CN101142428A - 流体流动控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种流体流动控制装置，其包括：主体(16)，其限定入口(18)、出口(20)、和从所述入口延伸到所述出口的流体流动路径(22)。阀座环(24)连接到所述主体并限定所述流体流动路径所通过的孔口。盒(30)也连接到所述主体并限定内孔，所述盒包括所述流体流动路径所通过的至少一个通路。节流元件(14)在尺寸上适于***所述盒的内孔，并且可沿着在开启和关闭位置之间的轴线移动。所述节流元件限定基本平行于所述轴线而定向的密封表面(52)。密封装置(12)被定位为，当所述节流元件基本上处于所述关闭位置时接合所述密封表面，从而限制流体流动通过所述阀座环的孔口。

Description

流体流动控制装置
技术领域
本公开主要涉及一种流体流动控制装置，更具体地，涉及一种密封装置，用于接合在这种流体流动控制装置中使用的节流元件。
背景技术
诸如控制阀和调节器的流体流动控制装置通常用于控制通过管道流动的流体的特性。典型的装置包括：阀体，其限定入口、出口和在入口与出口之间延伸的流体流动路径。阀座环连接到阀体，并限定流动路径行进所通过的孔口。诸如塞的节流元件可相对于阀座环移动，从而控制通过孔口的流体流动。
某些流体流动控制装置采用盒型装备，其中盒被设置用于引导节流元件的移动。该盒限定在尺寸上适于容纳节流元件的内孔，并包括流体流动路径所通过的至少一个通路。节流元件可移动至关闭位置，在该位置，节流元件闭合至少一个通过所述盒的通路。不过，由于机械公差，在节流元件外表面与盒的内孔表面之间存在较窄的环形间隙。该间隙可以允许流体流动通过，从而在装置将要处于关闭位置时形成潜在的渗漏源。为了完全关闭该装置，节流元件的底边缘通常通过由致动器提供的闭合力进行驱动而进入阀座环中，从而提供了在流体流动控制装置中的主密封装置。
通过压紧阀座环的节流元件而形成的传统主密封装置易于渗漏。主渗漏路径形成于节流元件与盒之间的空隙中，所述空隙从盒通路延伸到阀座环的孔口。主密封装置上游的流体压力形成横越密封装置的压差。结果，当节流元件处于关闭位置时，在配合表面中的缺陷或密封装置的其它破坏处将允许流体渗漏。这种渗漏可腐蚀阀座，从而加速渗漏速度，并进而加剧座的腐蚀。
当流体流动控制装置用于腐蚀环境中时，渗漏和腐蚀问题更为突出。在特定应用中，例如用于控制水流入发电站中锅炉的阀往往会更为快速地侵蚀主密封装置。过去，当发电站每年仅启动几次且通常一天24小时运行时，发电站的应用环境腐蚀并不严重。近来，发电站每天启动并仅在白天的高峰载荷期间运行。结果，随着每天在加热和冷却阶段中管道的膨胀和收缩，在水管内侧上积累的水垢松脱和剥落。这些松脱的水垢颗粒具有高硬度，并且，随着流体流动通过管道以及设置于其中的任意流体流动控制装置，这些水垢颗粒可混入流体流中。水通过用于供给锅炉的管道的速度相对较高，因此，水中所带的水垢颗粒冲击主密封装置表面并快速腐蚀阀座。阀座的腐蚀阻止了阀截断水流，降低了发电站效率，并且导致对流体流动控制装置的进一步损害。
解决腐蚀问题的一种传统方法是，座元件和节流元件采用较硬材料。虽然这种方法适于特定应用，不过许多发电站近来已经开始采用具有腐蚀性的化学品来处理锅炉进给水。频繁的循环操作还使得更难以控制水中的化学反应。通常，较硬材料更易于腐蚀，因此这种方法仅可用于有限的应用中。
另一种已知方法是，在座环上采用软金属座，在节流元件上采用硬金属座。这样，节流元件压紧软座环，该压紧力足以在每次节流元件闭合时进行重新就位。这种方法也适于有限的应用中并具有许多缺点。首先，随着节流元件关闭，在座表面之间存留的任何物质将阻止完全的闭合，从而会导致高速流体流动通过所述座并且快速腐蚀软座材料。如果节流元件能够以某种方式完全闭合，则碎片将导致在软座材料中形成缺口。当阀随后开启而碎片被冲走时，缺口将在所述座中形成渗漏路径，这样，当节流元件此后关闭时，会再次导致高速流体流动并腐蚀座材料。
发明内容
本发明公开一种用于限制流体流动通过主渗漏路径的的密封装置。所述密封装置设置在主渗漏路径中，并在关闭位置中接合节流元件，从而减少或阻止流体流动通过渗漏路径。对通过节流元件与阀座环的接合而形成的传统密封装置，所述密封装置可对其进行替换或额外设置，这取决于施加于节流元件的致动力。在一实施例中，所述密封装置接合节流元件的内周边，从而当节流元件处于打开位置时将密封装置设置为远离通常的流体流动路径。
附图说明
图1是具有用于防止流体流动通过主渗漏路径的密封装置的流体流动控制装置的侧向截面投影图。
图2是显示图1的细节的截面放大视图。
图3是具有用于限制流体流动通过主渗漏路径的密封装置的流体流动控制装置的另一实施例的侧向截面投影图。
图4是显示图3的细节的放大视图。
具体实施方式
图1和2图示了形式为控制阀10的流体流动控制装置的第一实施例，其中，控制阀10具有的密封装置12接合节流元件14的外周边。控制阀10包括阀体16，阀体16限定入口18、出口20、和从入口延伸到出口的流体流动路径22。阀座环24连接到阀体16，并限定流体流动路径所通过的孔口26。阀座环24的上部形成有接触表面28。
盒30连接到阀体16，并接合阀座环24。盒30限定内孔32和延伸通过盒30的至少一个通路34，其中，流体流动路径22通过所述内孔32和至少一个通路34。
节流元件14具有在尺寸上适于可滑动地***盒内孔32的外表面36。杆38连接到节流元件14，并进一步连接到致动器(未示出)。该致动器使杆38和所连接的节流元件14沿着轴线40往复移动。节流元件14被显示为具有：座表面41，其被定向为当节流元件14处于关闭位置时接合阀座环接触表面28。图示的节流元件14进一步包括平衡端口42，用于均衡作用在节流元件14相反侧上的流体压力，如现有技术通常所公知的那样。
为了允许节流元件14沿着轴线40自由移动，在节流元件外表面36与盒内孔32之间提供裕度间隙44。为清晰起见在图2中对间隙44进行放大显示，间隙44围绕节流元件14延伸，因此在示例性实施例中呈环形。如图1和2所示，在向下流动的应用中，随着流体流经阀座环孔口26而使流体沿着流体流动路径22向下流动，则间隙44形成两个潜在的渗漏路径。第一渗漏路径或者说主渗漏路径46从盒通路34开始在阀座环接触表面28与盒座表面41之间延伸至阀座环孔口26。第二渗漏路径或者说次级渗漏路径48从盒通路34开始在盒30与节流元件14之间朝向节流元件的上部延伸。所示的节流元件14具有次级渗漏路径密封组件50，其滑动接合盒内孔32，以阻止流体流动通过次级渗漏路径48。
密封装置12被设置用于减少或阻止流体流动通过主渗漏路径46。密封装置12设置在主渗漏路径46中，并接合与形成在节流元件14外圆周上的座表面41分开的密封表面52。在图示实施例中，盒30和阀座环24限定在尺寸上适于容纳所述密封装置的凹部54，从而将密封装置12固定在合适位置。节流元件密封表面52与座表面41分开，并大致平行于轴线40而延伸。密封表面52的轴向宽度可允许密封装置12随着其接近完全关闭位置而横越节流元件位置的范围进行接合。虽然图示的密封装置12具有C形的横截面，不过可以理解的是，可使用其它类型的密封装置。当如图所示设置有C形横截面时，密封装置12可有利地通过间隙44中存在的流体压力而被致动。密封装置52可由镀层的(plated)或无镀层的金属、塑料或其它密封材料形成。
工作中，随着节流元件接近完全关闭位置，密封装置12接合节流元件密封表面52。试图沿着主渗漏路径46行进的流体被密封装置52阻挡。当密封装置由柔性材料制成时，流体将会接触密封装置12并使其变形，从而增大密封装置12紧靠节流元件密封表面52的密封压力，这样进一步减少沿主渗漏路径46的流体流动。其结果是，除了节流元件座表面41与阀座环接触表面28的接合之外，密封装置12可提供冗余的密封。可替换地，密封装置52可以替代节流元件座表面41与阀座环接触表面28的接合而作为主密封装置。无论何种情况，均减少或消除沿着主渗漏路径46的流体流动，从而使得对阀座环24的损害被最小化。此外，控制阀10不再依赖于致动器所提供的力而在节流元件14与阀座环24之间形成紧密密封，这样，降低了致动器的性能要求。
图3和4图示了控制阀110的可替换示例性实施例，控制阀110的密封装置112接合节流元件114，以提供主密封装置用于阻止流体沿主渗漏路径146流动。控制阀110包括：阀体116，其具有入口118、出口120，以及在入口与出口之间延伸的流体流动路径122。阀座环124连接到阀体116，并限定流体流动路径122通过的孔口126。阀座环124还限定止动表面128。
盒130连接到阀座环124并限定内孔136。多个通路134延伸通过流体流动路径122所通过的盒130。
节流元件114包括外表面132，其在尺寸上适于可滑动地***盒内孔136。杆138连接到节流元件114，并进一步连接到致动器(未示出)，该致动器使杆138和节流元件114沿着轴线140而在开启位置与关闭位置之间往复移动。节流元件114进一步包括：行进止动表面141，其被定位以接合阀座环止动表面128，从而限制节流元件114的行进。
由于机械公差和其它考虑事项，在阀盒内孔136与节流元件外表面132之间形成裕度间隙144。为清晰起见，在图4中对间隙144进行放大显示，间隙144限定主渗漏路径146，该主渗漏路径146从盒通路134开始在节流元件行进止动表面141与阀座环止动表面128之间延伸至阀座环孔口126。相应地，当节流元件114处于完全关闭位置时，流体可从入口118经盒通路134、间隙144和主渗漏路径146而行进至阀座环孔口126。
密封装置112被设置为主密封装置，以减少或阻止沿主渗漏路径146的流体流动。在图示的实施例中，阀座环124包括：密封部分156，其限定了开口端远离轴线140朝外定向的通道凹部158。通道凹部158在尺寸上适于容纳密封装置112，从而将密封装置保持在合适位置。节流元件114包括：密封表面152，其形成在节流元件114的内周边上，并且大致垂直于轴线140定向。密封装置112的尺寸和位置被设置为，随着节流元件114接近于通过止动表面128、141的接合所限定的行进止动部分而密封地接合节流元件密封表面152。图示的密封装置112为O形圈，不过也可使用其它类型的由塑料制成或由金属形成的密封装置。如之前的实施例所述，在沿着节流元件密封表面152的轴向宽度上的任意点均可以密封地接合密封装置112。
工作中，密封装置112有利地使沿着主渗漏路径146的流体流动最小化并使易腐蚀性最小化。随着节流元件114接近完全关闭位置，密封装置112接合节流元件的内密封表面152，以减少或阻止沿着主渗漏路径146的流体流动。由于密封表面152位于节流元件114的内周边上，因此，其并不直接暴露于流体流动路径122，因而相对而言不易于受到流体中所带腐蚀性组分的损害。此外，无论致动器施加于节流元件114的力如何，密封装置112均能阻止流体流动通过主渗漏路径146。而且可以理解的是，由于密封表面152(而非止动表面141)形成主密封装置的一部分，因此，节流元件行进止动表面141可能会被侵蚀但不会使密封装置112的性能下降。在这方面，行进止动表面141可以特意地伸长，以延长节流元件114的寿命。
虽然在此所公开的实施例被描述为具有限定具体流动路径的特定入口和出口，不过可以理解的是，所述入口和出口可互换，这并不偏离本公开的范围。具体而言，不同于在此所示的“流动向下”形式，流体可流动向上而通过阀座环孔口，经过阀塞，穿过盒而至出口。在此公开的密封装置在这种流动方向相反的应用中可以提供上文所提到的相同益处。
上文中的详细描述仅用于清晰理解，应该理解的是，这些描述并非用于限制本发明，而对本发明的修改对本领域的技术人员而言是易于理解的。

Claims (20)

1.一种流体流动控制装置，包括：
主体，其限定入口、出口和从所述入口延伸到所述出口的流体流动路径；
阀座环，其连接到所述主体并限定所述流体流动路径所通过的孔口；
盒，其连接到所述主体并限定内孔，该盒包括所述流体流动路径所通过的至少一个通路；
节流元件，其在尺寸上适于***所述盒的内孔，并可沿着在开启位置与关闭位置之间的轴线移动，所述节流元件限定了基本平行于所述轴线而定向的密封表面；和
密封装置，其被定位为，当所述节流元件基本处于关闭位置时接合所述密封表面，从而限制流体流动通过所述阀座环的孔口。
2.根据权利要求1所述的流体流动控制装置，其中，所述节流元件包括座表面，该座表面被定位为，当所述节流元件处于关闭位置时接合所述阀座环，其中所述节流元件的密封表面与所述节流元件的座表面分开。
3.根据权利要求1所述的流体流动控制装置，其中，当所述节流元件处于关闭位置时，主渗漏路径被限定于所述节流元件与所述盒之间，并在所述盒的所述至少一个通路与所述阀座环的流体流动孔口之间延伸，所述密封装置被定位以基本阻止流体流动通过所述主渗漏路径。
4.根据权利要求1所述的流体流动控制装置，其中，所述密封表面被定位在所述节流元件的外周边上。
5.根据权利要求4所述的流体流动控制装置，其中，所述盒连接到所述阀座环，所述盒和所述阀座环限定了在尺寸上适于容纳所述密封装置的凹部。
6.根据权利要求1所述的流体流动控制装置，其中，所述密封表面被定位在所述节流元件的内周边上。
7.根据权利要求6所述的流体流动控制装置，其中，所述阀座环包括密封部分，该密封部分限定了朝向所述节流元件的内周边定向并且在尺寸上适于容纳所述密封装置的通道。
8.根据权利要求1所述的流体流动控制装置，其中，所述密封装置包括C形密封件。
9.根据权利要求1所述的流体流动控制装置，其中，所述密封装置包括O形圈。
10.根据权利要求1所述的流体流动控制装置，其中，所述节流元件的密封表面具有轴向宽度，所述密封装置在沿着所述密封表面的轴向宽度的任一点处接合所述密封表面。
11.一种流体流动控制装置，包括：
主体，其限定入口、出口和从所述入口延伸到所述出口的流体流动路径；
阀座环，其连接到所述主体并限定所述流体流动路径所通过的孔口；
盒，其连接到所述主体并限定内孔，该盒包括所述流体流动路径所通过的至少一个通路；
节流元件，其在尺寸上适于***所述盒的内孔，并可沿着在关闭位置与开启位置之间的轴线移动，在所述关闭位置，所述节流元件接合所述阀座环，所述节流元件限定了位于所述节流元件的外周边上并基本平行于所述轴线而定向的密封表面；和
密封装置，其被定位为，当所述节流元件基本处于关闭位置时接合所述密封表面，从而限制流体流动通过所述阀座环的孔口。
12.根据权利要求11所述的流体流动控制装置，其中，所述节流元件包括座表面，该座表面被定位为，当所述节流元件处于关闭位置时接合所述阀座环，所述节流元件的密封表面与所述节流元件的座表面分开。
13.根据权利要求11所述的流体流动控制装置，其中，当所述节流元件处于关闭位置时，主渗漏路径被限定在所述节流元件与所述盒之间，并在所述盒的所述至少一个通路与所述阀座环的流体流动孔口之间延伸，所述密封装置被定位以基本阻止流体流动通过所述主渗漏路径。
14.根据权利要求11所述的流体流动控制装置，其中，所述盒连接到所述阀座环，所述盒和所述阀座环限定了在尺寸上适于容纳所述密封装置的凹部。
15.根据权利要求11所述的流体流动控制装置，其中，所述密封装置包括C形密封件。
16.根据权利要求11所述的流体流动控制装置，其中，所述节流元件的密封表面具有轴向宽度，所述密封装置在沿着所述密封表面的轴向宽度的任一点处接合所述密封表面。
17.一种流体流动控制装置，包括：
主体，其限定入口、出口和从所述入口延伸到所述出口的流体流动路径；
阀座环，其连接到所述主体并限定所述流体流动路径所通过的孔口；
盒，其连接到所述主体并限定内孔，该盒包括所述流体流动路径所通过的至少一个通路；
节流元件，其在尺寸上适于***所述盒的内孔，并可沿着在开启位置与关闭位置之间的轴线移动，所述节流元件限定了位于所述节流元件的内周边上并基本平行于所述轴线而定向的密封表面；和
密封装置，其被定位为，当所述节流元件基本处于关闭位置时接合所述密封表面，从而限制流体流动通过所述阀座环的孔口。
18.根据权利要求17所述的流体流动控制装置，其中，当所述节流元件处于关闭位置时，主渗漏路径被限定于所述节流元件与所述盒之间，并在所述盒的所述至少一个通路与所述阀座环的流体流动孔口之间延伸，所述密封装置被定位以基本阻止流体流动通过所述主渗漏路径。
19.根据权利要求17所述的流体流动控制装置，其中，所述阀座环包括密封部分，该密封部分限定了朝向所述节流元件的内周边定向并且在尺寸上适于容纳所述密封装置的通道。
20.根据权利要求17所述的流体流动控制装置，其中，所述节流元件的密封表面具有轴向宽度，所述密封装置在沿着所述密封表面的轴向宽度的任一点处接合所述密封表面。
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