CN109578599B - 具有颗粒捕集器的流体流量控制设备 - Google Patents

Abstract

一种流体流量控制设备，该流体流量控制设备包括：阀体，该阀体限定入口、出口以及在其间延伸的流体流动路径；耦接到所述主体的阀座环，所述阀座环限定所述流体流动路径通过的孔口；耦接到所述主体的阀笼，所述阀笼限定内孔；控制元件，该控制元件能够滑动地设置在所述阀笼的内孔内；以及，颗粒捕集器，该颗粒捕集器至少部分地设置在该控制元件的内孔内。该颗粒捕集器包括限定内部流动路径的颗粒捕集器主体以及该流体流动路径通过的至少一个颗粒捕集器通道。该颗粒捕集器的外表面和该控制元件的内表面形成颗粒捕集部分。该至少一个颗粒捕集器通道将该流体流动路径向下引导到该颗粒捕集部分中。

Description

具有颗粒捕集器的流体流量控制设备

相关申请的交叉引用

要求了2017年9月29日提交的美国临时专利申请No.62/565,787的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容总体涉及流体流量控制设备，并且更具体而言，涉及保留沿流体流动路径流动的颗粒的颗粒捕集器。

背景技术

阀在过程控制系统中通常用于控制过程流体的流动。滑动阀杆阀(例如，闸阀、截止阀、隔膜阀、夹管阀等)通常具有设置在流体路径中的闭合构件(例如，阀塞)。阀杆可操作地将闭合构件耦接到致动器，以在打开位置和关闭位置之间移动闭合构件，来允许或限制在阀的入口和出口之间的流体流量。阀可以使用其中阀笼包围闭合构件和阀杆以提供闭合构件的引导运动的笼式内件。阀笼可包括任何数量的开口，流体流动路径通过这些开口。

在现有系统中并如图1和2所示，一些已知的阀10包括形成通道14的阀体12，通道14限定从阀体12的入口16经由廊道(gallery)20延伸到阀体12的出口18的流体流动路径，该廊道20设置在入口16与出口18之间。阀体12还限定了开口22，该开口22被设置为与廊道20连通。阀座24至少部分地由阀体12形成并被设置在廊道20中。

阀盖26至少部分地覆盖阀体12的开口22。阀杆28具有第一部分28a和第二部分28b，并且至少部分地设置在开口22内。采用阀塞的形式的流动控制元件30被耦合到阀杆28的第一部分28a。阀塞30被适配成移动为和脱离与阀座24密封接触。阀塞30可以包括平衡端口30a，该平衡端口30a用于平衡作用于阀塞30的相对侧的流体压力。阀笼32包围阀塞30并有助于引导阀塞30的移动。应理解，阀10包括任何数量的附加部件以有助于操作例如固位件、凸缘、阀杆弹簧、任何数量的垫片、座环、垫圈和/或填料环。

在一些环境中，颗粒可散布在流经流体路径的流体内。例如，在一些阀中，磁铁矿(即，氧化铁)可在设置在阀的阀盖区域26中的部件内积聚。在这些应用中，漂浮在流体流中的磁铁矿颗粒可使其自身通过阀10的各部件(诸如阀塞30和阀笼32)，并逐渐在这些部件之间聚集。磁铁矿的积聚可以导致阀塞30粘住，这进而又可最终防止阀打开。通常，这种积聚在这些应用中快速发生，并且需要频繁干预以清洁塞和其它阀内件。

磁铁矿积聚可使用许多方法来减轻。例如，可修改各部件之间的引导公差，这可在各部件之间产生较大的间隙。在其它示例中，可安装塞式捕集器(或过滤器)34以与现有的阀塞一起操作。塞式捕集器34以三件式部件的形式提供，包括钻管36和耦接到钻管36的相对端的两个盘38、40。当设置在流体流动路径中时，塞式捕集器3434具有两个大致90°的转角(在图1中的点A和B处)以将磁铁矿从流体流中过滤掉。具体地，流体从塞式捕集器的底部部分34a流过钻管36中的孔36a，并且向上流过平衡端口30a(在图1中的C点处)。

由于塞式捕集器34由三个部件构成，因此通常需要大量时间和资源来进行加工和组装。此外，在具有高流速的环境中，塞式捕集器34无法充分地限制磁铁矿颗粒以免于沿着流动路径流动。

发明内容

根据一个示例性方面，一种流体流量控制设备包括：阀体，该阀体限定入口、出口和在其间延伸的流体流动路径；耦接到该阀体的阀座环，所述阀座环限定所述流体流动路径通过的孔口；耦接到阀体的阀笼，所述阀笼限定内孔；控制元件，该控制元件可滑动地设置在所述阀笼的内孔内；以及，颗粒捕集器，该颗粒捕集器至少部分地设置在所述控制元件的内孔内。所述颗粒捕集器可由单个部件构造成，并且包括限定内部流动路径的颗粒捕集器主体，以及所述流体流动路径通过的至少一个颗粒捕集器通道。所述颗粒捕获器的外表面和所述控制元件的内表面形成颗粒捕集部分。所述至少一个颗粒捕集器通道将所述流体流动路径向下引导到所述颗粒捕集部分中。

在一些形式中，颗粒捕集器通道相对于流体流动路径成一定角度。该成角度的关系使得流体流动路径的方向改变大致120°。

在一些示例中，流体流量控制设备还可以包括平衡端口，其形成在所述颗粒捕集部分和阀塞的上表面之间。所述平衡端口平衡作用于所述控制元件的相对侧的流体压力。流体流量控制设备还可以包括设置在所述控制元件的上表面上的固位件清扫器。所述固位件清扫器可以帮助将颗粒朝向所述平衡端口引导，使得它们可被接收在颗粒捕集器部分中。固位件清洁件可以具有大致30°的向下的斜坡。其它示例也是可能的。

在一些方面中，颗粒捕集器可包括螺纹部分，其可按螺纹方式插入到所述控制元件中。此外，所述颗粒捕集器可包括邻近至少一个颗粒捕集器通道设置的成角度的顶部分流器。所述颗粒捕集器还可包括成角度的底部分流器，用于朝向阀笼分流流体流量。应变构件可延伸到所述颗粒捕集部分中以帮助将颗粒保持在其中。

根据另一个示例性方面，颗粒捕集器包括细长主体，该细长主体具有第一端、第二端和外表面。所述细长主体沿纵轴延伸并限定沿该纵轴在第一端和第二端之间延伸的内部流动路径。所述颗粒捕集器还包括至少一个颗粒捕集器通道，其在所述内部流动路径和所述颗粒捕集器的外表面之间延伸。所述至少一个颗粒捕集器通道从纵轴向下并倾斜地延伸。

附图说明

特别是当结合附图进行研究时，以上需求通过提供具有在以下详细描述中描述的颗粒捕集器的流体流量控制设备被至少部分地满足，在附图中：

图1示出了已知阀的正视局部截面图；

图2示出了图1的已知阀的透视局部截面图；

图3示出了根据各实施例的具有颗粒捕集器的示例阀的截面图；

图4示出了根据各实施例的图3的阀的示例阀内件组装件的截面图；

图5示出了根据各实施例的图3和4的阀的示例颗粒捕集器的截面图；

图6示出了根据各实施例的可选的倾斜阀塞固位件的截面图。

图7示出了根据各实施例的具有上螺纹部分的替代颗粒捕集器；

图8和9示出了根据各实施例的具有至少一个应变构件的替代颗粒捕集器；

图10示出了根据各实施例的具有弯曲的顶部分流器的替代颗粒捕集器；以及

图11示出了根据各实施例的具有弯曲的成角度的表面的替代阀塞固位件。

技术人员将理解的是，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的元件中的一些元件的尺寸和/或相对定位可相对于其它元件被夸大，以帮助提升对本发明的各实施例的理解。此外，在商业上可行的实施例中，常见但易于理解的元件是有用或必要的，对这些元件进行描绘通常并不是为了促成对这些各种实施例的较不受阻的观察。还应理解，某些动作和/或步骤可按特定的发生次序描述或描绘，而本领域技术人员将理解，这种关于顺序的特异性实际上并不是必要的。还应理解，除非在本文中原本已阐述了不同的特定含义，否则本文所使用的术语和表达具有如以上所阐述的由该技术领域的技术人员赋予这些术语和表达的普通技术含义。

具体实施方式

图3和4中示出了具有颗粒捕集器的示例阀。该示例阀是向上流动式阀(flow-upvalve)，其中包括磁铁矿的流体以大致向上的方向流动。一般而言，磁铁矿将随着流体流进入颗粒捕集器，在该颗粒捕集器上，流体流动路径急剧转向并进入颗粒捕集部分。流动路径再次改变方向，向上行进，而磁铁矿被保留在捕集部分中。

阀100可包括阀体102、耦接到阀体102的阀座环116、耦接到阀体102的阀笼120，以及耦接到阀杆131的控制元件(例如，阀塞)130。阀塞130可经由任何数量的方式(诸如螺纹连接)耦接到阀杆131。阀体102限定入口104、出口106、从入口104延伸到出口106的流体流动路径108、以及设置在入口104和出口106之间的廊道110。此外，阀体102可限定被设置成与廊道110连通的开口112。应理解，阀100可包括任何数量的诸如密封部件(例如，一个或多个活塞环、一个或多个密封环和/或一个或多个阀座环))之类的附加部件以帮助其操作。

阀座环116被耦接到阀体102。阀座环116限定流体流动路径通过的孔口。阀笼120限定内孔122并限定体积124。阀笼包括任何数量的流体可通过阀笼通道126。阀塞130具有下表面130a和上表面130b，并包括延伸在下表面130a和上表面130b之间的任何数量的平衡端口130c，这些平衡端口允许流体在其间流动以便平衡作用于阀塞130的相对侧的流体压力。阀塞130还限定内表面或孔132。阀塞130能够滑动地设置在阀笼120的内孔122内，其引导阀塞130沿纵轴“L”的移动。阀塞130与阀座环116配合以控制通过阀体102的流体流量。换句话说，阀塞130能够在第一打开位置(未示出)和第二关闭位置之间移动，凭借第一打开位置，流体可沿流体流动路径108从入口104流动到出口106，而第二关闭位置限制流动流动。

阀100还包括至少部分地设置在阀塞130的内孔132内的颗粒捕集器140。在一些示例中，颗粒捕集器140可不被设置在阀塞130的内孔132内，而相反被定位在阀塞130的附近。颗粒捕集器140可以是包括细长的颗粒捕集器主体142的单件式结构，该细长的颗粒捕集器主体142具有第一端142a、第二端142b和外表面142c，并且还限定经由孔或通道146沿纵轴从颗粒捕集器主体142的第一端142a朝向颗粒捕集器主体142的第二端142b延伸的内部流动路径144。此外，颗粒捕集器140包括被形成为通过颗粒捕集器主体142的至少一个颗粒捕集器通道148，以将内部流动路径144连接到外表面142c。如图4和5所示，颗粒捕集器通道148相对于内部流动路径144向下倾斜地成一定角度；也就是说，纵向轴线L(当被安装在阀体102中时)与颗粒捕集器通道148的纵向长度之间的角度(在图5中用“α”表示)大于大致90°。优选地，角度α等于大致120°。可以使用大于大致90°的适合角度的其它示例。如此配置，颗粒捕集器140易于机加工和构造，从而需要最少的制造时间和成本。

在一些示例中，颗粒捕集器主体142可包括设置在其第一端142a处的基座部分基部143。基座部分143可具有比颗粒捕集器主体142的横截面直径更大的横截面直径。

当颗粒捕集器140设置在阀塞130内(或邻近)时(例如，在内孔132内)，颗粒捕集器140的外表面142c与内孔132配合以形成颗粒捕集部分150，该颗粒捕集部分15捕集、保留和/或存储流体中的任何磁铁矿颗粒。颗粒捕集部分150对阀塞130的平衡端口130c开放并与其流体连通。

沿着流体流动路径108从入口104流到出口106的流体在颗粒捕集器140的内部流动路径144的第一端140a处进入该内部流动路径144，并且前进到第二端140b(如在图3中用“A”引用)。颗粒捕集器通道148向下引导流体流动路径，使得流体流改变方向并且流过颗粒捕集器通道148到达颗粒捕集部分150(如在图3中用“B”引用)。这种方向变化促使任何磁铁矿朝向颗粒捕集部分150的底部(在图3中用“C”表示)，而剩余的流体再次改变方向以向上流过阀塞130的平衡端口130c到阀笼120的体积124，以平衡阀塞130上的力。如此配置，在流体向上流动时，流体流中的任何磁铁矿都被保留在颗粒捕集部分150中。

在一些示例中并且如图3、4和6所示，阀100可包括设置在阀塞130的上表面130b的一部分附近、上部和/或内部的固位件清洁件156(例如，漏斗)。固位件清洁件156包括具有向下成角度的表面160的主体。在一些示例中，固位件清洁件形成大致30度的角度(在图6中表示为“β”)。其它适合角度的示例是可能的。固位件清洁件156有助于将未在颗粒捕集部分150中捕集到的任何磁铁矿颗粒向下引导通过平衡端口130c并返回到颗粒捕集部分150中。如此配置，设置在阀笼120和阀塞的上表面之间的容积124内的磁铁矿可能不会聚集在该区域中，因此避免了阀塞130的潜在堵塞和受限的移动。应当理解，在一些示例中，固位件清洁件156可与阀塞130一体地形成，或者可包括密封构件161以在固位件清洁件156和阀塞130之间形成密封。

如图5所示，颗粒捕集器140还可包括顶部分流器部分152和/或底部分流器部分154。顶部分流器部分152可采用位于颗粒捕集器通道148上方的圆形突起的形式。顶部分流器部分152可充当进一步分流流体流量，并对颗粒进行干扰从而使得这些颗粒留在颗粒捕集部分150中的回弹件(rebound)。底部分流器部分154由弯曲部分形成以帮助改善相对于阀笼120的流动效率。此外，当流体向上流动时，底部分流器部分154降低升力。

如图7所示，在一些示例中，颗粒捕集器140还可在颗粒捕集器主体142的第二端142b处包括螺纹部分142d。螺纹部分142d可接合阀塞130的内孔132的相应螺纹部分132a。该螺纹部分132a可与将阀塞130耦接到阀杆131的耦接机构一致。颗粒捕集器140可沿着孔132在任何点处耦接到阀塞130。

如图8和9所示，在一些示例中，颗粒捕集器140还可包括耦接到颗粒捕集器主体142的基座部分143的任何数量的应变(strain)构件162。应变构件162可向上突出到颗粒捕集部分，以提供用于分流流体流量的附加应变阶段，从而使得磁铁矿被捕集在颗粒捕集部分内。应变构件可替代地与颗粒捕集器140一体地形成。如图9中所描绘的，还可使用突起形式的附加的上应变部分164来进一步分流流体流量，从而使得磁铁矿流动被捕集在颗粒捕集部分内。

转到图10和11，示例颗粒捕集器140和固位件清洁件156可包括先前参考图3-9所描述的任何数量的特征。因此，这些特征将具有与先前参考图3-9所描述的那些特征相似的参考标记，并且将不再详细描述。在图10所示的示例中，颗粒捕集器140可以包括具有不同几何形状的颗粒捕集器通道148’。具体地，在图10所示的示例中，颗粒捕集器通道148’包括通常向下成角度的通道，该通道具有弯曲的和/或弧形的长度(与先前描述的颗粒捕集器140的大致直线长度相反)。在一些示例中，颗粒捕集器通道148’可根据需要包括弯曲和/或笔直部分的任何组合。类似地，在一些示例中并且如图11所示，固位件清洁件156可包括弯曲的和/或弧形的向下成角度的表面160’。在一些示例中，向下成角度的表面160’可根据需要包括弯曲的和/或笔直部分的任何组合。

本领域技术人员将认识的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上面所描述的实施例进行各种各样的修改、改变和组合，并且这种修改、改变和组合将被视为处于发明概念的范围内。

本专利申请最后的专利权利要求不旨在根据35U.S.C.§112(f)来解释，除非明确叙述传统的功能加装置语言，诸如在(多个)权利要求中明确陈述的“用于……的单元”或“用于……的步骤”。本文所描述的系统和方法涉及对计算机功能的改进，并且改进了传统计算机的功能。

Claims (9)

1.一种流体流量控制设备，包括：

阀体，所述阀体限定入口、出口以及从所述入口延伸到所述出口的大致向上的流体流动路径；

阀座环，所述阀座环耦接到所述阀体，并限定所述流体流动路径通过的孔口；

阀笼，所述阀笼耦接到所述阀体并限定内孔，所述阀笼包括所述流体流动路径通过的至少一个阀笼通道；

控制元件，所述控制元件能够滑动地设置在所述阀笼的所述内孔内，所述控制元件限定内孔，所述控制元件和所述阀座环配合以控制通过所述阀体的流体流量；以及

颗粒捕集器，所述颗粒捕集器至少部分地设置在所述控制元件的所述内孔内，所述颗粒捕集器具有颗粒捕集器主体，所述颗粒捕集器主体限定内部流动路径并进一步限定所述流体流动路径通过的至少一个颗粒捕集器通道；

固位件清扫器，所述固位件清扫器设置在所述控制元件的上表面附近，所述固位件清扫器具有向下的斜坡，所述固位件清扫器用于帮助将颗粒朝向下引导到颗粒捕集部分中；

其中，所述颗粒捕集器的外表面和所述控制元件的内表面形成颗粒捕集部分，并且其中，所述至少一个颗粒捕集器通道将所述流体流动路径向下引导到所述颗粒捕集部分中，以使得在流经所述流体流动路径的流体中所包含的颗粒被保留在所述颗粒捕集部分中。

2.根据权利要求1所述的流体流量控制设备，其特征在于，所述至少一个颗粒捕集器通道相对于所述流体流动路径成一定角度，使得流动方向改变大致120°。

3.根据权利要求1或2所述的流体流量控制设备，其特征在于，还包括平衡端口，所述平衡端口形成在所述颗粒捕集部分和所述控制元件的所述上表面之间，用于平衡作用于所述控制元件的相对侧的流体压力。

4.根据权利要求1所述的流体流量控制设备，其特征在于，所述固位件清扫器具有大致30°的向下的斜坡。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的流体流量控制设备，其特征在于，所述颗粒捕集器包括单件式构造。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的流体流量控制设备，其特征在于，所述颗粒捕集器还包括螺纹部分，所述螺纹部分被配置为以按螺纹方式插入到所述控制元件的所述内孔中。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的流体流量控制设备，其特征在于，所述颗粒捕集器还包括邻近所述至少一个颗粒捕集器通道设置的成角度的顶部分流器。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的流体流量控制设备，其特征在于，所述颗粒捕集器还包括成角度的底部分流器，所述成角度的底部分流器用于朝向所述阀笼分流流体流量。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的流体流量控制设备，其特征在于，所述颗粒捕集器还包括延伸到所述颗粒捕集部分中的至少一个应变构件。

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