CN115135915A - 用于球控制阀的三维曲折路径流量元件 - Google Patents

Abstract

一种流体控制阀，包括具有流体入口和流体出口的阀壳体。阀主体设置在阀壳体内，并且相对于阀壳体在打开位置和关闭位置之间转换。在关闭位置，阀主体阻止流体入口和流体出口之间的流体流动。阀主体从关闭位置逐步转换到打开位置，以逐步增加从流体入口到流体出口的流体流量。流量控制元件在阀主体的下游被定位在阀壳体内。流量控制元件包括外周主体和内部主体，内部主体具有延伸穿过内部主体的多个流量控制通道。流量控制元件还包括由外周主体和内部主体共同限定的开口。

Description

用于球控制阀的三维曲折路径流量元件

相关申请的交叉引用

不适用

声明回复：联邦资助的研究/开发

不适用

技术领域

本发明总体上涉及一种流量控制元件，更具体地说，本发明涉及这样一种流量控制元件，该流量控制元件具有多个形成于其中的流量控制通道并专门构造成与球型阀主体一起使用。

背景技术

线性流体控制阀组件是已知的，并且通常配备有噪音衰减或阻抗组件。这种阀在相关行业中通常被称为牵引阀(drag valve)。现有技术的线性阀可包括环形阻抗组件，该环形阻抗组件包括多个环形盘，每个环形盘限定多个径向延伸的曲折流动通道，这些盘以堆叠的布置彼此固定。活塞可以设置在阻抗组件的内部，并且可以协作地接合到致动器，该致动器可操作以有助于活塞在阻抗组件内的往复移动。当活塞处于最低位置时，阻抗组件的任何通道都不会暴露于进入流。然而，当活塞朝着打开位置向上移动时，流体穿过阻抗组件的通道，以提供通过线性阀的排出流。通过阻抗组件的流量可借助活塞的位置而改变，这反过来改变了阻抗组件暴露于其内部的进入流的面积或比例。

尽管上述线性阀布置提供了显著的降噪能力，但在某些应用中，通常希望使用利用旋转关闭元件的旋转阀，作为线性阀的替代品。

因此，本领域需要一种能够在利用旋转关闭元件的旋转阀中实现期望的流量特性的流量控制元件。本公开的各个方面解决了这一特定需求，这将在下面更详细地讨论。

发明内容

根据本公开的一个实施例，提供了一种流体控制阀，该流体控制阀包括具有流体入口和流体出口的阀壳体。阀主体设置在阀壳体内，并相对于阀壳体在打开位置和关闭位置之间转换(过渡)。在关闭位置，阀主体阻止流体入口和流体出口之间的流体流动。阀主体从关闭位置逐步转换到打开位置，以逐步增加从流体入口到流体出口的流体流量。流量控制元件在阀主体下游被定位在阀壳体内。流量控制元件包括外周主体和内部主体，内部主体具有延伸穿过内部主体的多个流量控制通道。流量控制元件还包括由外周主体和内部主体共同限定的开口。

阀主体和流量控制元件可相互定位成使得当阀主体从关闭位置向打开位置转换时，在流体流过开口之前，流体先流过多个流量控制通道中的至少一个。

阀壳体可以限定在流体入口和流体出口之间延伸的流动轴线。多个流量控制通道中的至少一个可以由多个互连的区段组成，其中每个区段相对于流动轴线倾斜45度。多个流量控制通道中的至少一个可包括在垂直于流动轴线的平面中的矩形横截面。多个流量控制通道中的至少一个可包括在垂直于流动轴线的第一平面中的第一矩形横截面和在垂直于流动轴线的第二平面中的第二矩形横截面，其中第二平面位于第一平面的下游，并且第二矩形横截面大于第一矩形横截面。

流量控制元件可包括凹形表面，阀主体可包括与流量控制元件的凹形表面互补的球形表面。

外周主体可限定中心轴线，多个流量控制通道中的每一个均可沿平行于中心轴线的方向延伸，以限定各自的长度。多个流量控制通道中的至少两个的长度可以不同。

流量控制元件可形成为整体结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于流体控制阀中的流量控制元件。该流量控制元件包括外周主体和具有凹形表面的内部主体，以及从凹形表面延伸到内部主体中的多个流量控制通道。流量控制元件还包括由外周主体和内部主体共同限定的开口。

根据本发明的另一方面，提供了一种流体控制阀，该流体控制阀包括具有流体入口和流体出口的阀壳体。阀主体设置在阀壳体内，并相对于阀壳体在打开位置和关闭位置之间转换。在关闭位置，阀主体阻止流体入口和流体出口之间的流体流动。阀主体可以从关闭位置逐步转换到打开位置，以逐步增加从流体入口到流体出口的流体流量。流量控制元件在阀主体下游被定位在阀壳体内。流量控制元件包括孔板，该孔板具有形成在孔板中的多个通道入口和形成在孔板中的至少一个流动开口。流量控制元件还包括主体，该主体具有延伸穿过主体的多个流量控制通道。主体与孔板对齐成使得所述多个通道入口与相应的流量控制通道连通。

流量控制元件还可包括与孔板和主体接合的框架。

主体可包括入口面和出口面，出口面沿主体轴线而与入口面间隔开。多个流量控制通道中的至少一个可以由多个互连的区段组成，每个区段相对于主体轴线倾斜45度。

孔板可包括凹形表面，阀主体可包括与孔板的凹形表面互补的球形表面。

当结合附图阅读时，通过参考以下详细说明，可更好地理解本发明。

附图说明

根据以下说明和附图，可更好地理解本文公开的各种实施例的这些和其他特征和优点，其中：

图1为流体控制阀的剖视图，该流体控制阀具有球型阀主体和邻近球型阀主体的下游流量控制元件；

图1A为具有球型阀主体和邻近球型阀主体的下游流量控制元件的流体控制阀的另一实施例的上侧透视局部剖视图；

图2为并入到图1A所示流体控制阀中的流量控制元件的上侧透视图；

图3为图2所示流量控制元件的正视图；

图4为图3所示流量控制元件的剖视图；

图5为流量控制元件的下前侧透视图，其中其多个内部流量控制通道以虚线表示；

图6为流量控制元件中形成的示例性流量控制通道的透视图；

图7为流量控制元件的一个实施例的上侧透视图；

图8为图7所示流量控制元件的正视图；

图9为流量控制元件的另一实施例的上侧透视图；

图10为图9所示流量控制元件的正视图；

图11为流量控制元件的另一实施例的上侧透视图；

图12为图11所示流量控制元件的正视图；

图13为流量控制元件的另一实施例的上侧透视图；

图14为图13所示流量控制元件的正视图；

图15为多部件流量控制元件的上侧分解透视图；

图16为可包含在图15的多部件流量控制元件中的示例性流量控制通道的端视图；

图17为图16所示流量控制通道的上侧透视图；

图18为图17所示两级(two-stage)流量控制通道的正视图；

图19为可包含在图15的多部件流量控制元件中的示例性四级流量控制通道的正视图；

图20为其可包含在图15的多部件流量控制元件中的示例性六级流量控制通道的正视图；

图21为流体控制阀的另一实施例的上侧透视局部剖视图，该流体控制阀具有球型阀主体和集成在球型阀主体中的流量控制元件；

图22是具有集成流量控制元件的球型阀主体的正视图；

图23为图22的球型阀主体和集成流量控制元件的剖视图；并且

图24为图21至图23所示流量控制元件的上侧透视图。

在所有附图和详细说明中，使用相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

下文结合附图进行的详细说明旨在描述流量控制阀的某些实施例，而非仅代表可开发或利用的形式。说明书结合所示实施例阐述了各种结构和/或功能，但是应当理解，相同或等同的结构和/或功能可以通过不同的实施例来实现，这些实施例也旨在包含在本公开的范围内。还应当理解，诸如第一和第二等关系术语的使用仅用于将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或暗示这些实体之间的任何实际的这种关系或顺序。

现在参考图1和图1A，提供了一种流量控制阀10，其具有流量控制元件12和大致球形的球型阀主体14或类似的旋转关闭阀主体。流量控制元件12可以邻近阀主体14，并且包括形状与阀主体14互补的表面。流量控制元件12可包括两个区域，这两个区域包括其中形成有多个曲折路径段的受限区域，以及包括开口以允许不受限制的从开口流动通过的非受限区域。流量控制元件12可以相对于阀主体14定位，使得当阀主体14开始从关闭位置向打开位置移动时，在流体流过非受限区域之前，流体先流过受限区域。流量控制元件12可以由增材制造方法(例如，3D打印)形成，以允许增加其中的流量和/或曲折路径段的数量。就此而言，流量控制阀10允许在阀主体14的操作期间进行期望的流量控制。

流量控制元件12和阀主体14可设置在阀壳体16内，阀壳体16具有流体入口18、流体出口20和沿流动轴线24在其间延伸的内部流动路径22。阀壳体16附加地包括内部腔室26，内部腔室26容纳阀主体14和流量控制元件12。如上所述，本发明的各个方面涉及球型阀主体14的使用，因此，内部腔室26的尺寸可设置成允许阀主体14围绕旋转轴线28旋转，旋转轴线28可垂直于流动轴线24。致动杆30可以连接到阀主体14，并且可以用于控制阀主体14在关闭和打开位置之间的移动。

阀主体14可包括阀流动通道32，该阀流动通道32在入口开口和出口开口之间延伸。阀主体14相对于阀壳体16在打开位置和关闭位置之间转换。在打开位置，阀主体14的入口开口与阀壳体16的流体入口18流体连通，阀主体14的出口开口与阀壳体16的流体出口20流体连通。因此，当阀主体14处于打开位置时，流体可以从阀壳体16的流体入口18通过阀主体14流入阀壳体16的流体出口20。在关闭位置，阀流动通道32移出与阀壳体16的流体入口18和流体出口20的流体连通，从而阻止流体流过阀主体14。特别地，当阀主体14处于关闭位置时，阀主体14的侧壁可以被移动成与阀壳体16的流体入口18和流体出口20对齐，以阻止流体流过阀主体14。在一个实施例中，阀主体14可以在打开位置和关闭位置之间旋转大约90度。

根据一个实施例，阀主体14可在关闭位置和打开位置之间逐步转换，以逐步控制流体入口18和流体出口20之间的流体流量。换言之，阀主体14从关闭位置向打开位置移动的每一度都可以允许更多量的流体从流体入口18流至流体出口20。相反，阀主体14从打开位置向关闭位置移动的每一度可以允许更少量的流体从流体入口18流至流体出口20。

流量控制元件12定位在阀壳体16内并邻近阀主体14。在该示例性实施例中，流量控制元件12位于阀主体14的下游，然而可以设想，在其他实施方式中，流量控制元件12也可以结合到阀主体14中。

图2至图4更详细地示出了流量控制元件12，其包括外周主体34、内部主体36以及在外周主体34和内部主体36之间延伸的支撑肋38。流量控制元件12可包括一个或多个由内部主体36和外周主体34共同限定的开口39。在图2至图4所示的示例性实施例中，流量控制元件12包括四个大的开口39，这四个大的开口39被支撑肋38分开。内部主体36可以限定流量控制元件12的受限区域，而这些开口39可以限定流量控制元件12的非受限区域，这将在下面更详细地描述。

流量控制元件12的外周主体34可以围绕中心轴线40设置，并且外周主体34包括第一外表面42和第二外表面44，第一外表面42和第二外表面44的构造均为圆形，其中第二外表面44的直径小于第一外表面42的直径。肩部46在第一外表面42和第二外表面44之间延伸。第一外表面42在肩部46和与肩部46相对的端表面48之间延伸。多个安装开口50可以在肩部46和端表面48之间延伸穿过流量控制元件12。安装开口50可以构造成容纳机械紧固件，诸如螺栓，机械紧固件可以用于将流量控制元件12安装到阀壳体16。第二外表面44可从肩部46延伸并终止于外缘50，该外缘可限定流体流动的外边界，这将在下面更详细地描述。

内部主体36从外周主体34的至少一部分径向向内延伸。内部主体36包括上游表面54和与上游表面54相对的下游表面56。多个流量控制通道58可在上游表面54和下游表面56之间延伸穿过内部主体36。在图2至图4所示的实施例中，流量控制通道58布置成矩形网格结构，例如成行成列对齐。上游表面54可以是凹形的，并且可以构造成与球型阀主体14的外部轮廓相接。就此而言，球型阀主体14的外表面的至少一部分可以是球形构造(例如凸形)，因此，上游表面54的凹形构造可以与球型阀主体14的球形构造互补。

如图4所示，下游表面56可形成阶梯状结构，其中下游表面56和端表面48之间的间距沿着下游表面56变化。在图4所示的实施例中，下游表面56包括第一区域57、第二区域59和第三区域61。从图4所示的视角看，从下游表面56的顶部开始，第一区域57包括向外倾斜的区段63，该区段63过渡到平行于端表面48的平行区段65。第一区域57的平行区段65和端表面48之间的距离限定了第一厚度T1。第二区域59包括向内倾斜的区段67，该区段过渡到平行于端表面48的平行区段69。第二区域59的平行区段69和端表面48之间的距离限定了第二厚度T2。第三区域61包括向内倾斜的区段71，该区段过渡到平行于端表面48的平行区段73。第三区域61的平行区段73和端表面48之间的距离限定了第三厚度T3。第一厚度T1大于第二厚度T2，第二厚度大于第三厚度T3。厚度的变化可以允许延伸穿过流量控制元件12a的通道长度的变化。因此，给定的流量控制元件12a可能能够引起基于供流体流过的流体通道而在幅度上变化的压降。

也可设想的是，流量控制元件的其他实施例可具有无阶梯的下游表面。例如，下游表面56可以具有球形、凸起的构造。

图5为流量控制元件12的另一实施例的下侧透视图，该流量控制元件12可包括一对较大的开口39和多个以极坐标形式布置的流量控制通道58，例如，流量控制通道58的开口沿着从中心轴线40延伸的相应半径对齐。

在给定的流量控制元件12中，流量控制通道58的长度可由上游表面54和下游表面56之间的沿通道58的距离限定。在上游表面54的构造主要由阀主体14的外部轮廓决定的情况下，下游表面56的构造可以由流量控制通道58的期望长度决定。因此，下游表面56可以是凸形的、凹形的、平面的、阶梯状的或为本领域已知的其它构造，以实现各流量控制通道58的期望长度。

如上所述，在上游表面54和下游表面56之间延伸的每个流量控制通道58被设计成对流过其中的流体施加压降。因此，每个流量控制通道58可包括一系列弯曲或转弯，以限定曲折构造。一系列弯曲或转弯可在通道58中限定一个或多个级，相邻的级被转弯或弯曲分开。在给定的通道58中，增加级数允许通过流过通道58的流体实现更大的压降。

图6为单独的流量控制通道58(例如，现在示出在流量控制元件12中)的上侧透视图，以示出流量控制通道的示例性构造。流量控制通道58包括入口60和出口62，其中流量控制通道58沿着通道轴线64在入口60和出口62之间延伸。根据一个实施例，流量控制通道58可由多个互连的区段66组成。在图6所示的实施例中，流量控制通道58包括14个区段66a-n。每个区段66可以相对于通道轴线64倾斜一个角度。元件66a、66c、66e、66g、66i、66k、66m在平行于轴线68的方向上延伸，而元件66b、66d、66f、66h、66j、66l、66n在平行于轴线70的方向上延伸。轴线68相对于通道轴线64成角度θ₁，而轴线70相对于通道轴线64成角度θ₂。θ₁和θ₂的大小可以在0和90度之间变化，尽管在图6所示的实施例中，θ₁和θ₂的大小约为45度。如此，每个区段66相对于通道轴线64倾斜45度。

流量控制通道58在垂直于通道轴线64的平面内可具有矩形横截面。此外，流量控制通道58的横截面尺寸可以沿着流量控制通道58的长度从入口60到出口62增加。换言之，流量控制通道58可在垂直于通道轴线64的第一平面中限定第一矩形横截面，并在垂直于通道轴线64的第二平面中限定第二矩形横截面，其中第二平面位于第一平面的下游，并且第二矩形横截面大于第一矩形横截面。

内部主体36可构造成使得流量控制通道58的长度可以变化。例如，距离中心轴线40的径向距离相同的流量控制通道58的长度可以是相等的。因此，位置更靠近中心轴线40的流量控制通道58的长度可以比位置更远离中心轴线40的流量控制通道58的长度短。在图4中示出了这种构造的示例，图中示出了距离中心轴线40最远的一组六级流量控制通道58，然后是距离中心轴线40较近的一组三级流量控制通道58，然后是距离中心轴线40最近的一组两级通道58。在替代实施例中，通道58的长度可以沿着外周主体34的规定直径而变化。例如，流量控制通道58可以在流量控制元件12的底部较长，而在顶部较短，或者反之亦然；或者作为替代，流量控制通道58可以在流量控制元件12的一侧较长，而在相对侧较短，或者反之亦然。按照这些思路，本领域的普通技术人员将认识到，流量控制通道58越长，增加由流量控制通道58限定的转弯数或级数(并因此增加流量控制通道58的耗能能力)的潜力就越大。总之，流量控制通道58的长度和/或由流量控制通道58的长度限定的级数可根据实现期望的流动特性(例如流过流量控制通道58的流体的期望压降)的任何方案或模式而变化。在流量控制阀10内的流量控制元件12的目前预期的功能特性的背景下，流量控制通道58的示例性布置将在下面更详细地讨论。

现参考图7至图14，图中示出了流量控制元件12的几种不同实施例，这些实施例之间的主要区别在于在外周主体34内延伸的内部主体36(例如，受限区域)和开口39(例如，非受限区域)的尺寸。就此而言，由内部主体36和开口39分别占据的流量控制元件12的相对表面积百分比可以根据期望的流量特性而变化。图7和图8示出了流量控制元件12a的第一实施例，其中内部主体36a是图7至图14所示的流量控制元件12a至12d中最小的，而开口39a的总尺寸是图7至图14所示的流量控制元件12a至12d中最大的。更具体地，内部主体36a构成由外缘52限定的面积的不到一半，而开口39a共同构成由外缘52限定的面积的一半以上。

图9和图10示出了流量控制元件12b的第二实施例，其中内部主体36b构成了由外缘52限定的面积的大约一半，并且开口39b共同构成了由外缘52限定的面积的大约一半。

图11和图12示出了流量控制元件12c的第三实施例，其中内部主体36c构成了由外缘52限定的面积的一半以上，而开口39c共同构成了由外缘52限定的面积的不到一半。

图13和图14示出了流量控制元件12d的第四实施例，其中内部主体36d延伸穿过由外缘52限定的整个区域，因此没有为任何开口39留下任何剩余区域。

当置于阀壳体16中时，流量控制元件12可相对于阀主体14定位，使得当阀主体14从关闭位置向打开位置转换时，在流体流过开口39之前，流体先流过多个流量控制通道58中的至少一个。因此，当阀主体14从关闭位置向打开位置转换时，阀主体的阀流动通道32首先与内部主体36对齐，而开口39保持为不与阀主体14的阀流动通道32对齐。因此，流体可以流过至少一些流动通道58，但被限制流过开口39。可以设想，当阀主体14从关闭位置仅略微向打开位置移动时，只有一小部分通道58可以与阀流动通道32连通，因此，只有一小部分通道58可以有流体流过。

随着阀主体14继续向打开位置移动，更大比例的内部主体36可以与阀流动通道32对齐，从而增加从阀流动通道32接收流体的流量控制通道58的数量。

随着阀主体14继续向打开位置移动，开口39(如果有的话)可与阀流通道32对齐。当这种对齐发生时，流体可以流过开口39，同时也流过流量控制通道58。开口39允许流体无阻碍地流过，而流量控制通道58以其多级构造的形式提供阻力。因此，在各种流量控制应用中，球型流量控制阀10的调节(turndown)和噪声性能可以得到改善。

可以将流量控制元件12的构造设计成用于控制或调节阀主体14打开时的流体压力/速度。通常，与阀主体14完全打开时的流体压力/速度相比，阀主体14初始打开时的流体压力/速度更大(且更值得关注)。因此，流量控制通道58可以构造和布置成在阀主体14打开时立即提供更大程度的能量衰减，随着阀主体14继续向其完全打开位置转换，这些能量衰减属性减少，最终在阀主体14完全打开时，流量控制元件12的至少一部分(例如，由开口39限定的那些部分)的能量衰减减少到最小，几乎不提供流量限制。

举例来说，使用图8、图10、图12和图14所示的透视图，当在初始开启时，随着流体流出阀主体14，流量控制元件12的最右侧区域可接收最大压力/速度的流体。因此，在这个区域内的那些流量控制通道58(考虑到上面关于图4所示和所述的流量控制元件12的结构属性)可具有更长的长度，并且可进一步限定有最大数量的级(且因此有最大的能量衰减能力)。随着阀主体14的阀流动通道32沿箭头75的方向移过流量控制元件12(这发生在阀主体14逐步向其完全打开位置转换时)，从最右侧区域朝向轴线24向内布置的流量控制通道58将逐步暴露于流体流。由于可以设想到当阀主体14打开到相应的程度时，可能需要较小的能量衰减能力，因此通常比位于最右侧区域内的那些流量控制通道在长度上稍短和/或具有较少的级的这些特定的流量控制通道58将提供相对较低的能量衰减水平。随着阀流动通道32沿着箭头75的方向继续，更短的流量控制通道58和/或更少的级(并且因此降低的能量衰减能力)的趋势可以继续。最终，当阀主体14接近其完全打开位置时，阀主体14的阀流动通道32可以与流量控制元件12中的开口39(如果包括的话)连通，以允许不受阻碍的流体流动，而这种开口实际上没有促进能量衰减。

关于图13和图14所示的实施例，尽管流量控制元件12d可以形成为不带任何一个或多个开口39，但位于最左侧区域附近的流量控制通道58可形成最短长度，或尽管最长但没有转弯，以相对降低其能量衰减能力。按照这些思路，仅当阀主体14完全打开时，流体流过最左侧的流量控制通道58，因此，对这些特定的流量控制通道58的能量衰减需求可能低于对那些在阀主体14初始打开时暴露于流体流的流量控制通道58的能量衰减需求。

可通过增材制造或3D打印来实现流量控制元件12的独特构造，尤其是流量控制通道58的复杂构造，其中流量控制元件12形成连续层，以形成整体结构。常规的流量控制元件，尤其是那些与球型阀主体结合使用的常规流量控制元件，通常包括一系列堆叠的板以限定流量控制通道。然而，堆叠板布置与由此限定的流量控制通道的复杂性的固有限制相关联。因此，通过增材制造来准确和精确地形成复杂的流量控制通道58的能力呈现出对常规的堆叠板流量控制元件的显著改进。增材制造技术的示例为直接金属激光烧结(DMLS)，其在题为“Direct Metal Laser Sintered Flow Control Element”的美国专利No.8,826,938中描述，该美国专利的公开内容通过引用并入本文。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，也可以使用本领域已知的其他3D打印或制造技术。

对于较大的流量控制元件，将流量控制元件3D打印为单一整体结构可能不可行，因此，流量控制元件的替代实施例可包括多部件结构。多部件流量控制元件70的示例如图15所示，并且基本上包括孔板72、至少一个主体74、以及框架76，其中流量控制元件70围绕中心轴线77设置。孔板72包括第一外表面78、第二外表面80和其中形成有多个通道入口84的上游表面82。第一外表面78和第二外表面80均可以为圆形构造，其中第二外表面80的直径小于第一外表面78的直径。肩部86可以在第一外表面78和第二外表面80之间延伸，其中肩部86包括形成在其中的多个安装开口88。第二外表面80可从肩部86延伸并终止于外缘90，该外缘90可限定流体流动的外部边界。上游表面82在构造上可以是凹形的，以便与具有球形外表面构造的球型阀主体14相接。上游表面82和第二表面80可以共同限定流动开口92，该流动开口92允许流体不受限制地从中流过。一个或多个支撑肋可以在第二表面80和上游表面82之间延伸，并且可以分隔相邻的流动开口。

图15所示的流量控制元件70包括两个主体74，每个主体74包括多个延伸穿过该主体74的流量控制通道94。就此而言，每个主体74包括第一表面96和与第一表面96相对的第二表面98，流量控制通道94从第一表面96延伸到第二表面98。每个主体74可以相对于孔板72对齐成使得孔板72的多个通道入口84与相应的一个流量控制通道94可以流体连通。

框架76可以支撑主体74和孔板72。框架74可包括外壁100和从外壁100径向向外延伸的凸缘102。框架76可附加地包括一个或多个用于限定主体支撑开口106的支撑壁104，主体支撑开口106的尺寸适于容纳相应的主体74。主体支撑开口106的数量可以等于主体74的数量。尽管示例性实施例示出了两个主体支撑开口106和两个主体74，但是应当理解，一些实施例可以仅包括一个主体支撑开口106和一个主体74，而其他实施例可包括多于两个主体支撑开口106和多于两个主体74。支撑壁104和外壁100还可以共同限定一个或多个流动开口108，流动开口108可以布置成与孔板72上的流动开口92连通。凸缘102可包括延伸穿过凸缘102的多个安装开口110，安装开口110可与孔板72上的安装开口88对齐，以有助于流量控制元件70的组装和将流量控制元件70附接至阀壳体16。流量控制元件70的组装可能需要将主体74放置在框架76的主体支撑开口106中，并将孔板72放置在框架76上。就此而言，孔板72的第一外表面78可以放置在凸缘上，而孔板72上的肩部86可以放置成与凸缘102接触。

进一步参考图15，设想流量控制元件70的一种变型，其中组件中取消了孔板72。更详细地说，可以设想，主体74可以以这样的方式制造：当集成到框架76中时，各主体74的第一表面96共同限定了具有弧形轮廓的大致凹形的表面，该表面的轮廓大致接近于孔板72的上游表面82的其中包括通道入口84的部分。换言之，当主体74被机械地保持在框架76内时，由其共同限定的凸形表面可以直接与球14的凹形表面相接。

现参考图16至图20，示出了可并入流量控制元件70的示例性流量控制通道112的各种视图。每个流量控制通道112可以由孔板72上的通道入口84和主体74中的流量控制通道94共同限定。可以看出，流量控制通道112可包括限定了矩形横截面形状的主要部分，并且该主要部分的尺寸可以沿着流量控制通道112的长度从入口到出口而增加。图18示出了两级通道112，图19示出了四级通道112，图20示出了六级通道112。此外，每个流量控制通道112可附加地包括在其入口端部分处的几何过道114。过道114可以在圆形入口开口和矩形流动路径之间提供平滑过渡。过道114的入口端部分还可包括一个或多个入口分流板116。分流板116可以沿直径方向延伸穿过入口开口，并阻止大颗粒进入和聚集到几何过道114的喉状部。

本领域普通技术人员将认识到，可将流量控制元件70的各种结构特征形成和组装成使得当阀主体14从其完全关闭位置向其完全打开位置逐步转换时，所形成的流量控制元件70反映如上所述的流量控制元件12的逐步降低的能量衰减特性。

尽管上文将各种流量控制元件描述为与阀主体14分离，但在某些实施例中，流量控制元件可直接安装在阀主体14上，或与阀主体14一起形成。图21至图24示出了流量控制阀110的示例，该流量控制阀110具有流量控制元件112和大致球形的球型阀主体114。就此而言，当安装到阀主体114或形成为阀主体114的一部分时，流量控制元件112随着阀主体114在关闭位置和打开位置之间移动。此外，阀主体114在关闭位置和打开位置之间的逐步移动可以允许形成在流量控制元件112中的流量控制通道对流体流的逐步暴露。

图22和图23示出了集成在阀主体114中的流量控制元件112，而图24示出了单独的流量控制元件112。流量控制元件112与上面讨论的流量控制元件12共享几个结构属性。更具体地，流量控制元件112包括外周主体134、内部主体136以及在外周主体134和内部主体136之间延伸的支撑肋138。流量控制元件112可包括一个或多个由内部主体136和外周主体134共同限定的开口139。多个流量控制通道158可在上游表面154和下游表面156之间延伸穿过内部主体136。

球内流量控制元件112的独特特征在于裙部或延伸的环形壁150，裙部或延伸的环形壁150可将流量控制元件112连接至阀主体114。具体地，环形壁150可包括限定外径的外表面，该外径基本上等于但略小于由阀主体114限定的内径。就此而言，环形壁150可构造成提供与阀主体114的干涉配合，或者作为替代，可以使用机械紧固件将流量控制元件112固定到阀主体114。

流量控制元件112可连接至阀主体114的入口侧，使得进入阀主体114的流体首先通过流量控制元件112，继而通过阀主体114。从图21所示的透视图来看，阀主体114处于关闭位置，并沿箭头125的方向旋转，以从关闭位置向打开位置转换。流量控制元件112可以构造成使得当阀主体114从关闭位置向打开位置转换时，较长的流量控制通道158首先接收流体，然后当阀主体114继续向打开位置转换时，较短的流量控制通道158随后暴露于流体流。

尽管图1和图1A示出了位于阀主体14下游的流量控制元件12，并且图21示出了集成在阀主体114中的流量控制元件112，但可以设想，某些实施例可基本包括图1至图1A和图21所示的结构的组合。特别地，流量控制阀可包括集成到阀主体中的第一流量控制元件，以及位于阀主体下游的第二流量控制元件。

本文所示的细节仅出于说明性讨论的目的以示例的方式示出，而不是为了提供对本公开的各种实施例的原理和概念方面的被认为是最有用和易于理解的描述的原因而呈现的。就此而言，除了基本理解各种实施例的不同特征所必需的细节之外，没有试图示出任何更多的细节，结合附图进行的描述使本领域的技术人员清楚了解如何在实践中实施这些特征。

Claims (20)

1.一种流体控制阀，包括：

阀壳体，所述阀壳体具有流体入口和流体出口；

阀主体，所述阀主体设置在所述阀壳体内，并且相对于所述阀壳体在完全打开位置和关闭位置之间转换，在所述关闭位置，所述阀主体阻止所述流体入口和所述流体出口之间的流体流动，所述阀主体从所述关闭位置逐步转换到所述完全打开位置，以逐步增加从所述流体入口到所述流体出口的流体流量；以及

流量控制元件，所述流量控制元件在所述阀主体的下游被定位在所述阀壳体内，所述流量控制元件具有：

外周主体；

内部主体，所述内部主体具有延伸穿过所述内部主体的多个流量控制通道；以及

至少一个开口，所述至少一个开口由所述外周主体和所述内部主体共同限定。

2.根据权利要求1所述的流体控制阀，其中，所述阀主体和流量控制元件相对于彼此定位成使得当所述阀主体从所述关闭位置向所述打开位置转换时，在流体流过所述开口之前，流体先流过所述多个流量控制通道中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的流体控制阀，其中，所述阀壳体限定在所述流体入口和所述流体出口之间延伸的流动轴线，所述多个流量控制通道中的至少一个由多个区段组成，每个区段相对于所述流动轴线倾斜45度。

4.根据权利要求3所述的流体控制阀，其中，所述多个流量控制通道中的至少一个包括在垂直于所述流动轴线的平面中的矩形横截面。

5.根据权利要求3所述的流体控制阀，其中，所述多个流量控制通道中的至少一个包括在垂直于所述流动轴线的第一平面中的第一矩形横截面和在垂直于所述流动轴线的第二平面中的第二矩形横截面，所述第二平面位于所述第一平面的下游，并且所述第二矩形横截面大于所述第一矩形横截面。

6.根据权利要求1所述的流体控制阀，其中，所述流量控制元件包括凹形表面，所述凹形表面与所述阀主体的外部轮廓互补。

7.根据权利要求1所述的流体控制阀，其中，所述多个流量控制通道形成为提供不同程度的能量衰减能力，并且布置成使得在所述阀主体初始打开时暴露于流体流的那些流量控制通道比当所述阀主体继续向所述完全打开位置转换时逐步暴露于流体流的那些流量控制通道提供更大的能量衰减能力。

8.根据权利要求1所述的流体控制阀，其中，所述外周主体限定中心轴线，并且所述多个流量控制通道中的每一个均沿平行于所述中心轴线的方向延伸，以限定各自的长度，所述多个流量控制通道中的至少两个的长度是不同的。

9.根据权利要求1所述的流体控制阀，其中，所述流量控制元件形成为整体结构。

10.一种用于流体控制阀中的流量控制元件，所述流体控制阀具有设置在阀壳体内的阀主体，所述阀主体相对于所述阀壳体在关闭位置和完全打开位置之间转换，当所述阀主体从所述关闭位置向所述完全打开位置逐步转换时，通过所述流体控制阀的流体流量逐步增加，所述流量控制元件包括：

外周主体；以及

内部主体，所述内部主体具有与所述阀主体的外部轮廓互补的凹形表面，以及从所述内部主体的所述凹形表面延伸穿过所述内部主体的多个流量控制通道；

所述多个流量控制通道形成为提供不同程度的能量衰减能力，并且在所述内部主体内布置成使得，在所述阀主体初始打开时暴露于流体流的那些流量控制通道比当所述阀主体继续向所述完全打开位置转换时逐步暴露于流体流的那些流量控制通道提供更大的能量衰减能力。

11.根据权利要求10所述的流体控制阀，其中，所述流量控制元件还包括由所述外周主体和所述内部主体共同限定的至少一个开口，所述开口设置成在所述阀主体继续向所述完全打开位置转换时，在大部分流体控制通道暴露于流体流之后，随着所述阀主体而暴露于流体流。

12.根据权利要求10所述的流量控制元件，其中，所述外周主体围绕中心轴线设置，所述多个流量控制通道中的至少一个由多个区段组成，每个区段相对于所述中心轴线倾斜45度。

13.根据权利要求12所述的流量控制元件，其中，所述多个流量控制通道中的至少一个包括在垂直于所述中心轴线的平面中的矩形横截面。

14.根据权利要求12所述的流量控制元件，其中，所述多个流量控制通道中的至少一个包括在垂直于所述中心轴线的第一平面中的第一矩形横截面和在垂直于所述流动轴线的第二平面中的第二矩形横截面，所述第二平面位于所述第一平面的下游，并且所述第二矩形横截面大于所述第一矩形横截面。

15.根据权利要求12所述的流量控制元件，其中，所述多个流量控制通道中的每一个均沿平行于所述中心轴线的方向延伸，以限定各自的长度，所述多个流量控制通道中的至少两个的长度是不同的。

16.根据权利要求10所述的流量控制元件，其中，所述流量控制元件形成为整体结构。

17.一种流体控制阀，包括：

阀壳体，所述阀壳体具有流体入口和流体出口；

阀主体，所述阀主体设置在所述阀壳体内，并相对于所述阀壳体在关闭位置和完全打开位置之间转换，在所述关闭位置，所述阀主体阻止所述流体入口和所述流体出口之间的流体流动，所述阀主体从所述关闭位置逐步转换到所述打开位置，以逐步增加从所述流体入口到所述流体出口的流体流量；以及

流量控制元件，所述流量控制元件在所述阀主体的下游被定位在所述阀壳体内，所述流量控制元件具有：

孔板，所述孔板具有形成于所述孔板中的多个通道入口和形成于所述孔板中的至少一个流动开口；以及

主体，所述主体具有延伸穿过所述主体的多个流量控制通道，所述主体与所述孔板对齐成使得所述多个通道入口与所述流量控制通道连通。

18.根据权利要求17所述的流体控制阀，其中，所述流量控制元件还包括与所述孔板和所述主体接合的框架。

19.根据权利要求17所述的流体控制阀，其中，所述主体包括入口面和出口面，所述出口面沿着主体轴线而与所述入口面间隔开，所述多个流量控制通道中的至少一个由多个互连的区段组成，每个区段相对于所述主体轴线倾斜45度。

20.根据权利要求19所述的流体控制阀，其中，所述多个流量控制通道中的每一个均沿平行于所述主体轴线的方向延伸，以限定各自的长度，所述多个流量控制通道中的至少两个的长度是不同的。

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