用于阀组件的球的制作方法

1.本发明涉及一种用于阀组件的球、一种包括这种球的阀组件、一种包括这种阀组件的机器以及一种操作这种阀组件的方法。


背景技术：

2.机器、船舶和工业系统，诸如石油和天然气精炼厂，通常包括一个或多个流体系统以在多个位置之间传送流体。例如，包括反铲装载机、挖掘机、装载机等的机器通常包括一个或多个作业工具，诸如铲斗、反铲、臂、抓斗等，通过臂布置附接到机器，臂布置例如包括杆和悬臂。机器可以包括用于控制臂布置和/或作业工具并由此执行作业的流体系统。
3.通常需要调节这种流体系统中的流体流量，因此它们通常包括一个或多个阀组件和其它这种部件。在一些流体系统中，可能需要包括彼此串联的至少一个开关阀(诸如球阀组件)和至少一个止回阀。通常，这种流体系统包括多个开关阀和止回阀，从而由于所需的不同部件的数量而增加了复杂性和成本。此外，由于在多个不同部件处产生的流体压力损失，这种复杂的布置可能导致效率低下。
4.us20040206404a1公开了一种球阀组件，其包括壳体，该壳体中可旋转地接收有球阀。调节轴延伸通过壳体的壁并且连接到球阀。通道经限定通过球阀，并且分离杆连接到通道的内周，从而在通道中限定第一隔板和第二隔板。密封构件位于通道的第一隔板中，控制装置连接到密封件上，密封件可移动地密封通道。通过旋转调节轴使球阀旋转一定角度，从而可以改变液体通过球阀的流动方向。然而，这种球阀组件只能提供相对有限数量的致动状态。


技术实现要素：

5.本发明因此提供了一种用于阀组件的球，包括：第一孔，其用于使流体通过球连通；第二孔，其用于使流体通过球连通；以及孔阀，其位于第一孔中，用于选择性地使流体能够通过第一孔连通。
6.本发明进一步提供了一种阀组件，包括：阀壳体；上述球，其中球安装在阀壳体中用于围绕旋转轴线旋转；以及第一阀口和第二阀口，基于球围绕旋转轴线的角位置而与第一孔或第二孔流体连通。
7.本发明进一步提供了一种包括流体系统的机器，包括经配置选择性地控制通过流体系统的流体流动的上述阀组件。
8.本发明进一步提供了一种操作上述阀组件的方法，包括使球围绕旋转轴线旋转，使得第一孔或第二孔与第一阀口和第二阀口对准或不对准。
附图说明
9.仅通过示例的方式，现在参考附图描述本发明的实施例，并且如附图所示，其中：
10.图1是本发明的阀组件的正视图；
11.图2是图1的阀组件的截面侧视图；
12.图3是图1的阀组件的截面俯视图；
13.图4是图1的阀组件的球的正视图；
14.图5是示出图1的阀组件的不同操作状态的表格；
15.图6是包括本发明的阀组件的机器的侧视图；以及
16.图7是包括本发明的阀组件的图6的机器的流体系统的示意图。
具体实施方式
17.本发明总体上涉及一种用于具有位于第一孔和另外第二孔中的孔阀的阀组件的球和包括这种孔的阀组件。球可旋转地安装在阀组件中，使得球可以在不同状态之间旋转，其中可以防止流体穿过该球，在两个方向上穿过第二孔和/或在穿过第一孔时由孔阀控制。本发明进一步提供了一种包括这种阀组件的流体系统、一种包括阀组件和流体系统的机器以及一种操作阀组件的方法。
18.图1至图3示出了根据本发明的阀组件10，阀组件10可以是球阀组件10。阀组件10包括与第一阀口12和第二阀口13流体连通的球11。阀组件10可以是单管线阀组件10，因此可以不包括到第一阀口12和第二阀口13的任何附加口。阀组件10包括阀壳体14，其可以包括通过至少一个固定件17连接在一起的第一阀壳体部分15和第二阀壳体部分16，固定件17诸如是如图所示的多个螺栓。
19.球11以及第一阀口12和第二阀口13可以位于阀壳体14中。球11可旋转地安装在阀壳体14中，并且可操作以改变其围绕阀壳体14中的旋转轴线18的角位置。球11可以经限制仅围绕旋转轴线18旋转。球11可以围绕旋转轴线18在至少一个关闭状态2、4、6、8和至少一个打开状态1、3、5、7之间可致动。
20.阀壳体14可以包括球腔20，球11可以安装在球腔20中。密封件容积27可以形成在球11和球腔20之间的空间中。
21.第一阀口12可以包括第一口通道21，其从球腔20经由第一外口孔23延伸通过阀壳体14到达阀壳体14的外部。第二阀口13可以包括第二口通道22，其从球腔20经由第二外口孔24延伸通过阀壳体14到达阀壳体14的外部。
22.第一阀口12和第二阀口13、第一口通道21和第二口通道22和/或第一外口孔23和第二外口孔24可以基本上彼此对准并且可以位于球11的相对侧上。第一口通道21和第二口通道22的中心线可以基本上重合。球腔20可以具有比第一通道21和/或第二口通道22更大的直径，如图2中最佳示出的。
23.阀组件10可以包括阀致动布置30，用于控制球11围绕旋转轴线18的角位置，诸如在关闭和打开状态1、2、3、4、5、6、7、8之间。阀致动布置30可以包括阀致动器31和与球11接合和/或安装到球11的阀杆32。阀致动器31选择性控制阀杆32的角位置以控制球11的角位置。
24.阀杆32可以延伸通过阀壳体14并且可以安装到球11上，使得阀杆32和球11经限制围绕旋转轴线18一起旋转。阀杆32可以安装在通过阀壳体14的阀杆通道33中。阀杆32和阀杆通道33可以大致垂直于第一口通道21和第二口通道22延伸(即，它们的中心线沿彼此正交的方向延伸)。阀杆32可以通过至少一个阀杆密封件34密封在阀杆通道33内，阀杆密封件
34可以是如图2所示的o形环。
25.如在所示实施例中，阀致动器31可以包括手柄，用于操作者手动控制阀组件10，特别是通过旋转手柄使得阀杆32旋转以改变球11的角位置。然而，阀致动器31可以替代地由控制系统控制并且可以是机电的。例如，阀致动器31可以包括螺线管、马达等。此外，阀致动器31可以通过安装到其上而直接控制球11，并且阀致动布置30可以不包括阀杆32。
26.如图2至4中进一步详细示出的，球11包括用于使流体通过球11连通的第一孔40和用于使流体通过球11连通的第二孔41。基于球11围绕旋转轴线18的角位置，第一阀口12和第二阀口13与第一孔40或第二孔41流体连通。
27.球11可以包括具有球外表面43的球体42。第一孔40和第二孔41可以完全延伸通过球体42。因此，第一孔可以在球外表面43处的第一孔第一开口44和第二开口45之间延伸。第二孔可以在球外表面43处的第二孔第一开口46和第二开口47之间延伸。基于球11围绕旋转轴线18的角位置，第一孔和第二孔第一开口和第二开口44、45、46、47可以与第一阀口12和第二阀口13对准。
28.球11，特别是其球外表面43可以包括在相邻的第一孔和第二孔第一开口和第二开口44、45、46、47之间的第一、第二、第三和第四阻挡表面区域35、36、37、38。基于球11围绕旋转轴线18的角位置，第一、第二、第三和第四阻挡表面区域35、36、37、38可以与第一阀口12和第二阀口13对准。
29.第一阻挡表面区域35可以在第一孔第一开口44与第二孔第一开口46之间延伸。第二阻挡表面区域36可以在第二孔第一开口46与第一孔第二开口45之间延伸。第三阻挡表面区域37可以在第一孔第二开口45与第二孔第二开口47之间延伸。第四阻挡表面区域38可以在第二孔第二开口47与第一孔第一开口44之间延伸。
30.第二孔41可以延伸通过第一孔40，使得第一孔40和第二孔41彼此流体连通。第一孔40和第二孔41可以具有基本上相似的直径(例如，第一孔40的直径可以在第二孔41的直径的大约75％至大约125％的范围内)并且可以具有基本上相同的直径。
31.第一孔40和第二孔41，特别是它们的中心线可以在至少一个与旋转轴线18正交的平面中延伸。第一孔40和第二孔41可以基本上彼此正交地延伸，并且第一孔40和第二孔41的中心线可以彼此相交。第一孔40和第二孔41可以基本上中心地延伸通过球体42，使得它们的中心线与旋转轴线18相交。
32.球11可以包括用于与阀致动布置30(诸如阀杆32)接合和/或安装的杆安装件50。杆安装件50可以包括如图所示的球外表面43中的凹部。阀杆32可以接合在凹部中，使得阀杆32和球11经限制围绕旋转轴线18一起旋转。
33.球体42和球外表面43可以经成形使得球11在阀壳体14内可旋转，并且因此可以是基本上球形的。特别地，球外表面43可以基本上球形地延伸。由于第一孔和第二孔第一开口和第二开口44、45、46、47和杆安装件50位于球外表面43处并在球中形成凹痕，因此球体42可以不具有完全球形的形状。
34.阀组件10可以包括密封件布置60，其包括流体出口61、密封件容积27和至少一个球密封件25、26。当球11处于至少一个关闭状态2、4、6、8时，密封件布置60可以防止流体在第一阀口12和第二阀口13之间通过。尽管未在附图中示出，密封件布置60还可以包括在第一阀壳体部分15和第二阀壳体部分16之间的密封件，诸如o形环密封件。
35.该至少一个球密封件25、26可以基本上将球腔20和/或密封件容积27与第一阀口12和第二阀口13密封隔开。特别地，阀组件10可以包括第一球密封件25和第二球密封件26，其可以位于球11和阀壳体14之间的球腔20中，并且可以分别邻近第一口通道21和第二口通道22。该至少一个球密封件25、26可以基本上密封流体，防止流体从密封件容积27连通到球11和球腔20之间的第一阀口12或第二阀口13。至少一个球密封件25、26可以包括如图所示的径向密封件。
36.球11可以包括从第一孔40和/或第二孔41延伸到球11，特别是球体42的外部的流体出口61。流体出口61可以用于第一孔40和/或第二孔41与密封件容积27之间的流体连通。如图所示，流体出口61可以包括从第一孔40和/或第二孔41延伸通过球体42到达杆安装件50(诸如凹部的底部)的通道。流体出口61可以具有比第一孔40和/或第二孔41更小的直径，并且例如可以具有小于第一孔40和/或第二孔41的直径的大约50％或大约25％或大约10％的直径。
37.当球11处于至少一个关闭状态2、4、6、8或至少一个单向打开状态3、7(下面进一步讨论)并且存在沿关闭方向作用的压差时，密封件布置60可以提供密封件。特别地，当球11处于至少一个关闭状态2、4、6、8时，压差可以将球11引导到第一球密封件25或第二球密封件26上以形成密封件并且防止流体流入相应的第一阀口12或第二阀口13。该形成的密封件上游的流体压力可以处于相等的压力，并且流体出口61可以通过使流体能够流动通过而在密封件容积27中保持相等的压力。
38.球11包括位于第一孔40中的孔阀70，用于选择性地允许流体通过第一孔40连通。虽然本发明涉及位于第一孔40中的孔阀70，但应理解的是，术语“第一和第二”孔40、41可以互换，使得孔阀70可以被认为位于“第二”孔41中。此外，另外的孔阀70可以位于第一孔40和/或第二孔41中。
39.孔阀70可以是单向阀和/或可以是止回阀。孔阀70可以经偏置成如图2所示的关闭配置。孔阀70可以基于通过孔阀70的压差达到孔阀打开阈值而选择性地打开。孔阀70的类型和布置可经选择具有用于阀组件10可位于其中的流体系统的合适的孔阀打开阈值。孔阀70可以是如图所示的提升阀，但也可以是簧片阀、球阀、蝶形阀等。
40.孔阀70可以基本上完全位于球体42中并且可以不延伸出第一孔40。尤其当孔阀70打开时，孔阀70可以不延伸，或者可以如图所示仅部分地延伸通过第二孔41。孔阀70可以从旋转轴线18偏移和/或沿着第一孔40偏移。具体地，孔阀70可以包括选择性打开的孔阀开口71，并且孔阀开口71可以从旋转轴线18偏移和/或沿着第一孔40偏移。
41.孔阀70可以包括安装在第一孔40中的孔阀壳体72。孔阀壳体72可以包括至少一个通过其中的孔阀通道73，用于通过其中的流体连通。第一孔40可以包括第一孔阶梯74，其可以由沿着第一孔40的直径的阶梯变化产生，并且孔阀壳体72可以经安装并抵靠第一孔阶梯74。
42.孔阀70可以包括至少一个保持环75，并且孔阀壳体72可以安装在至少一个保持环75与第一孔阶梯74之间，使得孔阀壳体72沿着第一孔40被轴向地限制。如图所示，第一孔阶梯74可以比至少一个保持环75更远离旋转轴线18。可替代地，第一孔阶梯74可以比至少一个保持环75更靠近旋转轴线18(即，它们在图2中的位置被交换)。
43.进一步可替代地，孔阀壳体72可以与球体42完全整合并且形成球体42的一部分，
使得不需要第一孔阶梯74和至少一个保持环75。可替代地，孔阀70和/或孔阀壳体72可以被压配合、铜焊、焊接、摩擦焊接、钎焊、螺纹连接或以其它方式安装到第一孔40中，并且因此可以不需要该至少一个保持环75。
44.如图2和3所示，孔阀70可以包括孔阀座76，孔阀头77可以选择性地安装到孔阀座76上。如图3所示，孔阀头77选择性远离孔阀座76移动以形成孔阀开口71。孔阀头77可以附接到安装到孔阀壳体72中的孔阀杆安装件79上的孔阀杆78上。
45.如图所示，孔阀70可以包括安装到孔阀杆78上的至少一个弹簧68，用于将孔阀头77朝向关闭配置偏置，在该关闭配置中如图2中没有形成孔阀开口71。
46.孔阀70可以经配置使得它基本上不阻碍或防止通过第二孔41的流动。具体地，孔阀70可以经配置使得当处于如图3中所示的打开配置时，孔阀头77不完全延伸或仅部分地延伸通过第二孔41。因此，孔阀头77并不一直延伸通过第二孔41，并且基本上不中断通过第二孔41的流体流动。
47.在操作中，球11通过阀致动布置30围绕旋转轴线18旋转，使得第一孔40或第二孔41与第一阀口12和第二阀口13对准或不对准。阀组件10可以基于球11的角位置在多个不同状态1、2、3、4、5、6、7、8中可操作或可配置成多个不同状态。
48.在图5中示出了示例性状态1、2、3、4、5、6、7、8。第一列示出了状态号，即状态1到8。对于每个状态1、2、3、4、5、6、7、8，第二列示出了从图示为“a”的第一阀口12到图示为“b”的第二阀口13的流体流动是开或关。对于每个状态1、2、3、4、5、6、7、8，第三列示出了从第二阀口13到第一阀口12的流体流动是开或关。对于每个状态1、2、3、4、5、6、7、8，第四列示出了相对于状态1中的角位置的以度为单位的角位置。第五列图示出了对于每个状态1、2、3、4、5、6、7、8的球11的角位置，并且第一孔40示出为包括止回阀。
49.阀组件10可以在至少一个打开状态1、3、5、7中可操作，其中第一孔40或第二孔41与第一阀口12和第二阀口13对准，使得流体可以流动通过阀组件10。
50.在至少一个双向打开状态1、5中，诸如在第一双向打开状态1和第二双向打开状态5中，第二孔41可以与第一阀口12和第二阀口13对准使得流体能够在两个方向上流动通过球11。然而，球11和第二孔41在第一双向打开状态1和第二双向打开状态5之间的角位置相差180度。因此，在第一双向打开状态1中，第二孔第一开口46和第二开口47分别与第一阀口12和第二阀口13相邻，并且在第二双向打开状态5中，反之亦然。
51.在至少一个受控打开状态3、7中，诸如第一受控打开状态3和第二受控打开状态7，第一孔40可以与第一阀口12和第二阀口13对准，并且通过第一孔40的流体流动可以由孔阀70控制。球11和第一孔40在第一受控打开状态3和第二受控打开状态7之间的角位置相差180度。因此，在第一受控打开状态3下，第一孔第一开口44和第二开口45分别与第一阀口12和第二阀口13相邻，在第二受控打开状态7下，反之亦然。
52.如果孔阀70包括如图5所示的单向阀，则当第一孔40与第一阀口12和第二阀口13对准时，流体能够仅沿一个方向流动通过球11。因此，第一受控打开状态3和第二受控打开状态7可以是第一单向打开状态3和第二单向打开状态7。然而，通过将球11的角位置调节180度，使得单向阀经配置允许沿相反方向流动，流动方向可以沿第一孔40是可逆的。在第一单向打开状态3和第二单向打开状态7中，一旦孔阀70响应于达到孔阀打开阈值压力而打开，就可以启用流体流动。
53.阀组件10可以在至少一个关闭状态2、4、6、8中可操作，其中第一孔40或第二孔41不与第一阀口12和第二阀口13对准(相反，它们可以与球腔20对准)，从而阻挡流体流动通过球11并流动通过阀组件10。球11可以包括阻挡表面区域35、36、37、38，用于在与第一阀口12和第二阀口13对准时阻挡通过球11的流动。特别地，成对的相对的第一、第二、第三和第四阻挡表面区域35、36、37、38与第一阀口12和第二阀口13对准，从而阻挡流体流动通过球11和流动通过阀组件10。特别地，阀组件10可以在四个关闭状态2、4、6和8中可操作，其中第一、第二、第三和第四阻挡表面区域35、36、37、38的相对对可以与第一阀口12和第二阀口13对准。
54.为了使阀组件10在多个状态1、2、3、4、5、6、7、8中可操作，可以相应地选择其尺寸。特别地，阻挡表面区域35、36、37、38的尺寸可以足够大以确保当它们与第一阀口12和第二阀口13对准时流体流动被阻挡。阀组件10可以经配置使得阻挡表面区域35、36、37、38能够形成通过第一球密封件25和第二球密封件26以及第一阀口12和第二阀口13的球形界面，以防止流体流动。因此，可以选择第一阀口12和第二阀口13的直径，使得阻挡表面区域35、36、37、38形成通过第一球密封件25和第二球密封件26的球形界面，以阻挡流体流动。
55.本发明进一步提供了一种流体系统，其包括经配置用于控制通过流体系统的流体流动的阀组件10。流体系统可以包括至少一个与第一阀口12流体连通的入口管道和至少一个与第二阀口13流体连通的出口管道。
56.图1至4所示的阀组件10可以是特别适用于船舶和工业系统的流体系统，诸如石油和天然气精炼厂。然而，本文所公开的操作的特征和方法也可适用于机器中的流体系统，诸如挖掘机、卡车(例如自卸卡车)、反铲装载机、另一类型的装载机诸如轮式装载机或履带式装载机、推土机、铲土机、物料搬运机或伸缩臂叉车。
57.图6示出了包括流体系统81的机器80，流体系统81包括本发明的阀组件10并且经配置用于选择性地控制通过流体系统的流体流动。机器80可以包括主体82和附接到主体82的作业工具83。作业工具83可以由至少一个致动器84控制。如图所示，作业工具83可以包括安装到主体82的臂布置85和附接到臂布置85的机具86。臂布置85可以由至少一个致动器84控制以移动机具86并执行作业。在所示实施例中，机器80包括挖掘机。
58.机器80可以包括气弹簧布置90，并且如图7中进一步所示，流体系统81可以包括气弹簧布置90。气弹簧布置90可以包括由可缩回且可移动地安装在气缸94内的活塞93形成的第一气腔91和第二气腔92。除了控制作业工具83的至少一个致动器84之外，气弹簧布置90可以经配置储存和释放能量以帮助作业工具83的操作。可替代地，气弹簧布置90可以与至少一个致动器84集成在一起。机器80可以包括多个气弹簧布置90。
59.流体系统81可以包括至少一个管道95、至少一个阀组件10和至少一个流体贮存器96。第一气腔91和第二气腔92可以通过至少一个管道95连接在一起，并且其间的流体连通可以由至少一个阀组件10控制。至少一个流体贮存器96可以连接到第一气腔91和第二气腔92，并且其间的流体连通也可以由至少一个阀组件10控制。流体系统81可以是气动流体系统81，使得流体是气体。
60.该至少一个阀组件10可以基本上类似于图1至图5中公开的阀组件，除了阀致动器31可以不是手柄并且可以替代地由控制系统和/或由控制系统(未示出)命令的伺服致动器来控制。因此，可以通过控制第一气腔91、第二气腔92和至少一个流体贮存器96之间的流体
流动来控制流体系统81以选择性地储存和释放能量。
61.工业实用性
62.本发明的阀组件10使得多个流动逻辑状态1、2、3、4、5、6、7、8(如图5所示)能够在单个阀组件10中实现，而不是在包括单独的开关阀和单向阀的流体系统中实现。特别地，阀组件10使得第一阀口12和第二阀口13之间的流体流动能够被阻挡，允许在两个方向上或仅允许在一个或另一个方向上。
63.此外，阀组件10提供实现基本相同结果的多个状态1、2、3、4、5、6、7、8。例如，阀组件10在四个关闭状态2、4、6、8和两个双向打开状态1、5中可操作。结果，改进了冗余。此外，可以改善阀组件10在状态1、2、3、4、5、6、7、8之间切换时的响应时间，因为当存在能够实现所需控制的多个状态1、2、3、4、5、6、7、8时，阀组件10可以被操作到需要最小旋转角度的适当状态1、2、3、4、5、6、7、8。
64.由于孔阀70偏离旋转轴线18，当阀组件10处于第一双向打开状态1或第二双向打开状态5时，孔阀70基本上不会阻挡流体沿第二孔41流动。提升阀的使用特别适于实现这种效果，在提升阀中，孔阀头77在打开时仅部分地延伸通过第二孔41。