專利名稱：球閥的制作方法
球閥
背景技術：
此部分旨在向讀者介紹可能涉及本發(fā)明各方面的技術的多個方面，這些方面在下文有所描述和/或主張。相信此論述有助于向讀者提供背景信息以促進對本發(fā)明的各個方面的更好理解。因此，應了解，這些聲明應藉此來解讀，而并非對現(xiàn)有技術的認可。球閥通過使用具有口或孔的球體，能夠對流經導管的水流進行控制，所述口或孔通常位于所述球體的中心。所述閥通過旋轉球體而開啟，使得所述口或孔與所述閥的兩端成一直線。因此水流可以從所述閥的第一端開始移動，橫向穿過所述口或孔，并且繼續(xù)穿過所述閥的第二端。同樣，所述閥通過旋轉所述球體而關閉，使得所述口或孔定位成垂直于所述閥的端部。不幸地是，所述球體在負載條件下可能隨著時間的推移而變形，從而引起泄露或不當?shù)拿芊狻?br>

參考附圖閱讀以下具體實施方式
后，將對本發(fā)明的各個特征、方面和優(yōu)點有更深入的了解，在所有圖中，類似符號代表類似部分，其中:圖1是根據本發(fā)明的一項實施例的球閥和閥門致動器的透視圖；圖2是根據本發(fā)明的一項實施例的耳軸球閥(trunnion ball valve)的側視分解透視圖，所述耳軸球閥包含帶凸緣的閥門端、閥體以及球體組件；圖3是根據本發(fā) 明的一項實施例的球閥部件的側視分解透視圖；圖4是根據本發(fā)明的一項實施例的球閥的截面圖；圖5是根據本發(fā)明的一項實施例的環(huán)形集成式閥座(annular integrated seat)的局部截面圖；以及圖6是雙關雙斷閥的一項實施例的側視截面圖。
具體實施例方式下文將描述本發(fā)明的一項或多項具體實施例。這些所描述的實施例僅示范本發(fā)明。另外，為提供對這些示范性實施例的簡明描述，說明書中可能不描述實際實施方案的所有特征。應了解，在任何此類實際實施方案的開發(fā)過程中，如任何工程或設計規(guī)劃中，必須作出大量實施方案特定的決策以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如符合系統(tǒng)相關和商業(yè)相關約束，其可在實施方案間變化。此外，應了解，此開發(fā)嘗試可能較復雜且耗時，但對于得到本發(fā)明益處的一般技術人員來說仍然將是設計、制作和制造的常規(guī)任務。當介紹本發(fā)明的各項實施例的元件時，冠詞“一”和“所述”既定表示存在所述元件中的一者或一者以上。術語“包括”、“包含”和“具有”既定為包含性的，且表示可能存在除所列舉元件外的額外元件。此外，為了方便起見，使用“頂部”、“底部”、“上方”、“下方”和這些術語的變型，而不要求部件的任何特定定向。所公開的實施例包含球閥，例如，耳軸球閥，所述球閥具有一體形成于球體中的閥座，所述閥座能夠通過鉆孔到閥座界面(bore-to-seat interface)來減少或者消除泄露。所述閥座設置在球體中，并且包含適用于密封式地維持與鉆孔接觸的幾何形狀以及“活塞效應”技術，即使在球體并不完全呈球形的情況下也是如此。此外，球體的很大一部分可以是“未加工的”或者未完成的，其中只有密封與修整(trim)區(qū)域是經過機器加工的，因此可以節(jié)省制造的時間和成本。所述球閥可以與具有不同尺寸(例如，直徑大約在1/2英寸到30英寸之間、15英寸到45英寸之間、35英寸到80英寸之間)和不同流動壓力(例如,大約在5PSI到50，000PSI之間)的管路一起使用。另外，所述球閥能夠減少由降低的活塞效應引起的致動轉矩。此外，本文中公開的集成式閥座技術帶來了一種適用于改進的安裝以及維護的簡單球閥設計。實際上，所述簡單球閥設計消除了使用專門工具和技術的必要性，例如，在檢修傳統(tǒng)的球閥時使用收縮閥座工具和/或精密的多個密封元件。圖1是耳軸球閥10、槳片致動器(paddle actuator) 12、手動致動器14以及液壓致動器16的實施例的側視透視圖。耳軸球閥10的耳軸或閥桿18可以連接到致動器12、14或16中的任何一個，并且用于通過施加轉矩來開啟或者關閉所述球閥。例如，可以連接槳片致動器12以用于海底應用，并且由遙控潛水器(ROV)所使用。所述ROV可以使所述槳片旋轉，從而開啟或者關閉球閥10。類似地，可以連接手動致動器14并且用于地面上的應用。人工操作員可以轉動手動致動器的輪20，從而開啟或者關閉球閥10。另外，液壓致動器16可以用于遠程閥門啟動。相應地，球閥10可以通過遠程液壓(或電)傳動來進行遠程開啟或關閉。可以通過使用本文中所公開的某些實施例來減少球閥10的致動轉矩，例如，使用一體形成于球體中的閥座，并且同時能夠使用較高的工作壓力。在所描 繪的實施例中，耳軸球閥10包含長度為L1的閥體22。如圖所示，閥體22可以附接到一組帶凸緣的閥門端24和26上。在某些應用中，例如，指定需要快速地移除并且替換閥門的應用中，帶凸緣的閥門端24和26可以用于牢固地將閥體22連接到導管或者管路上。所述帶凸緣的閥門端24和26使得在帶凸緣的管等導管中安裝和移除球閥10變得容易。所述球閥10的安裝可以通過，例如，使用適用于將帶凸緣的閥門端24和26緊固到導管的墊圈和多個螺母和螺栓來實現(xiàn)。在其他應用中，例如，在海底歧管應用中，需要使用焊接來將球閥10牢固地耦接到導管。將球閥10焊接到導管上可以減輕重量、產生更加牢固的連接，并且形成基本防漏的通道。相應地，帶凸緣的閥門端24和26可以用一組可焊接的閥門端(未圖示)取代。實際上，使用本文中所描述的某些實施例，例如，設置在球體中的集成式閥座，允許使用焊接熱而不會損壞閥門的部件部分。所述可焊接的閥門端能夠承受在焊接期間生成的熱量，并且能夠滿足IS014313(管道閥門)以及IS014723(海底管道閥門)規(guī)范。實際上，耳軸閥門10能夠滿足多種與閥門有關的ISO、ANS1、AP1、ASME和/或NACE規(guī)范，也包含海底規(guī)范在內。另外，應理解也可以使用其他閥門端，包含帶凸緣的閥門端、可焊接的閥門端和/或中心閥門端的組合。也就是說，閥體22可以包含位于閥體22一端的帶凸緣的閥門端24以及位于相對端的中心閥門端。圖2描述了圖1所示的耳軸球閥10的分解透視圖，描繪了帶凸緣的閥門端24和26、閥體22以及球體組件28的細節(jié)。球體組件28經配置以允許軸向方向上的水流30。例如，水流30可以由泵、壓縮機、井壓或者能夠產生使流體穿過流體通道32運動的任何其他裝置來驅動，所述流體通道32由閥體22的內壁界定。在所描述的實施例中，球體組件28包含球體34，球體34具有通道36，例如，近似圓形的開口 36。球體組件28可以設置在閥體22的內部，并且相對于閥體22旋轉，從而開啟和關閉流體通道32。實際上，球體組件28的旋轉引起了圓形開口 36的等效的旋轉,從而使水流30穿過閥體22的一側31向內進入閥體22，橫穿過開口 36并且繼續(xù)穿過閥體22的相對側33向外離開。水流30可以穿過閥體22的兩側31、33中的任一側進入，并且穿過相對側離開。在所描述的實施例中，耳軸球閥10包含帶凸緣的閥門端24和26，如圖1所示，帶凸緣的閥門端24和26可以相對于閥體22同心或者同軸地進行緊固。相應地，水流30可以從帶凸緣的閥門端24(或26)進入閥體22，橫穿過開口 36，并且穿過凸緣26 (或24)離開。在某些實施例中，帶凸緣的閥門端24和26可以包含適用于嚙合閥座38 (例如，超環(huán)面或者環(huán)形的閥座38)的接觸表面或壁。環(huán)形閥座38合并到球體組件28中，并且在某些實施例中包含“活塞效應”特征，所述特征使球體組件28能夠更加牢固地進行密封，即使在球體34可能不完全呈球形的情況下也是如此。例如，所述活塞效應特征可以包含一個或多個腔室，所述腔室適用于使用流體流30來使環(huán)形閥座38逆著流動的方向發(fā)生傾斜。實際上，閥座38使球體34經受一定程度的變形，而同時閥座38維持適當?shù)拿芊庖缘挚沽黧w流30。閥座38使閥 門10在較高的流動壓力下操作，例如，壓力大約在5PSI到50，000PSI之間，并且使管路尺寸大約在1/2英寸到30英寸之間、15英寸到45英寸之間、35英寸到80英寸之間。這種高壓高流量的條件可能會導致未并入集成式閥座38的傳統(tǒng)球閥中的球體變形并伴有相應的密封泄露。通過使用集成式閥座38可以基本上減少或者消除這種泄露。實際上，本文中所公開的實施例在維持適當?shù)拿芊夥矫婢哂袑嵸|性改善，即使在球體34經歷較高壓力和/或較高流速的情況下也是如此，這是因為球體組件28的閥桿18區(qū)域附近最容易發(fā)生變形，而該區(qū)域獨立于集成式閥座38。在某些實施例中，閥體22可以具有改進的維修和/或制造入口，方法是將適用于將球體組件28插入閥體22中的頂部進入開口 37包含在閥體22內。傳統(tǒng)上，需要專門的工具和/或多個密封元件來移除或者替換球體34，例如，因為具有設置在閥門端24的鉆孔40內部以及設置在閥門端26的鉆孔42上的彈簧承載的閥座?，F(xiàn)在可以用球體組件28上的集成式閥座38來取代這種鉆孔安裝的閥座。相應地，球體組件28可以在球體開啟位置被移除和/或插入閥體22中，而無需專門的工具和/或密封元件。實際上，如下文中關于圖3的詳細描述，在球體組件28上使用集成式閥座38使球閥10更容易進行維修且更加簡單。圖3是球體組件28的一項實施例的側視分解透視圖。在所描繪的實施例中，球體組件28包含球體34，球體34具有位于球體34的第一側31上的凹槽44 (例如，環(huán)形凹槽)?？梢詫Π疾?4進行磨制或者機器加工以形成光滑的表面。凹槽44經配置以與密封件46、彈簧48、閥座環(huán)或墊圈50以及環(huán)形閥座38嚙合。第二環(huán)形閥座38與對應的凹槽44、密封件46、彈簧48以及閥座環(huán)50相對于第一側31上的閥座38設置在球體34的第二側33上。使用集成式閥座38有助于在適用于采用高壓流的更簡單的球閥10中改進密封。在某些實施例中，通過保留大部分的球體34未完成或者“未加工”可以減少制造時間和成本。也就是說，球體34可以進行鑄造，并且僅球體的某些區(qū)域進行鑄造，例如，靠近凹槽44的區(qū)域或者在凹槽44上的區(qū)域，可以通過機器加工、磨制，和/或涂覆涂層來進一步進行處理。球體34的剩余部分可能不會與閥門10的其他部件密封接觸，因此，并不是所有球體區(qū)域都需要進一步的處理和/或涂層。應理解，在其他實施例中，球體34的其他區(qū)域可以接受進一步的處理，包括磨制、機器加工，和/或涂層。
在所描繪的實施例中，密封件46首先設置在凹槽44上。密封件46可以使閥座38與球體34之間進行改進的密封。相應地，密封件46可以是彈性體密封件、塑料密封件、石墨密封件，或者由任何其他合適的材料制成。隨后可以將彈簧48設置在凹槽44上。如下文關于圖4的詳細描述，彈簧48在閥座38與球體34之間施加壓縮力，所述壓縮力可以向外“推動”閥座38使其遠離球體34。因此彈簧48可以有助于增強閥座38的外向壁52與端部24和26的鉆孔40和42內部的某些壁之間的接觸。在某些實施例中，可以對外向壁52進行涂覆，以減少接觸摩擦并且有助于提高耐腐蝕性。例如，外向壁52可以涂覆有碳化物基涂層，例如，碳化鎢涂層(TCC)、碳化硼涂層，或者任何其他合適的涂層。閥座環(huán)50可以設置在閥座38與彈簧48之間。閥座環(huán)50可以用于限制閥座38的移位，并且維持彈簧48的壓縮力。也可以提供不同厚度的閥座環(huán)50，并且所述閥座環(huán)可以用于針對不同的操作環(huán)境對球閥10進行微調。較厚的閥座環(huán)50可以使閥座38向外遠離球體34的距離增加，從而增大閥座38與閥門端24和26的某些壁之間的接觸表面和/或接觸力。類似地，較細長的閥座環(huán)50可以使閥座38向外遠離球體34的距離減小，從而減小閥座38與閥門端24的某些壁之間的接觸表面和/或接觸力。同樣地，彈簧48可以具有不同彈力，以適用于增大或者減小由彈簧48引起的閥座38的向外傾斜。在某些實施例中，彈簧48的力可以僅用于促進壓力增力口，并且對于給定尺寸的閥門10而言，彈簧48的力可以是一個恒定值。相應地，可以對球閥10進行微調，以提供適用于多種操作環(huán)境的密封力，所述操作環(huán)境例如，低壓環(huán)境、中壓環(huán)境以及高壓環(huán)境。在某些實施例中，閥座38可以包含“活塞效應”特征，如同下文關于圖4的詳細描述。所述活塞效應特征可以經配置以使得球閥10能夠在多種操作環(huán)境下充分密封地進行操作。實際上，所述“活塞效應”可以經過修改而在高壓應用中操作。圖4是處于完全閉合位置的耳軸球閥10的一項實施例的截面圖。如圖所示，位于第一側31上的環(huán)形集成式閥座38靠著壁54進行彈簧偏置，并且位于第二側33上的環(huán)形集成式閥座38靠著壁56進行彈簧偏置。在某些實施例中，環(huán)形閥座38確保與壁54和56進行金屬對金屬的接觸。所述金屬對金屬閥座在高溫應用和/或腐蝕性流體應用等應用中可能非常有用。相應地，環(huán)形閥座38以及壁54和56可以由金屬和/或金屬合金，例如，鉻鎳鐵合金、不銹鋼 、鉻鑰鋼、鋼鐵等制成。此外，可以對閥座38和/或壁54和56進行涂覆(例如，TCC涂覆)，以減少摩擦并且提高抗腐蝕性。在其他實施例中，閥座38和39可以帶來“柔軟密封”，例如，彈性體對金屬或者彈性體對彈性體的接觸。相應地，閥座38和39以及/或者壁54和56可以包含彈性體插入件，或者可以由熱塑性塑料、合成橡膠、聚合物，或者其他非金屬密封材料等彈性體材料制成。如果閥門長時間處于閉合位置，那么此類“柔軟密封”實施例，例如，可以有助于防止接觸點之間的電解。應理解，在其他實施例中，閥座38和39可以接觸閥體22的壁而不是閥門端24和26的壁54和56。實際上，閥體22的壁可以用于密封流體通道32。使用環(huán)形密封件38可以產生更簡單的球閥10。例如，球體34與球體組件28具有基本上相同的長度Lp此外，閥門端24和26可以不需要使用鉆孔閥座。鉆孔閥座通常需要額外的空間，因為它是與球體34分開的。相反地，閥門端24和26可以直接與球體34上的集成式閥座38接觸。此項實施例產生了具有改進的密封性能的更簡單球閥10。閥門10還可以包含設置在閥體22中的適用于在線維修的頂部進入部件58。具體而言，可以移除頂部進入部件58，而同時閥門10的剩余部件仍然耦接到導管60上(即，與導管60成一直線)。當移除頂部進入部件58時，可以檢查球體組件28部件，并且可以進行維修。例如，可以替換球閥10的部件，包含閥座38在內。耳軸球閥10的實施例還可以包含“活塞效應”特征，在該特征中流動壓力有助于維持閥座38與壁54和56之間的牢固的密封接觸。在一項單活塞效應實施例中，耳軸球閥10經設計以使用流體壓力來進一步協(xié)助對第一側31和/或第二側33上的閥座38進行密封。例如，流體流62可以進入鉆孔40并且沖擊球體34。流體流62可以產生撞擊球體34的壓力。這種壓力可以使球體34朝向下游流體62的方向移動，從而使下游閥座38更加牢固地靠著閥門端26的壁56偏置。實際上，增大流體流的壓力可以相應地增大撞擊球體34的活塞效應壓力，從而使閥座38更加牢固地進行密封。類似地，流體流64可以進入鉆孔42，并且沖擊球體34，從而產生撞擊球體34的流體壓力。所述壓力可以使球體34朝向下游流體64的方向移動，從而使下游閥座38更加牢固地靠著閥門端24的壁54偏置。圖5是沿線5-5截得的圖4所示的集成式閥座38的一項實施例的局部截面圖。在一項雙活塞效應實施例中，耳軸球閥10經設計以使用流體壓力來進一步對兩個環(huán)形閥座38進行密封。如上文關于圖4所述，進入鉆孔40的流體流62可以產生適用于使閥座38更加牢固地靠著壁56偏置的壓力。這種相同的流體流62還可以產生適用于使閥座38更加牢固地靠著閥門端24的壁54偏置的壓力。相應地，流體流62可以進入鉆孔40，并且流入球體34的腔室66以及集成式閥座38的腔室68中。由進入腔室66和68的流體流62產生的流體壓力可以朝著壁54向外移動或者推動閥座38。實際上，流體壓力的進一步的增大可以使上游閥座38與壁54之間的接觸力也相應增大。隨著閥座38移動，密封件46可以有助于維持流體流62下游的牢固密封。此外，彈簧48也可以協(xié)助將閥座38從球體34向外移動。另外，由于閥座38獨立于球體34，所以即使球體34朝向流體62的下游移動和/或經受變形，也可以維持閥座38與壁54之間的密封或者接觸。實際上，為了使球閥10維持牢固的密封，球體34不一定要近似呈球形。相應地，所述雙活塞效應能夠使用流體62的壓力來協(xié)助對兩側31和33上的閥座38進行密封。圖6是多球組裝閥(multiple ball assembly valve)的一項實施例的截面圖，例如，雙關雙斷閥70，所述閥包含兩個球體組件72和74。具體而言，球體組件72包含環(huán)形集成式閥座76和78，而球體組件74包含環(huán)形集成式閥座80和82。實際上，集成式閥座76、78,80和82允許制造具有兩個(或多個)球體組件72和74的簡單閥。在所描繪的實施例中，使用兩個球體組件72和74使水流雙隔離。例如，第一球體組件72可以用于止住流體流83，而同時在第二球體組件74中可以進行維修活動。實際上，每個球體組件72和74都能夠隔離來自另一組件的流體流。所描繪的雙關雙斷閥70可以更加簡單，這是因為集成式閥座76、78、80和82被設計成在球組件72和74的凹槽中進行操作，因此閥門70在閥門端84和86中不需要閥座。相應地，本來可以用于在閥門端84和86上添加閥座的空間可以被去除，從而產生更簡單的雙關雙斷閥70。包含集成式閥座76、78、80和82的球體組件72和74的功能與具有集成式閥座38的單個球組件28類似，但是可以具有不同的尺寸和/或形狀以更加適合于在閥體88中操作。具體而言，閥桿90可以用于驅動球體組件72，方法是使球體組件72相對于閥體88旋轉。類似地，閥 桿92可以用于驅動球體組件74，方法是使球體組件74相對于閥體88旋轉。在閉合的閥門位置上，集成式閥座76接觸閥門端84的鉆孔96的壁。此外，在閉合的閥門位置上，集成式閥座78接觸閥體88的壁。類似地，在閉合的閥門位置上，集成式閥座80接觸閥體88的壁。此外，在閉合的閥門位置上，集成式閥座82接觸閥門端86的鉆孔98的壁。實際上，所公開的實施例產生雙水流隔離，適用于執(zhí)行球體組件72或74中任意一者的在線閥門維修，而其他組件則用于止住水流。雖然本發(fā)明可能有多種修改或替代形式，但此處已經以舉例的方式展示了特定實施例并進行了詳細介紹。然而，應了解，本發(fā)明不希望限于所揭示的特定形式。事實上，本發(fā)明將涵蓋落在如所附權利要求書界定的本發(fā)明的精神和范圍內的所有修改、等效物和替代形式?！?br> 權利要求
1.一種球閥(10),其包括: 第一球體組件(28)，所述第一球體組件(28)具有第一集成式閥座(38);以及閥體(22)，所述閥體(22)具有與所述第一球體組件(28)流體連通的流體通道(32)，其中所述第一球體組件(28)設置在所述閥體(22)的內部，并且經配置以相對于所述閥體(22)旋轉，從而開啟和閉合所述流體通道(32)。
2.根據權利要求1所述的球閥(10)，其中所述第一集成式閥座(38)包括第一環(huán)形閥座(38)，所述第一環(huán)形閥座(38)設置在所述第一球體組件(28)的球體(34)的凹槽(44)中。
3.根據權利要求2所述的球閥(10)，其中所述第一球體組件(28)包括第二集成式閥座(38)，所述第二集成式閥座(38)設置在與所述第一凹槽(44)相對的所述球體(34)的第二凹槽(44)上。
4.根據權利要求2所述的球閥(10)，其中所述第一球體組件(28)包括彈簧(48)，所述彈簧(48)設置在所述球體(34)與所述第一集成式閥座(38)之間，并且其中所述彈簧(48)經配置以提供彈力，用于使所述第一集成式閥座(38)從所述球體(34)向外偏置。
5.根據權利要求1所述的球閥(10)，其中所述第一球體組件(28)經配置以具有單活塞效應。
6.根據權利要求1所述的球閥(10)，其中所述第一球體組件(28)經配置以具有雙活塞效應。
7.根據權利要求6所述的球閥(10)，其中所述球體(34)包括腔室(66)，所述腔室(66)經配置以使用流體壓力使所述第一集成式閥座(38)從球體(34)向外偏置。
8.根據權利要求6所述的球閥(10)，其中所述第一集成式閥座(38)包括腔室(68)，所述腔室￠8)經配置以使用流體壓力使所述集成式閥座(38)從球體(34)向外偏置。
9.根據權利要求2所述的球閥(10)，其包括具有鉆孔(40)的閥門端(24)，所述鉆孔(40)耦接到閥體(34)并且與所述流體通道(32)流體連通，其中當所述球閥(10)處于閉合位置時，所述第一集成式閥座(38)接觸鉆孔(40)的壁(54)。
10.根據權利要求9所述的球閥(10)，其中所述第一集成式閥座(38)包括第一金屬，并且所述壁(54)包括第二金屬。
11.根據權利要求1所述的球閥(10)，其中所述閥體(22)包括頂部進入開口(37)，從而無需使用專門的閥門工具就可以對所述第一球體組件(28)進行組裝和/或維修。
12.根據權利要求1所述的球閥(70)，其包括第二球體組件(74)，其中所述第二球體組件(74)設置在所述閥體(88)的內部，并且經配置以相對于所述閥體(88)旋轉，從而開啟和閉合所述流體通道。
13.一種集成式閥座系統(tǒng)，其包括: 設置在球體(34)上的環(huán)形閥座(38)，其中當所述球體(34)處于閉合位置時，所述環(huán)形閥座(38)經配置以基本上密封閥體(22)的流體通道(32)。
14.根據權利要求13所述的集成式閥座系統(tǒng)，其中所述環(huán)形閥座(38)接觸閥門端(24)的壁(54)，以密封所述閥體(22)的所述流體通道(32)。
15.根據權利要求13所述的集成式閥座系統(tǒng)，其中所述環(huán)形閥座(38)接觸所述閥體(22)的壁，以密封所 述閥體(22)的所述流體通道(32)。
全文摘要
所公開的實施例包含球閥(10、70)，所述球閥(10、70)具有集成式閥座(38、39、76、78、80、82)。所述集成式閥座包含在閥體(22、88)的球體組件(28、72、74)中。所述球體組件(28、72、74)可以相對于所述閥體(22、88)旋轉，以開啟或者關閉所述閥門(10、70)。所述集成式閥座(38、39、76、78、80、82)可以接觸鉆孔(40、42、96、98)的壁，以密封式地閉合所述閥門(10、70)。
文檔編號F16K5/06GK103249976SQ201180059360
公開日2013年8月14日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權日2010年12月8日
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