阀流量调节装置.pdf

一种具有阀杆行程限制器形式的流量调节装置的阀包括具有贯穿其中的通路以接纳具有突出部的阀杆的套管，所述套管进一步包括具有不同深度的多个凹槽。所述流量调节装置可被组装到阀杆，以允许对应于该阀的相应不同最大流动能力的多个不同的预定阀杆行程限制。

1、  一种阀，包括：
具有流体入口通路和流体出口通路的壳体；
被设置在所述流体入口通路与所述流体出口通路之间的节流孔；
适于相对于所述节流孔移动以在所述流体入口通路与所述流体出口通路之间改变流体流量的阀塞；
连接到所述阀塞的阀杆，所述阀杆具有沿所述阀杆的长度设置并设置在所述壳体外的突出部；
具有深度不同的多个凹槽的阀流量调节装置，所述阀流量调节装置被联接到所述阀杆并能够与所述突出部接合，其中所述阀流量调节装置提供多个预选位置，所述多个预选位置限制所述阀杆的行程并对应于所述阀的多个不同的最大流动能力。

2、  如权利要求1所述的阀，其中所述突出部包括销。

3、  如权利要求1所述的阀，其中所述突出部被形成在所述阀杆的具有该阀杆中的孔的部分上，并包括被接纳在所述孔中并从所述阀杆向外延伸的销。

4、  如权利要求1所述的阀，进一步包括弹性构件，所述弹性构件接合所述阀流动调节装置，以选择性地保持所述预选位置中的一个。

5、  如权利要求1所述的阀，其中所述阀流量调节装置进一步包括共同围绕并可滑动地接合所述阀杆的至少两个套管部分。

6、  如权利要求5所述的阀，进一步包括管状部分和台肩部分。

7、  如权利要求5所述的阀，其中所述至少两个套管部分为整体式工件的一部分。

8、  如权利要求1所述的阀，其中当所述阀流量调节装置从第一预选位置移动到第二预选位置时，所述阀流量调节装置克服由弹性构件提供的偏压力而移动。

9、  如权利要求1所述的阀，其中在未将所述流量调节装置或所述突出部从所述阀杆上移除的情况下，所述阀的最大流动能力能够从第一预选位置调节至第二预选位置。

10、  一种阀流量调节装置，包括：
具有突出部的阀杆；
具有贯穿其中的通路的套管，其中该套管可滑动地接合所述阀杆；以及
所述套管进一步包括多个预选位置，以与所述突出部接合，其中所述多个预选位置适于将所述阀杆的运动限制到相应的不同的最大行程位置。

11、  如权利要求10所述的阀流量调节装置，其中所述套管进一步包括至少两个部分。

12、  如权利要求11所述的阀流量调节装置，其中所述至少两个套管部分连接在一起。

13、  如权利要求11所述的阀流量调节装置，其中所述至少两个套管部分为整体式工件的一部分。

14、  如权利要求10所述的阀流量调节装置，进一步包括弹性构件。

15、  如权利要求14所述的阀流量调节装置，其中所述弹性构件将所述套管偏压以与所述突出部接合。

16、  如权利要求14所述的阀流量调节装置，其中所述弹性构件进一步包括可滑动地接合所述阀杆的弹簧。

17、  如权利要求10所述的阀流量调节装置，其中所述套管进一步包括多个凹槽，所述多个凹槽在所述套管与所述阀杆滑动接合时朝向所述突出部开放。

18、  一种阀流量调节装置，包括：
具有突出部的阀杆；
套管，该套管联接到所述阀杆，并具有贯穿其中的纵向通路和多个位置，以选择性地接合所述突出部并由此限制所述阀杆的行程；和
弹性构件，该弹性构件接合所述套管并偏压所述套管以保持与所述突出部接合。

19、  如权利要求18所述的阀流量调节装置，其中所述套管进一步包括在尺寸上适于接纳所述突出部的多个纵向凹槽。

20、  如权利要求18所述的阀流量调节装置，其中所述套管进一步包括管状部分，该管状部分具有接合所述弹性构件的台肩。

阀流量调节装置
技术领域
本公开一般涉及具有可移动以进行流速调节的阀杆的控制阀，更具体地说，涉及用于这种阀杆以调节最大有效流速的行程限制器。
背景技术
通常，控制阀包括通过节流孔被联接到流体出口通路的流体入口通路和被设置在该节流孔中的关闭构件，并由该关闭构件控制通过其中的流体流量。该关闭构件可包括具有与形成阀座的节流孔接合的表面的阀塞。在过程控制系统的操作过程中，过程控制器可向控制阀发出指令信号，以使阀塞移向阀座而与其接合或移离阀座，从而提供所希望的通过节流孔以及控制阀的流体流量。
控制阀在其使用期限内通常经历可变的过程条件。例如，天然气井在被首次钻通时可具有高压力，但压力随着时间而降低。为了在压力降低时保持恒定的流体流量，必须拆卸阀以安装具有更大流动通路的阀座，或必须调节阀以使阀塞离开阀座进一步行进，从而开放更大的端口面积。
因此，作为第一可替代方案，为了确保阀将实现所希望的流动参数，可以安装分别成套的阀塞和阀座。然而，更换阀塞和/或阀座可能必需拆卸和重新组装阀，这导致额外的工作和额外的控制阀停工时间。因此，希望能够通过使用单一的阀塞和单一的阀座来实现多个所希望的流动参数。
存在与阀杆协同工作以提供多个阀杆行程限制的装置，例如在美国专利6,905,108中所示的装置。然而，已知的装置往往相当昂贵并且难以移除和安装。这可能是由于往往需要沿阀杆以及沿与阀杆接合的行程限制装置的内表面的细齿连接或螺纹所致。此外，所述装置往往需要可拆卸的螺栓以将各工件紧固到一起，这可能产生以下问题：在调节过程中为了组装和拆卸该装置的工具的操作而涉及适合的通路，以及不得不处理在操作中需要小心以避免其掉落的多个松脱零件，而与此同时当安装螺栓时还存在实现正确螺纹对准的困难。
当操作者戴有手套(例如在冷环境中可能是必须的)时，与现有技术的装置相关的更为困难和费时的操作可能特别复杂。假定控制阀经常直接安装在井口且必须循环，则改变现有技术的装置也往往在控制阀循环时需要关断系统以避免阀杆的正常运动。当操作者需要实现更开放的位置(例如以允许阀被冲洗)时，移除现有技术的装置所需的时间也是重要的。因此，每个最大流速变化和冲洗操作能够以更少的控制阀停工时间完成，导致更高的生产率，将是可取的。
发明内容
根据一个实例，一种用于限制阀杆行程的装置被提供在具有壳体的阀中，所述壳体具有流体入口通路和流体出口通路，以及被设置在所述流体入口通路与所述流体出口通路之间的节流孔。所述装置进一步包括：适于相对于所述节流孔移动以在所述流体入口通路与所述流体出口通路之间改变流体流量的阀塞；连接到所述阀塞的阀杆，该阀杆具有沿阀杆长度设置并设置在所述壳体外的突出部。所述装置还包括具有不同深度的多个凹槽的阀流量调节装置，所述阀流量调节装置被联接到所述阀杆并能够与所述突出部接合，从而使阀流量调节装置提供多个预选位置，所述多个预选位置限制所述阀杆的行程并对应于所述阀的多个不同的最大流动能力。
根据另一实例，一种阀流量调节装置包括具有突出部的阀杆。所述装置进一步包括具有贯穿其中的通路的套管，其中该套管还可滑动地接合所述阀杆，并且具有用于与所述突出部接合的多个预选位置，其中所述多个预选位置适于将所述阀杆的运动限制到相应的不同的最大行程位置。
按照又一实例，一种阀流量调节装置包括具有突出部的阀杆。所述装置进一步包括套管，该套管联接到所述阀杆，并具有贯穿其中的纵向通路和多个位置，以选择性地接合所述突出部并由此限制阀杆的行程。所述装置还包括弹性构件，该弹性构件接合所述套管并偏压所述套管以保持与所述突出部接合。
通过所述示例性结构，提供一种限制阀杆行程的流量调节装置。所述装置可包括围绕阀杆形成套管的一个或多个工件。该套管具有贯穿其中的通路并可滑动地接纳阀杆。该套管包括不同深度的凹槽，通过在形成套管的一个或多个工件中铸造、模制或机加工而形成凹槽的特征，可形成所述凹槽。根据阀流量调节装置，该流量调节装置可被组装到阀杆，以允许多个不同的预定的杆行程限制。
阀杆需要与套管接合的突出部，而不专门机加工或形成螺纹或同心凹槽。这样，突出部可通过各种方式形成，例如，通过至少部分地从阀杆突出的压配合销形成。
在阀杆上具有突出部可以让套管简单地安装在阀杆上和旋转，以在不同的预定设置之间改变阀杆行程。根据套管的方位，如果相对最浅的凹槽朝向突出部定向，则其将接触突出部并且根据套管顶部与凹槽顶部之间的距离限制阀杆行程。可替代地，如果较深的凹槽朝向突出部定向，则突出部将接触较深的凹槽的顶部，从而将行程限制在正好小于套管的总高度。于是，套管可旋转以在多个预定的阀杆行程限制之间调节。
套管可通过重力或诸如螺旋弹簧之类的弹性构件或其他机构保持就位。有利的是，套管的位置可在没有工具或不操作螺栓或螺纹件的情况下被方便地调节，并可在不使用与其相关的一些专用机加工和组装技术的情况下制成。进而，考虑到具有更少部件的更短、更轻且更便宜的阀组件，所述装置可以相当小和紧凑。这种装置将需要更少的调节时间，因而更可能在正常的系统操作期间允许在阀杆的冲程之间快速改变最大流动能力。
因此，提供一种限制阀杆行程的流量调节装置。所述装置提供多个不同的行程限制，其对应于相对于最大阀杆行程可实现的多个不同的预定位置，并由此对应于所述阀的多个不同的相应的最大流动特性。
根据所选择的结构，所述装置使现有技术转的缺点最少，同时允许用户完全通过在阀壳体之外或外部的动作快速改变阀的最大流动能力。实际上，操作者能够在不使用工具的情况下根据循环时间并在阀杆的冲程之间进行流量调节。这样不仅由于不必关断流体系统而提高了生产率，而且还减少了操作者的时间和工作，这在财务上以及对在恶劣天气工作的操作者的舒适性而言可具有显著影响。
应当理解，以上的总体描述和以下的详细描述是示例性的，并仅为了说明目的而提供，而且对于要求保护的本发明并不是限制性的。本发明进一步的特征和目的根据以下的对优选实施例的描述和所附权利要求将变得更充分明显。
附图说明
图1是包括流量调节装置的阀的正视图。
图2是图1的阀的剖视图。
图3是根据图1和2中所示实例安装到阀杆的流量调节装置的透视图。
图4是根据图1和2中所示实例的阀杆的正视图。
图5是根据图4中所示实例的阀杆的局部剖视图。
图6是根据图1和2中所示实例的流量调节装置的套管的外圆柱形壁的平面展示图。
图7A-7C是根据图1和2中所示实例的流量调节装置分别在三个不同行程限制位置的正视图。
图8是流量调节装置的可替代套管的视图。
应当理解，附图不必按比例绘制。
尽管其他平面图和剖面图未包括在内，不过根据本公开，这些视图将要显示的细节应被认为被适当显示在本发明的附图中，或完全在本领域技术人员的理解范围内。还应理解，本发明并不限于图示的实例。
具体实施方式
现在参见附图，图1和2显示出控制阀组件10的实例，控制阀组件10包括连接到阀帽14的阀体12。阀帽14则连接到隔膜套16。隔膜套16容纳滑动杆致动器，滑动杆致动器也可采用其他形式。滑动杆致动器可以是用于控制阀的任何合适类型。控制阀组件10可通过例如法兰安装的传统方式被结合到更大的过程控制系统内的流体管道部件。
阀杆40穿过阀帽14。阀杆40将以其近端或称上端42被联接到滑动杆致动器并由滑动杆致动器驱动。阀杆40穿过阀帽14并向下进入阀体12。在此实例中，阀塞46联接到阀杆40的下端44。阀塞46在其下侧包括就座表面。应认识到，阀杆40和阀塞46可由单一工件加工而成，或者可形成为通过常用紧固方法连接的分立工件。
阀体12包括入口通路20和出口通路21。阀流动路径22在入口通路20与出口通路21之间形成。在入口通路20与出口通路21之间设置节流孔24。在此实例中，节流孔24接纳可移动的阀座26，不过应理解的是，阀座可在节流孔24处整体形成在阀体12中。在此实例中，阀塞46在形状和尺寸上允许其与阀座26密封接合。阀塞46与节流孔24中的阀座26协作，以控制可从入口通路20流到出口通路21的流体所通过的端口面积。因此，允许通过控制阀组件10的流速受控于阀杆40的位置以及阀塞46相对于阀座26的位置。在图2中，阀塞46被显示为处于关闭位置，此时阀塞46的就座表面与阀座26完全接合。
在此实例中，隔膜套16容纳常用的具有隔膜32的隔膜控制单元30，而且隔膜32响应于控制压力而升高或降低中心安装毂34，这样，以本领域公知的方式形成滑动杆致动器。应认识到，也可使用可替代的致动器单元。而且，示例性流量调节装置可用于具有阀杆的多种类型的阀，而无论阀是控制阀、节流阀还是开关阀。
由于中心安装毂34的竖直运动及其与阀杆40的上端42的联接，阀杆40和阀塞46可在控制阀组件10中移动通过一纵向行程的范围。这一行程范围包括，在一个极端，当阀塞46与阀座26密封接合时处于关闭位置，而在另一极端，当阀杆40移动到其允许行程的最大限度时处于完全开放的预选的最大流速位置。
在此实例中，阀帽14包括开口50，通过开口50，可从控制阀组件10之外接近阀杆40的中间部分52。进而，阀杆40的露出的中间部分52具有突出部54，突出部54通过插入阀杆40中的孔58中的销56形成。应认识到，阀杆上的突出部可通过各种方式形成或提供。为了选择性地限制阀杆40的最大向上行程并由此预选阀塞46相对于阀座26的最大流速位置，流量调节装置60可在阀帽14的开口50内联接到阀杆40。
在图1-5中的实例中所示的流量调节装置60包括可与突出部54组合以实现多个可替代阀杆行程极限的套管62。套管62可通过一个或多个工件形成，并显示为具有管状部分66和台肩部分68的两件式组件。管状部分66和台肩部分68可分别形成并然后通过传统方式结合，或可由整体式工件制成。管状部分66和台肩部分68还可由诸如塑料、金属等多种材料构成，并可通过其他传统方式模制或形成。管状部分66和台肩部分68可被构造为分开的，以允许在不拆卸阀组件10的情况下将套管62从阀杆40上移除。
在所示实例中，台肩部分68围绕管状部分66的外壁70焊接。管状部分66的外壁70具有形成于其中的一系列成台阶的凹槽或凹口72、74、76，并且每一个成台阶的凹槽具有半圆弧形凹凸，用于与阀杆40上的突出部54紧密接合。在图示实例中显示为弹簧的弹性构件78紧靠台肩68的顶表面并环绕管状部分66。通过这种示例性构造，套管62可通过弹性构件78的压缩被保持在多个行程限制位置之一，且由弹性构件78使突出部54保持嵌套在调节凹槽72、74和76之一中，如图7A-7C所示。
本领域普通技术人员应认识到，套管62具有内壁80，且由内壁80形成通过套管62的通路82。通路82的直径在突出部54上方的区域中略大于阀杆40的外径。最佳如图7A-7C可见，套管62可安装在阀杆40上，以实现多个行程限制位置。在图7A中所示第一位置，由于突出部54位于较浅的第一凹槽72中，因而随着阀杆40向上移动，当套管62的上端84接合阀帽14中的开口50的上表面86时，阀杆40的最大行程将受限制。这将对应于阀杆40的第一预选最大行程，并由此对应于控制阀组件10的第一预选最大流速。
如图7B中所示，如果套管62旋转以使突出部54位于第二凹槽74中，则可选择阀杆40的第二预选最大行程，由此选择第二预选最大流速。通过选择在阀杆40上的套管64的这个第二位置，允许阀杆40进一步向上移动，直到套管62的上端84接合阀帽14中的开口50的上表面86。在这个第二位置上进一步允许的运动，使阀塞46离开阀座26进一步移动，以开放更大的端口面积，并由此对应于控制阀组件10的第二预选最大流速。
在图示实例中，如图7C中所示，如果套管62旋转以使突出部54位于第三凹槽76中，则可选择阀杆40的第三预选最大行程，并由此选择第三预选最大流速。在这个第三位置，允许阀杆40更进一步向上移动，直到套管62的上端84接合阀帽14中的开口50的上表面86。这个第三位置使阀塞46离开阀座26更进一步移动，从而开放更大的端口面积并且提供第三预选最大流速。
应意识到，图示实例中所示的构造提供行程限制器，其可在不使用任何工具的情况下由用户接合并在行程限制位置之间进行调节。实际上，弹性构件78提供连续的偏压力，以使突出部54保持在由操作者选择的凹槽72、74或76中。由弹性构件78提供的连续偏压力还使流量调节装置60的这种结构适合用在阀上，无论阀杆40处于竖直、水平或其他方位。还应意识到，在没有弹性构件78的情况下，套管62由于重力可在阀组件10的竖立位置使用。然而，这不适于水平位置使用，除非利用使套管62与突出部54保持接合的机构。
在图6中，套管62的外壁70的平面展示图中显示为具有与三个凹槽72、74和76相关的三个渐增的指定行程距离。所显示的这些凹槽的深度仅为示例，因此本领域技术人员应认识到，根据需要可使用更多或更少数量的凹槽，而且这些凹槽可具有不同的深度和不同的增量。
本领域普通技术人员应认识到，套管62可以通过可替代方式构建，以允许管状部分66沿其外壁70分开，用于通过阀帽14中的开口50而从阀杆40上完全移除或安装到阀杆40上。台肩68还可被构造用于从管状部分66上移除或安装到管状部分66上，例如通过被形成为分开的环。当套管62被移除时，阀杆40将自由移动到最大行程位置，这可能是有益的，例如在冲洗阀时。
这样，每个上述实例均提供在阀体外的简化调节装置，不过其通过借助阀杆行程限制器调节阀塞相对于节流孔的完全开放位置而仍可形成可变的有效端口尺寸。对于不得不打开控制阀以更换阀座或阀塞来改变可能的最大端口面积的传统的、更费时且因而更昂贵的通常作法而言，这是显著的改进，同时还提供针对前述其他更加复杂和昂贵的阀杆和流量调节装置的组合的改进。
尽管在此已经描述了特定的示例性装置和制件，但其覆盖范围并不限于此。对于本领域技术人员显然的是，在不背离如要求保护的本发明的范围或精神的情况下，对这种流量调节装置和协同阀杆的设计和结构可进行各种修改，并且权利要求并不限于所示实例。例如，所述突出部可由插入阀杆上的通孔中的销提供，从而在阀杆两侧沿直径提供双倍的突出部。由此，所述套管可具有相应的和对称的凹槽以接合双倍的突出部。另外，所述套管和所述弹性构件的位置可沿所述阀杆相反设置，以便所述流量限制装置可用于向上流动或向下流动的结构中。这样，尽管可利用各种任意的适合结构的材料、构造、形状和尺寸的部件以及连接所述部件的方法来提供流量调节装置，不过，本发明覆盖完全属于所附权利要求书范围的所有装置和制件。