本公開的實(shí)施方案大體上涉及用于流體流量控制裝置(諸如球閥)的底座組件。

發(fā)明背景

本部分旨在向讀者介紹可能與當(dāng)前描述的實(shí)施方案的各種方面有關(guān)的領(lǐng)域的各種方面。本討論被認(rèn)為是有助于向讀者提供背景信息以促成對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案的各個(gè)方面的更好理解。因此，應(yīng)當(dāng)理解，這些表述將據(jù)此來理解，而非作為對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。

為了滿足對(duì)自然資源的消費(fèi)需求和工業(yè)需求，公司常常投入大量的時(shí)間和金錢從地球上尋找和提取油、天然氣和其它地下資源。具體來說，一旦發(fā)現(xiàn)諸如油或天然氣的期望地下資源，常常使用鉆井系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)來接取和提取資源。這些系統(tǒng)可以位于陸上或海上，這取決于期望資源的位置。另外，一旦提取，常常經(jīng)由管線將資源運(yùn)輸?shù)街T如煉油廠的期望位置。管線典型地包括閥門，用于控制通過管線的資源的流量。

如可了解，閥門包括流量控制機(jī)構(gòu)，流量控制機(jī)構(gòu)用于選擇性地允許流過閥門。例如，球閥包括球體，球體可以在打開位置與關(guān)閉位置之間旋轉(zhuǎn)以允許或抑制流過閥門。球閥還具有底座組件，底座組件密封球體。在一些情況下，球閥底座組件是單活塞效應(yīng)底座組件或雙活塞效應(yīng)底座組件。在單活塞效應(yīng)底座組件中，使用閥門的在組件的底座與球體之間的密封界面的一側(cè)上的流量導(dǎo)管中的流量壓力來將底座推靠在球體上。在底座的相對(duì)側(cè)(在閥門的球體空腔內(nèi))內(nèi)的足夠高的壓力將會(huì)將底座推離球體并且從球體空腔中釋放壓力。出于這個(gè)原因，單活塞效應(yīng)底座組件也被稱為自釋壓型底座組件。在雙活塞效應(yīng)底座組件中，使用處于底座與球體之間的密封界面的任一側(cè)上的壓力將底座推靠在球體上。

發(fā)明概要

以下闡述在本文中公開的一些實(shí)施方案的某些方面。應(yīng)當(dāng)理解，這些方面僅是為了向讀者提供本發(fā)明可能采取的某些形式的簡(jiǎn)要概述，并且這些方面并不旨在限制本發(fā)明的范圍。實(shí)際上，本發(fā)明可涵蓋無法在以下闡述的多個(gè)方面。

本公開的至少一些實(shí)施方案大體上涉及球閥和球閥的雙活塞效應(yīng)底座組件。在某些實(shí)施方案中，雙活塞效應(yīng)底座組件包括底座、活塞環(huán)和單向唇形密封件。底座組件定位在閥門連接器或另一閥門部件的凹部中，并且允許響應(yīng)于閥門中的壓力來浮動(dòng)。在凹部?jī)?nèi)的底座、活塞環(huán)和單向唇形密封件的布置提供雙活塞效應(yīng)。單向唇形密封件在凹部?jī)?nèi)定向在不同方向上，以便抑制流體在某些方向上流過密封件。底座組件的活塞推力效應(yīng)用于增加底座與閥門中的流量控制球體之間的密封接觸壓力，并且在各種壓力條件下維持底座抵靠球體的密封。

關(guān)于本發(fā)明實(shí)施方案的各種方面，可以存在對(duì)上述特征的各種改進(jìn)。另外特征也可結(jié)合到這些各種方面中。這些改進(jìn)和另外特征可單獨(dú)地或以任何組合存在。例如，以下關(guān)于所示出的實(shí)施方案中的一個(gè)或多個(gè)所討論的各種特征可單獨(dú)地或以任何組合結(jié)合到本公開的上述方面中的任何方面。同樣，以上所呈現(xiàn)的簡(jiǎn)要概述僅旨在使讀者熟悉一些實(shí)施方案的某些方面和上下文，而不限于所要求保護(hù)的主題。

附圖簡(jiǎn)述

當(dāng)參考附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，將更好地理解某些實(shí)施方案的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，相似符號(hào)在全部附圖中表示相似部件，其中：

圖1是根據(jù)本公開的某些實(shí)施方案的連接在兩個(gè)管道之間的球閥的正視圖，球閥包括主體和底座組件，主體被安置在兩個(gè)流體導(dǎo)管連接器之間，底座組件用于密封流量控制球體；

圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的球閥的一部分的截面圖，并且描繪了具有多個(gè)唇形密封件的雙活塞效應(yīng)底座組件；

圖3是圖2的底座組件的細(xì)節(jié)圖，并且大體上描繪了底座組件由于在閥門的流量導(dǎo)管中的管路壓力而被推靠在球體上時(shí)的底座組件；

圖4類似于圖3的細(xì)節(jié)圖，但是大體上描繪了底座組件由于來自閥門的球體空腔外部的壓力而被推靠在球體上時(shí)的底座組件；

圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的球閥的一部分的截面圖，并且描繪了具有多個(gè)唇形密封件的不同雙活塞效應(yīng)底座組件；

圖6是圖5的底座組件的細(xì)節(jié)圖，并且大體上描繪了底座組件由于在閥門的球體空腔中的壓力而被推靠在球體上時(shí)的底座組件；以及

圖7類似于圖6的細(xì)節(jié)圖，但是大體上描繪了底座組件由于來自閥門的流量導(dǎo)管的管路壓力而被推靠在球體上時(shí)的底座組件。

詳細(xì)描述

以下將會(huì)描述本公開的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施方案。為了提供對(duì)這些實(shí)施方案的簡(jiǎn)明描述，實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式的所有特征都不會(huì)在本說明書中進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)了解，在對(duì)任何此類實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式的發(fā)展中，就像在任何工程項(xiàng)目或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須要做出許多特定于實(shí)現(xiàn)方式的決策來實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員具體目標(biāo)，諸如遵守系統(tǒng)相關(guān)約束和業(yè)務(wù)相關(guān)約束，這會(huì)因各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式而有所變化。此外，應(yīng)當(dāng)了解，這種開發(fā)工作可能復(fù)雜而又耗時(shí)，但是對(duì)于受益于本公開的普通技術(shù)人員將仍然是設(shè)計(jì)、制作和制造的例行工作。

在介紹各種實(shí)施方案中的要素時(shí)，冠詞“一個(gè)”、“一種”、“該”、“所述”旨在表示存在元件中的一個(gè)或多個(gè)。術(shù)語“包含”、“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且表示除了所列出的要素之外還有另外要素。此外，為了方便，任意使用“頂部”、“底部”、“上方”、“下方”、其它方向術(shù)語和這些術(shù)語的變形，但是無需對(duì)部件的任何特定定向。

現(xiàn)在參考附圖，圖1中示借助實(shí)例出了球閥10。球閥10包括中空主體12，中空主體安置在兩個(gè)連接器14之間。如此處所描繪，連接器14各自包括凸緣16和18，以便促成連接器聯(lián)接在主體12與管道28之間。閥門10還包括了流量控制球體20，流量控制球體在主體12的空腔內(nèi)部。球體20具有流量端口22，并且可以在打開位置與關(guān)閉位置之間旋轉(zhuǎn)，以便控制在管道28之間通過閥門10的流量。桿或耳軸24通常將球體20保持于主體12的空腔內(nèi)的適當(dāng)位置，同時(shí)仍然允許球體20圍繞穿過桿的軸線旋轉(zhuǎn)。

球閥10包括底座組件26，底座組件密封球體20。在一些實(shí)施方案中，所描繪的底座組件26都是雙活塞效應(yīng)底座組件。在其它實(shí)施方案中，底座組件26中的僅一個(gè)是雙活塞效應(yīng)底座組件。例如，另一底座組件26可以替代地是例如單活塞效應(yīng)底座組件。可用于底座組件26中的一個(gè)或兩個(gè)的雙活塞效應(yīng)底座組件的實(shí)例在圖2-7中示出。

在圖2-4中大體上描繪的一個(gè)實(shí)例中，閥門10的底座組件34沿著穿過該閥門的流量導(dǎo)管30定位在連接器14的凹部36中。流體可以在操作期間沿任一方向流過流量導(dǎo)管30，并且所描繪的底座組件34可以是相對(duì)于球體20的上游底座組件或下游底座組件。底座組件34包括環(huán)形底座38和活塞環(huán)40。底座38與球體20之間的密封界面包括配合密封表面42和44。在當(dāng)前所描繪的實(shí)施方案中，環(huán)形底座38直接密封球體20(例如，金屬到金屬的密封)。不過，在其它實(shí)施方案中，底座38在底座38的凹部中包括插件(例如，彈性體環(huán))，并且其是包括密封表面42的插件。如以下更詳細(xì)地描述的，在至少一些操作條件下，活塞環(huán)40增加底座38抵靠球體20的密封接觸壓力。

底座組件34還包括了密封件46、48和50。密封件46、48和50是單向唇形密封件，這些單向唇形密封件用于密封兩個(gè)相對(duì)表面并且抑制流體在一個(gè)方向上流動(dòng)。如此處所示出，密封件46、48和50是u形唇形密封件(更具體地，具有u形剖面的環(huán)形密封件)，這些u形唇形密封件具有彈性主體和內(nèi)部彈簧，內(nèi)部彈簧用于將該主體的密封唇緣偏置為抵靠相對(duì)表面。這些u形唇形密封件可以被認(rèn)為是在唇緣遠(yuǎn)端處具有打開端部，并且在u形的與唇緣遠(yuǎn)端相對(duì)的基部處具有關(guān)閉端部。

在操作中，通過打開端部接收在兩個(gè)唇緣之間的壓力向外推動(dòng)唇緣并且增加使唇緣抵靠相對(duì)表面的密封壓力。因此，打開端部處的高壓促成附加密封并且抑制沿著唇緣外部從打開端部到關(guān)閉端部的泄漏。不過，密封件另一側(cè)上的壓力可以進(jìn)入到唇緣與相對(duì)表面之間并且向內(nèi)推靠在唇緣上。如果在密封件的關(guān)閉端部處的流體和密封件的打開端部處的流體之間存在足夠的壓力差，那么壓力差將導(dǎo)致流體從密封件的關(guān)閉端部朝密封件的打開端部流過臂部。因此，這些密封件被設(shè)計(jì)成防止從一個(gè)方向的流動(dòng)，同時(shí)允許從相對(duì)方向的流動(dòng)，并且被認(rèn)為是單向密封件(即使關(guān)閉端部和打開端部之間的小壓力差可能并不足以克服唇緣上的將唇緣向內(nèi)推動(dòng)的偏置壓力并且導(dǎo)致沿相反方向的流動(dòng))。這與雙向密封(例如，具有四個(gè)密封唇緣的具有x形剖面的環(huán)形密封件)相反，雙向密封抵抗任一方向上的壓力進(jìn)行密封。

如圖2-4所示，密封件46和48定位在環(huán)40的前側(cè)(更靠近于球體20)，并且密封件50定位在環(huán)40的后側(cè)(更遠(yuǎn)離于球體20)。更具體地，密封件46和48設(shè)在軸向凸緣52的相對(duì)表面上，其中密封件46的徑向向內(nèi)表面密封凸緣52的外圓周，并且密封件48的徑向向外表面密封凸緣52的內(nèi)圓周。密封件46的外表面密封連接器14，并且密封件48的內(nèi)表面密封底座38。所描繪的密封件50以其外緣密封連接器14，并且以其內(nèi)緣密封底座38。一個(gè)或多個(gè)彈簧54將底座38朝球體20軸向向內(nèi)偏置。在閥門內(nèi)的較低流體壓力情況下，這向底座38提供關(guān)閉壓力。另外，雖然在此被示出為螺旋彈簧，但是可以使用任何合適彈簧54。

如圖3和圖4所示，在底座38與球體20之間的在配合表面42和44處的密封界面將界面一側(cè)上的區(qū)域56(在流量導(dǎo)管30中)中的流體與界面的另一側(cè)上的區(qū)域58(在主體12的空腔中)中的流體分開。底座38、環(huán)40和密封件46、48和50的布置為底座組件34提供了雙活塞效應(yīng)，其中來自任一方向(來自區(qū)域56或來自區(qū)域58)的壓力被輸送到底座38后方，并且用于將底座38朝球體20推動(dòng)，以便增加配合表面42和44之間的密封接觸壓力。允許來自區(qū)域56的流體流過底座38與連接器14之間的通道62并且進(jìn)入在底座38后方并且在密封件50與連接器14之間的區(qū)域64中。密封件50被定向?yàn)橐种茝膮^(qū)域64到環(huán)40的流動(dòng)。允許來自區(qū)域58的流體通過通道68流向沿著底座38的肩部66的區(qū)域，并且密封件46和48被定向在與密封件50相對(duì)的方向，以便抑制在遠(yuǎn)離球體20的方向上流過密封件46和48。在至少一些實(shí)施方案中，允許環(huán)40在連接器14與底座38之間自由浮動(dòng)，從而根據(jù)區(qū)域56和58中的壓力朝向或遠(yuǎn)離球體20軸向移動(dòng)。

區(qū)域64中的壓力會(huì)將密封件50在球體20的方向上向內(nèi)推靠在環(huán)40上。在肩部66與密封件46、密封件48和軸向凸緣52的端部之間的壓力將底座38朝球體20向內(nèi)推動(dòng)，并且還將密封件46、密封件48和環(huán)40向外推離球體。當(dāng)區(qū)域56與區(qū)域58之間的正壓力差為足夠高時(shí)(即，當(dāng)壓力差導(dǎo)致了環(huán)40上的軸向向內(nèi)的力超過環(huán)40上的軸向向外的力并且克服了摩擦力時(shí))，區(qū)域64中的流體壓力驅(qū)使密封件50抵靠環(huán)40。這導(dǎo)致了環(huán)40被驅(qū)使進(jìn)入底座38中并且將底座38驅(qū)使進(jìn)入球體20中，以便增加底座抵靠密封表面42和44處的球體的密封接觸壓力。這種情況的實(shí)例描繪于圖3。在其它情況下，在區(qū)域56與58之間的壓力差將會(huì)導(dǎo)致環(huán)40上的軸向向外的力超過向內(nèi)的力，從而將密封件和環(huán)40推離球體20，如圖4所示。不過，在此類情況下(并且假設(shè)壓力作用于的肩部66的表面積大于壓力也作用于的底座38的前部端部的有效(投影)面積)，沿著肩部66的壓力在球體20的方向推動(dòng)底座38，以便維持表面42和44之間的密封并且增加密封接觸壓力。

在一些情況下，底座組件26中的每個(gè)可以設(shè)為底座組件34。在球體20關(guān)閉的情況下進(jìn)行操作期間，流量導(dǎo)管30中的管路壓力進(jìn)入上游底座組件34的區(qū)域64并且驅(qū)使上游底座38抵靠球體20。如果出于一些原因(例如，由于磨損或損壞)上游底座38不會(huì)形成有效密封，加壓流體將會(huì)流過上游底座38進(jìn)入主體12的空腔中。這將引起沿著下游底座組件34的底座38的肩部66的增加的壓力，從而導(dǎo)致下游底座38被驅(qū)使得更緊密地抵靠球體20。

可用于閥門10(用于任一或兩個(gè)閥座底座組件26)的雙重活塞效果效應(yīng)閥座底座組件的另一實(shí)例通常在圖5-7中描繪。在這個(gè)實(shí)施方案中，底座組件76定位在連接器14的凹部78內(nèi)。凹部78可以采取任何合適形式，但是在當(dāng)前所描繪的實(shí)施方案中，凹部78是連接器14中的環(huán)形凹槽。如上所述，底座組件76可以是上游底座組件或下游底座組件，這取決于流過該閥門的方向。底座組件包括環(huán)形底座80和活塞環(huán)82。底座組件是雙活塞效應(yīng)底座組件，并且凹部78內(nèi)的壓力會(huì)將底座80推靠在球體20上，以便增加密封界面(在配合密封表面44和86之間)處的接觸壓力。底座80在圖5中被示出為直接密封球體20的單個(gè)件。不過，在其它實(shí)施方案，底座80可具有多個(gè)件，諸如由環(huán)形主體承載并將球體20密封的插件。還將了解，可將底座組件76朝向球體20彈簧偏置(例如，利用一個(gè)或多個(gè)彈簧84)，以便在低壓力條件下維持底座80抵靠球體20的密封。

底座組件76還包括了密封件90、92和94，它們被描述為單向唇形密封件，就像如上所述密封件46、48和50。密封件90和92定位在環(huán)82的靠近底座80的前部，并且密封件94是定位在底座82后方。此外，密封件90被定向于一個(gè)方向，以便抑制流體在遠(yuǎn)離球體20的方向上在凹部78中流過密封件90。相比之下，密封件92和94被定向于相對(duì)方向，以便抑制流體在朝向球體20的方向上在凹部中流過密封件92和94。

如圖6和圖7所示，在球體20與底座80之間(在配合表面44和86處)的密封界面將穿過連接器14的流量導(dǎo)管中的區(qū)域96中的流體與中空閥體(在上游底座組件與下游底座組件之間)的球體空腔的區(qū)域98中的流體分開。當(dāng)區(qū)域98中的壓力相較區(qū)域96中的壓力來說為足夠高時(shí)，流體從區(qū)域98通過通道100流動(dòng)到密封件92與環(huán)82之間的區(qū)域102和在凹部78背面的在環(huán)82和密封件94后方的區(qū)域104兩者。區(qū)域102中的壓力將底座80朝球體20推動(dòng)并且將環(huán)82朝凹部78背面推動(dòng)。不過，區(qū)域104中的壓力克服在環(huán)82上的來自區(qū)域102的相對(duì)壓力并且推動(dòng)環(huán)82抵靠底座80(并且遠(yuǎn)離凹部78的底部110，如圖6所示)，以便驅(qū)使底座80抵靠球體20，從而增加底座抵靠球體的密封接觸壓力。當(dāng)區(qū)域96中的壓力相較區(qū)域98中的壓力來說為足夠高時(shí)，流體從區(qū)域96通過通道106流動(dòng)到密封件90與底座80之間的區(qū)域108。區(qū)域108中的壓力驅(qū)使底座80抵靠球體20并且增加底座壓力。它還將密封件90推入環(huán)82中，從而導(dǎo)致環(huán)82與底座80分開并且朝向凹部78的底部110移動(dòng)，如圖7所示。

對(duì)于底座組件34和底座組件76兩者，在球體與底座之間的密封界面的位置減小流體作用在底座組件的前部端部上的面積。雖然前部端部處的流體在遠(yuǎn)離球體20的方向上推動(dòng)組件，但是組件34和76在連接器14的凹部中的密封件和其它部件允許壓力進(jìn)入凹部，以便產(chǎn)生朝球體20的更大向內(nèi)的力。所得(累積)的力將組件的底座推靠在球體20上，以便維持密封并且增加底座和球體20的配合表面之間的接觸壓力。

雖然以上通過解釋而給出了某些實(shí)例，但是應(yīng)當(dāng)了解，其它實(shí)施方案可以不同。例如，當(dāng)上述底座組件定位在連接器14的凹部中時(shí)，底座組件可替代地接收在其它閥門組件中，諸如關(guān)閉構(gòu)件或在球體20與連接器14之間的其它中間部件。在某些實(shí)施方案中，底座組件可以設(shè)在流量控制球體20的凹部中，并且底座組件可操作以使得雙活塞效應(yīng)替代地將底座從球體20向外推動(dòng)成密封接合抵靠在連接器或與球體20相鄰的其它閥門部件上。此外，雖然可使用三個(gè)單向唇形密封件來提供具有雙活塞推力效應(yīng)的緊湊且有效的浮動(dòng)底座組件設(shè)計(jì)，但是其它實(shí)施方案可以包括不同數(shù)量單向唇形密封件。另外，可將本技術(shù)應(yīng)用于適于預(yù)期操作壓力范圍的各種不同尺寸球閥的任何一種。

雖然本公開的方面可能易受各種修改形式和替代形式的影響，但是具體實(shí)施方案已經(jīng)借助附圖中的實(shí)例示出并且已經(jīng)在本文中進(jìn)行詳細(xì)描述。不過，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不旨在限于所公開的特定形式。相反，本發(fā)明將覆蓋落入由隨附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等效物和替代物。