KR20140017600A - 유체 조절기에 사용되는 본네트 기구 - Google Patents

유체 조절기에 사용되는 본네트 기구 Download PDF

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KR20140017600A
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제이슨 디. 클리포드
마크 와튼 크래머
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테스콤 코포레이션
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Abstract

유체 조절기에 적용되는 본네트 기구가 기재된다. 예시적 본네트는 유체 조절기의 하중 조립체를 수용하는 공동을 가지는 몸체를 포함한다. 지지 구조체는 공동 내부에 배치되고 공동을 횡단 연장하여 몸체의 충격인성 또는 강도을 증가시킨다.

Description

유체 조절기에 사용되는 본네트 기구{BONNET APPARATUS FOR USE WITH FLUID REGULATORS}
본 특허는 포괄적으로 유체 조절기, 더욱 상세하게는, 유체 조절기에 사용되는 본네트 기구에 관한 것이다.
통상 유체 조절기는 공정 제어시스템 전반에 분산 배치되어 다양한 유체 (예를들면, 액체, 기체, 기타 등) 압력을 조절한다. 전형적으로 유체 조절기는 유압을 실질적으로 더 낮은 또는 일정한 값으로 조절하기 위하여 사용된다. 상세하게는, 전형적으로 유체 조절기는 상대적으로 고압의 공급 유체를 수용하여 출구에서 상대적으로 더 낮은 및 실질적으로 일정 압력을 제공하는 입구를 가진다. 전형적으로 유체 조절기는 밸브 몸체와 결합되는 본네트로 형성되는 몸체를 포함한다.
때로 유체 조절기 안전등급은 유체 조절기가 안전하게 작동할 수 있는 최대 입구 압력에 기초한다. 예를들면, 많은 유체 조절기의 안전등급은 전형적으로 압축가스협회에서 제공하는 안전 가이드라인에 기초한다. 소정의 안전 요건을 충족시키기 위하여, 때로 유체 조절기의 본네트는 상대적으로 고압 및/또는 고온 범위에서 견딜 수 있는 상대적으로 고강도의 금속성 재료 (예를들면, 아연, 황동, 기타 등)로 제조된다. 특히, 때로 본네트는 유체 조절기 고장 상태에서 생길 수 있는 잠재적 파손 내부 요소들을 봉쇄할 수 있어야 한다. 그러나, 본네트 또는 유체 조절기의 금속성 재료 예컨대, 예를들면, 아연 재료 또는 합금 (예를들면, ZAMAK)의 강도 (예를들면, 항복강도, 충격인성)은 유체 조절기가 상대적으로 저온 분야 (예를들면, -40oC)에서 사용될 때 영향을 받는다. 예를들면, 금속성 재료는 더욱 냉각 온도 분야에서 더욱 취화된다. 그 결과, 유체 조절기가 상대적으로 낮은 온도에서 사용될 때 소정의 안전 가이드라인에 부합되지 않으므로 유체 조절기는 상대적 저온 용도에서 적합하게 사용될 수 없다.
일 실시예에서, 본네트 기구는 유체 조절기의 하중 조립체를 수용하는 공동을 가지는 몸체를 포함한다. 지지 구조체는 공동에 배치되고 공동을 따라 연장되어 몸체의 충격인성 또는 강도를 증가시킨다.
다른 실시예에서, 본네트 기구는 공동 형성 몸체를 가지는 본네트를 포함하고 본네트 몸체는 공동 개구에 인접하게 계단식 몸체부를 형성한다. 릴리프는 계단식 몸체부에 인접하게 공동 내부 표면에 형성된다.
다른 실시예에서, 유체 조절기는 본네트를 포함하며, 본네트는 플랜지, 보스 및 플랜지와 보스를 연결하여 하중 조립체 수용 공동을 형성하는 몸체를 가진다. 플랜지는 몸체의 제1단에 인접하고 본네트를 유체 조절기의 밸브 몸체로 연결한다. 보스는 몸체의 제2단에 인접하고 하중 조립체의 조정요소를 수용하는 개구를 가진다. 다수의 지지 구조체는 몸체의 제2단에 인접하게 공동 내부에 배치되어 지지 구조체는 허브 및 공동 내부 표면 사이에서 외향 연장된다. 릴리프는 플랜지 및 몸체 사이 몸체의 제1단에 인접하게 공동 내부 표면 내부에 형성된다.
도 1은 공지 유체 조절기를 도시한 것이다.
도 2는 본원의 예시적 유체 조절기를 도시한 것이다.
도 3A는 도 2유체 조절기의 예시적 본네트 단면도이다.
도 3B는 도 3A 예시적 본네트의 저면도이다.
도 3C는 도 2, 3A 및 3B 예시적 본네트의 사시도이다.
도 4는 도 3A의 선 4-4를 따라 절취한 도 3A 및 3B 예시적 본네트의 다른 단면도이다.
도 5는 도 2 예시적 유체 조절기의 부분확대도이다.
본원의 예시적 본네트 기구는 유체 조절기 안전등급을 상당히 개선시킨다. 유체 조절기 안전등급 개선으로 인하여 유체 조절기는 예를들면, 종래 유체 조절기보다 넓은 범위의 작동 조건에서 사용될 수 있다. 예를들면, 유체 조절기가 최대 입구 압력 등급으로 가압될 때 본원의 유체조절기는 대략 -40oC의 처리 유체에 사용될 수 있다. 반대로, 유체 조절기가 최대 입구 압력 등급으로 가압될 때 종래 유체 조절기는 실온 (예를들면, 25oC)의 처리 유체가 있는 분야에서 사용될 수 있다. 추가로 또는 달리, 본원의 예시적 본네트 기구는 유체 조절기의 최대 입구 압력 등급을 높인다. 또한, 본원의 예시적 유체조절기는 상대적으로 저온 분야 (예를들면, 0oC 내지 -40oC 이하)에서 사용될 때 예를들면, 압축가스협회에서 제공하는 소정의 안전등급 또는 안전 가이드라인과 부합한다.
본원의 예시적 본네트 기구는 유체 조절기의 강도 (예를들면, 항복강도, 충격강도, 인장강도, 기타 등)를 개선하여 유체 조절기의 최대 입구 압력 등급을 높이고 및/또는 유체 조절기의 작동 온도 범위를 확대시킨다. 본네트의 강도를 개선하기 위하여, 본원의 예시적 본네트는 지지 구조체를 포함한다. 대략 -40oC의 처리 유체 (또는 주변 조건)에서 본네트 강도 결함을 보이는 종래 본네트 기구와는 달리, 본원의 본네트 기구는 상대적으로 저온 (예를들면, -40oC의 처리 유체 또는 주변 조건) 공정에서 적용될 때 충분하거나 상승된 강도를 제공하는 하나 이상의 지지 구조체를 가진다.
더욱 상세하게는, 본네트의 강도를 높이기 위하여, 본원의 예시적 본네트 기구는 본네트 제1단에 인접한 지지 구조체 또는 기구를 가진다. 일부 실시예들에서, 지지 구조체는 본네트 공동에 배치되고 본네트 내부 표면들 사이에 연장되는 지지벽 또는 리브를 가지는 웨빙 (webbing)으로 구성된다. 예를들면, 웨빙은 중앙 허브 또는 웨빙 중앙에서 본네트 내부 표면 또는 측벽으로 연장되는 하나 이상의 지지벽 또는 리브를 포함한다. 일부 실시예들에서, 웨빙은 본네트 공동의 대향 내부 표면들 사이에서 연장된다.
추가로 또는 달리, 본네트 기구의 강도를 높이기 위하여, 본네트 기구는 릴리프가 적용된다. 특히, 릴리프는 공동 내부 표면에 형성되고 본네트 제2단에 인접하게 배치된다. 특히, 릴리프는 감지요소 계면에 인접한 본네트의 고응력 영역을 따라 국부 응력을 더욱 균등하게 분배하는 환상 반원 만곡 (radiused curved) 표면이다. 또한, 일부 실시예들에서, 반원 만곡 표면은 주물 제조 공정 (예를들면, “생주물”)으로 형성되고 기계 가공하지 않는다. 주물에서 대부분의 강도는 재료 표면 또는 표층에 존재하고 주물을 통한 릴리프 형성에 있어서는 이러한 재료가 본네트 기구에서 제거되지 않으므로 주물 제조 공정을 통한 릴리프 형성은, 예를들면, 기계가공을 통한 릴리프 형성과 비교하여 더욱 강한 본네트 기구를 제공한다.
본원의 예시적 유체조절기를 설명하기 전에, 공지 유체 조절기 (100)에 대한 간단한 설명이 도 1에 제공된다. 도 1을 참조하면, 예시적 유체 조절기 (100)는 본네트 (104)와 나사 결합되고 입구 (106) 및 출구 (108) 사이 유로를 형성하는 밸브 몸체 (102)를 포함한다. 본네트 (104)는 플랜지 (112)를 가지는 몸체 (110)를 포함하고, 플랜지는 본네트를 밸브 몸체 (102)와 나사 결합시키는 암나사를 포함한다. 본네트 (104)는 상대적으로 높은 토크로 밸브 몸체 (102)와 결합되어 본네트 (104) 및 밸브 몸체 (102) 사이 실질적으로 긴밀한 금속-대-금속 밀폐를 제공한다. 이러한 결합으로 플랜지 (112) 및 몸체 (110) 사이 계면 (114)에 높은 국부적 응력 집중이 발생된다.
본네트 (104)의 몸체 (110)에 의해 형성된 공동 (118) 내부에 하중 조립체 (116)가 배치되고 다이어프램 (120)에 하중을 제공하도록 조정되며, 이때 하중은 원하는 유체 출구 압력에 상당한다. 다이어프램 (120)은 본네트 (104) 및 밸브 몸체 (102) 사이에 포획되고 부분적으로 감지 챔버 (122)를 형성하며, 챔버는 통로 (124)를 통해 출구 (108)와 유체 연통된다. 또한, 다이어프램 (120)을 지지하기 위하여, 유체 조절기 (100)는 다이어프램 플레이트 (126)를 포함한다. 다이어프램 플레이트 (126)는 전형적으로 고강도 재료 예컨대, 예를들면, 스테인레스강으로 구성된다. 밸브 장치 (128)는, 입구 (106) 및 출구 (108) 사이 유체 유동을 조절 또는 조속하는 개방위치 및 입구 (106) 및 출구 (108) 사이 유체 유동을 제한하는 폐쇄위치 사이를 이동한다.
작동에 있어서, 원하는 출구 압력에 해당하는 하중을 다이어프램 (120)에 제공하도록 하중 조립체 (116)가 조정된다. 다이어프램 (120) 상하 압력차이로 입구 (106) 및 출구 (108) 간 유체 유동을 제한하는 폐쇄위치 및 입구 (106) 및 출구 (108) 간 유체 유동을 허용하는 개방위치가 전개된다. 예를들면, 출구 (108)의 유체 압력이 다이어프램 (120)에 하중 조립체 (116) 스프링 (130)에 의해 다이어프램 (120)에 가해지는 힘보다 크거나 동일한 힘을 가하면 밸브 장치 (128)는 폐쇄위치로 이동한다. 출구 (108) 유체 압력이 다이어프램 (120)에 하중 조립체 (116)에 의해 다이어프램 (120)에 가해지는 힘보다 작은 힘을 가하면 밸브 장치 (128)는 개방위치로 이동한다. 다이어프램 (120)의 대향 측들의 힘이 균형을 이룰 때까지 입구 (106) 및 출구 (108) 사이 가압 유체는 유동한다.
출구 (108) 압력이 유체 조절기 (100) 최대 입구 압력 등급을 크게 초과할 때 고장 상태가 된다. 예를들면, 고장 조건은, 예를들면, 부적합한 밸브 장치 (128) 밀폐, 하류 설비 고장, 조절기 역행 설치 (입구 라인 압력을 출구 포트 (108)에), 기타 등으로 발생될 수 있는, 출구 (108) 압력이 하중 조립체 (116)에 의해 설정된 원하는 압력보다 상당히 클 때 발생된다. 유체 조절기 (100) 고장 상태에서, 본네트 (104)는 잠재적 생길 수 있는 파손 내부 요소 (예를들면, 스프링 (130))를 포획 또는 봉쇄할 수 있는 충분한 강도 또는 충격인성을 가진다. 특히, 본네트 (104)은 본네트 (104) 상부 표면 또는 단 (132)으로부터 하중 조립체 (116) (예를들면, 스프링 (130)) 분출을 방지할 수 있는 충분한 강도를 가진다. 초경 금속 재료로 구성되는 다이어프램 플레이트 (126)는, 다이어프램 (120)을 지지하고 출구 (108)의 유체 압력에 의해 본네트 (104) 상부 표면 (132) 방향으로 다이어프램 (120)에 가해지는 힘을 견딜 수 있다.
그러나, 대략 -40oC의 일부 공정 분야에서, 상대적으로 냉각 온도의 처리 유체 또는 주변 조건은 본네트 (104) 재료 특성에 영향을 준다. 예를들면, 본네트 (104)가 상대적으로 냉각 분야 또는 조건에 처하면 본네트 (104) 재료 특성은 더욱 취화되고 본네트 (104) 강도가 떨어지거나 상대적으로 덜 충격인성 상태가 된다.
도 2는 보강 장치(202)를 가지는 본원의 예시적 유체 조절기 (200)를 도시한다. 예시적 유체 조절기 (200)는 하부 몸체부 또는 밸브 몸체 (208)와 결합되는 (예를들면, 나사 결합) 상부 몸체부 또는 본네트 (206)를 가지는 조절기 몸체 (204)를 포함한다. 밸브 몸체 (208)는 유체 조절기 (200) 입구 (210) 및 출구 (212) 사이 유체 유로를 형성한다. 다이어프램 (214)은 밸브 몸체 (208) 및 본네트 (206) 사이에 개재되어 다이어프램 (214) 제1 측 (216) 및 본네트 (206)는 하중 챔버 (218)를 형성하고 하중 조립체 (220)를 수용한다. 다이어프램 (214) 제2 측 (222) 및 밸브 몸체 (208) 내부 표면 (224)은 감지 챔버 (226)를 형성한다. 감지 챔버 (226)는 통로 (228)를 통하여 출구 (212)와 유체 연통되고 출구 (212)의 유체 압력을 감지한다. 도시된 실시예에서, 다이어프램 (214)은, 예를들면, 스테인레스강으로 구성되는 금속 다이어프램이다.
하중 조립체 (220)는 다이어프램 플레이트 또는 지지 플레이트 (230)를 통하여 다이어프램 (214)과 작동적으로 연결되고 기준 힘 또는 하중 (예를들면, 예비-설정 힘)을 다이어프램 (214)에 가한다. 다이어프램 플레이트 (230)는 유체 조절기 (200) 고장 조건에서 파괴, 휨, 파편화 또는 달리 절단되는 재료 예컨대, 예를들면, 플라스틱 재료 (예를들면, 강성 플라스틱 재료)로 구성된다. 즉, 다이어프램 플레이트 (230)는 본네트 (206) 재료보다 상당히 약한 재료로 구성된다. 또한 다이어프램 플레이트 (230)는 요구 출구 압력 검증 시험 및 순환 시험에서 고장 나지 않을 정도로 강건하다.
본 실시예에서, 하중 조립체 (220)는 하중 챔버 (218) 내부에 배치되며 다이어프램 플레이트 (230)를 통해 다이어프램 (214)에 하중을 제공하는 편향 요소 (232) (예를들면, 스프링)를 포함한다. 스프링 조정기 (234)는 편향 요소 (232)가 다이어프램 (214) 제1 측 (216)에 가하는 예비-설정 힘 또는 하중을 조정한다 (예를들면, 높이거나 낮춤). 도시된 바와 같이, 스프링 조정기 (234)는, 본네트 (206)와 나사 결합되고 가동 스프링 시트 또는 스프링 버튼 (238)과 체결되는 나사 (236)가 박힌 조절 손잡이를 포함한다. 스프링 버튼 (238)은 연성, 유연성 또는 잘 휘는 재료 예컨대, 예를들면, 탄성 재료, 플라스틱 재료, 연성 금속, 기타 등으로 구성되어 고장 조건에서 스프링 버튼 (238) 파편화를 방지하고 고장 조건에서 편향 요소 (232)에 대한 충격 완충성을 제공한다. 제1 방향 (예를들면, 시계방향) 또는 제2 방향 (예를들면, 반시계방향)으로 조절 손잡이를 돌려 편향 요소 (232) 압축 정도 (예를들면, 편향 요소 (232) 압축 및 해제), 따라서, 다이어프램 (214) 제1 측 (216)에 인가되는 하중을 변경시킨다.
밸브 장치 또는 밸브 카트리지 조립체 (240)는 입구 (210)와 유체 연통되는 입구 챔버 (244)를 형성하는 밸브 몸체 (208) 보어 (242) 내부에 배치된다. 밸브 장치 (240)는 포핏 (246)을 포함하고, 이는 유체 조절기 (200)가 폐쇄위치에 있을 때 밸브 시트 (248)를 향하여 이동되어 입구 (210) 및 출구 (212) 사이 유체 유동을 제한한다. 유체 조절기 (200)가 개방위치에 있을 때 포핏 (246)은 밸브 시트 (248)로부터 떨어지도록 이동되어 입구 (210) 및 출구 (212) 간 유체 유동을 허용한다. 편향 요소 (250)는 포핏 (246)이 밸브 시트 (248)를 향하도록 편향시킨다. 시일 (252) (예를들면, O-링)은 밸브 장치 (240) 및 유체 조절기 (200) 밸브 몸체 (208) 사이에 위치하여 감지 챔버 (226) 및 입구 챔버 (244) 사이 밀폐를 제공한다.
작동에 있어서, 예시적 유체 조절기 (200)는, 예를들면, 상대적으로 고압 유체 (예를들면, 기체)를 제공하는 상류 압력원과 입구 (210)를 통하여 유체적으로 연결되고, 예를들면, 저압 하류 기구 또는 시스템과 출구 (212)를 통하여 유체적으로 결합된다. 유체 조절기 (200)는, 유체 조절기 (200)를 통과하여 흐르는 유체 출구 압력을 가동 하중 조립체 (220)에 의해 예비 설정되는 하부에 상당하는 원하는 압력으로 조절한다. 일부 적용에 있어서, 처리 유체 또는주변 조건은 대략 -40oC일 수 있다.
원하는 출구 압력을 달성하기 위하여, 스프링 조정기 (234)를 돌려 (예를들면, 시계방향 또는 반시계방향 방향) 편향 요소 (232)에 의해 다이어프램 (214) 제1 측 (216)에 인가되는 하중을 높이거나 낮춘다. 편향 요소 (232)에 의해 제공되는 하중은 원하는 출구 압력으로 조정된다. 기준 압력이 설정되면, 감지 챔버 (226)는 통로 (228)를 통하여 출구 (212)의 가압 유체 압력을 감지하고, 감지 챔버 (226) 내의 압력 변화에 응답하여 다이어프램 (214)을 이동시킨다.
유체가 입구 (210) 및 출구 (212) 사이로 흐르면, 출구 (212)에서 유체 압력이 증가된다. 감지 챔버 (226)에서 가압 유체 압력이 높아지면, 유체 압력은 다이어프램 (214) 제2 측 (222)에 힘을 가하여 다이어프램 (214) 및 편향 요소 (232)를 직선 운동으로 밸브 몸체 (208)로부터 밀어낸다. 이번에는, 밸브 장치 (240) 편향 요소 (250)는 밸브 시트 (248)를 향하여 포핏 (246)을 이동시켜 입구 (210) 및 출구 (212) 사이 유체 흐름을 제한한다. 다이어프램 (214) 제2 측 (222)에 힘을 가하는 감지 챔버 (226) 내부 유체 압력이 다이어프램 (214) 제1 측 (216)에 가해지는 하중 조립체 (220)에 의한 기준 압력보다 크면 다이어프램 플레이트 (230)는 밸브 몸체 (208)로부터 멀어지고 포핏 (246)은 밸브 시트 (248)와 기밀하게 체결되어 도 2에 도시된 바와 같이 유체 조절기 (200)를 통한 유체 유동은 제한되거나 금지된다.
감지 챔버 (226) 내부 가압 유체 압력이 편향 요소 (232)에 의해 다이어프램 (214) 제1 측 (216)에 가해지는기준 압력 또는 힘보다 작으면, 다이어프램 (214)은 밸브 몸체 (208)를 향하여 이동되고, 굽혀지고 휘어진다. 이번에는, 다이어프램 플레이트 (230)가 포핏 (246) 스템부 (254)와 체결되어 포핏 (246)을 밸브 시트 (248)로부터 밀어내어 입구 (210) 및 출구 (212) 사이 유체 유동을 허용하거나 증가시킨다. 다이어프램 (214) 양쪽 압력차가 실질적으로 거의 영이면 (즉, 감지 챔버 (226) 내부 유체 압력이 하중 조립체 (220)에 의해 제공되는 하중과 실질적으로 동일한 힘을 발생시키는 압력으로 조절될 때), 포핏 (246)은 밸브 시트 (248)를 향하여 이동하여 입구 (210) 및 출구 (212) 사이 유체 유동을 억제하거나 제한한다.
도 3A은 도 2 본네트 (206) 단면도이고, 도 3B는 도 3A의 예시적 본네트 (206) 저면도이고, 도 3C는 도 3C의 예시적 본네트 (206) 상향 사시도이다. 도 3A-3C를 참조하면, 도시된 실시예의 본네트 (206)는 원통형 몸체 (302)을 포함하고, 몸체는 하중 챔버 (218)를 형성하는 공동 (304)을 가지고, 챔버는 도 2의 하중 조립체 (220)를 수용한다. 도시된 실시예의 공동 (304)은 본네트 (206)가 밸브 몸체 (208)와 결합될 때 감지 챔버 (226) (도 2)를 향하여 개방되는 단 (306)을 가진다. 도시된 실시예의 몸체 (302)는 계단식 몸체부 (308)를 포함하고, 이는 몸체 (302) 제1단 (312)에 인접한 플랜지 또는 환상 림 (310)을 형성한다. 도시된 실시예의 플랜지 (310)는 나사부 (예를들면, 암나사)를 포함하여 본네트 (206)를 밸브 몸체 (208)와 나사 체결시킨다.
몸체 (302) 제2단 (314)은 뚜껑체 또는 밀폐되고 하중 조립체 (220) 나사 (236)를 수용하는 개구 (316)를 포함한다. 본 실시예에서, 본네트 (206)의 개구 (316) (예를들면, 나사식 개구)는 보스 (318)에 의해 형성된다. 도시된 실시예의 보스 (318)는 몸체 (302) 제2단 (314)으로부터 돌출된다. 도시된 실시예의 보스 (318)는 본네트 (206) 몸체 (302)와 일체로 형성된다. 하중 챔버 (218)를, 예를들면, 대기로 배출하기 위하여, 몸체 (302) 제2단 (314)은 보스 (318)에 근접하게 공동 (304)의 길이방향 축 (322)에 대하여 방사방향으로 이격되는 하나 이상의 벤트 (320)를 포함한다.
본네트 (206)의 충격인성 및/또는 강도 (예를들면, 항복강도)를 높이기 위하여, 도시된 실시예의 본네트 (206)는 지지 구조체 (324)를 포함한다. 도시된 실시예의 지지 구조체 (324)는 몸체 (302) 제2단 (314)에 인접하게 공동 (304) 내부에 배치된다. 특히, 도시된 실시예의 지지 구조체 (324)는 몸체 (302) 공동 (304)을 횡단 연장되는 다수의 지지 구조체 (324)를 포함한다. 예를들면, 다수의 지지 구조체 (324)는 공동 (304)의 길이방향 축 (322)에 대하여 임의의 원하는 각도 (예를들면, 90 도, 45 도, 30 도, 기타 등)로 방사방향으로 이격되어 지지 구조체 (324)는 공동 (304)과 벤트 (320) 간의 유체적 연통을 방해하거나 차단하지 않는다.
도 3B 및 3C에서 가장 명확하게 도시되는 바와 같이, 도시된 실시예의 지지 구조체 (324)는 다수의 벽 또는 리브 (328)로 형성되는 웨브 또는 웨빙 (326)이다. 웨빙 (326)은 허브 또는 중앙부 (330)를 포함하고, 이로부터 도시된 실시예의 벽 또는 리브 (328)는 공동 (304) 내측 표면 (332)을 향하여 외향 연장된다. 도 3A 및 3C에서 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 허브 (330)는 몸체 (302) 제2단 (314)에 인접하게 공동 (304) 내부 대략 중앙에 위치하고 보스 (318) 개구 (316)와 동축 정렬되는 개구 (334)를 포함하여 하중 조립체 (220) 나사 (236)를 부분적으로 수용한다. 특히, 도시된 실시예의 허브 (330)는 본네트 (206) 몸체 (302) 및/또는 보스 (318)와 일체로 형성되고, 본네트 (206) 상부 내부 표면 (336)에서부터 공동 (304) 안쪽으로 돌출된다.
또한, 도 3A에서 가장 명확하게 도시되는 바와 같이, 도시된 실시예의 각각의 벽 또는 리브 (328)는 만곡단 (338)을 포함하고, 이는 공동 (304) 또는 몸체 (302) 내측 표면 (332)과 체결된다. 도시된 실시예의 각각의 벽 또는 리브 (328)의 상부 표면 (340)은 몸체 (302) 상부 내부 표면 (336)과 체결된다. 그러나, 기타 실시예들에서, 하나 이상의 벽 또는 리브 (328)의 상부 표면 (340)은 몸체 (302) 상부 내부 표면 (336)과 이격될 수 있다. 도 3A를 참조하면, 벽 또는 리브 (328)는 L-형 단면 형상 또는 프로파일을 가진다. 또한, 도 3B를 참조하면, 리브 또는 벽 (328)은 허브 (330) 및 내측 표면 (332) 사이로 연장될 때 실질적으로 선형 프로파일 또는 형상을 가진다. 그러나, 기타 실시예들에서, 리브 또는 벽 (328)은 허브 (330) 및 내측 표면 (332) 사이로 연장될 때 실질적으로 만곡 프로파일 또는 형상을 가질 수 있다.
도 3B 및 3C에서 가장 명확하게 도시되는 바와 같이, 벽 또는 리브 (328)는 길이방향 축 (322) 및 벤트 (320)에 대하여 방사방향으로 이격되어 벤트 (320)를 통한 유체 유동을 가능하게 한다. 예를들면, 벽 또는 리브 (328)는 지지 구조체들 (342a-d) 쌍을 형성하고 이들은 길이방향 축 (322)에 대하여 각도 (344)로 대칭적으로 이격된다. 예를들면, 제1 지지 구조체 쌍 (342a)은 제2 지지 구조체 쌍 (342b)에 대하여 대략 90 도 떨어져 있다. 지지 구조체들 (342a-d)의 각각의 쌍은 각각의 하나의 벤트 (320)를 둘러싼다.
또한, 각자의 벽 또는 리브 (328) 내부 표면 (346)은 서로에 대하여 각도 (348)로 떨어져 있고, 벽 또는 리브 (328) 외부 표면 (350)은 서로에 대하여 각도 (352)로 이격된다. 도시된 실시예에서, 내부 표면 (346) 간 각도 (348)은 대략 36 도이고 외부 표면 (350) 간 각도 (352)는 대략 54 도이다. 기타 실시예들에서, 도시된 실시예의 벽 또는 리브 (328)는 길이방향 축 (322)에 대하여 불균등 또는 비대칭적으로 이격될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 도시된 실시예의 웨빙 (326)은 8개의 리브를 포함한다. 그러나, 기타 실시예들에서, 웨빙 (326)은 단 하나의 벽 또는 리브 (328) 또는 본네트 (206) 강도 또는 충격인성을 높이기 위하여 임의의 개수의 벽 또는 리브 (328)를 가질 수 있다. 예를들면, 도시된 실시예의 웨빙 (326)은 지지 구조체들 (342a-342d)의 각각의 쌍 사이에 추가로 배치되는 리브를 포함할 수 있다.
추가로 또는 달리, 도시되지는 않지만, 도시된 실시예의 웨빙 (326)은 각각의 벽 또는 리브 (328)의 외부 표면 (350) 및/또는 내부 표면 (346) 사이를 연장하는 하나 이상의 횡단 또는 상호연결 리브를 포함할 수 있다. 이러한 상호연결 리브는 비교적 곧은 형상 또는 프로파일을 가질 수 있거나 비교적 만곡 형상 또는 프로파일일 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 웨빙 (326)은 허브 (330) 및 몸체 (302) 내측 표면 (332)을 연장하는 다수의 리브 또는 벽 및 리브 또는 벽 (328)의 표면 (346) 및/또는 표면 (350) 사이 연장되는 다수의 상호연결 리브를 가질 수 있다. 즉, 웨빙 (326)은 격자-유사한 지지 구조체를 형성할 수 있다.
도시된 실시예의 지지 구조체 (324) (즉, 웨빙 (326))는, 예를들면, 주조, 기계가공 또는 임의의 기타 적합한 제조공정 (들)을 통하여 본네트 (206)와 일체로 형성된다. 그러나, 기타 실시예들에서, 지지 구조체 (324) 또는 웨빙 (326)은 본네트 (206)와 결합되는 (예를들면, 나사 결합) 삽입체일 수 있다. 예를들면, 허브 (330)는 본네트 (206) 제2단 (314)에 인접하게 웨빙 (326)을 나사 결합하는 암나사 및/또는 수나사를 가진다. 일부 실시예들에서 지지 구조체 (324) 또는 웨빙 (326)은 본네트 (206) 공동 (304) 내부로 압입 (예를들면, 억지끼워맞춤)될 수 있다.
또한, 지지 구조체 (324)는 본네트 (206) 몸체 (302) 재료와 실질적으로 동일한 재료 (예를들면, 아연)로 구성된다. 그러나, 기타 실시예들에서, 지지 구조체 (324)는 본네트 (206) 몸체 (302) 재료와 상이한 재료로 구성될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 지지 구조체 (324) 일부는 제1 재료 (예를들면, 스테인레스강)로 구서되고 지지 구조체 (324) 의 다른 부분은 제2 재료로 구성될 수 있다. 예를들면, 제1 지지 구조체부 또는 제1 리브는 스테인레스강으로 구성되고 제2 지지 구조체부 또는 제2 리브는 아연 또는 아연 합금으로 이루어질 수 있다.
도 4는 도 3A의 선4-4를 따라 절취한 본네트 (206) 단면도이다. 도시된 바와 같이, 각각의 벽 또는 리브 (328)는 직사각형 횡단 단면 형상 또는 프로파일 (402)을 가진다. 기타 실시예들에서, 하나 이상의 벽 또는 리브 (328)는 정사각형 횡단 단면 형상, 각형 횡단 단면 형상, 둥근 또는 원형 횡단 단면 형상, I-형 횡단 단면 형상 또는 강도 및/또는 충격인성 증가에 임의의 기타 적합한 횡단 단면 형상 또는 프로파일을 가질 수 있다.
도 5는 도 2 예시적 조절기의 부분확대도이다. 도 2 및 5를 참조하면, 도시된 실시예의 본네트 (206)는 몸체 (302) 제1단 (312)에 인접하게 배치되는 릴리프 (502)를 포함한다. 특히, 릴리프 (502)는 몸체 (302) 및 플랜지 (310) 사이 계단식 몸체부 (308)에 인접하게 공동 (304) 내부 표면 (504)에 형성된다. 더욱 상세하게는, 릴리프 (502)는 다이어프램 계면 (508)에 인접한 본네트 (302)의 상대적으로 높은 응력 영역 (506)을 따라 형성된다. 상대적으로 기밀한 금속-대-금속 밀폐를 형성하기 위하여 다이어프램 (214)을 본네트 (206) 및 밸브 몸체 (208) 사이에 조이므로 본네트 (206)에 상당한 토크 부하가 인가되어 때로는 이러한 영역 (506)에 상대적으로 높은 응력이 집중된다. 또한, 입구 압력 (예를들면 4500psi)이 출구 (212) 및 감지 챔버 (226)에 걸리는CGA 안전 시험에서, 본네트 (302) 영역 (506)에 상대적으로 높은 응력이 집중된다. 릴리프 (502)는 다이어프램 계면 (508)에 인접한 본네트 (206)의 상대적으로 높은 피-응력 영역 (506)을 따라 국부 응력에 영향을 주거나 더욱 균일하게 분산시킨다.
도시된 실시예의 릴리프 (502)는 원호 또는만곡 표면 (510)을 가진다. 예를들면, 릴리프 (502)는 반-원 단면 형상 또는 프로파일을 가진다. 도시된 실시예에서, 릴리프 (502)는 계단식 몸체부 (308)에 인접한 몸체 (302) 내부 표면 (332) 주위로 형성되는 환상 릴리프이다. 그러나, 기타 실시예들에서, 릴리프 (502)는 몸체 (302) 원주 일부 주위에 형성되고 및/또는 몸체 (302) 원주 주위에 간헐적으로 형성될 수 있다.
도시된 실시예에서, 릴리프 (502)는 주물로써 본네트 (206)와 일체로 형성된다. 따라서, 도시된 실시예의 릴리프 (502)는 본네트 (206) 표층에 형성되는“생주물” 반경이다. 그러나, 일부 실시예들에서, 릴리프 (502)는 기계가공 또는 임의의 기타 적합한 제조공정 (들)로 형성될 수 있다.
고장 상태에서, 다이어프램 플레이트 (230)는 산산 조각나고 붕괴되고 이에 따라 다이어프램 (214)이 훼손된다. 더욱 상세하게는, 다이어프램 플레이트 (230)는 작동 압력보다 상당히 더 높은 압력, 그러나 본네트 (206) 파손 가능 이하의 압력에서 파편화될 수 있다. 다이어프램 플레이트 (230)이 조각나면, 감지 챔버 (226) 내부 가압 유체는 공동 (304) 및 벤트 (320)를 통해 대기중으로 배출된다. 또한, 지지 구조체 (324)는 고장 조건에서 파손될 수 있는 내부 요소들 (예를들면, 스프링 (232))의 분출을 억제하고 방지할 수 있는 고강도 또는 충격인성을 제공한다. 즉, 지지 구조체 (324) 또는 웨빙 (326)은 몸체 (302) 제2단 (314)이 파손되거나 깨지는 것을 방지한다. 또한, 스프링 버튼 (238)은 연성 재료로 구성되어 고장 조건에서 몸체 (302) 제2단 (314)을 향해 분출될 수 있는 내부 요소들 (예를들면, 스프링 (232))에 대한 완충을 제공한다. 또한, 릴리프 (502)는 임의의 국부 응력을 분산시켜 영역 (506)에서 몸체 (302)가 파손되거나 깨지는 것을 막는다. 이러한 방식으로, 지지 구조체 (324) 및 릴리프 (502)는 본네트 (206)의 강도 및/또는 충격인성을 증가시켜 과압력 조건에서본네트 (206) 파괴 또는 붕괴를 방지한다.
본네트 기구 (206) 적용으로 상대적으로 저온 분야 (예를들면, -40oC 이하)에서 유체 조절기 (200) 사용이 가능하다. 특히, 유체 조절기 (200)는 고장 조건에서 감지 챔버 (226) 내부 압력이 급격히 상승되는 것을 대기중으로 안전하게 배출시키면서도 유체 조절기 (200)의 모든 내부 요소들을 본네트 (206) 몸체 (302) 내부에 잔류시킨다.
소정의 예시적 방법, 장치 및 제조물품이 본원에 기재되지만 본 특허가 포괄하고 있는 범위는 이에 국한되지 않는다. 이와는 반대로, 본 특허는 문헌적 또는 균등론적으로 공정하게 청구범위에 속하는 모든 방법, 장치 및 제조물품을 포괄하는 것이다.

Claims (20)

  1. 유체 조절기에 사용되는 본네트에 있어서,
    유체 조절기의 하중 조립체를 수용하는 공동을 가지는 몸체; 및
    몸체의 충격인성 또는 강도를 높이기 위하여 공동 내부에 배치되고 공동을 횡단 연장하는 지지 구조체로 구성되는, 본네트.
  2. 제1항에 있어서, 몸체는 공동의 길이방향 축과 동축 정렬되는 개구를 포함하고, 지지 구조체는 몸체 제1단에 인접하게 몸체 개구 및 공동 내부 표면 사이로 연장되는, 본네트.
  3. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 지지 구조체는 웨빙을 포함하는, 본네트.
  4. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 웨빙은 허브를 포함하고, 다수의 벽 또는 리브는 허부로부터 연장되고, 허브는 몸체 개구와 동축 정렬되는, 본네트.
  5. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 벽 또는 리브는 허브 및 공동 내부 표면 사이에 연장되는, 본네트.
  6. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 벽 또는 리브는 공동의 길이방향 축에 대하여 방사방향으로 이격되는, 본네트.
  7. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 몸체는 몸체 제2단에 인접한 공동 내부 표면 내부에 형성되는 릴리프를 추가로 포함하는, 본네트.
  8. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 릴리프는 반원 만곡 표면을 포함하는, 본네트.
  9. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 지지 구조체 및 릴리프는 주조에 의해 본네트 몸체와 일체로 형성되는, 본네트.
  10. 유체 조절기에 사용되는 본네트에 있어서,
    공동을 형성하고, 공동 개구에 인접하게 계단식 몸체부를 형성하는 몸체를 가지는 본네트; 및
    계단식 몸체부에 인접하게 공동 내부 표면에 형성되는 릴리프로 구성되는, 본네트.
  11. 제10항에 있어서, 릴리프는 다이어프램 계면에 인접하게 상대적으로 높은 피-응력 영역을 따라 국부 응력에 영향을 주는, 본네트.
  12. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 릴리프는 원호형 단면 형상을 가지는 환상 릴리프를 포함하는, 본네트.
  13. 유체 조절기에 있어서, 유체 조절기는 본네트, 다수의 지지 구조체 및 릴리프로 구성되며,
    본네트는 플랜지, 보스 및 플랜지와 보스를 연결하여 하중 조립체 수용 공동을 형성하는 몸체를 가지고, 플랜지는 몸체의 제1단에 인접하고 본네트를 유체 조절기의 밸브 몸체로 연결하고, 보스는 몸체의 제2단에 인접하고 하중 조립체의 조정요소를 수용하는 개구를 가지고;
    다수의 지지 구조체는 몸체의 제2단에 인접하게 공동 내부에 배치되어 지지 구조체는 허브 및 공동 내부 표면 사이에서 외향 연장되고;
    릴리프는 플랜지 및 몸체 사이 몸체의 제1단에 인접하게 공동 내부 표면 내부에 형성되는, 유체 조절기.
  14. 제13항에 있어서, 몸체 제2단은 하나 이상의 배출 개구를 포함하는, 유체 조절기.
  15. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 유체 조절기 고장 조건에서 유체 조절기의 감지 챔버를 공동을 통하여 배출 개구와 유체적으로 연결시키기 위하여 휘거나 파편화되는 다이어프램 지지 플레이트를 더욱 포함하는, 유체 조절기.
  16. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 지지 구조체는 공동의 길이방향 축 및 배출 개구들에 대하여 방사방향으로 이격되는, 유체 조절기.
  17. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 지지 구조체는 허브와 일체로 형성되는 제1단 및 공동 내측 표면과 일체로 형성되는 제2단을 가지는 방사방향으로 이격되는 다수의 리브를 포함하는 웨빙으로 구성되는, 유체 조절기.
  18. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 릴리프는 주조를 통하여 본네트와 일체로 형성되는 환상 만곡 표면으로 구성되는, 유체 조절기.
  19. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 만곡 표면은 반-원 단면 형상인, 유체 조절기.
  20. 유체 조절기에 있어서,
    본네트 공동 내부에 배치되고 본네트에 의해 형성되는 벽들 사이로 연장되는, 본네트 제1단에 인접한 본네트의 충격인성 또는 강도를 높이는 수단; 및
    몸체 공동에 형성되는, 본네트 제2단에 인접한 본네트 영역을 따라 국부 응력에 영향을 주는 수단으로 구성되는, 유체조절기.
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