具有通用的隔膜安装位置的隔膜控制阀

摘要

本专利申请涉及具有通用的隔膜安装位置的隔膜控制阀。隔膜控制阀包括阀帽，阀体，隔膜和夹紧垫圈。阀帽包含第一夹紧面，过渡至由裙部形成的第一环形保持面，且阀体包括第二夹紧面，过渡至由上翘的环形唇部形成的第二环形保持面。

说明书

技术领域

本发明大体上涉及隔膜流体控制阀。更特别地，本发明涉及包 括阀体和阀帽的流体控制阀，该阀体和阀帽接收不同类型的隔膜从而 为具有不同流体特征的系统定制控制阀。

背景技术

众所周知，过程工厂，如精练厂、化工厂或造纸厂，由多种连 接在一起的过程控制环组成，以生产各种消费品。这些过程控制环中 的每一个被设计以将一些重要的过程变量，如压强、流量、液位或温 度维持在所要求的操作范围内，以保证最终产品的质量。这些环中的 每一个接收并且在内部产生负载扰动，这种扰动影响过程变量和工厂 内过程控制环的控制。为了减少这些负载扰动的影响，过程变量由传 感器或变送器检测，并被传送给过程控制器。过程控制器处理这个信 息并且给过程环提供变更或修正以使过程变量达到在负载扰动发生 后其应该在的位置。所述修正通常通过改变经过某些类型的终端控制 元件，如控制阀的流动而发生。控制阀操控流动的流体，如气体、蒸 汽、水或化学混合物来补偿负载扰动，并维持被调节的过程变量尽可 能的靠近所希望的控制或设定值。

通常理解，各种控制阀配置可特定地应用于某些特定的应用中。 例如，当具有狭窄控制范围的快开阀是合适的时，可以使用旋转控制 阀，如蝶阀。替代地，当需要大控制范围的精确控制时，可使用滑动 杆控制阀。在任何配置中，这些控制阀通常被耦接到一个控制装置， 如致动器，其响应于控制信号时，控制控制阀精确的打开量。因此， 当设计过程时，过程工程师必须考虑许多设计需求和设计约束。例如， 设计工程师必须确定使用的阀的样式、尺寸、致动器的类型等。

在一些系统中，特别是在气动控制的流体过程系统中，用于任 何给定的流体过程设备的致动器可包括隔膜致动器。典型的隔膜致动 器包括一个包含弹簧偏置隔膜组件的壳体。隔膜组件经由阀杆或其他 致动器杆被耦接到流动控制元件，以控制流体过程控制设备的打开 量。

一些操作系统要求贯穿控制阀的整个操作范围的流体流动特性 的精确控制。隔膜控制阀被用于这种精确控制。一种类型的隔膜流体 控制阀包括插入流体流动通路的阀笼。包括至少一个控制隔膜的控制 隔膜组件相对于作为阀座的阀笼的一端移动，以控制通过阀的流体流 动。这些控制隔膜控制阀对于在贯穿阀的整个操作范围中需要精确控 制流体流动特性的系统是特别有利的。控制隔膜控制阀还在关闭位置 提供更可靠的密封，特别是在低流动条件下。

不同类型的控制隔膜可基于系统需求或特性被用于控制阀。例 如，高温系统可能需要金属隔膜，用于无故障地抵御高温。另一方面， 较低温度的系统可允许使用弹性隔膜，这可使制造成本更低。在金属 隔膜能够与过程流体发生化学反应的系统中，弹性膜片也可以是所希 望的。

已知控制隔膜控制阀被设计以使用单一类型的控制隔膜。例如， 已知控制隔膜控制阀可使用金属隔膜，或弹性隔膜。一般来说，金属 隔膜不能代替弹性隔膜，反之亦然，因为金属和弹性隔膜有不同的形 状、弹性等，这些都需要不同的壳体配置。

附图说明

图1示出了根据本公开的教导所构建的隔膜控制阀的透视图。

图2示出了图1的控制阀的阀部分的正面剖视图。

图3示出了位于图2的控制阀的阀帽和阀体的相交处的隔膜安装 位置的特写剖视图，隔膜安装位置包括弹性隔膜。

图4示出了位于图2的控制阀的阀帽和阀体的相交处的隔膜安装 位置的特写剖视图，隔膜安装位置包括金属隔膜。

具体实施方式

虽然下文中给出了本发明的示例性实施例的具体描述，但是应当 理解，本发明的法律范围由在本专利的结尾处给出的权利要求的词语限 定。具体实施例方式仅被解释为示例性的，并且，并未描述本发明的每 个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即便可能的话也将是不切 实际的。基于阅读本公开，本领域技术人员能够使用当前技术或在本专 利提交日之后发展的技术实现一个或多个替换的实施例。这些额外的控 告仍落入限定本发明的权利要求的范围内。

现参照附图，图1和图2示出了控制阀20，其类型通常用于过程 控制系统中。控制阀20包括阀体22，阀入口26，阀出口24和在入口 26和出口24之间延伸的流动通道28。流动通道28包含入口通道32， 出口通道30和控制通道34。

如图2所示，控制阀20包括可移动控制元件36，在所公开的示 例中，其采用隔膜38和阀塞40的形式。阀塞40连接至阀杆41，阀塞 40和阀杆41的尺寸和位置被设置以使得阀塞40被设置在控制通道34 中。控制元件36还可以包括阀芯42，其包括阀塞40和阀座43，阀塞 40和阀座43相互作用以控制通过阀20的流体流动。控制阀20包括阀 帽44，轭46(图1)，连接至轭46的致动器48，并且可包括阀定位器 52。示出的致动器48是气动致动器，其可适合于连接至阀定位器52或 任何其他用于控制致动器48的机构。致动器48包括隔膜外壳54，其包 括上部56和下部58，上部56和下部58沿着圆周的接结合处60连接在 一起。

本实施例中的的致动器50是气动控制的隔膜致动器，如现有技术 中所知的。其他致动器类型可用于其他实施例中。此外，致动器可以是 自调节致动器，其不依赖于来自定位器的输入信号。致动器50可包括 内部隔膜板(未示出)，其适当地连接至输出轴(未示出)，输出轴转而 连接至阀杆。合适的偏置组件(未示出)被设置于致动器48中。偏置 组件与隔膜板抵接。由于定位器52输出流体至壳体的上部或下部，内 部隔膜向上或向下移动(如图1所示)，从而向上或向下移动输出轴。 输出轴，转而，移动阀杆，从而相对阀座43移动阀塞40(图2)，以控 制通过阀20的流体流动。

阀芯42包括阀芯入口62和阀芯出口64。阀芯出口64位于阀座 43和隔膜38之间。当隔膜38处于闭合位置时，阀塞40与阀座43协作 以阻止通过阀20的流体流动。

阀帽44可包括安装凸缘70，其覆盖阀体22的安装部分72。多个 紧固件(未示出)可被用于连接阀帽44至阀体22。在其他实施例中， 阀帽44可通过其他方法连接至阀体22，如焊接，粘合剂，螺纹，夹具 等。隔膜38被固定在阀20内，位于阀帽44和阀体22之间，在安装凸 缘70和安装部分72附近。阀帽44和阀体22被形成以接收不同类型的 隔膜38。例如，由不同材料构成的、不同尺寸、不同形状的隔膜30等 可基于系统需求无需新的阀帽44和阀体22就被安装在阀20内。因此， 所公开的阀20包括通用的阀体和阀帽，如下文将进一步描述的。

现在回到图3，对用于隔膜38的安装位置71将进行更多的详细 描述。图3中的安装位置71包括弹性隔膜38，其设置于安装凸缘70和 安装部分72之间。如上所述，隔膜38被固定在阀20内，在阀帽44的 安装凸缘70和阀体22的安装部分72区域。安装凸缘70包括实质上平 坦的阀帽夹紧面74，其过渡到圆角的拱形面76和第一环形保持面78。 第一环形保持面78由延伸越过阀体22的安装部分72的至少一部分的 外裙部80形成。

阀体22的安装部分72包括具有凹陷通道84的体夹紧面82。体 夹紧面82面向阀帽夹紧面74。体夹紧面82过渡到第二环形保持面86。 第二环形保持面86由安装部分72中的上翘的环形唇部88形成。上翘 的环形唇部88与形成环形间隙90第一环形保持面78隔开。当阀帽44 连接至阀体22时，环形间隙90允许阀帽44自定心。更特别地，当阀 帽44被螺到阀体22上时，环形间隙90允许阀帽44和阀体22相对彼 此轻微移动，从而产生可靠的螺纹连接。

隔膜38的一部分被夹紧在阀帽夹紧面74和体夹紧面82之间。包 括一个垫圈体93的夹紧垫圈92被设置于隔膜38和阀帽夹紧面74之间。 夹紧垫圈92可优选地由耐用的金属形成，以提供金属对金属的夹紧和 密封。夹紧垫圈92可包括突出部或凸起部94，其延伸超过隔膜38的边 界，位于安装凸缘70和上翘的唇部88之间。因此，夹紧垫圈92被直 接夹紧在安装凸缘70和安装部分72之间。以这种方式，不管使用何种 类型的隔膜，都形成了金属对金属的夹紧和密封。图3的实施例中，隔 膜38由弹性材料制成。

夹紧垫圈92压缩弹性隔膜38的一部分。隔膜的被压部分96可向 外延伸至隔膜38的边界，且比隔膜38的未被压部分薄。因为夹紧垫圈 92和未被压隔膜38的总厚度大于上翘的唇部88和突出部和凸起部94 的厚度的总高度，因此夹紧垫圈92在组装时压缩隔膜38的一部分。这 些相对厚度确保当阀20被组装时，隔膜38一部分被压缩，从而导致隔 膜38和阀体22之间的良好密封。此外，突出部或凸起部94厚度形成 夹紧止动件，其提供在阀帽夹紧面74、突出部或凸起部94和上翘的唇 部88之间形成的金属连接的完整性，突出部或凸起部94的厚度也阻止 隔膜38的过度压缩。因此，可由突出部或凸起部94的厚度设置预定的 压缩量。额外的密封可由设置在凹陷通道84中的O型密封圈98实现。

在替代的实施例中，替代上翘的唇部88，阀体可包括阶梯或凹陷 部分(未示出)，夹紧垫圈92可锁入其中以实现金属对金属的接触。

图4示出了包含金属隔膜138的安装位置71。金属隔膜138被安 装于阀帽夹紧面74和体夹紧面82之间，如图3所示弹性隔膜38。夹紧 垫圈192被设置于金属隔膜138和阀帽夹紧面74之间。夹紧垫圈192 不包括突出部或凸起部，不像图3所示夹紧垫圈92。但是，图4所示的 安装位置仍包括金属对金属的接触，以形成阀帽44、夹紧垫圈192、隔 膜138和阀体22之间的密封。夹紧垫圈192的厚度足以阻止上翘的唇 部88和阀帽44的安装凸缘74之间的直接接触。换言之，夹紧垫圈192 的厚度加上隔膜138的厚度大于上翘的环形唇部88的高度。因此，在 阀使用中，适当的紧固件扭矩被维持。附加地，安装部分72可包括倒 角面99，上翘的唇部88的外表，倒角面99有助于在阀20组装时进行 对准。

上述隔膜安装位置提供金属对金属的接触，不考虑设置在安装位 置中的隔膜类型。金属对金属的接触维持了阀帽扭矩，因此减少了在控 制阀的使用寿命过程中重新旋转阀帽紧固件的需要。此外，安装位置有 利地无需更换阀帽或阀体而允许不同类型的隔膜的替换。相反地，为了 更换隔膜，仅需更换隔膜本身和垫圈。以这种方式，所公开的安装位置 在本质上具有广泛的通用性，能够接受多种隔膜类型。这种通用的本质 得益于夹紧垫圈厚度加上未被压隔膜厚度对于弹性隔膜和金属隔膜几 乎相等。附加地，所公开的安装位置更易于适应不同的操作环境，并且 所公开的控制阀甚至可从一个操作系统被移至另一个操作系统而仅需 更换隔膜和垫圈。因此，所公开的阀和安装位置比以前的隔膜控制阀更 灵活，从而导致减小了储备不同类型的阀的需求。这种灵活性也允许了 更高效的制造和供应商更小的库存清单，因为他们仅需储备单一类型的 阀。

组装隔膜控制阀的方法，包括设置阀帽，其包括安装凸缘和过渡 到由裙部形成的第一环形保持面的第一夹紧面，设置阀体，其具有面对 第一夹紧面的第二夹紧面，第二夹紧面过渡到由上翘的唇部形成的第二 环形保持面，选择弹性隔膜和金属隔膜之一，将所选择的弹性隔膜和金 属隔膜之一夹持在第一夹紧面和第二夹紧面之间。

针对以上描述，本发明的各种修改和替换的实施例对于本领域技 术人员是显而易见的。相应的，该描述被解释为仅是示例性的，并且是 为了教导本领域技术人员实现本发明的最佳实施例的目的。本公开的细 节在不背离本发明的精神的基础上可以进行变化，在权利要求的范围内 的所有修改的排外使用被保留。