CN112005033B - 阀座、阀组件以及相关方法 - Google Patents
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Abstract
阀座可以包括嵌入件和外壳体。嵌入件可以包括第一材料，并且外壳体可以包括第二材料。阀组件和相关方法可以包括阀座。
Description
优先权声明
本申请要求在2018年12月7日提交的名称为“Valve Seats,Valve Assemblies,and Related Methods(阀座、阀组件以及相关方法)”的美国临时专利申请序列号No.16/213,638的申请日的权益，该美国临时申请的全部公开内容通过引用而并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及阀座，并且更特别地涉及包括多种材料的阀座、阀组件以及相关方法，该阀组件包括具有多种材料的阀座。
背景技术
已经采用了许多阀的类型来停止和控制在管或其他流动路径中的流体流动。这些阀中的每一个阀都具有某些优点，同时还具有其他缺点。一些阀的类型包括旋塞阀、球阀、停止阀或截止阀、角阀、蝶阀和闸阀。
球阀包括可旋转的球状件和一个或更多个座部，该球状件具有贯穿球状件的与流体流动路径相对应的孔，一个或更多个座部用于相对于球状件表面进行密封。典型的球阀具有阀本体和阀构件(例如，球状件)，所述阀构件通过上游密封件和下游密封件操作性地连接至阀本体。阀本体限定了流动通道，该流动通道具有上游流通端部(例如，前端)、下游流通端部(例如，尾端)以及位于流动通道的阀的上游流通端部与下游流通端部之间的阀接纳室。阀构件位于阀接纳室内，并且包括允许流体流动通过阀构件的通孔。与阀构件和阀接纳室相结合的密封件或座部限定了位于阀构件周围的腔。为了防止阀泄漏，以给定或固定的密封压力将密封件或座部压靠在阀构件上，所述密封压力至少部分地基于安装该阀的位置处的最大压力环境。
阀构件经由阀杆联接至致动器，所述阀杆能够选择性地旋转以使阀构件在阀接纳室内在全开位置与全闭位置之间旋转。通常，在双通阀中，当通孔在相对于流动通道的中心线的零度旋转的情况下与流动通道对准时，出现完全打开位置，并且在阀构件的相对于中心线的九十度旋转的情况下，出现完全关闭位置。
在组装期间在施加至座部的物理压缩的情况下，阀构件球状件在阀本体内被容纳在两个阀座之间，以使得座部在力的作用下承靠进入球中。在这种设计中，阀座在阀座承靠在球上的位置处用作密封件，并且在阀座承靠于阀本体的位置处用作密封件。阀座还用作弹簧，以在阀的操作期间保持密封力。“关闭”位置通常对应于球的以下位置，在该位置中，导管与阀本体的通道成直角。然而，较小的成角度的移位可能会导致“关闭”状态或部分“关闭”的状态，这取决于阀组件的几何形状。完全的“打开”位置以球导管为代表，所述球导管与阀本体的流体通道同轴地对准。常规的球阀基于球导管与阀本体的通道的对准程度而提供各种程度的流量限制。因此，对于给定的压力，通过改变球导管与阀本体通道的对准程度来控制流动。
在球阀的寿命期间，球状件在“打开”位置与“关闭”位置之间切换球使阀座遭受热循环，这可能会损坏阀座并且使座部经历“蠕变”，这种蠕变会劣化密封性并且导致球阀组件内的泄漏。由更软且更具弹性的材料制成的阀座需要更小的压缩力来密封球状件；然而，这种更软且更具弹性的材料更容易发生蠕变，所述蠕变在高温下会迅速发生。为了补偿，阀座通常被构造成提供对球状件的最大物理压缩，其中，即使发生一些热降解或蠕变，也可以保持密封力。然而，这种压缩力需要用于操作球阀的更大的扭矩。
发明内容
本公开的各种实施方式包括阀座，该阀座包括嵌入件和外壳体。嵌入件可以包括第一聚合物材料。嵌入件可以构造成与阀构件相邻并且接触阀构件。嵌入件可以限定在阀构件与阀本体之间的密封件的一部分，其中，阀构件定位在阀本体中。外壳体可以包括第二聚合物材料。嵌入件的至少一部分可以定位在外壳体内。外壳体可以构造成定位在嵌入件与阀本体之间，以限定阀构件与阀本体之间的密封件的另一部分。外壳体的第二聚合物材料具有的硬度可以大于嵌入件的第一聚合物材料的硬度。
本公开的另一实施方式可以包括阀组件，该阀组件包括阀本体、阀构件和至少一个阀座。阀本体可以包括至少一个端口。阀构件可以定位在阀本体内。阀构件可以构造成能够选择性地使流体通过阀本体中的至少一个端口。至少一个的阀座可以包括座部构件和支撑构件。座部构件可以包括聚合物材料。座部构件可以定位成与阀构件相邻并且构造成对阀构件进行密封。支撑构件可以包括另一种聚合物材料。支撑构件可以定位在座部构件与阀本体之间，并且构造成对阀本体进行密封。
本公开的另一个实施方式可以包括在球阀中提供密封件的方法。该方法可以包括将座部的包括第一聚合物材料的第一部分定位成与球阀的可移动球状件相邻。该方法还可以包括将座部的包括第二聚合物材料的第二部分定位成与球阀的本体相邻。可移动球状件可以被迫压到座部中，以通过座部而在可移动球状件与阀本体之间形成密封件。
附图说明
虽然说明书包括权利要求书，该权利要求书特别指出并且明确要求保护的关于本公开的实施方式的内容，当结合附图阅读时，根据本公开的示例实施方式在下文描述，可以更容易地确定本公开的实施方式的各种特征和优点，其中；
图1是根据本公开的实施方式的阀的侧视截面图，该阀包括处于关闭位置的一个或更多个阀座；
图2是处于打开位置的图1的包括一个或更多个阀座的阀的侧视截面图；
图3示出了根据本公开的实施方式的阀座的等距视图；
图4示出了根据本公开的实施方式的阀座的分解等距视图；
图5示出了根据本公开的实施方式的阀座的放大截面图；
图6示出了根据本公开的实施方式的阀座的放大截面图；以及
图7示出了根据本公开的实施方式的阀座的放大截面图。
具体实施方式
在此呈现的图示并不意味着是任何特定流体交换器或其部件的实际视图，而仅仅是用于描述示意性实施方式的理想化表示。附图不一定按比例绘制。附图之间共有的元件可以保留相同的附图标记。
如本文所用，例如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”等相关术语通常是用于清楚地和方便地理解本公开和附图，并且不意味着或不基于任何特定的偏好、方向或顺序，除非上下文另外有明确说明。
如本文所用，术语“和/或”是指一个或更多个相关联的所列项目的任何和所有组合，并且包括一个或更多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
如本文所用，参照给定的参数的术语“基本上”或“大约”是指并且在一定程度上包括：本领域技术人员将了解给定参数、属性或状态满足在很小程度上的差异，例如在可接受的制造公差范围内。例如，基本上满足的参数可以是至少90％满足、至少95％满足、至少99％满足、或甚至100％满足。
如本文所用，术语“流体”可以表示并且包括任何类型和成分的流体。流体可以采取液态形式、气态形式、或液态和气态的组合，并且在某些情况下可以包括一些固体材料。
本公开的实施方式可以用于控制在正常环境状态下操作的***中和/或在高压***和/或高温***中的流体流动。在一些实施方式中，所述这样的***可以包括工业应用(例如，发电厂、加工***、矿物提取等)，交通工具(例如，船、油轮、潜水艇、机车等)，或控制***(例如，液压***、气动***等)。
阀组件可以包括阀构件，例如球状件，在组装期间，在向座部施加物理压缩的情况下，该阀构件在阀本体内容纳在两个阀座之间，以使得座部在在力的作用下承靠到球状件中。在这种设计中，阀座在阀座承靠在球状件上的位置处用作密封件。阀座也在所述阀座承靠于阀本体上的位置处用作密封件。阀座还用作偏压力或弹簧，以在阀操作期间保持密封力。这种设计可能是有问题的，因为更软且更具弹性的材料在阀的使用寿命中对热应力具有较差的适应性，所述更软且更具弹性的材料需要更少的用于对球状件形成密封的压缩力。此外，更软且更具弹性的材料在任何给定温度下更容易发生变形，例如较高的蠕变率，并且在高温下容易发生快速蠕变。容易发生此类问题的用于阀座的常见材料的示例是聚四氟乙烯(PTFE)。热应力和蠕变会降低对球阀的密封性，并且导致泄漏，特别是当球状件在打开位置与关闭位置之间切换时导致泄漏。
此外，阀可以用于控制在高压中的流体流动，和/或高温***可以暴露于相对较大的力，所述力与来自流体流的压力和冲击两者(例如流体流的变化)相关联，当阀关闭、打开或在打开位置与关闭位置之间移动时，所述相对较大的力被阀座吸收。
为了避免相对更软的阀座的一些问题，阀座可以由更高强度的材料制成，所述更高强度的材料可以承受由高压或高冲击产生的较高载荷以及通常更高的操作温度。与相对更软的阀座材料相比，这种更高强度的阀座可能展现需要更高的密封力和更高的摩擦系数的缺点，从而导致用于操作阀所需要的明显更高的扭矩。例如，与相对更低强度的阀座材料相比，这样的高强度材料可以在阀座与阀构件之间比造成更高的摩擦。增加的摩擦可能需要用于操作阀的增加的扭矩量。高压***也可能会增加用于操作阀所需的扭矩。增加的摩擦和增加的压力的组合作用可能导致大量所需的扭矩。大量的扭矩可能需要更大的、笨重的、和/或更昂贵的致动装置(例如，电子或手动操作式的致动器)。
本公开的实施方式可以提供阀座(例如，复合式阀座)，该阀座在多个区域中包括多种材料。例如，这种阀座可以包括相对较低强度的材料(例如，具有较低硬度的材料)和相对较高强度的材料(例如，具有较高硬度的材料)，相对较高强度的材料可以对较低强度的材料进行支撑(例如，在较高载荷情况下)并且可以定位在较低强度的材料与阀本体之间。在一些实施方式中，阀座可以包括一个或更多个部分(例如，两个可分离的，不同的部件或元件)，其中，一个或更多个部分各自包括较高强度材料和较低强度材料中的一者，并且以组合在一起的方式被用来限定阀座。在附加的实施方式中，阀座可以形成具有多个材料区域的单个部分，或者可以包括两个以上的独立且不同的部件或元件。
图1示出了处于关闭位置的包括一个或更多个阀座112的阀100(例如，球阀)的截面图。球阀100可以包括阀构件(例如，球形件102、阻塞器等)，该阀构件可移动地定位(例如，浮动或安装)在阀本体104(例如，包括具有两个端盖的中央壳体)中以控制穿过阀100的流体流动。阀本体104可以限定穿过阀本体104的导管106(例如，路径、通道、端口等)。球形件102可以包括穿过球形件102的端口108(例如，孔、路径、通道等)。杆110可以延伸穿过阀本体104并且操作性地联接至球形件102。球形件102可构造成：当球形件102位于如图1所示的关闭位置(例如，被定位成使得端口108不与导管106对准)时，选择性地抑制(例如，阻塞、至少部分地抑制、基本上停止、基本上防止等)穿过球阀100的流体流动。杆110可以使球形件在关闭位置和打开位置之间旋转(例如，其中，球形件102被定位成使得端口108与导管106对准，如图2中所示)。
阀座112(例如，密封件、环形圈等)可以在阀本体104内定位于球形件102与导管106相接触的位置。每个阀座112通过与阀100的部分接合、例如与阀构件或球形件102和阀本体104接合而形成基本上不透流体的密封。当球形件102处于关闭位置和/或打开位置时，阀座112通过在球形件102和阀本体104之间限定一个或更多个密封件，可以至少部分地或基本上完全抑制在球阀100周围的流体流动。
球形件102可以放置成与阀座112相邻和/或抵靠于阀座112。阀座112可以是环状的(例如，环形、大致圆形等)。阀座112可以构造成在球形件102与阀本体104之间形成密封件。在一些实施方式中，阀座112可以具有与球形件102互补的形状。例如，阀座112可以呈现具有成角度的内表面的锥形形状(例如，截头圆锥形的)。在一些实施方式中，阀座112可以具有复杂的形状(例如，至少部分为弓形的横截面)，比如半球形切片形，半球形切片形被构造为与球形件102的球形形状互补(例如，具有基本上相同的半径)。
如所描述的，一个或更多个阀座112可以在至少两个区域或部分中形成。第一区域114可以至少部分地由第一材料形成(例如，基本上全部的第一区域或第一区域的整体可以包括第一材料)，并且第二区域116可以至少部分地由第二材料形成(例如，基本上全部的第二区域或第二区域的整体可以包括第二材料)。在一些实施方式中，第一材料和第二材料可以是不同的材料(例如，具有不同的材料属性)。在一些实施方式中，与第二材料相比，第一材料可以是更软或相对更具有挠性的材料。
例如，第一材料或第一区域114的整体可以具有相对低的硬度，与其他相对坚硬的(例如，刚性的)聚合物或其他类型的材料相比，所述第一材料或第一区域114的整体指示了相对低的材料硬度。第一材料可以具有在洛氏硬度R的标度上约小于100的硬度(例如，硬性)，例如在洛氏硬度R的标度上小于约90的硬度，在洛氏硬度R的标度上小于约75的硬度，在洛氏硬度R的标度上小于约60的硬度，并且在洛氏硬度R的标度上大于50(例如，在洛氏硬度R的标度上50和60之间、55和65之间、60和70之间、55和80之间、50和90之间等)的硬度。第二材料或第二区域116的整体可以具有在洛氏硬度R的标度上大于约90的硬度(例如，硬性)，例如在洛氏硬度R的标度上大于约100的硬度，在洛氏硬度R的标度上大于约110的硬度，在洛氏硬度R的标度上大于约120的硬度，在洛氏硬度R的标度上大于约130，并且在洛氏硬度R的标度上小于约150(例如，在洛氏硬度R的标度90和140之间、100和130之间、110和130之间、115和125之间、90和150之间等)的硬度。
通过另外的示例，第一区域114可以由具有A型肖氏硬度小于100(例如，在80和100之间、90和100之间、70和100之间)的材料形成，并且第二区域116可以由D型肖氏硬度在75和100之间(例如，在80和100之间、90和100之间)的材料形成。
在一些实施方式中，第一材料(例如，第一区域114的整体)可以是挠性材料(例如，弹性材料)并且第二材料(例如，第二区域116的整体)可以是刚性材料。例如，第一材料可以具有在约0.1GPa与约2GPa之间的弹性模量(例如，杨氏模量)，例如在约0.3GPa与约1GPa之间的弹性模量，在约0.4GPa与约0.9GPa之间的弹性模量，或在0.4GPa与0.6GPa之间的弹性模量。第二材料可以具有在约1.5GPa与约6GPa之间的弹性模量，例如在约2.0GPa与约5GPa之间的弹性模量，约2.5GPa与约4GPa之间的弹性模量，或约3GPa与约4GPa之间的弹性模量。
在一些实施方式中，第二材料(例如，第二区域116的整体)可以具有弹性模量和/或硬度，所述第二材料的弹性模量和/或硬度是第一材料的弹性模量和/或硬度的一倍(1x)以上(例如，是第一材料的弹性模量和/或硬度的1.1x至5.0x倍，至少1.25x倍，至少1.5x倍，至少1.75x倍，至少2.0x倍及其组合)。
第一材料可以是软的或具有相对挠性的密封材料，比如聚合物(例如，塑料、弹性体、橡胶等)。在一些实施方式中，挠性密封材料可以是橡胶，该橡胶比如为乙丙二烯(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、硅橡胶、丁基橡胶、聚丁二烯等。在一些实施方式中，软的密封材料可以是塑料，比如四氟乙烯(TFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、改性的PTFE(例如，TFM、
1600、
1700)或增强型聚四氟乙烯(RTFE)。
第二材料可以是相对更硬或更坚硬的材料，比如聚合物(例如，塑料)，或其他更坚硬的材料，比如陶瓷、复合材料等。在某些实施方式中，第二材料可以包括尼龙塑料(例如，
)，聚芳基醚酮(例如，PAEK，聚醚醚酮(PEEK))，聚甲醛(例如POM、乙缩醛、聚缩醛、聚甲醛、
和
)、增强型TFM(例如TFM1600+20％GF)、碳填充PTFE、或聚三氟氯乙烯(例如PCTFE、PTFCE、
等)。
图2示出了处于打开位置的球阀100的截面。在打开位置，穿过球形件102的端口108可以与穿过阀本体104的导管106基本上对准，以使得流体可以通过球阀100。在打开位置，在球形件102和阀座112之间的力可以减小。当球阀100返回到关闭位置(图1)时，可能突然使得球形件102与阀座112之间的力增大，以使得当球阀100在关闭位置时，由阀座112吸收的冲击(例如，震动、冲量等)可能大于压力单独导致的力。
当球形件102处于打开位置和关闭位置之一或处于打开位置和关闭位置两者时，阀座112通过在球形件102与阀本体104之间限定密封件，可以基本上抑制或限制流体在球阀100周围的流动。例如，当球形件102在打开位置时，阀座112可用于至少部分地确保流体流中的大部分或整体流体流行进穿过预期的流动路径(例如，通过球形件102)，同时最小化或完全防止流体行进到球形件102的外部周围。同样地，当处于关闭位置时，阀座112可以防止在球形件102的周围不期望的流体流动。
图3示出了阀座300的等距视图，该阀座可以与文中讨论的其他阀座类似并且包括在文中讨论的其他阀座的一个或更多个特征。参照图1和图3，阀座300可以包括第一座部部分(例如，嵌入件302、座部构件、第一区域、第一部分)和第二支撑部分(例如，外壳体304、支撑构件、第二区域、第二部分)。外壳体304可以包括外表面306(例如，横向或径向延伸部、外壁)和内表面308(例如，径向内壁)。外壳体304的外表面306可以定位成与阀本体104相邻(例如，将壳体304抵靠于阀本体104相接、接触、固定)。例如，外壳体304的尺寸可以被设定为使得外表面306的外径与阀本体104的内径基本相同或外表面306的外径稍微小于或甚至大于阀主体104的内径，以使外壳体304位于阀本体104内，与阀本体104相邻或与阀本体104接触(例如，同时可选地与阀本体104形成过盈配合、压配合、摩擦配合)。
外壳体304可以用作垫片，该垫片在支撑嵌入件302的同时(例如，通过限制嵌入件302的变形)而在嵌入件302与阀本体104之间提供分隔。例如，外壳体304可以使嵌入件302能够弹性变形(例如，在加载的情况下与球形件102的形状相符合)而不会失效(例如，破坏阀座300与阀本体104之间的密封)，例如，通过变形到使得嵌入件302不再与球形件102密封接触的程度。
嵌入件302可以至少部分地布置在外壳体304内。例如，嵌入件302可以被布置为使得嵌入件302的整个宽度303(例如，轴向延伸部分)被接纳在外壳体305的宽度305(例如，轴向延伸部分)内。在一些实施方式中，仅嵌入件302的宽度303的一部分可以布置在外壳体304内，使得嵌入件302的一部分从外壳体304的一个或更多个轴向侧部沿轴向方向突出。
在一些实施方式中，嵌入件302可以由外壳体304至少部分地围绕(例如，径向地围绕)，使得嵌入件302整体被径向地定位在外壳体304内。例如，嵌入件302可以具有适配在外壳体304的更大直径内的直径。在附加的实施方式中，嵌入件302的至少一部分可以延伸出外壳体304的外部。
嵌入件302可以配装在外壳体304内。例如，嵌入件302可以通过过盈配合(例如，压配合、摩擦配合等)固定到外壳体304的内表面308。在一些实施方式中，嵌入件302可以以另外的方式通过例如粘合剂(例如，环氧树脂、胶水、粘合条等)，或通过其他已知的加工而固定到外壳体304的内表面308，已知的加工比如为塑性焊接、摩擦焊接、化学焊接、锡焊、相交螺纹(intersecting threads)等。
嵌入件302可以包括坐置表面310，该坐置表面310定位成邻近于球形件102并且构造成接触在嵌入件302与球形件102之间的密封部和/或形成嵌入件302与球形件102之间的密封部。坐置表面310可以是基本上平坦的或平面的并且成角度的(例如，相对于阀座300的轴线)，使得前端312的直径大于尾端314的直径(例如，坐置表面310具有截头圆锥形)。在一些实施方式中，坐置表面310可以具有与球形件102的和坐置表面310相接触的部分互补的半径(例如，坐置表面310的半径与球形件102的接触部分的半径基本上相同)。在一些实施方式中，坐置表面310可以由多个相交的截头圆锥形表面形成。
外壳体304可以包括副坐置表面316。例如，如果嵌入件302的坐置表面310不能形成密封部或除了嵌入件302的坐置表面310之外，副坐置表面316可以在阀座300与球形件102之间提供另一密封部。如所描述的，副坐置表面316可以具有与嵌入件302的坐置表面310的形状基本上相同的形状(例如，截头圆锥形，该截头圆锥形构造成与球形件102的较大直径部分接合)。在一些实施方式中，副坐置表面316可以形成为使得球形件102不接触副坐置表面316，除非或直到达到选定水平的力(例如，流体流量、压力等)。在一些实施方式中，副坐置表面316可以形成为使得球形件102不接触副坐置表面316，除非或直到嵌入件302变磨损、损坏(例如，塑性变形)或以另外的方式不能形成相对于球形件102的密封。
如上所述，相对于图1中的第一区域114和第二区域116，外壳体304可以由比嵌入件302更硬的材料形成。更软的材料可能需要更小的力来形成密封。例如，使球形件102与外壳体304之间的嵌入件302发生弹性变形所需的力可以相对更低。减小的力可以允许球形件102更容易地抵靠于嵌入件302移动。然而，仅嵌入件302上更软的材料可能缺乏承受在阀100内存在的高压的强度，因此如果单独使用则可能损坏嵌入件302。外壳体304的更硬的材料可以补偿嵌入件302的减小的强度，并且在相对较大的力和压力的环境中支撑嵌入件302(和球形件102)。所述这样的硬质材料和软质材料可以类似于如上文关于图1所述的第一材料和第二材料。
图4以分解图示出了图3的阀座300。参照图1和图4，外壳体304可以包括由外壳体304的内表面308和搁板322(例如，脊状部、保持件、止动件等)限定的凹部320。嵌入件302可以在凹部320内被固定成使得嵌入件302的尾端314靠置于搁板322。在一些实施方式中，如上关于图3所述的，嵌入件302可以被固定至外壳体304或在外壳体304中。在一些实施方式中，由阀组件中的球形件102提供的压力可以将嵌入件302保持在适当的位置。创建球形件102与嵌入件302的坐置表面310之间的密封的压力可以类似地在嵌入件302的外部分324与外壳体304的内表面308之间形成密封和/或在嵌入件302的尾端314与外壳体304的搁板322之间形成密封。
在一些实施方式中，中间密封件可以被包括在阀座300中。中间密封件可以是由聚合材料形成的另一个环形圈。在一些实施方式中，中间密封件可以由比嵌入件302更硬并且比外壳体304更软的材料形成。在一些实施方式中，中间密封件可以由弹性材料(例如，橡胶)形成，该弹性材料比如为O形圈或密封条。中间密封件可以被构造成与嵌入件302的外部分324与外壳体304的内表面308之间的在几何形状方面的差异相适应。
图5示出了阀座500的截面图，该阀座可以是与在文中讨论的其他阀座相似并且包括在文中讨论的其他阀座的一个或更多个特征。参照图1和图5，阀座500可以包括嵌入件502和外壳体504。嵌入件502可以布置在外壳体504中的凹部520内，在该凹部520处，嵌入件502的尾端514靠置于搁板522并且嵌入件502的外径部分524定位成与外壳体504的内表面508相邻或靠置于外壳体504的内表面508。如上关于图3和图4所描述的，嵌入件502可以由软质密封材料形成，该软质密封材料被构造成在嵌入件502与球形件102之间形成密封。如上所述，外壳体504同样可以由更硬的密封材料形成。外壳体504的相对更硬的密封材料可以被构造成在外壳体504与球形件102之间形成密封部。在一些实施方式中，嵌入件502的坐置表面510可以被构造成形成相对于球形件102的密封。例如，除了由嵌入件502形成的密封部之外，或者当嵌入件502的坐置表面510不能形成密封部时，在外壳体504上的副坐置表面516可以在外壳体504与球形件102之间限定密封部。
在一些实施方式中，嵌入件502可以包括端部部分(例如，前端512)，该端部部分将坐置表面510与外壳体504的部分间隔开。例如，前端512可以限定在阀座500的轴向方向上对准的表面，所述前端512将坐置表面510与外壳体504(例如，外壳体504的坐置表面516)间隔开，并且可以用于使坐置表面510、516在基本上相似的成角度平面上至少部分地对准。
在一些实施方式中，嵌入件502可以包括另一端部部分(例如，尾端514)，该另一端部部分将坐置表面510与外壳体504的另一部分(例如，搁板522)间隔开。
尽管外壳体502可以至少部分地用于对阀本体104密封，但是外壳体504的更硬的密封材料相比于嵌入件502的软质密封材料可能需要更大的力才能形成密封。然而，外壳体504的更硬的密封材料可以由于在更大的压力下比嵌入件502的软质密封材料更好地承受力。在一些实施方式中，嵌入件502的坐置表面510可以形成对球形件102的密封，同时外壳体504的副坐置表面516可以在例如高压应用中(例如，以抵消由球形件102施加到阀座500上的力)支撑球形件102(和嵌入件502)。
与上文所讨论的类似，外壳体504可以包括外表面506(例如，横向延伸部或径向延伸部、外壁)，该外表面506定位成与阀本体104的径向部分相邻(例如，将外壳体504抵靠于阀本体104相接、接触、固定)。外壳体504可以包括端部表面507(例如，轴向端部、轴向外壁)，该端部表面定位成与阀本体104的轴向部分(例如，端盖)相邻(例如，使外壳体504抵靠于阀本体104的部分相接、接触、固定)。
在一些实施方式中，外壳体504可以包括密封元件530(例如，外壳体密封件)，该密封元件定位在外壳体504与阀本体104之间，以在外壳体504与阀本体104之间提供密封。例如，阀座500可以通过嵌入件502和密封元件530两者(例如，通过弹性变形)而在球形件102与阀本体104之间提供密封。
如所描绘的，外壳体504可以包括构造成保持密封元件530的槽532(例如，狭槽、凹部等)。密封元件530可以在槽532内至少部分地(例如，部分地、大体上等)布置在外表面506与外壳体504的端部表面507之间的斜切表面处。在一些实施方式中，密封元件530可以由与嵌入件502基本上相似的材料形成。例如，密封元件530和嵌入件502的材料可以被选择为在基本上相同水平的力的情况下进行弹性变形，以在阀100中限定密封。例如，密封元件530可以由聚合物材料形成，例如弹性材料，该弹性材料比如为橡胶(例如，乙烯丙烯二烯(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)、丁苯橡胶(SBR)、硅橡胶、丁基橡胶、聚丁二烯等)、氯丁橡胶(例如，聚氯丁二烯，聚碳酸酯橡胶(pc-rubber)等)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚氨酯。在一些实施方式中，密封元件530可以是O形圈(例如，具有圆形横截面)，D形圈(例如，具有至少一个平坦的侧)，或具有另一个几何横截面的环形圈(例如卵形、椭圆形、抛物线形、正方形、矩形、三角形、五边形、六边形、八边形等)或不对称的横截面。
密封元件530可以在阀座500与阀本体104之间创建和/或保持密封。密封元件530可以用作主密封件，该主密封件基本上抑制(例如，至少部分地抑制、停止、防止等)流体在阀座500(例如，外壳体504)与阀本体104之间(例如，围绕阀座500的外部部分)通过。在一些实施方式中，密封元件530可以用作副密封件(例如，备用密封件、自动防故障密封件等)，以防止在另一个密封件(例如，由外壳体504的一个或更多个部分提供的密封件)失效的情况下，流体在阀座500与阀本体104之间通过。
图6示出了阀座600的截面图，该阀座可以与本文所讨论的其他阀座相似并且包括本文所讨论的其他阀座的一个或更多个特征。参照图1和图6，外壳体604的一部分(例如，尾部表面607，例如轴向外表面)可以构造成在阀座600与阀本体104之间限定密封。如所描绘的，密封元件630可以定位于外壳体604与阀本体104之间。例如，外壳体604可以包括限定在尾部表面607中的狭槽632(例如，槽、凹部等)，该狭槽632被构造成保持密封元件630。密封元件630可以至少部分地(例如，部分地、基本上等)布置在狭槽632内。在一些实施方式中，与如上关于图5所描述的密封元件530类似，密封元件630可以由相对更软的聚合物或弹性材料形成。如所描绘的，密封元件630可以是至少一个密封条(例如，基本上平坦的环形圈)。密封元件630可以具有宽度634，该宽度634基本上大于密封元件630的高度636。
如所描绘的，密封元件630可以定位于外壳体604的尾部表面607与阀本体104之间。在一些实施方式中，密封元件630可以定位于外壳体604的外表面606与阀本体104之间或在外表面606与尾部表面607之间的接合部处。
图7示出了阀座700的截面图，该阀座可以与本文所讨论的其他阀座相似并且包括本文所讨论的其他阀座的一个或更多个特征。参照图1和图7，外壳体704的一部分(例如，尾部表面707，例如轴向外表面)可以被构造成在阀座700与阀本体104之间限定密封。如所描绘的，一个或更多个密封元件730可以定位于外壳体704与阀本体104之间。例如，外壳体704可以包括限定在尾部表面707中的一个或更多个狭槽732(例如，槽、凹部等)，该狭槽732被构造成保持一个或更多个密封元件730。一个或更多个密封元件730可以至少部分地(例如，部分地、基本上等)布置在一个或更多个狭槽732内。在一些实施方式中，与如上关于图5所描述的密封元件530类似，一个或更多个密封元件730可以由相对更软的聚合物或弹性材料形成。
如所描绘的，一个或更多个密封元件730可以是以下中的至少一者：上文关于图5所描述的环形密封圈、或者上文关于图6所描述的密封条。在一些实施方式中，一个或更多个密封元件730可以包括至少两个密封元件730，该密封元件包括环形密封圈和/或密封条。
在一些实施方式中，一个或更多个密封元件730可以定位于外壳体704的尾部表面707与阀本体104之间。在一些实施方式中，一个或更多个密封元件730可以定位于外壳体704的外表面706与阀本体104之间，或定位于外表面706与尾部表面707之间的接合部处。在一些实施方式中，一个或更多个密封元件730可以定位在外壳体704的不同表面上，比如上文所描述的。
本公开的实施方式可以提供具有用于与阀构件相接触的相对更软的座部的阀座，该阀座可以提供低摩擦、更低的所需的密封力、在致动期间更低的所需的扭矩量和/或相对更高的耐化学性。阀座还提供了具有更高强度(例如，更硬)材料的支撑区域，与更软的阀座相比，该支撑区域对于高载荷和/或高压力/温度而言具有更大的适应力。所述这样的组合或复合阀座可以完美地适于涉及高压和/或高温以及高载荷或高冲击加载的应用。
根据本公开的实施方式的阀座可以进一步在高压***(例如，包括高压流体和/或冲击载荷场景)中提供支撑，同时保持密封，保持密封需要较小的用于使球阀的球状件旋转的力。在高压***中，软材料的阀座可能会由于变形、疲劳、或由与高压力相关联的大力所导致的其他故障而失效。在高压***中所使用的用来补偿高压的更高强度的材料可能需要更大的力(例如，扭矩)以使球阀的球状件相对于座部旋转。大的力可能需要更昂贵和笨重的致动器来移动阀。本公开的实施方式可以使软的座部材料能够在高压应用中使用，从而允许使球阀的球状件旋转所需的扭矩量减小，同时保持用于经受与高压力相关联的大的力所需要的强度。
虽然本文已经关于某些所示出的实施方式描述了本公开，但是本领域的普通技术人员将认识并且理解的是本公开不限于上述实施方式。反而，在不背离上述要求保护的本公开的范围的情况下，可以对所示出的实施方式进行许多添加、删除和修改，要求保护的本公开的范围包括所示出的实施方式的合法等同物。另外，来自一个实施方式的特征可以与另一实施方式的特征组合，同时仍然包括在发明人所考虑的本公开的范围内。
Claims (21)
1.一种阀座，包括：
嵌入件，所述嵌入件包括第一聚合物材料，所述嵌入件构造为定位成与阀构件相邻并且接触所述阀构件，并且所述嵌入件构造成限定在所述阀构件与阀本体之间的密封件的一部分，所述阀构件定位在所述阀本体中，所述嵌入件具有主坐置表面以限定相对于所述阀构件的所述密封件的所述一部分；以及
外壳体，所述外壳体包括第二聚合物材料，并且所述外壳体包括构造成以与所述阀本体接触的方式定位的大部分的外表面，所述外壳体包括轴向敞开且径向敞开的凹部，所述嵌入件的至少一部分构造成定位在所述外壳体内并且被接纳在所述凹部中，所述外壳体构造成定位在所述嵌入件与所述阀本体之间，以将所述嵌入件与所述阀本体分隔开并且以限定在所述阀构件与所述阀本体之间的所述密封件的另一部分，所述外壳体具有副坐置表面以限定相对于所述阀构件的所述密封件的所述另一部分，其中，所述外壳体的所述第二聚合物材料所具有的硬度大于所述嵌入件的所述第一聚合物材料的硬度。
2.根据权利要求1所述的阀座，其中，整个所述嵌入件包括所述第一聚合物材料，并且其中，整个所述外壳体包括所述第二聚合物材料。
3.根据权利要求1所述的阀座，其中，所述嵌入件的轴向延伸部分被接纳在由所述外壳体限定的所述凹部的轴向延伸部分内并且靠置于由所述外壳体限定的所述凹部的轴向延伸部分。
4.根据权利要求1所述的阀座，其中，所述嵌入件的整个轴向延伸部分被接纳在所述外壳体的限定所述凹部的部分的轴向延伸部分内。
5.根据权利要求1所述的阀座，其中，所述第一聚合物材料具有小于100且大于50的洛氏硬度R标度的硬度。
6.根据权利要求5所述的阀座，其中，所述第二聚合物材料具有大于100且小于150的洛氏硬度R标度的硬度。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的阀座，还包括定位在所述外壳体的外部横向延伸部处的外部本体密封件，所述外部本体密封件构造成至少部分地限定在所述阀构件与所述阀本体之间的所述密封件的另一部分。
8.根据权利要求7所述的阀座，其中，所述外部本体密封件和所述嵌入件包括构造成以基本上相同水平的力进行弹性变形的基本上相似的材料。
9.根据权利要求7所述的阀座，其中，所述外壳体包括环形槽，所述环形槽构造成在所述环形槽中接纳所述外部本体密封件的一部分。
10.一种阀组件，包括：
阀本体，所述阀本体包括至少一个端口；
阀构件，所述阀构件定位在所述阀本体内，并且构造成选择性地使流体能够穿过所述阀本体中的所述至少一个端口；以及
至少一个阀座，所述阀座包括：
座部构件，所述座部构件包括聚合物材料，所述座部构件定位成与所述阀构件相邻并且构造成对所述阀构件进行密封；和
支撑构件，所述支撑构件包括另一聚合物材料，并且所述支撑构件包括以与所述阀本体接触的方式定位的外表面，所述支撑构件定位在所述座部构件与所述阀本体之间并且将所述座部构件与所述阀本体分隔开，并且所述支撑构件构造成对所述阀本体进行密封，其中，所述座部构件的轴向延伸部分被接纳在由所述支撑构件限定的轴向敞开的凹部的轴向延伸部分内并且靠置于由所述支撑构件限定的所述凹部的轴向延伸部分。
11.根据权利要求10所述的阀组件，其中，所述阀组件包括球阀，并且所述阀构件包括定位在所述阀本体中的可旋转的球状件。
12.根据权利要求10所述的阀组件，其中，所述支撑构件的所述另一聚合物材料具有的硬度大于所述座部构件的所述聚合物材料的硬度。
13.根据权利要求12所述的阀组件，其中，所述座部构件具有小于70且大于50的洛氏硬度R标度的硬度。
14.根据权利要求13所述的阀组件，其中：
所述座部构件包括选自四氟乙烯、聚四氟乙烯、改性聚四氟乙烯以及增强型聚四氟乙烯的材料；以及
所述支撑构件包括选自尼龙塑料、聚芳基醚酮、聚甲醛、碳填充的聚四氟乙烯以及聚氯三氟乙烯的材料。
15.根据权利要求10至14中的任一项所述的阀组件，其中，所述座部构件被接纳在所述支撑构件的一部分内。
16.根据权利要求15所述的阀组件，其中，所述支撑构件将所述座部构件与所述阀本体间隔开并且使所述座部构件与所述阀本体分离。
17.根据权利要求10至14中的任一项所述的阀组件，其中，所述支撑构件包括单独的本体密封构件，所述本体密封构件构造成与所述阀本体接触并且对所述阀本体进行密封。
18.根据权利要求17所述的阀组件，其中，所述本体密封构件所包括的材料的硬度与所述座部构件的聚合物材料的硬度基本上相似。
19.根据权利要求10至14中的任一项所述的阀组件，其中，所述至少一个阀座包括根据权利要求1至9中的任一项所述的阀座。
20.一种在球阀中设置密封件的方法，所述方法包括：
将座部的包括有第一聚合物材料的第一部分定位成与所述球阀的可动球状件相邻；
将座部的包括有第二聚合物材料的第二部分定位成与所述球阀的本体相邻，所述第一部分被接纳在所述第二部分的轴向敞开且径向敞开的凹部中，所述第二部分将所述第一部分与所述球阀的所述本体分隔开；将所述可动球状件迫压成进入所述座部，以通过所述座部而在所述可动球状件与所述阀的本体之间形成密封件；以及
通过具有主坐置表面的所述第一部分和具有副坐置表面的所述第二部分，在所述可动球状件与所述阀本体之间限定所述密封件。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括使所述座部的所述第二部分的包括有第三聚合物材料的一部分变形成进入所述阀本体中。
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