閥裝置500的放大部分。條件性表面502與填料材料504相鄰。如上所述，可使條件性表面502具有紋理或不具有紋理。在本實(shí)例中，通過(guò)例如如上所述的制造工藝來(lái)使條件性表面502具有一個(gè)或多個(gè)凹陷、凹槽、腔室或凹處506的紋理。如圖所示，條件性表面502具有沿可動(dòng)閥裝置500的、與填料材料504的面512交界并接觸的面或表面510設(shè)置的多個(gè)凹槽508的紋理。每個(gè)凹槽508的大小適于接收材料沉積物514，其可具有與填料材料504的特性基本相似或相同的特性。凹槽508可具有適用于特定的應(yīng)用的任何合適的大小或尺寸，和/或任何合適的大小，以便控制所要轉(zhuǎn)移至可動(dòng)閥裝置500的期望量的材料沉積物514來(lái)提供條件性表面502，附加地或替代地，在其它實(shí)例中，材料沉積物514可以是不同于填料材料504的任何合適的材料，諸如比填料材料504相對(duì)更軟的潤(rùn)滑材料。在另外的實(shí)例中，材料沉積物514可以是填料材料504、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、高密度聚乙烯、聚烯烴、惰性粘合劑和/或其它任何合適的材料的組合。通過(guò)直接方法，使可動(dòng)閥裝置500相對(duì)于諸如填料材料(例如填料材料504)、層壓填料材料(例如圖3的石墨/PTFE墊圈134)等潤(rùn)滑材料移動(dòng)或輪轉(zhuǎn)。為了將潤(rùn)滑材料或潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移至可動(dòng)閥裝置500以提供條件性表面502，可動(dòng)閥裝置500可組裝有測(cè)試固定裝置、備用閥(bench valve)或閥帽狀固定裝置?？蓜?dòng)閥裝置500相對(duì)于相對(duì)更軟的潤(rùn)滑材料輪轉(zhuǎn)，來(lái)形成材料沉積物514。例如，可動(dòng)閥裝置500可與車(chē)間中的備用閥一起實(shí)現(xiàn)并輪轉(zhuǎn)(例如轉(zhuǎn)動(dòng)或沖擊)，以便使可動(dòng)閥裝置500相對(duì)于設(shè)置在備用閥的閥帽內(nèi)的填料材料(例如圖IA和圖IB的填料材料132)移動(dòng)。可對(duì)潤(rùn)滑材料加載至預(yù)定的壓縮力或高應(yīng)力水平和/或?qū)ζ浼訜?例如不高于600 T的溫度)，并可對(duì)可動(dòng)閥裝置500進(jìn)行致動(dòng)，以使其相對(duì)于潤(rùn)滑材料504或沿著潤(rùn)滑材料504 (例如石墨填料材料)移動(dòng)，來(lái)使材料沉積物514轉(zhuǎn)移至條件性表面502、被條件性表面502包住、填充或內(nèi)嵌在條件性表面502上。一旦條件性表面502包住材料沉積物514，便可將可動(dòng)閥裝置500從備用閥去除，并組裝在現(xiàn)場(chǎng)所使用的流體閥。附加地，可通過(guò)例如滾光、砂布或其它任何工藝來(lái)對(duì)條件性表面502進(jìn)行加工，以提供磨光表面。磨光表面可進(jìn)一步降低摩擦力，且防止填料材料進(jìn)一步轉(zhuǎn)移至可動(dòng)閥裝置500。接著，可將可動(dòng)閥裝置500組裝在現(xiàn)場(chǎng)所使用的閥中。在其它實(shí)例中，為了通過(guò)間接方法提供條件性表面502，可經(jīng)由工具或機(jī)器(例如車(chē)床)將材料沉積物514轉(zhuǎn)移至可動(dòng)閥裝置500。在一特定的實(shí)例中，通過(guò)使閥裝置在例如車(chē)床中轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)將相對(duì)更軟的材料沉積物514與可動(dòng)閥裝置500接合，就可將材料沉積物514轉(zhuǎn)移至凹槽508、或是使沉積物514被凹槽508包住、或是浸潰或內(nèi)嵌在凹槽508內(nèi)?！ぁぴ谀承?shí)例中，潤(rùn)滑材料可具有結(jié)合劑或樹(shù)脂，以有助于將潤(rùn)滑材料(例如石墨材料)粘接至條件性表面(即有助于使用可動(dòng)閥裝置500包住潤(rùn)滑材料)。這種潤(rùn)滑材料特別有利于與無(wú)紋理的條件性表面(例如圖4D的無(wú)紋理的表面416)。在一實(shí)例中，可動(dòng)閥裝置500可與具有石墨填料和PTFE組成物的潤(rùn)滑材料一起實(shí)現(xiàn)。例如，可動(dòng)閥裝置500可相對(duì)于備用閥的層壓石墨/PTFE環(huán)(例如圖IA和圖IB的墊圈134)輪轉(zhuǎn)。層壓墊圈例如可包括由片狀材料制成的柔性石墨環(huán)(例如87%石墨、80%石墨等)，其中層壓有由PTFE片狀材料制成的PTFE環(huán)(例如13% PTFE,20% PTFE等)。示例性層壓環(huán)在美國(guó)專利5，299，812和美國(guó)專利5，542，681中說(shuō)明，將上述兩篇文獻(xiàn)以全文參考的形式納入本文?？蓪?duì)層壓石墨/PTFE墊圈進(jìn)行壓縮(例如經(jīng)由動(dòng)載荷閥填料)和加熱(例如至600 0F的溫度)，來(lái)幫助將合成潤(rùn)滑材料轉(zhuǎn)移至條件性表面502。在某些實(shí)例中，這種工藝提供光滑的、黑的磨光表面或條件性表面。PTFE潤(rùn)滑劑可幫助石墨材料粘接至可動(dòng)閥裝置500的有紋理和/或無(wú)紋理的表面。在一特定的實(shí)例中，在條件性表面502包住和/或內(nèi)嵌有石墨填料材料和PTFE潤(rùn)滑劑之后，可將可動(dòng)閥裝置500加熱至高于PTFE潤(rùn)滑劑的升華溫度的溫度，從而除去可能大致內(nèi)嵌在可動(dòng)閥裝置500的面510旁邊或附近的任何PTFE潤(rùn)滑材料。在另外的實(shí)例中，合成層壓墊圈可包括石墨材料或?qū)訅河欣缇巯N類(lèi)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚烯烴、聚苯并咪唑(PBI)和/或其它有助于或可使?jié)櫥?石墨)材料粘接至可動(dòng)閥裝置的有紋理和/或無(wú)紋理的表面的材料的其它潤(rùn)滑材料。在操作中，轉(zhuǎn)移至條件性表面502、或被條件性表面502包住(保持)的材料沉積物514相對(duì)于填料材料504移動(dòng)并與其接觸。因此，可降低可動(dòng)閥裝置500的、由相對(duì)更硬的材料制成且與填料材料504的面512接觸的面510的比例或百分比。因此，在磨損表面或界面516上，接合表面的相對(duì)較大部分由相同或相似的材料制成，從而能顯著降低摩擦力，并能實(shí)質(zhì)減少如結(jié)合圖2在上文中描述的在兩個(gè)不同的材料之間可能出現(xiàn)的材料轉(zhuǎn)移。附加地，在某些實(shí)例中，磨光條件性表面502和/或潤(rùn)滑材料可進(jìn)一步降低界面516上的摩擦力。因此，在此描述的示例性方法和裝置提供沿兩個(gè)不同材料間的界面516的均一的裂紋線，該裂紋線防止材料在填料材料504與可動(dòng)閥裝置500的相對(duì)較硬的面或表面510之間的去除或轉(zhuǎn)移。更具體地，均一的裂紋線提供一自然的或受控的界面或運(yùn)動(dòng)線，從而在兩個(gè)不同的材料(例如可動(dòng)閥裝置500和填料材料504)相對(duì)于彼此移動(dòng)并接觸時(shí)對(duì)材料轉(zhuǎn)移或材料沉積物514進(jìn)行控制?？刂撇牧铣练e物514在界面516上的聚集可顯著降低摩擦力，進(jìn)而降低在形成填料材料504和可動(dòng)閥裝置500 (例如閥桿或閥軸)的兩個(gè)不同的材料間的磨損。 圖6示出了具有通過(guò)間接方法調(diào)整的表面602的另一示例性可動(dòng)閥裝置600?？墒箺l件性表面602具有紋理(例如可具有槽、腔室、開(kāi)口等)或不具有紋理。若具有紋理，則例如可通過(guò)機(jī)械加工、壓花、噴砂、蝕刻(例如化學(xué)蝕刻)和/或其它任何合適的制造工序來(lái)使條件性表面602具有紋理。與結(jié)合圖5描述的方法相反的是，潤(rùn)滑材料或潤(rùn)滑劑604可在操作中自然地轉(zhuǎn)移到條件性表面602、或被條件性表面602包住、或內(nèi)嵌在條件性表面602內(nèi)、或是被條件性表面602保持。如圖6所示，為了通過(guò)間接方法將潤(rùn)滑材料604供應(yīng)或轉(zhuǎn)移至可動(dòng)閥裝置600，可動(dòng)閥裝置600可與現(xiàn)場(chǎng)所使用的流體閥一起組裝，而沒(méi)有最初被轉(zhuǎn)移至條件性表面602、沉積在條件性表面602上、被條件性表面602包住或是內(nèi)嵌在條件性表面602內(nèi)的潤(rùn)滑材料或潤(rùn)滑劑604。在操作中，由于可動(dòng)閥裝置600由比填料材料606相對(duì)更硬的材料(例如不銹鋼等)制成，因此，隨著可動(dòng)閥裝置600相對(duì)于填料材料602輪轉(zhuǎn)或移動(dòng)，填料材料606會(huì)屈服于可動(dòng)閥裝置600。在可動(dòng)閥裝置600相對(duì)于填料材料606移動(dòng)時(shí)，材料沉積物606的較小部分從填料材料606的表面或面610破裂，并轉(zhuǎn)移至條件性表面602。在本實(shí)例中，條件性表面602具有包括凹槽612的有紋理的表面。凹槽612從填料材料606處接收材料沉積物608。例如，使具有可動(dòng)閥裝置600的閥相對(duì)于石墨填料材料606輪轉(zhuǎn)可導(dǎo)致填料材料606的材料沉積物608轉(zhuǎn)移至條件性表面602、被條件性表面602包住、或是內(nèi)嵌在條件性表面602內(nèi)。在本實(shí)例中，隨著可動(dòng)閥裝置600繼續(xù)相對(duì)于填料材料606移動(dòng)(例如滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))，相對(duì)更軟的填料材料606的材料沉積物608從面610破裂，并轉(zhuǎn)移至條件性表面602，直至凹槽612嵌滿或填滿材料沉積物608。一旦凹槽612被填滿或嵌滿材料沉積物608，被條件性表面602保持的材料沉積物608相對(duì)于填料材料606的面610移動(dòng)并與其接觸或接合，從而顯著降低在可動(dòng)閥裝置600與填料材料606間的界面或磨損表面614上的摩擦力。換言之，由于可顯著降低與填料材料606的面610接觸或接合的可動(dòng)閥裝置600的面或表面616的數(shù)量或百分比，因此，可動(dòng)閥裝置600的條件性表面602在兩個(gè)基本相同的材料間提供界面或運(yùn)動(dòng)線。因此，即便在操作中初始設(shè)置時(shí)條件性表面602沒(méi)有包住潤(rùn)滑材料604，在可動(dòng)閥裝置600相對(duì)于填料材料606移動(dòng)時(shí)，自然或受控的裂紋線將沿可動(dòng)閥裝置600與填料材料606間的界面或磨損表面614形成。附加地，由于隨著在流體閥的操作過(guò)程中條件性表面602接收(即填充有)填料材料606的材料沉積物608時(shí)，可基本降低具有不同材料的可動(dòng)閥裝置600的面616與填料材料606的面610間的接觸區(qū)域，因此，可降低摩擦力和磨損。此外，可使凹槽612的大小或尺寸(例如具有深度和形狀)設(shè)定為對(duì)由條件性表面602所接收的材料沉積物608的數(shù)量進(jìn)行控制。在這種情況下，可對(duì)從填料材料606的面61破裂的材料沉積物608的數(shù)量進(jìn)行控制。
與閥裝置204可使材料沉積物在閥裝置204與填料材料202間過(guò)度去除或轉(zhuǎn)移的、圖2的示例性硬表面或閥裝置204和填料材料或較軟材料202相反的是，圖6所示的示例性可動(dòng)閥裝置600 (及圖3、圖4A-圖4D和圖5所示的示例性可動(dòng)閥裝置300、402-408和500)對(duì)從填料材料606的面610移除的材料沉積物608的數(shù)量進(jìn)行限制或控制。由于一旦填料材料606的材料沉積物608轉(zhuǎn)移至可動(dòng)閥裝置600的條件性表面602 (例如有紋理或無(wú)紋理的表面)、內(nèi)嵌或填充在條件性表面602，就可顯著降低在界面614上的摩擦力，因此，控制有紋理(例如凹槽或孔口 )或無(wú)紋理的條件性表面602的尺寸或大小可對(duì)材料從填料材料606的面610轉(zhuǎn)移的量進(jìn)行限制或控制。因此，一旦條件性表面602包住或內(nèi)嵌有填料材料606的材料沉積物608，則可實(shí)質(zhì)防止或限制材料從填料材料606進(jìn)一步轉(zhuǎn)移至可動(dòng)閥裝置600。在此描述的示例性方法和裝置可用于實(shí)質(zhì)降低或減少在第一或硬材料或表面相對(duì)于第二或相對(duì)更軟材料移動(dòng)(例如滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))時(shí)，在界面或磨損表面(例如運(yùn)動(dòng)線)上相互接觸的兩個(gè)不同材料間的材料轉(zhuǎn)移。例如，圖7示出了可與在此描述的示例性可動(dòng)閥裝置702(例如閥軸)一起實(shí)現(xiàn)的另一示例性流體閥(例如旋轉(zhuǎn)閥)700。這種閥裝置包括可具有有紋理或無(wú)紋理的表面的條件性表面704。附加地，可通過(guò)在此描述的直接或間接 方法來(lái)提供條件性表面704。在此描述的示例性方法和裝置可用于具有相對(duì)于彼此移動(dòng)且彼此接觸的兩個(gè)不同材料的滑桿閥、旋轉(zhuǎn)閥、往復(fù)泵或其它任何類(lèi)型的流體控制裝置用。附加地或替代地，在此示例性方法和裝置可用在操作過(guò)程中相對(duì)于彼此移動(dòng)(例如滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))且彼此接觸的至少兩個(gè)不同材料間的界面上發(fā)生磨損的任何應(yīng)用中。這種應(yīng)用包括，但不局限于磨削應(yīng)用(例如砂磨)、采礦和鉆井應(yīng)用、軸承材料或組件等。盡管在此描述了某些方法和裝置，但是本專利的覆蓋范圍不局限于此。恰恰相反，本發(fā)明覆蓋字面上或是按照等同原則合理地落入所附的權(quán)利要求書(shū)的范圍中的所有方法和裝置。
權(quán)利要求
1.一種流體閥，包括 閥填料，該閥填料具有設(shè)置在所述流體閥的閥帽內(nèi)的石墨墊圈；以及 閥桿或閥軸，該閥桿或閥軸具有條件性表面，以保持潤(rùn)滑材料， 其中，所述閥桿或閥軸的所述條件性表面設(shè)置在所述閥帽內(nèi)，并在所述流體閥的操作過(guò)程中使所述潤(rùn)滑材料相對(duì)于所述石墨墊圈移動(dòng)，且與該石墨墊圈接觸。
2.如權(quán)利要求I所述的流體閥，其中，所述潤(rùn)滑材料包括石墨材料。
3.如權(quán)利要求I所述的流體閥，其中，所述流體閥是旋轉(zhuǎn)閥或滑桿閥。
4.如權(quán)利要求I所述的流體閥，其中，所述條件性表面是磨光的。
5.如權(quán)利要求I所述的流體閥，其中，所述條件性表面是有紋理的。
6.如權(quán)利要求5所述的流體閥，其中，有紋理的表面包括具有算術(shù)平均粗糙度(Ra)小于32微英寸的表面磨光或紋理。
7.如權(quán)利要求5所述的流體閥，其中，有紋理的表面包括凹槽、腔室或凹處。
8.如權(quán)利要求7所述的流體閥，其中，所述凹槽、腔室或凹處具有受控的尺寸、形狀或大小。
9.如權(quán)利要求5所述的流體閥，其中，有紋理的表面是通過(guò)機(jī)械加工形成的。
10.如權(quán)利要求5所述的流體閥，其中，所述潤(rùn)滑材料內(nèi)嵌或浸潰在有紋理的表面上。
11.如權(quán)利要求I所述的流體閥，其中，所述條件性表面在與所述閥組裝之前包住所述潤(rùn)滑材料。
12.如權(quán)利要求I所述的流體閥，其中，所述條件性表面在所述閥的操作過(guò)程中包住所述潤(rùn)滑材料。
13.一種用于流體閥的裝置，包括 由第一材料制成的可動(dòng)閥裝置，其中，所述可動(dòng)閥裝置用于相對(duì)于由比所述第一材料更軟的第二材料制成的第二表面移動(dòng)；以及 條件性表面，該條件性表面用于沿著所述可動(dòng)閥裝置的在操作中與所述第二表面接觸的一部分保持潤(rùn)滑材料。
14.如權(quán)利要求13的裝置，其中，所述可動(dòng)閥裝置包括閥桿或閥軸。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述第一材料包括不銹鋼，所述第二材料包括石墨。
16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述條件性表面包括有紋理的表面。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中，有紋理的表面包括多個(gè)槽。
18.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述潤(rùn)滑材料包括石墨。
19.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述潤(rùn)滑材料與所述第二材料大致相似或相同。
20.一種裝置,包括 用于將潤(rùn)滑材料保持在由第一材料制成的閥軸或閥桿的至少一部分上的裝置，其中，所述用于保持所述潤(rùn)滑材料的裝置用于相對(duì)于由比所述第一材料更軟的第二材料制成的第二表面移動(dòng)且與該第二表面接觸。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，還包括用于將所述潤(rùn)滑材料轉(zhuǎn)移至所述用于保持的裝置的裝置。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，還包括用于向所述用于保持所述潤(rùn)滑材料的裝置提供磨光的表面的裝置。
全文摘要
本發(fā)明描述具有條件性潤(rùn)滑表面(332)的可動(dòng)閥裝置(306)。示例性閥包括具有設(shè)置在所述流體閥的閥帽(304)內(nèi)的石墨墊圈(314)的閥填料(308)，閥桿或閥軸(302)具有可對(duì)潤(rùn)滑材料進(jìn)行保持的條件性表面。所述閥桿或閥軸的所述條件性表面設(shè)置在所述閥帽內(nèi)，并在所述流體閥的操作過(guò)程中使所述潤(rùn)滑材料相對(duì)于所述石墨墊圈移動(dòng)，且與該石墨墊圈接觸。
文檔編號(hào)F16J15/18GK102947633SQ201180030369
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者M·J·林瑟, W·D·赫琴斯 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制國(guó)際公司