KR101491436B1 - 압력 감소 밸브용 밸브 트림 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

트림을 갖는 밸브는 복수의 와류 유동로(201)를 포함하며, 각각의 유동로는 중앙 와류 챔버(202)를 포함하며 3 개의 접선 방향 유입로(203,204,205)를 가진다. 유체가 유입로(203,204,205)를 통해 와류 챔버(202)로 유입되므로 상기 유동은 선회되며 서로 충돌된다. 즉, 유입로(203)를 통해 유입되는 유동은 유입구(204)를 통해 유입된 유동과 충돌하며, 유입구(204)를 통해 유입된 유동은 유입구(205)를 통해 유입된 유동과 충돌하며, 유입구(205)를 통해 유입된 유동은 유입구(203)를 통해 유입된 유동과 충돌할 것이다. 와류 챔버로 유입되는 유동이 유동로의 벽과는 반대로 다른 유체 유동과 충돌하므로 상기 와류 챔버는 부식 감소를 초래하는 유동로를 형성하는데 사용될 수 있다. 유입구(203,204,205)로부터의 유동은 와류 챔버(202) 내의 반경 방향 유동과 조합되며 상기 와류 챔버에 대해 실질적으로 축방향인 유출구(206)를 통해 유출된다.

Description

압력 감소 밸브용 밸브 트림 및 그 제조 방법 {VALVE TRIP FOR A PRESSURE REDUCTION VALVE, AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 유체 유동을 제어하기 위해 밸브 내의 유체 압력을 제어하고 감소시키는 것에 관한 것이며, 특히 이에 한정되지는 않으나 동력 산업 및 유정과 가스정에 사용하기 위한 엄격한 서비스 밸브(severe service valve)에 관한 것이다.
엄격한 서비스 밸브에 가장 널리 사용되는 상기 기술은 다중 신속 각도 전환 통로(passageways), 미로구조, 또는 다중 오리피스 개구를 포함하는 하나 또는 그 이상의 유동로로 구성되는 압력 감소 챔버(letdown chamber)를 사용하여 단계적인 압력 감소로 귀착된다. 대안적으로, 유체가 통과하는 감소된 횡단면적 영역을 유동 통로 내에 제공함으로써 유동 제한이 달성된다. 유체가 유동로를 통해 유동할 때, 속도가 그 영역 내에서 국부적으로 증가되어서 하류 난류를 생성하고 하류 난류는 에너지를 소산하고(dissipate) 압력을 감소시킨다.
전술한 제어 밸브에 있어서, 유동 유체의 에너지 소산은 구부러진 통로들을 통한 마찰 항력 또는 매끄러운 통로를 통한 연속적인 급속 수축과 팽창에 의해 영향을 받는다. 이러한 형태의 밸브들은 청정 유체에 대해서는 양호하게 작동하나, 다수의 적용예에서 유체는 오염물, 예를 들어 고체 입자 또는 액체 방울(이후, 집합적으로 입자로서 지칭함)을 포함하여, 통로를 급속히 부식시키는 원인이 된다. 이는 입자들이 통로 벽과 충돌하여 부식을 가속시키는 일련의 90도 굽힘부를 가지는 구부러진 형태의 통로 벽에서 특히 심하며, 팽창/수축 밸브에서 수축으로 인해 유체 유동과 내부에 포함된 입자들 모두를 가속시킬 때 입자가 통로 벽과 충돌하는 속도도 증가함으로써 부식을 가속시킨다. 부식 문제는 유정 또는 가스정 헤드의 상부에 있는 1차 차단/제어 밸브인 웰 헤드(well head) 초크 밸브에서 특히 심하다. 그러나, 입자의 적어도 일부분을 분리하기 위한 분리기가 초크 밸브와 종종 사용되는데, 이들이 웰 헤드의 상부에 바로 놓일 때 입자를 분리하는 수단이 이러한 밸브의 상류에 놓이면 이들은 거의 작동을 하지 못하며 아주 복잡한 시스템을 초래하게 된다.
본 발명은 증가된 내식성을 갖는 제어 밸브를 제공함으로써 현존하는 밸브가 갖는 문제점들을 경감시키고자 하는 것이다.
본 발명의 일면에 따라 압력 감소 밸브용 밸브 트림이 제공되며, 상기 밸브 트림은 상기 밸브 트림을 관통하는 높은 유동 저항을 갖는 복수의 유동로를 포함하며, 각 유동로는 와류 챔버를 포함하고, 상기 와류 챔버는 상기 와류 챔버의 원주 위에 배열되는, 원주의 실질적으로 접선 방향의 적어도 3 개의 유체 유입로 및 원주에 대해 실질적으로 축방향의 적어도 하나의 축방향 유출구를 가지며, 상기 통로는 사용시, 각각의 유입로로부터 상기 와류 챔버로 유입되는 유체가 다른 유입로로부터 상기 와류 챔버로 유입되는 유체와 충돌하고나서 유체가 상기 유출구를 통해 상기 와류 챔버로부터 유출되도록 배열된다.
유체 유동이 서로 충돌할 때, 각각의 유체 유동 내의 입자들은 상이한 방향의 유동 내로 진입함에 따라 감속되고 나서 가속되기 때문에 그들의 대량의 에너지를 소비한다. 개개의 입자들의 감소된 에너지는 입자들이 충돌되는 유동로의 벽에 대한 부식의 감소를 초래한다.
바람직하게 상기 와류 챔버는 실질적으로 원통형이다. 이와는 달리 와류 챔버는 다각형, 예를 들어 삼각형 또는 육각형일 수 있다. 다각형 와류 챔버가 사용되는 경우에 유체 유입로는 다각형 내접원에 접선 방향이다. 바람직하게 유입로를 통해 와류 챔버로 진입하는 적어도 3 개의 유체 유동은 와류 챔버 내에 반경 방향의 유동을 형성하도록 조합되며 적어도 하나의 축방향 유출구를 통해 함께 유출된다. 와류는 중심부에서 더 낮은 압력을 가지며 유체 유동가 와류의 상기 더 낮은 압력 영역에서 유출하고 유동로 전체에 걸쳐 압력 강하로 귀착된다.
바람직하게 와류 챔버에 대해 3 개의 실질적으로 접선 방향인 유입로는 상기 실질적으로 축방향인 유출구 쪽으로 와류 챔버의 반경 방향을 따라 x양만큼 오프셋된다.이러한 방식으로 유입로를 오프셋함으로써 각각의 유입로를 통해 와류 챔버로 진입하는 유체는 와류 챔버의 벽에 먼저 충돌함이 없이 다음 유입로를 통해 와류 챔버로 유입되는 유동과 직접 충돌하여 부식을 감소시킬 것이다.
바람직하게 적어도 3 개의 유입로는 와류 챔버 상류에 실질적으로 90도 굽힘부를 가진다. 90도 굽힘부는 유동 저항을 형성하며 와류 챔버 이전의 유입로 내에 일렬로 위치시킴으로써 와류 챔버 내부의 압력이 더욱 감소됨으로써 와류 챔버 내의 부식이 더욱 감소된다.
바람직하게 밸브 트림은 실질적으로 관형 형태이며 상기 복수의 유동로가 밸브 트림을 통과한다. 양호한 실시예에서 밸브 트림을 통한 유동은 외측 원주면의 내측으로 유동되며 내측 원주면에서 유출된다.
바람직하게 상기 밸브 트림은 상류 엘리먼트와 하류 엘리먼트를 포함한다. 바람직하게 상기 상류 및 하류 엘리먼트들은 실질적으로 관형 형태이다. 양호한 실시예에서 밸브 트림은 내측 원통형 엘리먼트와 외측 원통형 엘리먼트를 포함한다. 바람직하게 내측 엘리먼트의 외측 원주면은 실질적으로 외측 엘리먼트의 내측 원주면과 접촉한다.
바람직하게 외측 엘리먼트가 상류 엘리먼트인 경우에 와류 챔버와 각각 높은 유동 저항을 갖는 유동로의 유입로는 내측 엘리먼트의 외측 원주면 내에 적어도 부분적으로 형성되며 축방향 유출구가 와류 챔버로부터 내측 엘리먼트를 관통하여 상기 내측 엘리먼트의 내측 원주면에서 유출한다.
바람직하게 통로는 외측 엘리먼트를 통해 적어도 3 개의 내측 통로 각각에 연관되게 이어지도록 형성된다. 더 바람직하게, 전술한 목적을 위해 유입로 내의 실질적인 90도 굽힙부는 통로와 관련 유입로에 의해 형성된다.
하나의 양호한 실시예에서 외측 엘리먼트의 내측 원주면은 내측 엘리먼트의 외측 원주면 내에 형성된 와류 챔버의 개방 단부를 감싼다. 다른 양호한 실시예에서 각각 높은 유동 저항을 갖는 와류 챔버는 외측 엘리먼트의 내측 원주면 내에 적어도 부분적으로 형성된다. 두 실시예에서 와류 챔버와 유동로는 바람직하게, 상기 실질적인 관형 엘리먼트의 표면들 내로 기계 가공된다.
바람직하게 관형 내측 엘리먼트는 세라믹 재료이며, 본 발명에서 사용된 바와 같이 용어 세라믹은 통상적인 무기질 비금속 세라믹뿐만 아니라 무기질 금속 재료, 예를 들어 금속 화합물 세라믹을 포함한다. 세라믹 재료는 매우 강하고 양호한 마모 특성을 가지므로 특히 적합하다. 바람직하게 세라믹 재료는 금속 화합물 세라믹, 예를 들어 금속 붕화물, 질화물 또는 탄화물이다. 특히 적합한 것은 텅스텐 탄화물과 알루미늄 마그네슘 붕화물이다. 이와는 달리 밸브 트림은 적합한 경도를 갖는 무기질 비금속 세라믹 재료, 예를 들어 실리콘 질화물 또는 지르코늄, 특히 부분적으로 안정화된 지르코늄일 수 있다. 세라믹은 단일 화합물 또는 물질들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 예를 들어 특정 세라믹은 세라믹의 마모 특성을 증가시키기 위한 세라믹 또는 화합물과 혼합 또는 첨가될 수 있으며, 예를 들어 3족, 4족 또는 5족 원소 또는 이들의 질화물 또는 붕화물이 첨가될 수 있다. 특히 TiB2가 마모 특성을 증가시키는데 사용될 수 있다.
하나의 양호한 실시예에서 외측 관형 튜브는 금속이다. 다른 양호한 실시예에서 내측 및 외측 관형 엘리먼트들은 모두 세라믹 재료이다. 이와는 달리 부식 감소를 위한 적용에 있어서 내측 및 외측 관형 엘리먼트들은 금속일 수 있다.
본 발명의 제 2 일면에 따라 본 발명의 제 1 일면에 따른 밸브 트림을 갖는 밸브가 제공된다.
본 발명의 제 3 일면에 따라 세라믹 재료의 관형 내측 엘리먼트와 금속의 외측 관형 엘리먼트를 가지는 본 발명의 제 1 일면에 따른 밸브 트림의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 상기 내측 엘리먼트의 외경이 상기 외측 엘리먼트의 내경 보다 크게 되도록 상기 엘리먼트들을 형성하는 단계와, 상기 세라믹 재료가 미가공 상태인 동안에 상기 내측 엘리먼트의 원통형 외측면 내측으로 와류 챔버와 관련 유입로를 기계가공하고, 상기 외측 엘리먼트 내에 반경 방향의 유체 유동 통로를 형성하는 단계와, 상기 미가공 세라믹 재료를 경화시키도록 상기 내측 엘리먼트를 소성하는 단계와, 상기 외측 엘리먼트가 팽창되어 상기 내측 엘리먼트가 상기 외측 엘리먼트의 내측에 위치되도록 상기 외측 엘리먼트가 팽창되도록 상기 금속 외측 엘리먼트를 가열하는 단계와, 상기 외측 엘리먼트와 상기 내측 엘리먼트를 통해 상기 통로를 정렬시키는 단계, 및 상기 외측 엘리먼트가 냉각되어 상기 내측 엘리먼트 주위에서 접촉되게 함으로써 상기 두 개의 엘리먼트들 사이에 억지 끼워 맞춤을 형성하여 두 개의 엘리먼트들을 함께 결합시키는 단계를 포함한다.
바람직하게, 소성 단계 이후에 내측 엘리먼트는 외측 엘리먼트의 내측에 내측 엘리먼트를 위치시키기 이전에 냉각된다. 바람직하게, 세라믹이 경화된 이후 그리고 내측 엘리먼트를 외측 엘리먼트의 내측에 끼워 맞추기 이전에, 내측 엘리먼트의 외측면은 정확히 요구되는 외측 직경을 내측 엘리먼트에 제공하도록 연마된다.
본 발명의 제 4 일면에 따라 본 발명의 제 3 일면에 따라 제조된 트림을 갖는 밸브가 제공된다.
본 발명의 제 5 일면에 따라 세라믹 재료의 관형 내측 엘리먼트와 외측 관형 엘리먼트를 가지는 본 발명의 제 1 일면에 따른 밸브 트림의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 상기 내측 엘리먼트의 외경이 상기 외측 엘리먼트의 내경 보다 크게 되도록 상기 내측 및 외측 엘리먼트들을 형성하는 단계와, 상기 세라믹 재료가 미가공 상태인 동안에 상기 내측 엘리먼트 및 외측 엘리먼트의 내측으로 와류 챔버, 관련 유입로 및 유체 유동 통로를 기계가공하는 단계와, 상기 내측 엘리먼트가 수축되도록 냉각시켜 상기 내측 엘리먼트가 상기 외측 엘리먼트의 내측에 위치되게 하는 단계, 및 상기 내측 엘리먼트를 따뜻하게 하여 팽창시킴으로써 상기 두 개의 엘리먼트들 사이에 억지 끼워 맞춤을 형성하고 두 개의 엘리먼트들을 함께 결합시키는 단계를 포함한다.
하나의 양호한 방법에 있어서 두 개의 엘리먼트들을 함께 결합한 이후에 이들 엘리먼트들은 미가공 세라믹 재료를 경화시키도록 소성된다. 다른 양호한 방법에 있어서 상기 엘리먼트들은 엘리먼트들을 함께 결합하기 이전에 소성된다. 상기 엘리먼트들이 함께 결합되기 이전에 소성되는 경우에 외측 엘리먼트의 내측면과 내측 엘리먼트의 외측면은 바람직하게, 요구되는 직경을 두 개의 엘리먼트들의 결합면에 제공하도록 연마된다.
양호한 방법에 있어서 트림은 내측 및 외측 엘리먼트들을 결합한 이후에 재소성됨으로써 두 엘리먼트들의 세라믹이 접합될 수 있게 한다.
본 발명의 제 6 일면에 따라서 본 발명의 제 5 일면에 따라 제조되는 트림을 갖는 밸브가 제공된다.
본 발명의 구체적인 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서만 이후에 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에서 통상적인 것처럼 밸브 트림과 결합하는 제어 밸브의 구성을 도시하는 종단면도이며,
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 와류 유동로를 도시하는 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 밸브 트림의 내측 엘리먼트를 도시하는 도면이며,
도 6은 본 발명에 따른 밸브 트림의 외측 엘리먼트를 도시하는 도면이며,
도 7은 본 발명에 따른 밸브 트림의 조립도이며,
도 8은 본 발명에 따른 밸브 트림의 횡단면도이다.
도 1을 참조하면, 시트 링(105), 밸브 트림(106: valve trim) 및 플러그(107)를 포함하는 중앙 챔버(104)를 경유하여 서로 유체 연통되는 유입구(102)와 유출구(103)를 구비한 밸브 몸체(101)를 포함하는 종래 기술의 예로서 유체 제어 밸브의 밸브 트림이 도시되어 있다. 밸브 플러그(107)가 밸브 시트 링(105) 상에 놓일 때 유체 유동은 밸브를 통과할 수 없게 된다. 플러그(107)가 제어 운동에 의해 리프트되면, 유체 유동이 허용되어 유입구(102)를 통해 밸브로 유입되며 밸브 트림(106)을 통해 유출구(103)를 통과함으로써 유체 압력을 감소시킨다. 밸브 트림(106)은 유동 저항을 가지는 복수의 유동로를 가진다. 이러한 밸브 내에 도시된 유동 방향은 상방 플러그 유동으로서 공지되어 있으며 본 발명은 그러한 유동 방향과 관련하여 설명할 것이다. 반대 방향으로의 유동 방향, 즉 유체 유동이 유출구(103)로 유입되어 유입구(102)로 유출되는 유동 방향은 하방 플러그 유동으로서 공지되어 있으며 본 발명은 그러한 유동에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 중앙 와류 챔버(202)을 포함하며 세 개의 접선 방향의 유입로(203,204,205)를 가지는 와류 유동로(201)가 도시되어 있다. 유체가 유입로(203,204,205)를 통해 흘러 와류 챔버(202)로 유입되면, 그 유동은 선회되기 시작하여 서로 충돌하게 된다. 즉, 유입로(203)를 통해 유입된 유동은 유입구(204)를 통해 유입된 유동과 충돌하며, 유입구(204)를 통해 유입된 유동은 유입구(205)를 통해 유입된 유동과 충돌하며, 유입구(205)를 통해 유입된 유동은 유입구(203)를 통해 유입된 유동과 충돌하게 될 것이다. 와류 챔버(202)은 실질적으로 원통형이다. 유동이 엄격히 접선 방향으로 유입되는 이러한 배열에 있어서도 다음 유입구로부터의 유입구 유동과 충돌하기 이전에 와류 챔버(202)의 벽에 의해 유동의 방향이 부분적으로 변경되기 때문에 여전히 부식 요인이 존재하게 된다. 유입로(203,204,205)로부터의 유동은 와류 챔버(202) 내에서 반경방향 유동으로 조합되어 와류 챔버에 대해 실질적으로 축방향인 유출구(206)를 통해 유출된다. 유출구(206)는 와류 챔버(202)의 직경까지 도달하는 임의의 직경을 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 와류 챔버(302)에 대해 실질적으로 접선 방향인 3 개의 유입로(303,304,305)가 유출구(306) 쪽으로 와류 챔버(302)의 반경을 따라 x 양만큼 오프셋되어 있는 개선된 유동로(301)가 도시되어 있다. 이러한 방식으로 유입구를 오프셋함으로써 각각의 유입구를 통해 와류 챔버(302)로 유입되는 유체는 다음 유입구를 통해 와류 챔버로 유입되는 유동과 직접적으로 충돌할 것이다. 즉, 유입로(303)를 통해 유입되는 유동은 유입로(304)를 통해 유입되는 유동과 충돌하며, 유입로(304)를 통해 유입되는 유동은 유입로(305)를 통해 유입되는 유동과 충돌하며, 유입로(305)를 통해 유입되는 유동은 유입로(303)를 통해 유입되는 유동과 충돌할 것이며, 이러한 유동들은 와류 챔버(302)의 벽과 먼저 충돌하지 않을 것이다.
도 4를 참조하면, 3 개의 실질적으로 접선 방향의 유입로(403,404,405) 내측으로 개방되어 있는 와류 챔버(402)을 포함하는 유동로(401)가 도시되어 있다. 와류 챔버로의 유입구 배열은 도 2 또는 도 3을 참조하여 설명한 그대로일 수 있다. 와류 챔버(402)로의 유입 이전에 유체는 통로(407,408,409)를 통해 유동하며 그 유동이 유입로(403,404,405)로 유입될 때 90도 선회하게 된다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 와류 챔버(402) 내의 유동은 반경 방향으로 취하며 축방향 유출구(406)를 통해 유출된다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 밸브 트림의 관형 내측 엘리먼트(501, 도 5)와 관형 외측 엘리먼트(601, 도 6)가 도시되어 있다. 상기 내측 엘리먼트(501)는 복수의 와류 챔버(502) 및 상기 내측 엘리먼트의 외측 표면 내에 기계가공된 관련 유입구(503,504,505)들을 가진다. 내측 표면에서 개방되도록 내측 엘리먼트(501)를 통해 각각의 와류 챔버의 중심으로부터 연장하는 것은 유출구(506)이다. 외측 엘리먼트(601)는 내측 엘리먼트(501)가 외측 엘리먼트(601)의 내측에 놓일 때 통로(607,608,609)가 유입로(503,504,505)의 단부와 정렬되도록 연장하는 복수 세트의 통로(607,608,609)를 가짐으로써, 통로(607,608,609)를 통해 유입되는 유체가 외측 엘리먼트(601)를 통과하여 반경 방향 유동으로 서로 충돌하는 와류 챔버(502)로 유입되기 이전에 유입로(503,504,505)로 진입하도록 90도로 선회되며 내측 엘리먼트(501)를 관통해 유출구(506)를 경유하여 와류 챔버에 축방향으로 유출된다. 내측 엘리먼트는 본질적으로 경질인 재료로 제조되어서 양호한 내마모성을 가진다. 특히 세라믹이 적합하며, 예를 들어, 금속 붕화물, 질화물 또는 탄화물과 같은 금속 화합물 세라믹이 더 더욱 적합하며, 그 중에서도 텅스텐 탄화물과 알루미늄 마그네슘 붕화물이 적합하다. 사용시, 금속 화합물 세라믹은 단일 화합물 또는 물질들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 첨가 원소가 추가되어 세라믹, 예를 들어 3족, 4족 또는 5족 원소 또는 이들의 질화물 또는 붕화물의 마모 특성을 증가시킨다. 특히 적합한 것은 TiB2이다. 금속 화합물 세라믹의 대체예로서 적합한 경도를 갖는 다른 재료로는 예를 들어, 지르코늄, 특히 부분적으로 안정화된 지르코늄이 사용될 수 있다. 외측 엘리먼트(601)는 내측 엘리먼트(501)와 유사한 재료일 수 있거나, 대부분의 부식이 내측 엘리먼트(501) 내의 와류 챔버(502)에서 발생하므로 외측 엘리먼트(601)는 보다 연성인 재료, 예를 들어 금속일 수 있다. 바람직하게 와류 챔버(502), 유입로(503,504,505) 및 유출구(506)가 내측 엘리먼트(501) 내측에 기계가공된다. 와류 챔버(502)과 유입로(503,504,505)는 내측 엘리먼트(501)의 외측 표면 내에 오목부를 형성하도록 기계가공되며 유출구(506)는 유체가 관통될 수 있도록 상기 엘리먼트를 통해 와류 오목부의 중심으로부터 기계가공된다. 통로(607,608,609) 세트가 외측 엘리먼트를 통해 기계가공된다. 세라믹이 사용될 때 유동로를 형성하기 위한 내측 엘리먼트와 외측 엘리먼트의 기계가공은 종래의 공구들이 사용될 수 있도록 세라믹이 미가공 상태에 있을 때, 즉 세라믹이 경화되기 이전에 수행된다.
일단 내측 엘리먼트(501) 및 외측 엘리먼트(601)가 제작되면, 이들 엘리먼트들은 밸브 트림(701)을 형성하도록 함께 조립될 수 있다. 이는 사용될 재료에 따라서 세라믹이 미가공 상태 또는 재료를 경화시키도록 소성된 후에 수행될 수 있다.
내측 엘리먼트(501) 및 외측 엘리먼트(601)는 외측 엘리먼트(601)의 내경이 내측 엘리먼트(501)의 외경보다 조금 더 작아서 정상적인 상태 하에서는 내측 엘리먼트(501)를 외측 엘리먼트(601)의 내측에 삽입하는 것이 불가능하도록 제작된다. 이를 가능하게 하기 위해서 양 부품이 세라믹이면, 내측 엘리먼트(501)가 냉각되어 져서 수축되게 한다. 외측 엘리먼트(601)의 내경이 내측 엘리먼트(501)의 외경보다 단지 조금 작기 때문에 내측 엘리먼트(501)가 수축되면 내측 엘리먼트를 외측 엘리먼트(601)의 내측에 위치시키는 것이 가능해진다. 그 후 상기 엘리먼트(501,601)들은 정렬되어서 통로(607,608,609)가 유입로(503,504,505)와 정렬되고 조립된 밸브 트림이 데워진다. 내측 엘리먼트(501)가 데워지면 팽창되어 외측 엘리먼트(601)와 접촉함으로써 두 엘리먼트 사이에 억지 끼워 맞춤이 형성된다. 내측 엘리먼트(501)와 외측 엘리먼트(601)가 모두 세라믹 재료인 경우에 밸브 트림을 조립하는 두 개의 다른 방법이 있다. 제 1 방법은 조립 전에 세라믹을 경화시키는 것이며 제 2 방법은 조립 후에 세라믹을 경화시키는 것이다. 상기 엘리먼트들이 조립 이전에 경화되면 양호한 억지 끼워 맞춤에 필요한 직경으로 내측 엘리먼트(501)의 외측 표면과 외측 엘리먼트(601)의 내측 표면을 연마할 필요성이 있을 수 있다. 밸브 트림이 세라믹을 경화시키도록 조립 후에 소성(fired)되면, 양 엘리먼트의 세라믹이 보다 연성으로 되며 내측 엘리먼트(501)가 팽창되어 외측 엘리먼트(601)와 접촉하기 때문에 서로 정합될 것이므로 맞물림 표면을 연마할 필요가 없다. 두 엘리먼트들의 세라믹은 소성 공정 중에 용융된다.
내측 엘리먼트(501)가 세라믹이고 외측 엘리먼트(601)가 금속이면 상기 공정은 조금 다를 수 있다. 이 경우에 내측 엘리먼트(501)는 세라믹을 경화시키도록 소성되며 일단 소성되고 난 후에 필요한 외경을 제공하도록 연마된다.
외측 엘리먼트(601)는 가열됨으로써 팽창되어서 외측 엘리먼트의 내경은 내측 엘리먼트(501)의 외경보다 더 커지게 된다. 내측 엘리먼트가 외측 엘리먼트 내에 놓이며 이들 엘리먼트들은 정렬되어서 통로(607,608,609)가 유입로(503,504,505)와 정렬되고 조립된 밸브 트림이 냉각된다. 밸브 트림이 냉각되면 금속 외측 엘리먼트가 수축되며 억지 끼워 맞춤이 내측 엘리먼트와 외측 엘리먼트 사이에 형성된다.
두 개의 예, 즉 금속 또는 세라믹 외측 엘리먼트(601)에 있어서, 하나의 내부에 다른 하나를 삽입하는데 도움을 주도록 내측 엘리먼트(501)와 외측 엘리먼트(601)의 양 단부는 챔퍼 가공될 수 있다.
두 개의 예, 즉 금속 또는 세라믹 외측 엘리먼트(601)에 있어서, 하나와 다른 하나의 정렬에 도움을 주도록 내측 엘리먼트(501)와 외측 엘리먼트(601)의 양 단부에는 확인 마크가 제공될 수 있다.
밸브 트림이 두 개의 부품으로 제작되는 것으로 설명되었지만, 밸브 트림은 세 개의 부품, 즉 관통하는 통로 세트를 갖는 외측 엘리먼트, 와류 챔버와 관통 연장하는 관련 유입로를 갖는 중앙 엘리먼트 및 관통 연장하는 유출구를 갖는 내측 엘리먼트를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 전술한 바와 같은 유체 제어 밸브가 도시되어 있다. 상기 밸브는 시트 링(805), 밸브 트림(806) 및 플러그(807)를 포함하는 중앙실(804)을 통해 서로 유체 연통되는 유입구(802) 및 유출구(803)를 갖춘 밸브 몸체(801)를 포함한다. 밸브 플러그(807)가 밸브 시트 링(805) 상에 놓일 때, 밸브를 통한 유동은 허용되지 않는다. 플러그(807)가 제어된 운동으로 상부로 리프트될 때 유동이 허용되어 유입구(802)를 통해 유입되어 밸브 트림(806)의 노출된 유동로를 통해 유출구(803)로 유출됨으로써, 부식은 최소화하면서 유체 압력은 감소된다. 밸브 트림(806)은 도 2 내지 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이 관통하는 복수의 유동로를 가지며 도 5 내지 도 7과 관련하여 설명한 바와 같이 구성된다.
밸브와 밸브 트림의 다른 실시예, 예를 들어 다른 공지의 유동로와 본 발명에서 설명한 유동로가 조합된 실시예도 본 기술 분야의 당업자들에게 자명할 것이다.

Claims (30)

  1. 압력 감소 밸브용 밸브 트림으로서,
    상류 엘리먼트 및 하류 엘리먼트를 포함하며,
    상기 상류 엘리먼트 및 하류 엘리먼트가 함께 높은 유동 저항을 갖는 복수의 유동로를 형성하고,
    각각의 유동로는 챔버를 포함하고, 상기 챔버는 상기 챔버의 원주 위에 배열되는 복수의 유체 유입로 및 상기 챔버의 원주에 대해 축방향으로 배치되는 적어도 하나의 축방향 유출구를 가지며,
    상기 복수의 유체 유입로는 상기 축방향 유출구에 수직한 평면 내에서 연장되며, 사용시 상기 복수의 유입로 중 제 1 유입로로부터 상기 챔버로 유입되는 유체가 상기 복수의 유입로 중 제 2 유입로로부터 상기 챔버로 유입되는 유체와 충돌하고나서 유체가 상기 유출구를 통해 상기 챔버로부터 유출되도록 배열되는,
    압력 감소 밸브용 밸브 트림.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 원통형인,
    압력 감소 밸브용 밸브 트림.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    각각의 유입로는 상기 챔버의 상류에서 90도로 구부러지는,
    압력 감소 밸브용 밸브 트림.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 트림은 관형 내측 엘리먼트 및 관형 외측 엘리먼트를 포함하고, 상기 상류 엘리먼트 및 상기 하류 엘리먼트 중 하나는 상기 관형 내측 엘리먼트이고 다른 하나는 상기 관형 외측 엘리먼트이며, 상기 관형 내측 엘리먼트의 외측 원주면은 상기 관형 외측 엘리먼트의 내측 원주면과 접촉하는,
    압력 감소 밸브용 밸브 트림.
  9. 제 8 항에 있어서,
    각각의 높은 유동 저항을 갖는 유동로의 챔버 및 유입로가 상기 관형 내측 엘리먼트의 외측 원주면 내에 전체적으로 또는 부분적으로 형성되며, 축방향 유출구가 상기 챔버로부터 내측 엘리먼트를 관통하여 상기 내측 엘리먼트의 내측 원주면에서 유출하는,
    압력 감소 밸브용 밸브 트림.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 유체 유입로 각각에 이어져 결합되는 외측 엘리먼트를 통과하여 통로(passgeway)가 형성되는,
    압력 감소 밸브용 밸브 트림.
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 외측 엘리먼트의 내측 원주면은 상기 내측 엘리먼트의 외측 원주면 내에 형성된 상기 챔버의 개방 단부를 감싸는,
    압력 감소 밸브용 밸브 트림.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 관형 내측 엘리먼트는 세라믹 재료이며 상기 외측 관형 엘리먼트는 금속인,
    압력 감소 밸브용 밸브 트림.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 내측 및 외측 관형 엘리먼트는 모두 세라믹 재료인,
    압력 감소 밸브용 밸브 트림.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 세라믹 재료로 형성되는 관형 내측 엘리먼트와 금속 재료로 형성되는 외측 관형 엘리먼트를 가지는 제 1 항에 따른 밸브 트림의 제조 방법으로서,
    상기 관형 내측 엘리먼트의 외경이 상기 외측 관형 엘리먼트의 내경 보다 크게 되도록 상기 엘리먼트들을 형성하는 단계;
    상기 세라믹 재료가 미가공 상태인 동안에 상기 관형 내측 엘리먼트의 원통형 외측면 내측으로 챔버와 관련 유입로를 기계가공하고, 상기 외측 관형 엘리먼트 내에 반경 방향의 유체 유동 통로를 형성하는 단계;
    상기 미가공 세라믹 재료를 경화시키도록 상기 관형 내측 엘리먼트를 소성하는 단계;
    상기 외측 관형 엘리먼트가 팽창되어 상기 관형 내측 엘리먼트가 상기 외측 관형 엘리먼트의 내측에 위치되도록 상기 금속 외측 관형 엘리먼트를 가열하여 상기 외측 관형 엘리먼트가 팽창되게 하는 단계;
    상기 유입로 및 상기 외측 관형 엘리먼트를 통하는 상기 유체 유동 통로를 정렬시키는 단계; 및
    상기 외측 관형 엘리먼트가 냉각되어 상기 관형 내측 엘리먼트 주위에서 접촉되게 함으로써 상기 두 개의 엘리먼트들 사이에 억지 끼워 맞춤을 형성하여 두 개의 엘리먼트들을 함께 결합시키는 단계;를 포함하는,
    세라믹 재료의 관형 내측 엘리먼트와 금속의 외측 관형 엘리먼트를 가지는 밸브 트림의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 세라믹이 경화된 후에, 그리고 상기 외측 관형 엘리먼트의 내측에 상기 관형 내측 엘리먼트를 끼워 맞추기 이전에, 상기 관형 내측 엘리먼트의 외경이 끼워맞춤을 위해 요구되는 직경으로 연마되는,
    세라믹 재료의 관형 내측 엘리먼트와 금속의 외측 관형 엘리먼트를 가지는 밸브 트림의 제조 방법.
  23. 세라믹 재료의 관형 내측 엘리먼트와 외측 관형 엘리먼트를 가지는 제 1 항에 따른 밸브 트림의 제조 방법으로서,
    상기 관형 내측 엘리먼트의 외경이 상기 외측 관형 엘리먼트의 내경 보다 크게 되도록 상기 내측 및 외측 관형 엘리먼트들을 형성하는 단계와,
    상기 세라믹 재료가 미가공 상태인 동안에 상기 관형 내측 엘리먼트 및 외측 관형 엘리먼트의 내측으로 챔버, 관련 유입로 및 유체 유동 통로를 기계 가공하는 단계와,
    상기 관형 내측 엘리먼트가 수축되도록 냉각시켜 상기 관형 내측 엘리먼트가 상기 외측 관형 엘리먼트의 내측에 위치되게 하는 단계, 및
    상기 관형 내측 엘리먼트를 가온하여(warm) 팽창시킴으로써 상기 두 개의 엘리먼트들 사이에 억지 끼워 맞춤을 형성하고 두 개의 엘리먼트들을 함께 결합시키는 단계를 포함하는,
    세라믹 재료의 관형 내측 엘리먼트와 외측 관형 엘리먼트를 가지는 밸브 트림의 제조 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 미가공 상태의 세라믹 재료를 경화시키도록 상기 두 개의 엘리먼트들이 함께 결합된 이후에 상기 두 개의 엘리먼트들을 소성하는 단계를 더 포함하는,
    세라믹 재료의 관형 내측 엘리먼트와 외측 관형 엘리먼트를 가지는 밸브 트림의 제조 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 미가공 상태의 세라믹 재료를 경화시키도록 상기 관형 내측 엘리먼트 및 외측 관형 엘리먼트들이 함께 결합하기 이전에 상기 관형 내측 엘리먼트 및 외측 관형 엘리먼트들을 소성하는 단계를 더 포함하는,
    세라믹 재료의 관형 내측 엘리먼트와 외측 관형 엘리먼트를 가지는 밸브 트림의 제조 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 관형 내측 엘리먼트와 외측 관형 엘리먼트를 함께 결합하기 이전에 상기 두 개의 엘리먼트들의 결합면에 결합에 필요한 직경을 제공하도록 상기 외측 관형 엘리먼트의 내측면과 상기 관형 내측 엘리먼트의 외측면을 연마하는 단계를 더 포함하는,
    세라믹 재료의 관형 내측 엘리먼트와 외측 관형 엘리먼트를 가지는 밸브 트림의 제조 방법.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 원주 위에 배열되는, 상기 원주의 접선 방향의 적어도 3 개의 유체 유입로를 포함하며, 상기 유입로는 사용시, 각각의 유입로로부터 상기 챔버로 유입되는 유체가 다른 유입로로부터 상기 챔버로 유입되는 유체와 충돌하여 상기 챔버 내에 와류를 유도하도록 배열되는,
    압력 감소 밸브용 밸브 트림.
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