流體流動控制裝置和系統以及使流體從其中流動通過的方法
2023-04-27 17:45:26 2
專利名稱：流體流動控制裝置和系統以及使流體從其中流動通過的方法
技術領域：
本公開大體上涉及流體流動控制裝置。更具體地，本公開的實施例涉及這樣的裝置，所述裝置被配置成減少經過其的流體的壓力和能量。
背景技術：
在許多工業領域，通常需要減少管線中的流體(液體和氣體)的壓力和能量。為此目的可採用一個或多個控制裝置。在本領域中已經存在用於控制裝置的各種設計。例如， 可採用一種裝置將通過該裝置的流分成多個分離流，所述多個分離的流配置為在所述裝置內的多個曲折的流體流動路徑。當流體經過所述曲折的流體流動路徑時，導致所述流體多次改變方向。此外，當流體行進通過該曲折的流體流動路徑時，流體流動路徑的總截面面積可增加，以提供流動路徑內的流體速度的降低。由於所述路徑的壁之間的摩擦所導致的損失、擴展或收縮的腔、和流體方向的快速變化，流體的流體壓力和能量沿著這種路徑部分耗散。這些裝置可包括通常稱為「曲折路徑修整裝置」的裝置。流體流動控制裝置常規地具有盤的堆疊或多個同心圓柱形套筒的形式。在以前的設計中，多個基本上平面的盤在彼此頂部堆疊以提供中空的圓柱形結構。這種結構通常稱為「閥修整盤組件」。每個盤通常都包括通過該盤形成的多個空間。所述盤對齊且堆疊在一起，使得由所述盤中的空間提供多個連續曲折的流體路徑，其從中空的圓柱形閥修整盤組件的中心區域延伸到閥修整盤組件的外部。在近來的設計中，套筒徑向穿孔，相鄰套筒的所述穿孔偏移以導致所述流體在曲折的路徑中流動。套筒由中間環形通道分離，中間環形通道允許經過其的流體在其隨後需要收縮以經過下一個套筒的穿孔之前擴展。這種設計的具體幾何形狀布置配置成允許每條流的流體的壓力以相對小的增量並且在許多級中下降。流體流動控制裝置通常設置在閥(諸如控制閥)的主體中，所述閥具有常規地配置成將流體從入口朝向中空的、圓柱形的流體流動控制裝置導引的主體。閥還可被配置成將流體朝向流體出口導引，經過流體流動控制裝置至其外部。閥包括活塞、球形體、盤或配置成插入閥的中心區域以中斷流體流動通過和關閉閥的其它裝置。加壓流體包含存儲的機械勢能。流體流動控制裝置通過減少流體的壓力和速度來耗散此能量。當流體流動通過流體通路時，流體流動可以是湍流的。湍流流體具有關聯的壓力和速度波動，其作用在管子的結構元件和流體在其中流動的流體控制裝置上。這些壓力和速度波動通常伴隨著其它問題，諸如腐蝕、噪音、振動和氣穴現象。在許多應用中，這些伴隨的問題是流體流動控制裝置的不期望的或不可接受的特徵。
發明內容
本公開的各種實施例包括流體流動控制裝置。在一個或多個實施例中，流體流動控制裝置可包括主體，該主體包括沿著其縱向軸線延伸通過其的中心孔。至少一個第一通道，其可從主體的外側壁延伸至主體的內側壁。至少一個第二通道，其可從主體的外側壁延伸至主體的內側壁並且與所述至少一個第一通道相交。在一個或多個另外的實施例中，流體流動控制裝置可包括主體，該主體包括沿著縱向軸線軸向聯接在一起的多個盤。所述多個盤中的至少一個盤可包括在其表面中的多個槽，所述多個槽從所述至少一個盤的外徑延伸到內徑，並且配置成使得所述多個槽的至少兩個相交。本公開的另外的實施例包括流體流動控制系統。這種系統的一個或多個實施例可包括流體入口和定位成與流體入口相關的流體流動控制裝置，使得從流體入口經過的流體流動通過該流體流動控制裝置。流體流動控制裝置可包括至少一個第一通道，第一通道從主體的外側壁延伸到延伸通過該主體的中心孔的內側壁。至少一個第二通道可從主體的外側壁延伸到主體的內側壁並與所述至少一個第一通道相交。其他實施例包括用於形成流體流動控制裝置的方法。這種方法的一個或多個實施例可包括在至少一個盤的表面中形成至少一個第一槽。所述至少一個第一槽可從所述至少一個盤的外徑延伸至其內徑。至少另一個槽可形成在所述至少一個盤的表面中，從所述至少一個盤的外徑延伸到內徑並且與所述至少一個第一槽相交。所述至少一個盤可聯接到至少一個另一個盤。在又一個其他實施例中，本公開包括用於使流體流動通過流體流動控制裝置的方法。在這種方法的一個或多個實施例中，流體可流動通過在主體的外表面和延伸通過主體的孔的內表面之間延伸的通道。流體還可流動通過至少一個第二通道，所述至少一個第二通道在主體的外表面和內表面之間延伸並且與所述通道的至少一部分相交。流動通過所述通道的流體可衝擊入流動通過所述至少一個第二通道的流體中。
圖1示出了流體流動控制系統的截面正視圖，流體流動控制系統包括閥組件，其包括根據至少一個實施例的流體流動控制裝置。圖2示出了圖1的根據一個或多個實施例的流體流動控制裝置的等距視圖。圖3是包括兩個或更多個盤的流體流動控制裝置的剖切部分的透視圖。圖4是包括根據至少一個實施例的多個弓形通道的盤的平面圖，並且示出了通過所述通道的一些的流體流。圖5是用在根據一個實施例的流體流動控制系統中的流體流動控制裝置的正視圖。
具體實施例方式呈現在本文中的例子在一些情況中並不是任何具體的流體流動控制裝置、座保持器或控制閥的實際視圖，而僅是理想的表示，採用它們以描述本公開。另外，附圖之間相同的元件可保持相同的附圖標記。本公開的各種實施例包括流體流動控制裝置。圖1示出了流體流動控制系統的截面等距視圖，流體流動控制系統包括閥組件100，閥組件100包括根據至少一個實施例的流體流動控制裝置110。也可稱為控制閥的閥組件100包括限定流體入口 130和流體出口 140的閥主體120，流體入口 130和流體出口 140在使用中可以連接到管子(未示出)，所述管子將流體輸送到閥組件100或從閥組件100輸送流體。儘管閥組件100示出為具有入口 130和出口 140，但是閥組件100可以被用在流體流動反向的應用中。流體流動的方向可根據具體應用來選擇。塞腔150可定位在入口 130和出口 140之間，塞頭160可設置在其中。塞頭160聯接到軸165，並且被配置成在塞腔150中在全打開位置和關閉位置之間移動。在打開位置， 塞頭160被縮回以提供流體入口 130和流體出口 140之間的流體連通，從而允許流體從流體入口 130流動到塞腔150並進入流體出口 140。在關閉位置，塞頭160鄰接閥座170，形成物理中斷流體入口 130和流體出口 140之間的流體連通的密封，從而有效地阻擋了流體流動通過閥主體120。軸165可包括可控制地聯接至其的致動器，並且被配置成控制塞頭160的位置。致動器可包括對那些本領域的普通技術人員而言已知的任何合適的致動器。另外，定位器可以可操作地聯接到致動器。定位器可包括任何常規的定位器，適於與所選的致動器一起使用，如本領域的那些普通技術人員已知的那樣。如在圖1中所描繪的實施例所示出的那樣，流體流動控制裝置110可配置為設置在閥座170上和塞腔150中的座保持器。流體流動控制裝置110定位和配置成使得所有流體都經過閥主體120流動通過流體流動控制裝置110。圖2示出了根據一個或多個實施例的圖1的流體流動控制裝置110的等距視圖。 流體流動控制裝置Iio包括具有中心孔220的主體210，其中中心孔220沿著所述主體210 的縱向軸線230延伸通過主體。主體210包括在所述主體210的外表面250和內表面沈0 之間延伸並且與所述主體210的外表面250和內表面260連通的多個通道M0。至少一個通道240配置成與至少一個另一個通道240相交。在至少一個實施例中，流體流動控制裝置110的主體210可包括多個基本上平面的且彼此相鄰堆疊的盤。圖3是包括兩個或更多個盤310的流體流動控制裝置110的剖切部分的透視圖。至少一個盤310包括從盤的外徑區域徑向延伸到盤的內徑區域的兩個或更多個通道M0。至少一個通道240配置成與至少一個其他通道240相交。在其他實施例中，所述兩個或更多個通道240都可包括形成在盤310的表面中的槽，並且可以包括至少基本上垂直於所述表面延伸的側壁。在至少一些實施例中，通道MO 可在所述盤310的表面上非直線地延伸。例如，在至少一些實施例中，所述通道240可基本上弓形地在盤310的表面上延伸。在其他實施例中，通道240可基本上直線地在盤310的表面上延伸。通道240可在兩個通道240之間配置有所選的相交角度以定製相交的效果。在一些實施例中，通道240可具有基本上恆定的寬度和深度，而在其他實施例中， 通道240可具有變化的寬度、深度或它們的組合。通道240的寬度和/或深度可變化，以定製通過通道MO的壓力下降的位置並可基於具體的應用而配置。此外，通道240的深度可根據具體應用和具體的流體流動控制裝置的配置而選擇。所述兩個或更多個通道240中的每一個都可被配置成與至少一個其他通道240相交，所述相交包括能量減小級320。級320的數量可由相交的數量確定，並可基於具體應用而選擇。例如，在一些實施例中，每個通道240都可包括單個級320。在其他實施例中，每個通道240都可包括多個級320。以示例並且非限制的方式，每個通道都可包括一個和七個級 320之間。在其他實施例中，級320的數量可超過七個。
通道240可配置成與外表面250、內表面沈0、以及另一個通道MO以特定角度相交。相交的角度可被選擇，以最大化對經過流體流動控制裝置的流體的作用，並且可根據特定應用而變化。此外，對於單個通道240而言，至少內表面沈0、外表面250以及各個級320 之間的一些相交角度可不同。例如，在包括弓形通道240的實施例中，在外表面250、在第一級320、在一個或多個附加級320以及在內表面260處的相交角度每個都可包括不同的值。流體流動控制裝置110取決於具體應用可包括多種材料。以示例並且非限制的方式，本公開的流體流動控制裝置110的實施例可包括金屬或金屬合金(諸如鋼)、陶瓷或其他合適的材料。在包括多個盤310的實施例中，可形成通道240並且盤310可設置成彼此相鄰並且固定在位，如將在下文中更詳細的描述的那樣。圖4是根據至少一個實施例的包括多個弓形通道MO的盤310的平面圖，並且示出了通過所述通道MO中的一些的流體流。流體可在流體流動控制裝置110的外表面250 和內表面260之間流動。在圖4中，流體流被示出為從外表面250向內表面260流動，稱為 「上方流(flow over)」設計。但是，取決於具體的應用，在其他實施例中，流體流可被配置成從內表面260向外表面250流動，稱為「下方流(flow under)」設計。流體流動通過所述多個通道M0，所述多個通道240在外表面250和內表面沈0 之間延伸。每個通道240都與一個或多個其他通道在級320處相交。例如，在由圖4描繪的實施例中，每個通道都包括4個級。當流體流動通過每個通道240時，每個通道240中的流體在級320處衝擊來自一個或多個其他通道240的流體。在衝擊點處(即，在每個級320 處)，兩個相交通道240中的流體被迫同時配合地通過包括單個通道240的寬度的面積。換句話說，兩倍的流體體積被迫流動通過單個通道MO的寬度，導致流體可流動通過的面積突然收縮。當流體繼續進入所述兩個相交通道240中的一個時，相比於相交相關的面積，流體經歷了可從其中流動通過的突然的面積擴展。流體流動通過的所述面積的所述突然收縮和擴展導致了流動通過其的流體的壓力的減小。流體可隨後以比流體進入通道240的壓力低的壓力離開通道對0。本公開的另外的實施例包括形成流體流動控制裝置的方法。這種方法的實施例參照圖1-5來描述。如在上文中闡述的那樣，本公開的流體流動控制裝置110的至少一些實施例可包括多個彼此相鄰堆疊的基本上平面的盤310。盤310可由基本上圓形的形狀形成，並且包括形成於其中的中心孔220。盤310的厚度可根據具體應用而選擇。僅以示例的方式，至少一些實施例可採用包括選自大約0. 125 in.和0. 5 in.(大約3. 175 mm和12. 7 mm)的厚度的盤310。在其他實施例中，盤310可包括大於0. 5 in. (12.7 mm)的厚度。具有通道MO的形式的流體通路可形成在盤310中。在至少一些實施例中，通道 240可使用切割器在盤310中切割出通道來形成。以示例並且非限制的方式，切割器可包括孔鋸，其可適於形成弓形通道對0，或盤鋸，其可適於形成基本上直線的通道對0。切割器可在不完全切割穿過所述盤310的情況下部分進入到盤310中並且進入至選定的深度。採用切割器(諸如孔鋸)的單次切割可同時形成兩個通道M0。例如，採用孔鋸的單次切割可形成圖4中的通道440A和440B。至少兩個通道240可形成在盤310的表面中，所述通道在一些點處相交以形成級320。通道240的深度可取決於具體的應用和盤310的厚度而變化。例如，較薄的盤310 將僅允許更淺的通道對0，而相對厚的盤310將允許更深的通道M0。在至少一個實施例中，僅可採用一到三個相當厚的盤310，並且厚的通道240可形成於其中。這種具有深的通道MO的厚的盤310可適於各種應用，諸如僅具有開或關性能的閥。通道MO的寬度也可根據具體應用而變化。通常，通道MO的寬度可由用於形成通道MO的切割器的厚度而確定。但是，比切割器的厚度寬的通道240可通過將切割器兩次或多次在幾乎相同的位置進入盤310的表面來形成。盤310可設置成彼此相鄰並固定在位。盤310可設置成使得其中具有通道240的一個盤310的表面定位成相鄰於其中沒有通道MO的另一個盤的表面。在其他實施例中， 盤310可設置成使得其中具有通道240的一個盤310的表面定位成相鄰於其中也具有通道 240的另一個盤的表面。在這種實施例的各種配置中，每個表面中的通道240可取向成基本上對齊或部分偏移，諸如美國專利公開No. 2006/0191584所教導的流體通路。在一些實施例中，盤310可包括形成在通道240之間的通孔(未示出)並且可採用螺栓或銷(未示出)穿過通孔以對齊盤310和將盤310固定在一起。在其他實施例中，該堆盤310可通過粘合或者通過釺焊或焊接到一起而被固定。在盤310包括陶瓷材料的實施例中，盤310可使用本領域的普通技術人員已知的用於將陶瓷材料固定在一起技術被彼此固定。儘管本公開已經描述了用在閥中的流體流動控制裝置110的實施例，但是本發明不限於此。本公開的流體流動控制裝置的各種實施例可被用於各種應用中以減小流動通過系統的流體的壓力和/或能量。圖5是根據一個實施例的用在流體流動控制系統的流體流動控制裝置510的正視圖。流體流動控制裝置510在一個縱向端聯接到流體入口，諸如管子 520，並可在相反的縱向端封閉。流動通過管子520的流體可進入流體流動控制裝置510的中心孔並且可經過多個通道240至外部。這種流體流動控制裝置510可用在各種應用中， 諸如但不限於，使流體流動進入流體罐，使流體流動進入河或其他流體流，用於將流體釋放到周圍環境的排氣系統，或使流體從管子520流動到另一管子。儘管附圖中已經描述和示出了某些實施例，但這些實施例僅為示意性的，而不限制本公開的範圍，且本公開不限於所示和所述的特定構造和布置，因為對所述實施例的各種其它添加和修改及刪減對於本領域的普通技術人員是顯而易見的。因此，本公開的範圍僅由以下權利要求的書面語言和法律等同物限制。
權利要求
1.一種流體流動控制裝置，包括主體，所述主體包括沿著其縱向軸線延伸通過所述主體的中心孔；至少一個第一通道，其從所述主體的外側壁延伸至所述主體的內側壁；至少一個第二通道，其從所述主體的所述外側壁延伸至所述主體的所述內側壁，並且與所述至少一個第一通道相交。
2.根據權利要求1所述的流體流動控制裝置，其中所述主體包括彼此相鄰堆疊的多個ο
3.根據權利要求1所述的流體流動控制裝置，其中所述至少一個第一通道和所述至少一個第二通道在所述主體的所述外側壁和所述內側壁之間的寬度和深度中的至少一個方面不同。
4.根據權利要求1所述的流體流動控制裝置，其中所述至少一個第一通道與多個其他通道相交。
5.根據權利要求4所述的流體流動控制裝置，其中所述至少一個第一通道和所述多個其他通道之間的至少一些相交角度是不同的。
6.根據權利要求2所述的流體流動控制裝置，其中所述多個盤沿著縱向軸線軸向聯接在一起，其中所述多個盤中的至少一個盤包括在其表面中從所述至少一個盤的所述外側壁向所述內側壁延伸的多個通道，其中所述多個通道中的至少兩個相交。
7.根據權利要求1或6所述的流體流動控制裝置，其中所述多個盤包括選自如下材料的組的材料，所述組包括金屬、金屬合金或陶瓷。
8.一種流體流動控制系統，包括流體入口 ；以及根據權利要求1-6所述的流體流動控制裝置，其中所述流體控制裝置定位成與所述流體入口相關，使得從所述流體入口經過的流體流動通過所述流體流動控制裝置，並且其中所述至少一個第一通道從所述主體的外側壁延伸至中心孔的內側壁，所述中心孔延伸通過所述主體。
9.根據權利要求8所述的流體流動控制系統，還包括閥主體，閥主體包括定位在所述流體入口和流體出口之間的塞腔；塞頭，塞頭設置在所述塞腔中；並且其中所述流體流動控制裝置配置為定位在所述塞腔中的座保持器。
10.根據權利要求8所述的流體流動控制系統，其中所述流體流動控制裝置在一個縱向端聯接到所述流體入口，並且在相反的縱向端封閉。
11.根據權利要求1或8所述的流體流動控制裝置或系統，其中所述至少一個第一通道和所述至少一個第二通道基本上直線地從主體的外側壁向內側壁延伸。
12.根據權利要求1或8所述的流體流動控制裝置或系統，其中所述至少一個第一通道和所述至少一個第二通道基本上非直線地從所述主體的所述外側壁向所述內側壁延伸。
13.一種形成流體流動控制裝置的方法，包括在至少一個盤的表面中形成從所述至少一個盤的外徑向所述至少一個盤的內徑延伸的至少一個第一槽；在所述至少一個盤的表面中形成從所述至少一個盤的外徑向所述至少一個盤的內徑延伸的至少一個第二槽，並且所述至少一個第二槽與所述至少一個第一槽相交；並且將所述至少一個盤聯接到至少一個另一個盤。
14.根據權利要求13所述的方法，其中在所述至少一個盤的所述表面中形成所述至少一個第一槽和所述至少一個第二槽包括在不完全切割通過所述至少一個盤的情況下，使切割器部分進入到所述至少一個盤的所述表面中。
15.根據權利要求13所述的方法，其中在所述至少一個盤的所述表面中形成所述至少一個第一槽和所述至少一個第二槽包括在所述至少一個盤的所述表面中形成至少一個第一非直線槽和至少一個第二非直線槽。
16.根據權利要求15所述的方法，其中在所述至少一個盤的所述表面中形成所述至少一個第一非直線槽和所述至少一個第二非直線槽包括使孔鋸進入到所述至少一個盤的所述表面中。
17.根據權利要求13所述的方法，其中在所述至少一個盤的所述表面中形成所述至少一個第一槽和所述至少一個第二槽包括在所述至少一個盤的所述表面中形成至少一個第一直線槽和至少一個第二直線槽。
18.根據權利要求13所述的方法，還包括在所述至少一個盤的所述表面中形成所述至少一個第一槽和所述至少一個第二槽，以改變所述至少一個盤的所述外徑和所述內徑之間的寬度和深度中的至少一個。
19.根據權利要求13所述的方法，其中將所述至少一個盤聯接到至少另一個盤包括螺栓連接、粘附、釺焊和焊接所述至少一個盤至所述至少一個另一個盤中的至少一種。
20.一種使流體流動通過流體流動控制裝置的方法，包括使流體流動通過在主體的外表面和孔的內表面之間延伸的通道，所述孔延伸通過所述主體；使流體流動通過至少一個在所述主體的所述外表面和所述內表面之間延伸的第二通道，並且所述第二通道與所述通道的至少一部分相交；使流動通過所述通道的所述流體衝擊到流動通過所述至少一個第二通道的所述流體中。
21.根據權利要求20所述的方法，其中使所述流體流動通過所述通道並且通過所述至少一個第二通道包括使所述流體流動通過直線的通道和通過直線的至少一個第二通道。
22.根據權利要求20所述的方法，其中使所述流體流動通過所述通道並且通過所述至少一個第二通道包括使所述流體流動通過非直線的通道和通過非直線的至少一個第二通道。
全文摘要
流體流動控制裝置包括主體，主體包括沿著縱向軸線延伸通過其的中心孔和多個從所述主體的外側壁延伸至所述主體的內側壁的通道。至少一個第一通道可與至少一個其他通道相交。還公開了流體流動控制系統，形成流體流動控制裝置的方法，以及使流體流動通過流體流動控制裝置的方法。
文檔編號F16K51/00GK102459980SQ200980160588
公開日2012年5月16日 申請日期2009年5月27日 優先權日2009年5月27日
發明者海恩斯 B., D.吉福德, 黑爾 M. 申請人:芙羅服務管理公司