用于阀的自定心金属对金属密封的制作方法

本公开内容总体上涉及金属对金属密封，更具体地说，涉及用于阀的自定心金属对金属(metal-to-metal)密封。

背景技术：

某些阀应用会要求阀塞与阀座之间的金属密封表面的配合。例如，弹性密封表面与金属密封表面或另一个弹性密封表面的配合可能不适合于经历高温和/或火焰的阀应用，诸如可能在热力阀中经历的。

当前的金属对金属密封关于阀塞和阀座实施刀口和盘式几何形状。该几何形状通常展示了最小的密封表面面积，其要求大量的抛光以提供阀塞与阀座之间的足够的金属对金属密封。由于最小密封表面面积的损伤痕迹(scarring)，该几何形状还易于泄漏。

技术实现要素：

一种用于阀的示例性装置，包括：盘状的阀塞，其具有第一金属密封表面，所述第一金属密封表面在所述阀塞的外围边缘周围周向地延伸。所述第一金属密封表面具有第一弯曲轮廓。该示例性装置还包括：阀座，其限定孔口并且包括具有第二弯曲轮廓的第二金属密封表面，所述第二弯曲轮廓和所述第一弯曲轮廓是互补的，以使得当所述第一金属密封表面和所述第二金属密封表面相接触时，所述第一金属密封表面和所述第二金属密封表面形成密封。

附图说明

图1示出了其中可以使用具有在阀塞与阀座之间的金属对金属密封的阀的系统。

图2是处于开启配置的公知的阀的局部剖视图。

图3是处于闭合配置的图2中的公知的阀的局部剖视图。

图4是具有示例性阀塞和示例性阀座的示例性阀的局部剖视图，该示例性阀塞和示例性阀座包括具有示例性互补的弯曲轮廓的各自的示例性金属密封表面。图4的示例性阀处于开启配置。

图5是处于开启配置的图4的示例性阀的另一个局部剖视图。

图6是处于闭合配置的图4的示例性阀的局部剖视图。

图7是处于闭合配置的图4的示例性阀的另一局部剖视图。

图8是在图4-图7中示出的示例性阀塞的透视图。

图9是图8的示例性阀塞的平面图。

图10是图8-图9的示例性阀塞的侧视图。

图11是沿着图10的线A-A获得的图8-图10的示例性阀塞的横截面视图。

图12是在图4-图7中示出的示例性阀座的透视图。

图13是图12的示例性阀座的平面图。

图14是图12-图13的示例性阀座的侧视图。

图15是沿着图14的线A-A获得的图12-图14的示例性阀座的横截面视图。

具体实施方式

在以上所标识的图中示出了某些示例并且下面对其进行详细描述。在描述这些示例时，相似或完全相同的附图标记用于标识相同或类似的要素。图不必按照比例绘制，并且为了清晰和/或简洁起见，图中的某些特征和某些视图可以在比例上或在图解上夸张地示出。

本文所描述的示例性装置提供了用于阀应用的自定心金属对金属密封。与关于阀塞和阀座实施刀口和盘式几何形状的当前金属对金属密封不同，本文所描述的示例性装置包括阀塞和阀座，该阀塞和阀座具有包括互补的弯曲轮廓的各自的金属密封表面。互补的弯曲轮廓增加了由此导致的金属对金属密封的表面面积，并且提供自定心的金属对金属密封。相对于公知的金属对金属密封几何形状，所公开的金属对金属密封的增大的表面面积需要较少的抛光，并且所公开的金属对金属密封的自定心功能降低了对阀塞与阀座之间的稳健的引导结构的需求。

在一些所公开的示例中，该装置包括盘状的阀塞，该盘状的阀塞具有第一金属密封表面，第一金属密封表面在阀塞的外围边缘周围周向地延伸。在这种所公开的示例中，第一金属密封表面具有第一弯曲轮廓。在这种所公开的示例中，该装置还包括阀座，该阀座限定孔口并且包括具有第二弯曲轮廓的第二金属密封表面，第二弯曲轮廓和第一弯曲轮廓是互补的，以使得当第一金属密封表面和第二金属密封表面相接触时，第一金属密封表面和第二金属密封表面形成密封。

在一些所公开的示例中，第一金属密封表面和第二金属密封表面具有匹配和/或基本上相同的曲率半径。在一些所公开的示例中，第一密封表面的第一弯曲轮廓和第二密封表面的第二弯曲轮廓在形状上是抛物线的。在一些所公开的示例中，第一金属密封表面的第一弯曲轮廓具有凹形，而第二金属密封表面的第二弯曲轮廓具有凸形。

在一些所公开的示例中，阀塞包括第一表面和与该第一表面相对的第二表面，其中阀塞的外围边缘位于该阀塞的第一表面与第二表面之间。在一些所公开的示例中，第一金属密封表面与阀塞的第二表面相邻。在一些所公开的示例中，第一金属密封表面与阀塞的外围边缘相邻。

在一些所公开的示例中，阀座包括第一环形表面和与该第一环形表面相对的第二环形表面，以及在该阀座的第一环形表面与第二环形表面之间的内表面。在一些所公开的示例中，第二金属密封表面与阀座的第一表面相邻。在一些所公开的示例中，第二金属密封表面与阀座的内表面相邻。

在一些所公开的示例中，阀塞具有由该阀塞的外围边缘所限定的第一中心轴，阀座具有由该阀座的内表面所限定的第二中心轴，并且当第一金属密封表面和第二金属密封表面相接触时，第一金属密封表面和第二金属密封表面使第一中心轴与第二中心轴对齐。在一些所公开的示例中，当第一金属密封表面和第二金属密封表面相接触时，第一金属密封表面和第二金属密封表面磁性地耦接。

图1示出了其中可以使用具有在阀塞与阀座之间的金属对金属密封的阀的系统100。在图1的系统100中，该阀是热力阀102。在操作中，流体(例如，蒸汽)从储存罐104流动通过第一导管106至捕捉器(arrestor)108。流体流动通过捕捉器108、通过热力阀102、以及通过第二导管110至大气。火炬(flare)112烧尽与流体相关联的过量蒸汽。

在图1中示出的系统100中，与火炬112相关联的火焰可能尝试回穿第二导管110和第一导管106并朝着储存罐104和/或至储存罐104中。捕捉器108被设计为防止火焰朝着储存罐104传播。然而，如果稳定的火焰形成在捕捉器108中并且未被检测到，则捕捉器108会过热并且允许火焰穿过至储存罐104。然而，在示出的系统100中，热力阀102防止捕捉器108过热。热力阀102被设计为感测稳定的火焰并且闭合和/或关断(例如，使流体的连续流相对于大气而密封)，由此熄灭火焰并且消除捕捉器108过热的风险。热力阀102可以包括金属阀塞(未示出)和金属阀座(未示出)，该金属阀塞和金属阀座在热力阀102处于闭合和/或关断位置时(诸如，例如在阀塞和阀座相接触时)提供了金属对金属密封。

在描述具有阀塞和阀座(该阀塞和阀座包括具有互补的弯曲轮廓的各自的金属密封表面)的示例性阀的细节之前，结合图2和图3提供了对公知的阀200的描述。

图2是处于开启配置的公知的阀200的局部剖视图。阀200包括阀体202、阀塞204、阀座206、流体入口208、流体出口210、第一杆212、第二杆214、闭合弹簧216和可熔元件218。阀塞204具有盘状的配置，其包括第一表面220和与第一表面220相对的第二表面222。第一杆212与阀塞204的第一表面220集成在一起和/或刚性地耦接至阀塞204的第一表面220，并且放置在阀体202的第一孔224中。第二杆214与阀塞204的第二表面222集成在一起和/或刚性地耦接至阀塞204的第二表面222，并且放置在阀体202的第二孔226中。

阀座206具有圆柱形配置，其包括第一环形表面228、与第一环形表面228相对的第二环形表面230、以及在第一环形表面228与第二环形表面230之间的内表面(未示出)。阀座206的第一环形表面228、第二环形表面230和内表面共同限定孔口232。阀座206在阀体202内的一位置处刚性地耦接(例如，经由压配合)至阀体202，以使得当阀200处于开启配置时阀塞204不接触阀座206，如在图2中示出的。当阀200处于开启配置时，流体可以从流体入口208朝着阀座206流动，通过由阀座206限定的孔口232朝着流体出口210流动，如由示出的路径234总体上所示出的。

闭合弹簧216向阀塞204的第一表面220施加力，由此使阀塞204朝着阀座206偏置。更具体地，闭合弹簧216使阀塞204的第二表面222朝着阀座206的第一环形表面228偏置。图2中示出的可熔元件218放置在阀体202的第二孔226内并且与通常放置在其中的第二杆214相接触。可熔元件218被配置为具有某一形状、刚性和/或硬度，以便不会响应于由闭合弹簧216对阀塞204施加并且经由第二杆214被传送至可熔元件218的力而变形。从而，在正常操作条件下，可熔元件218保持阀塞204处于相对于阀座206的开启和/或间隔开的位置。

图3是处于闭合配置的图2的公知的阀的局部剖视图。在图3中，由于暴露至阀200的阀体202内的高温(例如，其将由火焰所引起)，图2中出现的可熔元件218(或其实质部分)已经熔掉和/或被烧尽。在没有可熔元件218的情况下，通过闭合弹簧216对阀塞204的第一表面220施加的力使得阀塞204与阀座206相接触。更具体地，闭合弹簧216使得阀塞204的第二表面222的一部分与阀座206的第一环形表面228的一部分相接触，由此导致阀塞204的第二表面222与阀座206的第一环形表面228之间的金属对金属密封。

如在图2和图3中示出的，阀塞204的第二表面和阀座206的第一环形表面228的各自的几何形状是平坦的和/或平面的(例如，未弯曲的)。当阀200处于如以上结合图3所描述的闭合配置时，存在于阀塞204的第二表面222与阀座206的第一环形表面228之间的金属对金属密封旨在防止流体沿着在图2中示出的路径234而行进，而是替代地将流体限制于在流体入口208与阀座206之间的位置，如在图3中由示出的路径302总体上所示出的。示出的金属对金属密封的充足性(adequacy)取决于阀塞204的第二表面222和阀座206的第一环形表面228的接触部分相对于彼此是足够平坦和平面的，并且还取决于阀塞204相对于阀座206的横向对齐(该横向对齐由放置在阀体202的第一孔224和第二孔226内的第一杆212和第二杆214所提供)。

与以上结合图2和图3所描述的公知的阀200相比，图4-图7中的示例性阀包括示例性阀塞402和示例性阀座404，该示例性阀塞402和示例性阀座404包括具有互补的弯曲轮廓的各自的示例性金属密封表面406、408。尽管以下在热力阀应用的背景下描述了图4-图7中的示例性阀400，但是可以在需要金属对金属密封的任何阀应用中实施示例性阀400的示例性阀塞402和示例性阀座404。

参考图4-图5，示出了处于开启配置的示例性阀400。阀400包括阀塞402、阀座404、示例性阀体410、示例性阀盖412、示例性流体入口414、示例性流体出口416、示例性杆502、示例性杆导向件504、示例性弹簧座506、示例性弹簧座导向件508、示例性闭合弹簧510、示例性可熔链接(fusible link)512。

在示出的示例中，阀塞402具有盘状的配置，该盘状的配置由示例性第一表面418、与第一表面418相对的示例性第二表面420、以及位于第一表面418与第二表面420之间的示例性外围边缘422所限定。在示出的示例中，阀塞402的外围边缘422形成圆形轮廓，该圆形轮廓限定了阀塞402的示例性第一中心轴424。尽管示出的阀塞402具有圆形轮廓，但是阀塞402的轮廓可以替代地采用其它形状和/或配置的形式，例如，卵形、椭圆形、和/或任何类型的多边形(例如，三角形、矩形、正方形、菱形、五边形、六边形、八边形等)。

在示出的示例中，阀塞402的第一金属密封表面406在阀塞402的外围边缘422周围周向地延伸。在示出的示例中，第一金属密封表面406与阀塞402的第二表面420相邻。在示出的示例中，第一金属密封表面406还与阀塞402的外围边缘422相邻。在一些示例中，阀塞402的第一金属密封表面406具有磁属性。在示出的示例中，示例性阀塞402的第一金属密封表面406具有示例性第一弯曲轮廓，该示例性第一弯曲轮廓可以是凹的抛物线形状。第一金属密封表面406的第一弯曲轮廓可以替代地采用其它弯曲形状、配置和/或取向的形式，包括例如圆形、凸形和/或s-形状的配置。

在示出的示例中，阀塞402还包括沿着阀塞402的第一表面428而定位的示例性轮毂(hub)426。轮毂426包含孔514，孔514被配置为经由例如螺纹连接将阀塞402耦接至杆502。阀塞402还可以包括孔(未示出)，通过该孔，阀塞402可以经由适当的紧固件(例如，螺栓或螺钉)耦接至弹簧座506。

在示出的示例中，阀座404具有圆柱形配置，其包括示例性第一环形表面428、与第一环形表面428相对的示例性第二环形表面430、以及位于第一环形表面428与第二环形表面430之间的示例性内表面432。阀座404的第一环形表面428、第二环形表面430和内表面432共同限定示例性孔口434。在示出的示例中，阀座404的内表面432形成圆形轮廓，该圆形轮廓限定了阀座404的示例性第二中心轴436。尽管示出的阀座404具有圆形轮廓，但是阀座404的轮廓可以替代地采用其它形状和/或配置的形式，包括例如卵形、椭圆形、和/或任何类型的多边形(例如，三角形、矩形、正方形、菱形、五边形、六边形、八边形等)。

在示出的示例中，阀塞404的第二金属密封表面408在阀座404的内表面432周围周向地延伸。在示出的示例中，第二金属密封表面408与阀座404的第一环形表面428相邻。在示出的示例中，第二金属密封表面408还与阀座404的第一环形表面428相邻。在示出的示例中，第二金属密封表面408还与阀座404的内表面432相邻。在一些示例中，阀塞404的第二金属密封表面408具有磁属性，以使得当第一金属密封表面406和第二金属密封表面408相接触时，阀塞402的第一金属密封表面406(其也可以具有磁属性)和阀座404的第二金属密封表面408磁性地耦接。

在示出的示例中，阀座404的第二金属密封表面408具有示例性第二弯曲轮廓。在示出的示例中，第二金属密封表面408的第二弯曲轮廓与第一金属密封表面406的第一弯曲轮廓是互补的(例如，具有匹配和/或基本上相同的曲率半径)。在示出的示例中，第二弯曲轮廓具有凸的抛物线形状。第二金属密封表面408的第二弯曲轮廓可以替代地采用任何其它弯曲形状、配置和/或取向的形式，包括例如具有与第一金属密封表面406的第一弯曲轮廓互补的弯曲轮廓的圆形、凹形和/或s-形状的配置。

在示出的示例中，阀座404在阀体410内的一位置处刚性地耦接(例如，经由压配合)至阀体410，以使得当阀400处于开启配置时阀塞402不接触阀座404，如在图4-图5中示出的。在示出的示例中，阀座404包括沿着阀座404的第一环形表面428而定位的示例性凹槽438，示例性凹槽438可以用于方便在阀体410内安装阀座404。当阀400处于开启配置时，流体可以从流体入口414朝着阀座404流动，通过由阀座404所限定的孔口434朝着流体出口416流动，如在图4中由示出的路径440总体上所示出的。

在示出的示例中，阀塞402刚性地耦接至杆502，并且杆502放置在杆导向件504内，杆导向件504刚性地耦接(例如，经由压配合)至阀盖412。阀盖412经由适当的紧固件(例如，螺栓或螺钉)刚性地耦接至阀体410。在示出的示例中，可熔链接512将杆502刚性地耦接至杆导向件504并且防止杆502(和附接的阀塞402)在杆导向件504内在远离阀盖412并且朝着阀座404的方向上平移。

在示出的示例中，阀塞402还刚性地耦接至弹簧座506。在示出的示例中，弹簧座506放置在弹簧座导向件508内，弹簧座导向件508经由适合的紧固件(例如，螺栓或螺钉)刚性地耦接至阀盖412。闭合弹簧510放置在弹簧座506内。在示出的示例中，闭合弹簧510对弹簧座506施加力，由此使弹簧座506和附接的阀塞402朝着阀座404偏置。更具体地，闭合弹簧510使阀塞402的第一金属密封表面406朝着阀座404的第二金属密封表面408偏置。在示出的示例中，由闭合弹簧510对弹簧座506施加的力经由弹簧座506、附接的阀塞402以及附接的杆502被转换至可熔链接512，可熔链接512将杆502刚性地固定至杆导向件504。可熔链接512被配置为具有某一形状、刚性和/或硬度，以便不会响应于由闭合弹簧510所施加的力而变形。从而，可熔链接512将示例性阀塞402保持在相对于阀座404的开启和/或间隔开的位置。

参考图6-图7，示出了处于闭合配置的示例性阀400。在图6-图7中的示出的示例中，由于暴露至阀400的阀体410内的高温(例如，其将由火焰所导致)，图5中出现的可熔链接512(或其实质部分)已经熔掉和/或被烧尽。在没有可熔链接512的情况下，由闭合弹簧510对弹簧座506施加的力使得弹簧座506和附接的阀塞402与阀座404相接触。更具体地，闭合弹簧506使得阀塞402的第一金属密封表面406与阀座404的互补的第二金属密封表面408相接触，由此导致阀塞402的第一金属密封表面406与阀座404的第二金属密封表面408之间的金属对金属密封。

如在图6-图7中示出的，当第一金属密封表面406、第二金属密封表面408相接触时，第一金属密封表面406、第二金属密封表面408的各自的互补的弯曲轮廓使得阀塞402的第一中心轴424与阀座404的第二中心轴436对齐。由此，当阀塞402和阀座404处于闭合配置时，第一金属密封表面406、第二金属密封表面408的各自的互补的弯曲轮廓使得阀塞402相对于阀座404为自定心的。当如以上结合图6-图7所描述地将阀400放置为处于闭合配置中时，存在于阀塞402的第二金属密封表面406与阀座404的第二金属密封表面408之间的金属对金属密封防止流体沿着在图4中示出的路径440而行进，而是替代地将流体限制于在流体入口414与阀塞402和/或阀座404之间的位置，如在图6中由示出的路径602总体上所示出的。

图8-图11更详细地示出了图4-图7中的示例性阀塞402。如在图8-图11中更清晰地示出的，阀塞402的第一金属密封表面406在阀塞402的外围边缘422周围周向地延伸。第一金属密封表面406与阀塞402的第二表面420相邻，并且还与阀塞402的外围边缘422相邻。金属密封表面406的第一弯曲轮廓具有凹的抛物线形状。如在图8-图11中更清晰地示出的，阀塞402的轮毂426包括孔514，孔514被配置为经由例如螺纹连接将阀塞402耦接至杆502，如以上结合图4-图7所描述的。阀塞402还包括示例性孔802，通过示例性孔802，阀塞402可以经由适当的紧固件(例如，螺栓或螺钉)耦接至弹簧座506，如以上结合图4-图7所描述的。

图12-图15更详细地示出了图4-图7的示例性阀座404。如在图12-图15中更清晰地示出的，第二金属密封表面408在阀座404的内表面432周围周向地延伸。第二金属密封表面408与阀座404的第一环形表面428相邻，并且还与阀座404的内表面432相邻。第二金属密封表面408的第二弯曲轮廓具有凸的抛物线形状，该凸的抛物线形状与第一金属密封表面406的第一弯曲轮廓的凹的抛物线形状互补(例如，具有匹配和/或基本上相同的曲率半径)。如在图12-图15中更清晰地示出的，阀座404包括沿着阀座404的第一环形表面428而定位的凹槽438，示例性凹槽438可以用于方便在阀体410内安装阀座404，如以上结合图4-图7所描述的。

当第一金属密封表面406、第二金属密封表面408相接触时，如以上结合图8-图15所描述的第一金属密封表面406、第二金属密封表面408的各自的互补的弯曲轮廓使得阀塞402的第一中心轴424与阀座404的第二中心轴436对齐。由此，当阀塞402和阀座404处于闭合配置时，第一金属密封表面406、第二金属密封表面408的各自的互补的弯曲轮廓使得阀塞402相对于阀座404为自定心的。在一些示例中，相对于在图8-图15中示出的阀塞402和阀座404，可以对第一金属密封表面406、第二金属密封表面408的各自的弯曲轮廓进行颠倒和/或以其它方式进行修改。例如，阀塞402的第一金属密封表面406可以具有与阀座404的第二金属密封表面408的相对应的凹形互补的凸形。第一金属密封表面406、第二金属密封表面408可以具有任何形状、配置和/或取向，只要第一金属密封表面406、第二金属密封表面408具有互补的弯曲轮廓。

尽管在本文中已经描述了某些装置，但是本专利涵盖的范围不限于此。相反，本专利涵盖在字面上或在等同原则下很大程度上落在所附权利要求的范围内的所有装置。