有较硬的副密封面保护的软密封面 本发明涉及一种流体控制阀，特别涉及一种能对含有颗粒物质的腐蚀性液流加以控制的流体控制阀。
本发明的背景
在某些工艺系统中，往往需要将管路互连起来，以便不时地以较高的流体速率来传送腐蚀性流体，诸如含有颗粒的流体。一个例子是这样一种系统，其中传送一腐蚀性催化剂，并且其中杂质可能积聚在所述液流的内部。
在这种腐蚀性系统中，要求将流体控制阀始终保持在良好的工作状况。具体地说，含有高速率颗粒的腐蚀性流体会迅速将阀座磨损到这样一种程度，即，在一些情况中，必需周期性地更换整个阀门内件。在一些非常恶劣的环境中，由于快速流动的腐蚀性流体以及流体流内大量具破坏性的颗粒物质磨损阀座，因此，阀门内件甚至可能需要每日更换。
本发明的概述
根据本发明的原理，提供了一种能在腐蚀性状况下可靠地工作，诸如对具有大量颗粒物质的液流加以控制的流体控制阀。一阀塞座设置有一软的主密封面和一硬的金属副密封面。较软的密封面可以由诸如聚四氟乙烯(PTFE)之类的塑料材料制成，或者由其它足够软、能在加载时发生变形而不会裂开或分裂的材料制成。本发明的软的主密封面和硬的金属副密封面可以用在任何一种其中流体是向上流入阀塞并流过所述密封面的阀塞上，诸如用在一种不平衡的成形阀塞结构上。在运行中，阀塞上的软的主密封面将首先与阀座圈接触，并将被加载，一直到硬的金属副密封面接触阀座圈为止。此时，任何附加的阀杆载荷将对硬的金属密封面加载，这样就可以防止软的密封面过载。此外，在阀塞上还设置有一液流导向器，它可以在阀处于打开状态时，使向上流动的流体流转向而离开软的主密封面，允许流体流流过所述密封面。
除了双密封面结构，即由于硬的金属副密封面和流体转向器可以保护软的主密封面之外，阀塞还至少设置有一个死区，所述死区设置得具有足够的程度，以便能使阀塞的密封面充分打开，以确保通过密封面的有效流动区域是一流动不受限制的区域。这样就可以将通过密封面的流动速率保持得较低。一旦阀塞移动到液流开始流过阀的位置，阀塞内的液流导向器或流体转向器就会将液流移离阀塞密封面。这样就可以防止所述密封面因含有颗粒物质的流体的直接冲击而受损，或者可以防止所述密封面免受其他腐蚀性液流的影响。
当阀关闭时，由于阀塞进入其闭合位置，因此阀塞的死区将再次限制通过密封面的高速流体。
在本发明的、用在含有颗粒物质的液流中的流体阀的一实施例中，设置有一种具有一入口和一出口的阀体。一阀座圈安装在所述阀体内、位于所述入口和所述出口之间，并具有一形成一流道的孔，用来与含有颗粒物质的所述液流相连通。所述阀座圈包括一围绕所述孔的周缘的环形密封边缘和一围绕所述环形密封边缘延伸的环形刚性密封面。
一阀座圈保持器能将安装在所述阀体内部的所述阀座圈牢牢保持住。一阀塞构件可滑动地安装在所述阀座圈保持器内部，它包括：一由诸如PTFE之类的弹性密封材料制成的软阀座盘，用来与所述环形密封圈流体密封接合并由此形成一用于所述流体流的主密封面。
阀塞构件还包括一环形脊，它从所述阀塞构件突伸出来，用来与所述环形刚性密封面流体密封接合，并由此形成一用于所述液流的副密封面。所述阀塞构件包括一用来插入所述阀座圈孔的阀塞尖端，并能藉助所述阀塞尖端与所述阀座圈内的流道内壁的可滑动贴合形成至少一个死区。所形成的死区可以控制液流，并且能在所述主、副密封面刚开始开放于所述液流的过程中基本上防止流体流过所述流道。所述阀塞尖端包括一环形凸肩部分，所述环形凸肩部分自所述阀塞尖横向延伸，用来偏移流过所述流道地液流和离开由弹性密封材料制成的软阀座盘。
设置在阀塞尖端上的第二死区和阀座圈可以使两个死区更有选择性地控制液流。具体地说，由于设置有两个死区，因此将主密封面和副密封面可以打开，即抬起，同时藉助所述的两个死区来控制流过所述阀座圈的液流。当阀塞离开阀座圈大约20％的行程时，一死区就消失，而另一死区仍然能有效地控制流过阀座的流体。这样就可以使软的主密封面在允许腐蚀性流体流流过流道之前与阀座进一步移开。最后，当阀塞移动了大约50％的行程时，第二死区消失，从而可以允许流体流过阀座圈。此时，软密封面已充分远离阀座圈，而且液流偏转器可以可靠工作，使液流离开软密封面。此时，阀塞就开始对流过所述阀的流体流量加以节流。
附图的简要说明
本发明的新颖特征已在所附权利要求书中予以一一指出。但藉助以下结合附图所作的描述可最佳地理解本发明，在各附图中，凡是相同的标号均表示相同的构件，其中：
图1是本发明一流体控制阀的局部剖视图；
图2是图1所示流体控制阀的阀塞和阀座的立体分解图；
图3是图1所示流体控制阀的软的主阀密封面和硬的副密封面的局部放大图；
图4是一局部视图，它示出了能有效控制液流的两个死区，此时主密封面和副密封面刚好脱开贴合；
图5是一局部视图，图中仅一个死区有效，此时阀塞移离所述阀座大约20％的行程；以及
图6是一局部视图，它示出了所述阀塞移动了大约50％的行程，并且液流偏转器保护着软的主密封面。
具体描述
图1示出了一用来控制流体、尤其是控制含有颗粒状物质的腐蚀性流体的流体阀10。流体阀10包括一具有一流体入口14、流体出口16的阀体12，以及一位于阀入口14和阀出口16之间的阀体孔18。一阀座圈20适当地安装在阀孔18内部，并藉助一采用传统阀结构的阀座圈保持器22而牢牢地保持在所述阀体内部。
阀座圈20包括一中心孔，通过该中心孔可提供一穿过阀座圈20的流体通道24，并且当阀处于打开位置时，可以将阀入口14和阀出口16流体地互连起来。图1示出了处于完全关闭位置的流体阀10，它具有一用作防护的双密封面结构，这将在下文中予以具体描述。
阀塞件26包括一位于其一端的塞尖28和位于其另一端的螺纹部分30。带有螺纹的阀塞件部分30适于与阀塞导向件34内部的螺纹部分32可螺接地螺合，所述阀塞导向件可滑动地啮合在阀座圈保持器22内部。因此，当阀杆36藉助可螺合的安装方式固定在阀塞导向件34内部时，通过使阀塞导向件外部上表面38和阀塞导向件外部下表面40与各自的内表面在阀保持器22内部的可滑动的导向啮合，就可以在阀座圈保持器22内部将阀塞件26的运动导向如图1所示。塞尖28包括一自阀塞横向延伸的环形脊42。环形脊42是由一上凸肩表面44、一倾斜的下表面46和一互连的外表面48形成的。阀塞外表面48合适地贴合在阀座圈20的内上表面50内部并紧抵住所述内上表面，以形成一能控制流过流道24的流体的第一上死区51(参见图3、图4)，这将在下文中作更具体的描述。阀塞外表面区域52在阀座圈20内部与一内下表面54相贴合，从而形成了一第二下死区53，以控制流过流道24的流体(参见图3、图4)。
设置有一软密封圈56，它由诸如PTFE之类的软塑料材料或其它足够软以便能在加载时变形而不会裂开或分裂的弹性材料制成，以便定位在一适当成形的腔室58内部、位于阀塞导向件34的一端处。软密封圈56具有一定尺寸以便能安装在阀塞构件26的凸肩表面44上，并包括一延伸伸出凸肩表面44之外的周向密封区域60，从而能与阀座圈20的环形密封边缘62可密封地啮合。环形密封件56与环形密封边缘62的密封贴合为阀10提供了一主密封面。
阀座圈20还包括一围绕环形密封边缘62延伸的环形刚性密封面64，以便与设置在阀塞导向件34上的一环形阀塞脊66流体密封贴合。阀塞脊66在阀座圈刚性密封面64上的密封贴合为流体阀10提供了一副密封面。
图3示出了一副密封面的形成的具体细节，所述副密封面是由环形密封件56与环形密封边缘62的软密封来提供的。而且，图3还示出了一由环形阀塞脊66和环形刚性密封面64的密封贴合所提供的副密封面。因此，由于阀塞导向件和阀座圈都是由金属制成的，而环形密封件56是由一种较软的弹性材料制成的，所以，所述主密封面是一软的密封结构，而所述副密封面是一金属对金属的密封结构或硬的密封结构。
阀塞上的主软密封面将首先接触阀座圈20，并将被加载，一直到副的、硬金属密封面接触所述阀座圈为止。此时，任何附加的阀杆载荷将使所述硬金属密封面加载，这样就可以保护所述软密封面并由此可以防止所述软密封面过载。而且，保护软密封面免受腐蚀性流体流动影响的作用是由阀塞26的环形突出脊42的底部斜面46来提供的，所述斜面46起到一转向器的作用以使液流离开软环形密封件56的周缘密封区域62。
图3还示出了两个死区51、53的具体结构。上死区51是由阀塞外表面48与阀座圈内表面50相贴合来形成的。下死区53是由阀塞外表面52与阀座圈内表面54相贴合来形成的。
现请参阅图4、图5和图6，下面对用来保护软密封材料免受腐蚀性流体流动影响的两个死区的工作原理进行描述。图4示出了阀杆36的工作刚刚将阀塞26移离阀座圈20这样一种状态。在图4中，可以看到，主密封面的软环形密封件56以及副密封面的环形阀塞脊66已经移离了所述阀座圈。但是，在这样的阀的位置下，由于两个死区51、53能在阀塞和阀座圈之间提供一定长度的紧间隙配合，因此是几乎没有或没有任何流体流动的。所提供的阀塞死区具有足够的长度，以便能使阀塞的密封面充分打开，以确保通过密封面的有效流动区域是一流动不受限制的区域。这样就可以将通过密封面的流动速率保持得较低。参阅图4时可以注意的是，如果阀塞刚刚离开阀座，两个死区将仍然是匹配啮合的，并能有效地限制流体的流动。
图5示出了这样一种状态，即，阀杆36继续工作已将阀塞件26移动到一离开阀座圈处于完全密封状态大约20％行程的位置处，例如离开图1所示的完全密封状态时的20％的行程的位置处。正如从图5中可看到的那样，上死区51已不存在了，因为阀塞表面48和密封面50不再有任何贴合。但是，应予注意的是，下死区53仍能有效地控制液流，因为阀塞的外表面52继续与阀座圈的下内表面54保持贴合。因此，可以继续控制流体，以便使流体处于小流量流动状态或无流动状态，同时还能使软环形密封件56在允许较多流体流过流道24之前进一步与阀座圈分开。
在图6中，阀杆36进一步工作以将阀塞26提升到一离开阀座圈20大约50％行程的位置处。正如从图6中可以看到的那样，下死区53现在是不起作用的，因为阀塞外表面52已经升高并与阀座圈的内表面54脱开接触。这样就可以使流体从阀入口24通过流道24而流至阀出口16。当阀在处于图6所示的位置时，可以看到的是，软环形密封圈56已经基本上与阀座圈20分开，这样就使所述软环形密封件远离流体的流动。而且，此时，由斜面46提供的流体转向作用使液流离开环形密封件周缘密封表面60，以防止所述密封面因流体的直接冲击而受损。这样就可以显著地防止流动的流体使软密封面受到流体冲蚀而受损，而这种情况通常会发生在处于这种腐蚀状态的传统阀塞结构中。当阀移动至图6所示的50％行程时，阀塞尖28就开始对流体提供节流作用。
因此，本文中图示和描述的流量控制阀10可以提供一软的主密封面和一能保护主密封面的硬的副密封面，并且还包括两个死区，以防止流体冲击在软密封面上，一直到软密封面已远离开所述阀座圈为止。此外，本发明的流量控制阀还提供一流体转向器，从而当流体开始流过所述阀时能使流体转向离开所述软密封面，并开始对流体的流动进行节流。
应予理解的是，本发明的各概念可以用在任何一种其中流体是向上流动而流入阀塞并流过阀座的阀结构上。本发明的原理可以广泛使用于一不平衡的成形阀塞中。本发明的阀提供了一种使用寿命较长的阀座设计，它可以十分满意地在肮脏和腐蚀性流体中使用，本发明可以使主软密封面免受流体的直接冲击。
以上给出的具体描述仅仅是为了便于清楚地理解本发明，而且应予理解的是这些具体描述不是限制性的，对于本技术领域的那些熟练人员来说显然还可以作出种种改变和变化。