KR20140017603A - 유체 조절기와 사용되는 교환가능한 밸브 장치 - Google Patents

유체 조절기와 사용되는 교환가능한 밸브 장치 Download PDF

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제이슨 데이비드 클리포드
토마스 윌리암 로건
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테스콤 코포레이션
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Abstract

유체 조절기에 사용되는 교환가능한 밸브 장치가 본원에 개시된다. 본원의 예시적 밸브 장치의 제1 결착구는 유체 조절기 입구 및 출구 사이 유체 유로에 착탈식 결합된다. 제1 결착구는 유동 제어 조립체 수용 제1 보어를 가지는 제1 하우징으로 구성되고 유체 조절기와 체결될 때 제1 결착구는 유체 유로 제1 오리피스를 형성하도록 제1 보어와 동축 정렬되는 제1 개구를 가진다. 또한 유체 조절기는 제1 결착구와 상이하고 교환가능하며, 유동 제어 조립체 수용 제2 보어를 가지는 제2 하우징으로 구성되는 제2 결착구를 포한한다. 유체 조절기와 결합될 때 제2 결착구는 유체 유로 제2 오리피스를 형성하도록 제2 보어와 동축 정렬되는 제2 개구를 가진다. 제1 결착구는 제1 유체 유동 특성을 제공하고 제2 결착구는 제1 유체 유동 특성과는 상이한 제2 유체 유동 특성을 제공한다.

Description

유체 조절기와 사용되는 교환가능한 밸브 장치{INTERCHANGEABLE VALVE APPARATUS FOR USE WITH FLUID REGULATORS}
일반적으로 본 특허는 유체 조절기, 더욱 상세하게는, 유체 조절기와 사용되는 교환가능한 밸브 장치에 관한 것이다.
통상 유체 조절기는 공정 제어시스템 전반에 분산 배치되어 다양한 유체 (예를들면, 액체, 기체, 기타 등) 압력을 조절한다. 전형적으로 유체 조절기는 유압을 실질적으로 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.
하류 압력 조절을 위하여, 통상 유체 조절기는 하류압력과 유체 연통되는 출구 압력을 감지하기 위한 감지 요소 또는 다이어프램을 포함한다. 밸브 장치는 유체 유로 내부에 배치되어 입구 및 출구 사이 오리피스를 통과하는 유체 흐름을 제어 또는 조절한다. 밸브 장치는 전형적으로 유체 유로 오리피스를 형성하고 시트 표면 또는 밸브 시트에 대하여 이동하는 유동 제어 부재를 포함한다. 소정의 오리피스 크기 또는 기하의 유체 조절기는 소정의 압력 강하에서 특정 또는 최대 유체 유량 또는 유속을 제공한다. (예를들면, 유체 유량 계수). 다른 유체 유량을 제공하기 위하여는, 때로 원하는 유체 유량을 제공하는 오리피스가 설정되도록 유동 제어 부재, 결착구 및/또는 밸브 시트가 교체되거나 변경되어야 한다. 일부 경우에서, 특정 오리피스로 원하는 유체 유속, 유량 또는 유량계수를 달성하기 위하여 다른 크기의 밸브 몸체 (예를들면, 다른 크기의 유체 유로)를 가지는 다른 유체 조절기가 필요하다.
일 실시예에서, 제1 결착구는 유체 조절기 입구 및 출구 사이 유체 유로에 착탈식 결합된다. 제1 결착구는 유동 제어 조립체 수용 제1 보어를 가지는 제1 하우징으로 구성되고 유체 조절기와 체결될 때 제1 결착구는 유체 유로 제1 오리피스를 형성하도록 제1 보어와 동축 정렬되는 제1 개구를 가진다. 또한 유체 조절기는 제1 결착구와 상이하고 교환가능하며, 유동 제어 조립체 수용 제2 보어를 가지는 제2 하우징으로 구성되는 제2 결착구를 포한한다. 유체 조절기와 결합될 때 제2 결착구는 유체 유로 제2 오리피스를 형성하도록 제2 보어와 동축 정렬되는 제2 개구를 가진다. 제1 결착구는 제1 유체 유동 특성을 제공하고 제2 결착구는 제1 유체 유동 특성과는 상이한 제2 유체 유동 특성을 제공한다.
다른 실시예에서, 유체 조절기는 유체 조절기 밸브 몸체에 착탈식 결합되고 밸브 몸체 입구 및 출구 사이 최소한 유체 유로 일부를 형성하는 밸브 카트리지를 포함한다. 밸브 카트리지는 유체 조절기에 사용되는 다수의 상이하고 교환가능한 결착구들을 포함하고, 각각의 결착구는 유체 조절기의 각각의 상이한 유체 유량을 형성하는 오리피스를 가진다. 밸브 카트리지는 다수의 결착구에서 선택되는 제1 결착구의 공동 내부에 배치되는 유동 제어 조립체 및 공동 내부에 유동 제어 조립체를 고정하기 위하여 제1 결착구 단부에 결합되는 막음 (sealing) 부재를 더욱 포함한다.
또 다른 실시예에서, 모듈화 밸브 장치는 가동성 유동 제어 부재를 수용하는 제1 공동 및 제1 밸브 시트를 형성하는 제1 어깨부를 가지는 제1 결착구를 포함한다. 제1 결착구가 유체 조절기에 결합될 때 제1 밸브 시트는 유체 조절기의 제1 유체 유량을 제공하는 제1 오리피스를 형성한다. 포핏은 제1 공동에 배치되고 제1 오리피스를 통해 유체 유동을 조절하기 위하여 제1 밸브 시트에 대하여 이동되고 실링은 제1 결착구 단부에 결합되어 제1 결착구의 제1 공동 내에 포핏을 보유한다. 밸브 장치는 제1 결착구와 다르고 교환가능한 제2 결착구를 더욱 포함하고, 제2 결착구는 가동성 유동 제어 부재를 수용하는 제2 공동 및 제2 밸브 시트를 형성하는 제2 어깨부를 가진다. 제2 결착구가 유체 조절기에 결합될 때 제2 밸브 시트는 제2 유체 유량을 제공하는 제2 오리피스를 형성하고, 이때 제1 유체 유량은 제2 유체 유량과는 다르다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
도 1A는 공지의 유체 조절기를 도시한 것이다.
도 2는 본원의 예시적 밸브 카트리지를 가지는 유체 조절기를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 예시적 밸브 카트리지를 도시한 것이다.
도 4는 본원의 다른 예시적 밸브 카트리지를 가지는 유체 조절기를 도시한 것이다.
도 5는 도 4의 예시적 밸브 카트리지를 도시한 것이다.
본원의 예시적 모듈형 밸브 장치 또는 밸브 카트리지에는, 유체 조절기에 결합되어 서로 다른 유체 유량을 제공할 수 있는 각각의 결착구들이 상호 교환적으로 적용된다. 특히, 유체 조절기에 사용되는 본원의 예시적 모듈형 밸브 장치는 다수의 상이하고 교환가능한 결착구들을 포함하고, 각각의 결착구는 유체 조절기의 소정의 압력강하에서 유체 조절기의 상이한 최대 유체 유량 또는 유속을 형성하는 오리피스를 가진다. 예를들면, 최대 유속은 유량계수 (Cv)와 연관되며, 이는 표준조건에서 유체 조절기 통과 유속을 분류하거나 예측하는데 적용된다. 예를들면, 유량계수 값은 미국 수치로는 오리피스 횡단 평방인치당 (psi) 1 파운드 압력강하가 있을 때 유체 조절기를 통과하는 60oF 물의 분당 갤론으로 정의된다.
본원의 밸브 카트리지에 의해 제공되는 교환 가능성으로 인하여, 유체 조절기가 더욱 다양한 유체 유량 특성 또는 유량을 제공하기 위하여 필요한 요소들의 총 개수는 줄어든다. 즉, 본원의 예시적 밸브 카트리지에서, 상이한 유체 유량 또는 유체 유량 특성을 제공하기 위하여 공지 밸브 장치 또는 유체 조절기에서 전형적으로 요구되었던 모든 가능한 조합의 밸브 시트, 밸브 몸체 및/또는 오리피스 구조를 제조하거나 재고로 가지고 있을 필요가 없다. 대신, 교환가능한 또는 교체가능한 결착구 요소만을 제작하여 보관하면 특정 분야에서 요청될 때 상이한 결착구가 적용될 수 있다.
즉, 동일한 유동 제어 조립체 요소들 또는 부품들을 사용하면서도 교환가능한 결착구가 적용되어 일련의 유량 특성을 제공할 수 있다. 예를들면, 각각의 결착구는 상이한 크기의 오리피스를 가지고 실질적으로 동일 밸브 장치 요소들을 사용하여 대략 0보다 약간 크고 0.50 사이의 유체 유량 계수와 관련된 유체 유량 특성을 제공한다. 예를들면, 제1 결착구는, 예를들면, 대략 0.06의 유량계수로 분류되는 유체 유량을 제공하는 오리피스를 가지고 제2 결착구는 예를들면, 대략 0.2의 유량계수로 분류되는 유체 유량을 제공하는 오리피스를 가진다. 추가로, 결착구는 실질적으로 유사한 유체 유동 조립체를 수용하도록 구성되고 유체 조절기의 유사한 밸브 몸체에 결합되도록 구성된다.
또한, 본원의 예시적 결착구는 더욱 크고 증가된 유체 유량을 제공하기 위한 크기의 오리피스로 인하여 높아진 유속을 유지하기 위하여 하나 이상의 유체 유로를 포함한다. 예를들면, 결착구의 플랜지는 유체 조절기 오리피스에 실질적으로 수직인 하나 이상의 유체 유로을 포함하여, 오리피스 및 유체 조절기 감지 챔버를 유체적으로 결합시킨다.
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) 간 유로를 형성하는 밸브 몸체 (102)를 포함한다. 하중 조립체 (110)는 본네트 (104) 내부에 배치되어 다이어프램 (112)에, 원하는 유체 출구 압력에 상응하는 하중을 제공한다. 다이어프램 (112)은 본네트 (104) 및 밸브 몸체 (102) 사이에 포획되어 다이어프램 (112) 및 밸브 몸체 (102)는 통로 (116)를 통해 출구 (108)와 유체 연통되는 감지 챔버 (114)를 형성한다.
유체 조절기 (100)는 이를 통과하는 유체의 흐름을 조절하는 밸브 장치 또는 조립체 (118)를 포함한다. 밸브 장치 (118)는 밸브 몸체 (102) 보어 (124) 내부에 배치되는 포핏 (120) 및 편향 요소 (122)를 포함한다. 또한 포핏 (120)은 다이어프램 (112) 및 포핏 (120)을 작동적으로 연결하는 스템 (126)을 포함한다. 밸브 시트 (128)는 보어 (124) 내부에 배치되고 보어 (124) 어깨부 (130)에 지지된다. 결착구 (132)는 i 밸브 몸체 (102) 보어 (124)와 나사 결합되어 밸브 시트 (128), 편향 요소 (122) 및 포핏 (120)을 밸브 몸체 (102) 보어 (124) 내부에 보유시킨다. 편향 요소 (122)는 결착구 (132) 및 밸브 시트 (128) 사이에 배치되어 밸브 시트 (128)를 향하여 포핏 (120)을 편향시킨다.
작동에 있어서, 다이어프램 (112) 대향 측들 간 압력차에 기초하여 다이어프램 (112)은 스템 (126)에 대하여 이동하여 포핏 (120)을 밸브 시트 (128)에 대하여 이동시킨다. 다이어프램 (112)은 스템 (126)에 대하여 이동하여 (예를들면, 체결하여) 포핏 (120)을 밸브 시트 (128)에 대하여 이동시켜 입구 (106) 및 출구 (108) 사이 유체 흐름을 제어하거나 조절한다. 가압 유체는 다이어프램 (112) 대향 측들의 힘이 균형을 이룰 때까지 입구 (106) 및 출구 (108) 사이에서 유동된다.
포핏 (120), 결착구 (132) 및 밸브 시트 (128)는 유체 조절기 (100)의 유체 유량, 특성, 또는 성능을 제공한다. 특히, 밸브 시트 (128)는 개구 (134)를 포함하고 결착구는 개구 (136)를 포함하고 이들은 유체 조절기 (100) 유체 유로의 유체 오리피스 (138)를 형성한다. 오리피스 (138)는 유체 조절기 (100) 유체 유량을 형성 또는 제어한다. 예를들면, 오리피스 (138)는 유체 유량 계수 0.06에 상당하는 유체 유량을 제공한다.
결착구 (132) 개구 (136)는 밸브 시트 (128) 개구 (134)와 동축 정렬되고 밸브 시트 (128) 개구 (134)와 실질적으로 유사한 크기이므로 결착구 (132)가 밸브 몸체 (102)에 결합될 때 결착구 (132) 몸체부 (140)는 밸브 시트 (128)를 지지한다. 밸브 시트 (128) 개구 (134)보다 더 큰 개구를 가지는 결착구 (132)로는 밸브 시트 (128)를 적절하게 지지할 수 없다.
따라서, 다른 유체 유량 또는 특성을 제공하기 위하여는, 상이한 밸브 시트 및/또는 결착구가 요구된다. 예를들면, 유체 조절기 (100) 결착구 (132) 및 밸브 시트 (128)는 다른 크기의 개구를 가지는 다른 밸브 시트 및 결착구로 교체될 수 있다. 예를들면, 더 큰 유체 유량을 제공하기 위하여, 밸브 시트 (128) 및 결착구 (132)의 개구들 크기는 밸브 시트 (128) 및 결착구 (132) 각각의 개구들 (134, 136)보다 더 커야한다. 그러나, 유체 조절기 (100)의 유체 유로 (예를들면, 보어 (124))는 더욱 많은 유체 유량을 허용하는 오리피스에 의해 제공되는 유체 유동 성능 또는 유량과 관련하여 유체 유속을 처리 또는 유지하기에는 불충분하다 (예를들면, 크기가 너무 작다). 따라서, 원하는 유체 특성(들)을 달성하기 위하여 더 큰 유체 유로 (예를들면, 더 큰 보어 (124))를 가지는 다른 밸브 몸체가 필요하다. 그 결과, 유체 조절기의 더욱 다양한 유체 흐름 성능 또는 유량을 제공하기 위하여 더 많은 개수의 요소들이 필요하고, 이에 따라 제조 및 재고비용이 높아진다.
도 2는 본원의 밸브 카트리지 또는 밸브 장치(202)를 가지는 예시적 유체 조절기 (200)를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 예시적 유체 조절기 (200)는 조절기 몸체 (204)를 가지고, 이는 하부 몸체부 또는 밸브 몸체 (208)와 결합되는 (예를들면, 나사 결합) 상부 몸체부 또는 본네트 (206)를 가진다. 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 포획되어 다이어프램 (214) 제1 측 (216) 및 본네트 (206)은 하중 조립체 (220)를 수용하는 하중 챔버 (218)를 형성한다. 다이어프램 (214) 제2 측 (222) 및 밸브 몸체 (208) 내부 표면 (224)는 감지 챔버 (226)를 형성한다. 감지 챔버 (226)는 통로 (228)를 통하여 출구 (212)에 유체적으로 결합되어 출구 (212) 유체 압력을 감지한다.
하중 조립체 (220)는 다이어프램 플레이트 또는 지지 플레이트 (230)를 통하여 다이어프램 (214)과 작동적으로 연결되고 다이어프램 (214)에 기준 힘 또는 하중 (예를들면, 예비-설정력)을 제공한다. 본 실시예에서, 하중 조립체 (220)는 하중 챔버 (218) 내부에 배치되고 다이어프램 플레이트 (230)를 통해 다이어프램 (214)에 하중을 제공하는 편향 요소 (232) (예를들면, 스프링)를 포함한다. 편향 요소 (232)는 다이어프램 플레이트 (230) 및 스프링 버튼 (234) 사이에 놓이고, 버튼은 나사 (238)를 통해 스프링 조정기 (236)에 작동적으로 연결된다. 스프링 조정기 (236)는 스프링 버튼 (234)을 통해 편향 요소 (232)를 이동시켜 다이어프램 (214) 제1 측 (216)에 가해지는 예비설정력 또는 하중 정도를 조정한다(예를들면, 증가 또는 감소). 예를들면, 스프링 조정기 (236)를 제1 방향 (예를들면, 시계방향) 또는 제2 방향 (예를들면, 반시계방향)으로 돌려 편향 요소 (232) 압축 정도를 변경시키고 (예를들면, 편향 요소 (232) 압축 또는 해제), 따라서, 다이어프램 (214) 제1 측 (216)에 가해지는 하중이 변경된다.
입구 (210) 및 출구 (212) 사이 유체 흐름을 제어 또는 조절하기 위하여, 유체 조절기 (200)는 밸브 장치 또는 밸브 카트리지 (202)를 이용한다. 도시된 실시예의 밸브 장치 (202)는 밸브 몸체 (208) 보어 또는 개구 (242) (예를들면, 나사식 개구) 내부에 배치되고 입구 (210)와 유체적으로 결합되는 입구 챔버 (244)를 형성한다. 밸브 장치(202)는 다이어프램 (214)과 작동적으로 연결되어 다이어프램 (214) 측들 (216, 222) 사이 압력차에 따라 다이어프램 (214)은 밸브 장치(202)를 유로를 통한 유체 유동을 허용하는 개방위치 및 유로를 통한 유체 유동을 제한하는 폐쇄위치 사이로 이동시킨다.
도 3은 도 2의 밸브 장치 (202) 확대도이다. 도시된 실시예의 밸브 장치 (202)는 밸브 몸체 (208)에 착탈식 결합되는부조립체이다. 밸브 장치 (202)는 교환가능한 또는 교체가능한 하우징 또는 결착구 (302), 유동 제어 조립체 (304) 및 막음 부재 또는 필터 (306)를 포함한다.
도시된 실시예의 결착구 (302)는 밸브 장치 (202)를 유체 조절기 (200) 밸브 몸체 (208) 개구 (242)에 나사 결합시키는 나사부 (308)를 가지는 원통형의 몸체이다. 결착구 (302)는 공동 또는 보어 (310)를 포함하여 밸브 장치 (202)가 밸브 몸체 (208)에 결합될 때 최소한 부분적으로 유체 조절기 (200) 유체 유로를 형성한다. 결착구 (302) 및 보어 (310)는 어깨부 (312)를 형성하고, 여기에 보어 (310)와 동축 정렬되는 개구 (314)가 형성되어 결착구 (302)가 밸브 몸체 (208)와 결합될 때 유체 조절기 (200) 유체 오리피스 (316)를 형성한다. 특히, 오리피스 (316)는 유체 조절기 (200)의 특정 또는 최대 유체 유량 또는 유체 흐름 특성을 제공한다. 예를들면, 오리피스 (316)는 유량계수가 대략 0.06에 해당하는 최대 유체 유량을 제공할 수 있는 직경 또는 크기를 가진다.
도시된 실시예에서, 어깨부 (312)는 유체 유로 밸브 시트 (318)를 형성한다. 또한, 결착구 (302)는 플랜지 (320)를 포함하고, 이는 밸브 시트 (318) 출구 (326)와 유체 연통되는 제1 부 또는 입구 (324) 및 감지 챔버 (226) (도 2)와 유체 연통되는 제2 부 또는 출구 (328)를 가지는 유체 유로 (322)를 포함한다. 유체 유로 (322)는 오리피스 (316)에 의해 제공되는 유체 유량 (또는 유체 유량 계수)와 관련된 유체 유속을 유지한다. 도시된 실시예의 유체 유로 (322)는 개구 (314) 및/또는 보어 (310)에 실질적으로 수직이고 밸브 시트 (318)의 하류이다. 추가로, 플랜지 (320) 상부 표면 (321)은 하나 이상의 개구 (미도시)을 포함하여 감지 챔버 (226)와 유체 유동이 허용된다. 또 다른 실시예들에서, 상부 표면 (321)이 제거될 수 있다. 도시된 바와 같이, 결착구 (302)는 T-형상의 단면 형상 또는 프로파일을 가진다. 그러나, 기타 실시예들에서, 결착구 (302)는 임의의 적합한 단면 형상 또는 프로파일일 수 있다.
유동 제어 조립체 (304)는 보어 (310) 내부에 배치되어 입구 (210) 및 출구 (212) 사이 오리피스 (316)를 통과하는 유체 흐름을 조절한다. 특히, 결착구 (302) (예를들면, 보어 (310) 및 어깨부 (312))는 유동 제어 조립체 계면을 형성한다. 본 실시예에서, 유동 제어 조립체 (304)는 가동성 포핏 (330) 및 편향 요소 (332) (예를들면, 스프링)을 포함한다. 포핏 (330)은 결착구 (302) 보어 (310)에 배치되어 어깨부 (312) 또는 결착구 (302) 밸브 시트 (318)에 대하여 이동된다. 포핏 (330)은 밸브 시트 (318)에 의해 제공되는 시트 표면 (336)에 놓이는 실링 표면 (334)을 포함한다. 특히, 포핏 (330) 실링 표면 (334) 및 밸브 시트 (318) 시트 표면 (336)은 경사 형상 또는 프로파일을 가지므로 밸브 장치 (202)가 도 3에 도시된 바와 같이 폐쇄위치에 있을 때 실링 표면 (334) 일부 (337)는 밸브 시트 (318)를 기밀하게 체결하여 실질적으로 오리피스 (316)를 통한 유체 유동이 제한 또는 방지된다. 본 실시예에서, 포핏 (330) 실링 표면 (334) 형상 또는 프로파일는 밸브 시트 (318) 시트 표면 (336) 형상 또는 프로파일에 상보적이다.
포핏 결착구 (338)는 포핏 (330)과 결합되어 포핏 (330)을 고정시킨다. 도시되지 않지만, 포핏 결착구 (338) 베이스 (339)는 정사각 형상의 단면을 가지므로 베이스 (339) 바깥 모서리들 (미도시)는 보어 (310) 내부 표면 (441)에서 떨어져 입구 (210) 및 밸브 시트 (314) 간 유체 유동이 허용된다. 즉, 포핏 결착구 (338)는 보어 (310)를 통한 밸브 시트 (314)로의 유체 유동에 영향을 주지 않는다. 편향 요소 (332)는 포핏 결착구 (338) 어깨부 (340) 및 스프링 시트 (342) 사이 보어 (310) 내부에 배치되어 밸브 시트 (318)를 향하여 포핏 (330)을 편향시킨다. 커넥터 스템 또는 푸쉬 로드 (344)는 포핏 (330)과 결합되어 포핏 (330)을 다이어프램 (214) (도 2)과 작동적으로 연결한다. 커넥터 스템의 단부 (346)는 플랜지 (320) 상부 표면 (321) 개구 (348)로 안내된다 (예를들면, 내부로 활주).
본 실시예에서, 밸브 장치 (202)는 결착구 (302)와 결합되는 필터 (306) (예를들면, 소결 금속 또는 스크린)를 더욱 포함한다. 필터 (306)는 입구 챔버 (244) (도 2) 내부에 배치되어 유체 유로 중 불순물 (예를들면, 파편, 오염물, 기타 등)이 흐르는 것을 여과 또는 방지한다. 본 실시예에서, 결착구 (302) 단부 (350)는 탭, 클립 또는 핑거 (352)를 포함하여 필터 (306)확장부 (354)를 수용한다. 더욱 상세하게는, 필터 (306)는 결착구 (302) 단부 (350)와 압착, 압입, 스탭-맞춤, 억지끼워맞춤, 기타 등으로 결합된다. 따라서, 유체 유로 중 불순물을 여과할 뿐 아니라, 필터 (306)는 유동 제어 조립체 (304)를 결착구 (302) 보어 (310) 내부로 보유 또는 유지한다. 기타 실시예들에서, 필터는 보어 (310) 내부에 배치되고 캡이 결착구 (302) 단부 (350)에 결합되어 유동 제어 조립체 (304)를 보어 (310) 내부로 유지시킨다.
감지 챔버 (226) 및 입구 챔버 (244) 사이 실링을 제공하기 위하여, 밸브 장치 (202)는 실링 (356)을 포함한다. 실링 (356) (예를들면, O-링)은 밸브 장치 (202) 결착구 (302) 및 유체 조절기 (200) 밸브 몸체 (208) 사이에 배치된다. 또한, 실링 (356)은 감지 챔버 (226) 및 결착구 (302) 나사부 (308) 사이에 배치되어 나사부 (308) 및 유체 유로 사이로 감지 챔버 (226)를 통한 불순물 유동을 방지한다.
작동에 있어서, 도 2 및 3을 참조하면, 예시적 유체 조절기 (200)는, 입구 (210)를 통하여 예를들면, 상대적으로 고압 유체 (예를들면, 기체)를 제공하는 상류 압력원과 유체적으로 결합되고 출구 (212)를 통하여, 예를들면, 저압 하류 장치 또는 시스템과 유체적으로 결합된다. 유체 조절기 (200)는 유체 조절기 (200)를 흐르는 유체 출구 압력을 가동 하중 조립체 (220)에 의해 제공되는 예비설정 하중에 상당하는 원하는 압력으로 조절한다.
원하는 출구 압력을 달성하기 위하여, 스프링 조정기 (236)를 돌려 (예를들면, 시계방향 또는 반시계방향) 편향 요소 (232)에 의해 다이어프램 (214) 제1 측 (216)에 가해지는 하중을 높이거나 낮춘다. 편향 요소 (232)에 의해 제공되는 하중은 원하는 출구 압력에 상당하도록 조정된다. 설정된 기준 압력에서, 감지 챔버 (226)는 통로 (228)를 통해 출구 (212) 가압 유체 압력을 감지하고, 감지 챔버 (226) 압력 변화에 응답하여 다이어프램 (214)을 이동시킨다.
예를들면, 하류 요구량이 줄어들면, 출구 (212) 유체 압력이 높아진다. 감지 챔버 (226) 내부 가압 유체 압력이 증가하므로, 유체 압력은 다이어프램 (214) 제2 측 (222)을 압박하여 다이어프램 (214) 및 편향 요소 (232)를 직선 운동으로 스템 커넥터 (344)로부터 멀어지도록 이동시킨다. 이번에는, 밸브 장치 (202) 편향 요소 (332)는 밸브 시트 (318)를 향하여 포핏 (330)을 이동시켜 입구 (210) 및 출구 (212) 사이 유체 유동을 제한한다. 포핏 (330) 실링 표면 (334) 일부 (337)는 밸브 시트 (318) 시트 표면 (336)과 밀폐적으로 체결하여 도 3에 도시된 바와 같이 유체 조절기 (200) 오리피스 (316)를 통한 유체 유동을 제한하거나 방지한다.
하류 요구량이 커지면, 출구 (212) 압력이 낮아진다. 감지 챔버 (226) 내부 가압 유체 압력이 편향 요소 (232)에 의해 다이어프램 (214) 제1 측 (216)에 가해지는 기준 압력 또는 힘보다 작으므로, 다이어프램 (214)은 밸브 몸체 (208)를 향하여 이동되거나 휘거나 굽혀진다. 이번에는, 지지 플레이트 (230)는 포핏 (330)의 스템 커넥터 (344)과 체결되어 포핏 (330)을 밸브 시트 (318)로부터 멀어지도록 이동시켜 입구 (210) 및 출구 (212) 사이 유체 유동이 허용된다. 포핏 (330)이 밸브 시트 (318)로부터 가장 멀리 떨어질 때 (예를들면, 개방위치에서), 오리피스 (316)로 인하여 최대 유체 유량 또는 유체 유속이 허용되거나 실현된다.
상기된 바와 같이, 오리피스 (316)는 유체 조절기 (200)의 최대 유체 유량 또는 최대 유속을 가능하게 한다. 예를들면, 상기된 바와 같이 표준조건에서 최대 유속은 유체 조절기 (200)를 통과하는 유량을 분류하거나 예측하는데 적용되는 유량계수 (Cv)와 연관된다. 작동에 있어서, 예시적 오리피스 (316)는 유체 유량 계수가 대략 0.06와 관련되거나 특정되는 유량을 제공하는 크기이다. 또한, 유체 유로 (322)는 작동 중 오리피스 (316)에 허용되는 최대 유체 유속을 유지할 수 있는 크기이다.
도 4는 본원의 밸브 장치 (402)를 가지는 예시적 유체 조절기 (400)를 도시한 것이다. 도 2 및 3에서 상기된 유체 조절기 (200) 및/또는 밸브 장치 (202)의 요소들과 실질적으로 유사하거나 동일하고 이들 요소와 실질적으로 유사하거나 동일한 유체 조절기 (400) 및/또는 밸브 장치 (402) 의 요소들은 재차 상세하게 하기되지 않는다. 대신, 상기 해당되는 설명을 참조한다.
도 2 및 3의 밸브 장치 (202)와 유사하게, 밸브 장치 (402)는 밸브 몸체 (208)에 착탈식 결합되고 입구 (210) 및 출구 (212) 사이 최소한 유체 유로 일부를 형성하는 부조립체이다. 밸브 장치 (402)가 결합된 유체 조절기 (400)는 도 2 및 3의 결착구 (302)에 의해 제공되는 유체 조절기 (200)의 유체 유동 성능, 특성 또는 유량과는 다른 유체 유동 성능, 특성 또는 유량을 제공한다. 예를들면, 밸브 장치 (402)는 유체 조절기 (400)와 결합될 때 유량계수가 대략 0.2와 관련되거나 분류되는 유체 유량 또는 유속을 제공한다. 이와는 달리, 밸브 장치 (202)는 도 2유체 조절기 (200)와 결합될 때 유량계수가 대략 0.06인 유체 유량 또는 유속을 제공한다.
도 5는 도 4 예시적 밸브 장치 (402)의 확대도이다. 도 4 및 5를 참조하면, 밸브 장치 (402)는 교환가능한 또는 교체가능한 하우징 또는 결착구 (502), 유동 제어 조립체 (304) 및 필터 (306)를 포함한다. 도시된 실시예의 결착구 (502)는 도 2 및 3의 밸브 장치 (202) 결착구 (302)과 실질적으로 유사하다. 특히, 결착구 (502)는 도 2 및 3의 밸브 장치 (202) 결착구 (302)로 교환가능하거나 교체가능하다. 예를들면, 결착구 (502)는 도 2 및 3 결착구 (302)로 교체되거나 교환되어 다른 유체 유량 또는 유속의 유체 조절기 (400)를 제공한다.
도시된 실시예의 결착구 (502)는 원통형 몸체를 가지고, 이는 밸브 장치 (402)를 유체 조절기 (400) 밸브 몸체 (208) 개구 (242)에 결합시키는 나사부 (504)를 가진다. 결착구 (502)는 공동 또는 보어 (506)를 포함하여 밸브 장치 (402)가 밸브 몸체 (208)에 결합될 때 최소한 부분적으로 유체 조절기 (400) 유체 유로를 형성한다. 결착구 (502) 및 보어 (506)는 어깨부 (508)를 형성하고, 이는 유체 조절기 (400) 유체 유로 유체 오리피스 (512)를 형성하는 보어 (506)와 동축 정렬되는 개구 (510)를 가진다. 특히, 오리피스 (512)는 유체 조절기 (400)의 유체 유량 또는 유체 흐름 특성을 형성한다. 예를들면, 오리피스 (512)는 유량계수가 대략 0.2에 해당하는 유량을 제공할 수 있는 직경 또는 크기를 가진다. 따라서, 결착구 (502) 오리피스 (512)는 도 2 및 3 결착구 (302) 오리피스 (316)보다 크다. 결착구 (502) 어깨부 (508)는 유체 조절기 (400) 유체 유로의 밸브 시트 (514)를 형성한다.
또한, 오리피스 (512)에 의해 제공되는 유체 유량 또는 특성과 관련된 유체 유속을 유지하기 위하여, 결착구 (502)는 유체 유로 (518)를 가지는 플랜지 (516)를 포함한다. 도시된 실시예의 유체 유로 (518)는 개구 (510) 및/또는 보어 (506)에 실질적으로 수직이고 밸브 시트 (514) 하류에 위치한다. 특히, 유체 유로 (518)는 오리피스 (512)에 의해 제공되는 유체 유량과 관련된 유체 유속을 유지하기 위하여 감지 챔버 (226)로 흐르는 더욱 다량의 유체를 허용하거나 유지한다. 예를들면, 오리피스 (512)에 의해 제공되는 유체 유속을 유지하기 위하여, 유체 유로 (518)는 플랜지 (516) 축 (520) 주위로 방사방향 이격되는다수의 유체 유로를 포함한다. 도시된 바와 같이, 유체 유로 (518)는 밸브 시트 (514) 하류에 제2 유체 유로 (524)에 인접한 제1 유체 유로 (522)를 포함한다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 유체 유로 (522, 524)는 교차 유로를 제공한다. 즉, 제1 유체 유로 (522)는 제2 유체 유로 (524)에 실질적으로 수직이다. 제1 및 제2 유체 유로 (522, 524)는 밸브 시트 (514) 출구 (526) 및 감지 챔버 (226)와 유체적으로 결합된다. 도시된 바와 같이, 결착구 (502)는 T-형상의 단면 형상 또는 프로파일을 가진다. 그러나, 기타 실시예들에서, 결착구 (502)는 임의의 기타 적합한 단면 형상 또는 프로파일을 가질 수 있다.
조립 과정에서, 유동 제어 조립체 (304)는 보어 (506) 내부에 배치된다. 더욱 상세하게는, 결착구 (502) (예를들면, 보어 (506) 및 어깨부 (508))는 유동 제어 조립체 (304)를 수용하는 일반 유동 제어 조립체 계면을 형성한다. 특히, 포핏 (330), 편향 요소 (332), 포핏 결착구 (338), 스템 커넥터 (344) 및 스프링 시트 (342)가 결착구 (502) 보어 (506) 내부에 배치된다. 필터 (306)는 필터 (306) 확장부 (354)를 수용할 수 있는 탭, 클립 또는 핑거 (530)를 포함하는 결착구 (502) 단부 (528)와 결합한다. 감지 챔버 (226) 및 입구 챔버 (244) 사이 실링을 제공하기 위하여, 밸브 장치 (402)는 나사부 (504) 및 플랜지 (516) 사이에 배치되는 실링 (356) (예를들면, O-링)을 포함한다.
작동에 있어서, 포핏 (330)은 결착구 (502)의 어깨부 (508) 또는 밸브 시트 (514)에 대하여 이동한다. 포핏 (330) 실링 표면 (334)은 밸브 시트 (514) 시트 표면 (532)과 체결된다. 본 실시예에서, 포핏 (330) 실링 표면 (334)은 시트 표면 (532) 프로파일 또는 형상 (예를들면, 경사 프로파일) 에 상보적인 프로파일 또는 형상 (예를들면, 경사 프로파일)을 가진다. 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 오리피스 (512)를 통한 유체 유동을 실질적으로 제한하거나 방지하는 폐쇄위치에 포핏 (330)이 있을 때 포핏 (330) 실링 표면 (334) 일부 (534)는 밸브 시트 (514) 시트 표면 (532)과 체결된다. 도 2 및 3 밸브 장치 (202)와는 달리, 포핏 (330)은 실링 표면 (334) 일부 (534)를 따라 밸브 시트 (514)와 체결된다. 결착구 (502) 오리피스 (512) 크기가 결착구 (302) 오리피스 (316) 크기보다 더 크므로 밸브 시트 (514)와 체결되는 실링 표면 (334) 일부 (534)는 도 2 및 3 밸브 장치 (202) 밸브 시트 (318)와 체결되는 실링 표면 (334) 일부 (337)와는 다르다. 따라서, 예시적 결착구 (502)는 결착구 (예를들면, 결착구 (302))만을 교체함으로써 다른 유체 특성의 유체 조절기 (400)를 제공한다. 본 실시예에서, 포핏 (330)은 원추 또는 경사 프로파일을 가지므로 더 큰 크기의 오리피스 예컨대 오리피스 (512)는 포핏 (330)의 베이스 (536)와 밀폐되고 더 큰 오리피스 (512)는 오리피스 (512)를 통한 더 많은 유체 유동을 허용하고, 더 작은 오리피스 예컨대 오리피스 (316)는 포핏 (330) 단부 (538)를 향하여 밀폐되고 더 작은 크기의 오리피스 (316)는 오리피스 (316)를 통해 상대적으로 적은 유체 유동을 허용한다.
따라서, 도 1 유체 조절기 (100)와는 달리, 도 2 및 3의 밸브 장치 (202) 결착구 (302)는 도 4 및 5의 밸브 장치 (402) 결착구 (502)로 교환되거나 교체되어 각 유체 조절기 (200, 400)의 유체 유량을 변경시키거나 영향을 준다. 또한, 결착구 (302, 502)는 하나 이상의 유체 유로를 포함하여 유체 조절기 오리피스에 의해 제공되는 유체 유속율 유지한다. 이러한 방식으로, 더 큰 유체 유로를 가지는 상이한 밸브 몸체 (예를들면, 밸브 몸체 (208))는 필요하지 않다.
또한, 밸브 장치 (402)는 도 2 유체 조절기 (200) 밸브 장치 (202)로 교환되어 유량계수가 0.2인 유체 조절기 (200) 유체 유량 또는 유체 특성을 제공할 수 있다. 비슷하게, 유체 조절기 (400) 밸브 장치 (402)는 도 2 밸브 장치 (202)로 교환되어 유량계수가 0.06인 유체 조절기 (400)의 유체 유량 또는 유체 특성을 제공할 수 있다. 특히, 유체 조절기 유체 유량을 변경 또는 영향을 주기 위하여 결착구 (302, 502)만을 교환 또는 교체시킨다. 따라서, 결착구 (302)는 결착구 (502)로 교체되어 유량계수 0.2인 유체 조절기 (200) 유체 유량을 형성하고, 결착구 (502)는 결착구 (302)로 교체되어 유량계수 0.06인 유체 조절기 (400) 유체 유량을 형성한다. 즉, 결착구 (302, 502)가 각각의 오리피스 (316, 512)를 형성하므로, 결착구 (302, 502) 만을 교체 또는 교환하여 유체 조절기 유체 유량 또는 성능을 변화시키거나 영향을 준다. 그 결과, 본원의 밸브장치는 제조 및 제고비용이 크게 낮아진다
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.
100: 유체 조절기
104: 본네트
106: 입구
108: 출구
110: 하중 조립체
112: 다이어프램
114: 감지 챔버
116: 통로
118: 밸브 장치
120: 포핏
122: 편향 요소
124: 보어
126: 스템
128: 밸브 시트
132: 결착구
134: 개구
140: 몸체부

Claims (20)

  1. 유체 조절기와 사용되는 밸브 장치에 있어서, 제1 결착구 및 제2 결착구를 포함하고,
    제1 결착구는 유체 조절기 입구 및 출구 사이 유체 유로에 착탈식 결합되고, 유동 제어 조립체 수용 제1 보어를 가지는 제1 하우징으로 구성되고, 유체 조절기와 체결될 때 제1 결착구는 유체 유로 제1 오리피스를 형성하도록 제1 보어와 동축 정렬되는 제1 개구를 가지고;
    제2 결착구는 제1 결착구와 상이하고 교환가능하며, 유동 제어 조립체 수용 제2 보어를 가지는 제2 하우징으로 구성되고, 유체 조절기와 결합될 때 제2 결착구는 유체 유로 제2 오리피스를 형성하도록 제2 보어와 동축 정렬되는 제2 개구를 가지고, 제1 결착구는 제1 유체 유동 특성을 제공하고 제2 결착구는 제1 유체 유동 특성과는 상이한 제2 유체 유동 특성을 제공하는, 밸브 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1 결착구는 제1 오리피스에 실질적으로 수직이고 제1 결착구가 유체 조절기에 결합될 때 유체 조절기 감지 챔버와 유체 연통되는 제1 유체 유로를 포함하는, 밸브 장치.
  3. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 제2 결착구는 제2 오리피스에 실질적으로 수직이고 제2 결착구가 유체 조절기에 결합될 때 모두 유체 조절기 감지 챔버와 유체 연통되는 제2 유체 유로 및 제3 유체 유로를 포함하는, 밸브 장치.
  4. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 제3 유체 유로는 제2 유체 유로에 실질적으로 수직인, 밸브 장치.
  5. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 제1 결착구는 대략 0.06의 유체 유량 계수를 제공하고 제2 결착구는 대략 0.2의 유체 유량 계수를 제공하는, 밸브 장치.
  6. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 유동 제어 조립체를 더욱 포함하고, 유동 제어 조립체는 포핏, 편향 요소, 및 스프링 시트로 구성되는, 밸브 장치.
  7. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 제1 결착구와 결합될 때 포핏은 제1 실링 표면의 제1 일부를 따라 제1 개구와 체결되고, 2 결착구와 결합될 때 포핏은 제2 실링 표면의 제2 일부를 따라 제2 개구와 체결되고, 제1 일부은 제2 일부와는 다른, 밸브 장치.
  8. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 제1 결착구 또는 제2 결착구 내부에 유동 제어 조립체를 고정시키기 위한 막음 부재를 더욱 포함하는, 밸브 장치.
  9. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 막음 부재는 유동 제어 조립체를 각각 제1 결착구 또는 제2 결착구 내부에 고정시키기 위하여 제1 결착구 단부 또는 제2 결착구 단부와 결합하는 필터로 구성되는, 밸브 장치.
  10. 밸브 장치에 있어서,
    유체 조절기 밸브 몸체에 착탈식 결합되고 밸브 몸체 입구 및 출구 사이 최소한 유체 유로 일부를 형성하는 밸브 카트리지를 포함하고, 밸브 카트리지는,
    유체 조절기에 사용되는 상이하고 교환가능하고, 각각은 유체 조절기의 각각의 상이한 유체 유량을 형성하는 오리피스를 가지는 다수의 결착구들;
    다수의 결착구에서 선택되는 제1 결착구의 공동 내부에 배치되는 유동 제어 조립체; 및
    공동 내부에 유동 제어 조립체를 고정하기 위하여 제1 결착구 단부에 결합되는 막음 부재를 포함하는, 밸브 장치.
  11. 제10항에 있어서, 제1 결착구는 T-형상의 단면 형상을 가지는 몸체로 구성되는, 밸브 장치.
  12. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 각각의 결착구는 오리피스에 실질적으로 수직인 유체 유로를 포함하는, 밸브 장치.
  13. 밸브 장치에 있어서,
    가동성 유동 제어 부재를 수용하는 제1 공동 및 제1 밸브 시트를 형성하는 제1 어깨부를 가지고, 유체 조절기에 결합될 때 제1 밸브 시트는 유체 조절기의 제1 유체 유량을 제공하는 제1 오리피스를 형성하는 제1 결착구;
    제1 공동에 배치되고 제1 오리피스를 통해 유체 유동을 조절하기 위하여 제1 밸브 시트에 대하여 가동성인 포핏;
    제1 결착구 단부에 결합되어 제1 결착구의 제1 공동 내에 포핏을 보유하는 실링; 및
    제1 결착구와 다르고 교환가능한 제2 결착구를 더욱 포함하고, 제2 결착구는 가동성 유동 제어 부재를 수용하는 제2 공동 및 제2 밸브 시트를 형성하는 제2 어깨부를 가지고, 제2 결착구가 유체 조절기에 결합될 때 제2 밸브 시트는 제2 유체 유량을 제공하는 제2 오리피스를 형성하고, 이때 제1 유체 유량은 제2 유체 유량과는 다른, 밸브 장치.
  14. 제13항에 있어서, 제1 결착구는 T-형상 단면의 형상을 가지는 몸체로 구성되는, 모듈형 밸브 장치.
  15. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 제1 결착구는 필터를 수용하기 위하여 몸체 단부에 인접하게 클립을 포함하는, 모듈형 밸브 장치.
  16. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 제1 결착구는 제1 유량을 유지하기 위한 제1 유체 유로를 포함하고 제2 결착구는 제1 유량과는 다른 제2 유량을 유지하기 위한 제2 유체유로를 포함하는, 모듈형 밸브 장치.
  17. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 제1 유체 유로는 제1 오리피스에 실질적으로 수직이고 제1 밸브 시트의 하류인, 모듈형 밸브 장치.
  18. 선행 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 제2 결착구의 제2 유체 유로는 제2 밸브 시트 하류의 유체 교차 유로를 포함하는, 모듈형 밸브 장치.
  19. 유체 조절기에 사용되는 밸브 카트리지 결합방법에 있어서,
    밸브 카트리지 제1 결착구에서 유동 제어 부재를 분리하는 단계;
    제1 결착구에 의해 제공되는 제1 유체 유량과는 다른 제2 유체 유량을 형성하는 제2 오리피스를 가지는 제2 결착구를 다수의 결착구들에서 선택하는 단계; 및
    유동 제어 조립체를 제2 결착구의 유동 제어 조립체 계면에 결합하는 단계로 구성되는, 밸브 카트리지 결합방법.
  20. 제19항에 있어서, 제2 결착구를 가지는 밸브 카트리지를 유체 조절기에 결합하는 단계를 더욱 포함하는, 밸브 카트리지 결합방법.
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