KR20140120325A

KR20140120325A - 감압기

Info

Publication number: KR20140120325A
Application number: KR1020147021826A
Authority: KR
Inventors: 윌리암 브이. 피츠제럴드
Original assignee: 피셔콘트롤스인터내쇼날엘엘씨
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-10-13
Also published as: JP2015513049A; AU2013217122B2; JP6144284B2; EP2812616A1; US8978706B2; CN103244747B; CA2862716C; NO20140920A1; BR112014018361A8; AR089905A1; WO2013119722A9; MX2014009550A; AU2013217122A1; CN103244747A; RU2014133699A; CA2862716A1; EP2812616B1; US20130199649A1; CN203309329U; BR112014018361A2

Abstract

감압기들이 개시되며, 이들 감압기들은 몇몇 실시예들에서, 어떠한 이동 부분들 없이 스팀 또는 물과 같은 프로세스 유체의 흐름에 대한 가변적인 내성을 제공하기 위해 가압된 파이프 라인에서 사용하기 위해 설계된다. 감압기들은 긴 외부 셀과, 외부 셀로부터 방사상 안쪽으로 이격된 내부 슬리브를 갖는다. 외부 셀은 개방 단부 및 개방 단부에 마주보는 단부 벽을 갖는 외부 고리형 벽에 의해 한정된다. 내부 슬리브 및 외부 셀은 개방 단부 근처에 연결된다. 내부 슬리브는 외부 셀에 의해 한정된 공동으로 연장하는 통로를 한정하고, 단부 벽으로부터 이격되는 출구를 갖는다. 외부 고리형 벽 및 단부 벽은 그를 통해 연장하는 복수의 흐름 구멍들에 의해 관통되고, 슬리브는 바람직하게 관통되지 않는다.

Description

감압기{PRESSURE REDUCER}

본 개시는 가압된 프로세스 라인들에 사용하는데 적합한 감압기들(pressure reducers)에 관한 것으로, 특히 감압기를 통해 가변 흐름이 있는 응용들에 사용하는데 유용한 감압기들에 관한 것이다.

감압기들은 많은 다양한 이유들로 인해 제어된 방식으로 파이프, 밸브, 또는 방출 출구에서의 압력을 소실시키기 위해 산업 플랜트들, 석유 화학 정제소들, 화학 처리 라인들 등에서의 프로세스 파이프 라인들과 같은 가압된 유체 흐름 라인들에 사용된다. 감압기의 하나의 공통적인 사용은 고압 스팀 라인에서와 같이 가압된 라인으로부터 대기로의 출구점에 있다. 이러한 경우에, 감압기는 스팀이 고압으로 주변 대기로 직접 배출되는 것을 피하는데 종종 사용되며, 이러한 스팀의 직접 배출은 라인과 주변 대기 사이의 급속한 압력 강하로 인해 제어되지 않는 경우 바람직하지 않은 잡음을 발생시킬 수 있다.

감압기는 밸브 또는 다른 동작점으로부터 하류에 있는 파이프 라인에서의 제약만큼 간단할 수 있다. 파이프 라인에서의 하류의 제약들은 잡음 및 진동들을 감소시킬 수 있는 가압된 스팀 라인과 같은 고압 파이프 라인 또는 제어 밸브에 추가 압력 강하를 추가하는데 사용될 수 있는 비교적 저렴한 디바이스들이다. 공교롭게도, 확산기들과 같은 고정된 제약들은 하나의 응용 상태(즉, 단일 유량 및 압력 강하)에서 원하는 압력 강하를 생성하기 위해 종종 단지 효율적인데, 이는 확산기의 흐름 계수(Cv)가 고정되기 때문이다. 지금까지, 상이한 흐름 상태들에 대해 Cv를 변경시키려는 임의의 노력은 예를 들어 플러그들 및 스프링들과 같은 이동 부분들을 추가함으로써 복잡도 및 비용의 추가를 요구하였다.

하나의 예시적인 응용에서, 고압 스팀 라인으로부터의 압력 완화 출구는 라인 내에 존재하는 것보다 실질적으로 더 낮은 압력 및 온도를 주변 대기로 방출하기 위해 스팀을 조절하고 라인으로부터의 스팀의 배출을 제어하도록 하는 조절 밸브(conditioning valve)를 종종 구비한다. 그러한 응용들에서, 또한 휘파람 소리 또는 치찰음과 같은 과도한 잡음을 감소시키기거나 또는 실질적으로 제거하는 것이 종종 바람직하다.

도 1은 릴리프 밸브(20)로부터 밸브 출구(18)를 커버하는 단부 벽(16) 및 원통형 측벽(14)을 갖는 캐니스터(canister)의 형태인 감압기(12)를 포함하는 고압 스팀 방출을 위한 하나의 알려진 조절 밸브(10)를 도시한다. 단부 벽(16)은 고체이고, 작은 구멍들(22)은 측벽(14)을 통해 배치되고, 이것은 스팀으로부터 에너지를 소실시키고, 감압기(12)의 하류측(24) 상에서 스팀의 압력을 감소시키는 기능을 한다. 감압기(12)는 슈라우드(26, shoroud)에 의해 둘러싸이고, 이 슈라우드는 감소된 압력 스팀이 주변 대기로 방출되기 전에 냉각 섹션(cooling section)(28)을 통해 감소된-압력 스팀을 안내한다. 이러한 유형의 감압기는, 작은 구멍들을 통해 비교적 일정하거나 설정된 유량이 있는 응용들에서 가장 효율적이다. 하지만, 감압기(12)는 일반적으로 효율적인 사용에 있어서 하나의 응용 상태에 한정되는데, 이는 감압기가 스팀이 흐를 수 있는 애퍼처들(apertures)의 영역의 정적 설계로 인해 한정된 범위의 유량들 이상으로 사전 선택된 압력을 단지 유지시키기 때문이다.

도 2에 도시된 다른 알려진 조절 밸브(30)는 밸브를 통과하는 스팀의 흐름의 부피율에 따라 작은 구멍들(22)을 더 많거나 더 적게 노출시키기 위해 측벽(14)을 따라 이동가능한 감압기(12) 내부에 플러그(32)를 추가함으로써 흐름 부피에 대한 전술한 한계를 극복한다. 연동 장치(linkage)(34)는 플러그(32)를 밸브 스템(36)에 연결시켜, 플러그(32)는 메인 밸브 플러그(38)의 개방 또는 차단과 병행하여 개방 및/또는 차단한다. 이러한 배치에서, 플러그(32)는 인 밸브 플러그(38)의 이동에 반응하여 낮은 흐름 부피들에서 더 많은 작은 구멍들(22)을 커버하고, 더 높은 흐름 부피들에서 더 많은 작은 구멍들(22)을 노출시키도록 자동으로 조정된다. 그러므로, 비교적 일정한 압력 강하는 흐름 부피들의 더 큰 범위에 걸쳐 감압기(12) 양단에 유지될 수 있다. 이것이 감압기의 유효 동작 범위를 증가시키는데 효율적인 설계이지만, 이동 부분들의 추가는 조절 밸브(30)의 설계, 설치 및 유지 보수에 대해 상이한 도전들을 제공한다.

본 발명자는 다음의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 가변 프로세스 흐름 이용들에 이용하기 위해 감압기들에 대한 위에서 식별된 한계들 중 적어도 몇몇을 극복하도록 시도하였다. 물론, 다른 이용들, 이익들 및 장점들은 또한 또는 대안적으로 본 명세서에 기재된 장치로부터 실현될 수 있다.

하나의 양상에 따라, 가압된 파이프라인을 위한 감압기는 외부 셀(shell) 및 고리형 슬리브를 포함한다. 외부 셀은 고리형 측벽 및 단부 벽을 갖는다. 고리형 측벽은 내부 공간, 제 1 단부 및 제 2 단부를 한정한다. 제 1 단부는 내부 공간으로의 개구부(opening)를 한정하고, 단부 벽은 제 2 단부를 가로질러 배치된다. 고리형 측벽은 제 1 단부로부터 제 2 단부로의 제 1 길이를 갖는다. 고리형 슬리브는 고리형 측벽의 제 1 단부로부터 내부 공간으로 연장하고, 고리형 측벽의 제 1 단부에 연결된 입구, 내부 공간 내에 배치되고 단부 벽으로부터 이격된(spaced) 출구, 및 입구로부터 출구로 연장하는 통로를 갖는다. 고리형 슬리브는 제 1 길이보다 작은 제 2 길이로 내부 공간으로 연장한다. 고리형 갭(annular gap)은 고리형 슬리브를 둘러싸고, 고리형 측벽과 고리형 슬리브 사이에 배치된다. 제 2 갭은 고리형 슬리브의 출구와 단부 벽 사이에 배치된다. 단부 벽을 통해 애퍼처들의 제 1 세트가 있고, 고리형 측벽을 통해 애퍼처들의 제 2 세트가 있다. 애퍼처들의 제 2 세트의 적어도 제 1 애퍼처는 제 2 길이를 따라 고리형 슬리브에 마주보게 위치된다.

다른 양상에 따라, 가압된 파이프라인을 위한 밸브 조립체는 밸브와, 밸브 출구에 동작가능하게 연결된 감압기를 포함한다. 밸브는 밸브 입구로부터 밸브 출구로 연장하는 통로를 한정하는 바디(body)와, 통로를 선택적으로 개방 및/또는 차단하도록 적응된 흐름 제어 부재를 갖는다. 감압기는 외부 셀 및 고리형 슬리브를 포함한다. 외부 셀은 내부 공간 및 단부 벽을 한정하는 고리형 측벽을 갖는다. 고리형 측벽은 제 1 단부, 제 2 단부, 및 제 1 단부로부터 제 2 단부로의 제 1 길이를 갖는다. 제 1 단부는 밸브 출구로부터 유체를 수용하기 위해 밸브 출구에 동작가능하게 연결된 내부 공간으로의 개구부를 한정하고, 단부 벽은 제 2 단부를 가로질러 배치된다. 고리형 슬리브는 고리형 측벽의 제 1 단부로부터 내부 공간으로 연장하고, 고리형 측벽의 제 1 단부에 연결된 입구와, 단부 벽으로부터 이격된 출구를 갖는다. 출구는 고리형 측벽의 제 1 단부로부터 제 2 거리로 내부 공간으로 연장하고, 여기서 제 2 거리는 제 1 거리보다 작다. 고리형 측벽과 고리형 슬리브 사이에 고리형 갭이 있고, 고리형 슬리브의 출구와 외부 셀의 단부 벽 사이에 축방향 갭(axial gap)이 있다. 또한 단부 벽을 통해 애퍼처들의 제 1 세트가 있고, 측벽을 통해 애퍼처들의 제 2 세트가 있다. 애퍼처들의 제 2 세트 중 적어도 제 1 애퍼처는 제 2 길이를 따라 고리형 슬리브에 마주보게 배치된다.

다른 양상들 및 장점들은 다음의 상세한 설명을 고려하여 명백해질 것이다.

도 1은 스팀 프로세스 파이프 라인에 사용하기 위해 조절 밸브에서 종래 기술의 감압기의 부분 단면을 도시한 측면도.
도 2는 스팀 프로세스 파이프 라인에 사용하기 위해 조절 밸브에서 다른 종래 기술의 감압기의 부분 단면을 도시한 측면도.
도 3은 본 발명의 원리들에 따른 감압기를 갖는 밸브 조립체의 부분 단면을 도시한 측면도.
도 4는 도 3의 감압기의 세부적인 단면도.
도 5는 파이프 라인에서 독립형 사용에 적응된 감압기의 단면도.
도 6 내지 도 8은 밸브 조립체 또는 파이프 라인에 사용하는데 적합한 본 발명에 따른 대안적인 설계들을 갖는 감압기들의 단면도.

몇몇 배치들에서, 본 명세서에 개시된 감압기들은 바람직하게 어떠한 이동 부분들 없이, 스팀 또는 물과 같은 프로세스 유체의 흐름에 대한 가변적인 내성을 제공하기 위해 가압된 파이프 라인에 사용하기 위해 설계된다. 감압기들은 흐름 통로들의 개수를 변화시키기 위해 고유 흐름 동력학을 이용하도록 설계되고, 이들 흐름 통로들을 통해 프로세스 유체가 흐를 것이고, 이것은 몇몇 경우들에서, 비교적 넓은 범위의 유량들(flow rates)에 걸쳐 감압기 양단에 일정한 압력 강하를 유지할 수 있다. 따라서, 감압기의 정적 구성에 기초하여, 흐름은 더 낮은 유량으로 더 적은 흐름 통로들을 통해 흐를 것이고, 더 높은 유량으로 더 많은 흐름 통로들을 통해 흐를 것이고, 이를 통해 유량에서의 변화에 반응하여 감압기의 Cv를 효율적으로 변화시킨다.

바람직한 설계들에서, 감압기들은 2개의 단부들을 갖는 외부 주변 벽에 의해 한정된 긴(elongate) 외부 셀을 갖고, 일단부는 상류측 상 및 하류측 상의 타단부를 가로질러 배치된 단부 벽 상에서 개방된다. 라이너(liner) 또는 슬리브는 외부 주변 벽으로부너 방사상 안쪽으로 이격된 외부 셀 내부에 배치된다. 슬리브는 개방 단부 근처의 외부 주변 벽에 연결되고, 개방 단부로부터 단부 벽으로부터 이격되는 출구로 연장한다. 슬리브는 외부 셀의 개방 단부를 통해 외부 셀에 의해 한정된 공동(cavity)으로 연장하는 관통 보어(through bore)를 한정한다. 외부 주변 벽 및 단부 벽은 그를 통해 연장하는 복수의 흐름 구멍들에 의해 관통된다. 슬리브의 고리형 벽은 바람직하게 관통되지 않는데, 즉 슬리브는 고체 고리형 벽 또는 튜브로 형성되고, 바람직하게 슬리브와 외부 주변 벽 사이의 연결의 상류측 상에서 외부 주변 벽을 통과하는 흐름 구멍들이 없다.

낮은 유량들에서, 또는 감압기의 최소 유효 흐름 용량에서, 대부분의 유체가 확산기의 단부 벽을 통과하는 흐름 구멍들을 통해 직접 흐르고, 슬리브가 슬리브에 마주보는 외부 주변 벽에서의 흐름 구멍들을 통하는 흐름을 막는다는 것이 예상된다. 하지만, 유량이 증가함에 따라, 단부 벽에서의 구멍들은 용량에 도달하고, 유체는 슬리브의 외부면을 따라 상류로 다시 이동하여 슬리브에 마주보는 구멍들을 통해 흐르도록 강제된다. 유량이 계속해서 증가함에 따라, 흐름 구멍들은 슬리브 출구로부터 슬리브의 상부쪽으로의 용량에 연속적으로 도달하고, 흐름은, 모든 흐름 구멍들이 감압기의 최대 유효 흐름 용량에서의 용량에 도달할 때까지 슬리브에 마주보는 외부 주변 벽을 따라 반대 방향으로 흐르게 된다. 유체 흐름은 최대 유효 흐름 용량으로부터 최소 유효 흐름 용량으로의 감소에 비례하여 다시 역전된다. 따라서, 감압기는, Cv가 유량에 따라 변하기 때문에 흐름 구멍들의 용량을 변경시키기 위해 어떠한 이동 기계적 부분들을 요구하지 않고도 비교적 일정한 단계적(staged) 압력 강하를 동시에 제공하면서, 시스템 용량을 효율적으로 추가한다.

이제 도면들을 다시 참조하면, 도 3 내지 도 4는 제 1 양상에 따른 감압기(40)를 도시한다. 감압기(40)는 고압 파이프 라인과 같은 가압된 파이프 라인, 또는 도면들에 도시된 바와 같이, 스팀 조절 밸브(42), 또는 하나의 대기 또는 일반적인 주변 환경의 대기압보다 더 큰 압력을 갖는 파이프 라인을 따라 다른 응용들 및 위치들에서 사용하는데 적합하다. 도 4에서 구체적으로 가장 잘 알 수 있듯이, 감압기(40)는 외부 셀(44)을 포함하고, 외부 셀(44)은 바람직하게 내부 공간(48), 제 1 단부(50) 및 제 2 단부(52)를 한정하는 고리형 측벽(46)을 갖는 원통형 캐니스터의 형태를 갖는다. 제 1 단부(50)는 내부 공간으로의 개구부(54)를 한정하고, 단부 벽(56)은 고리형 측벽(46)의 제 2 단부를 가로질러 배치된다. 고리형 측벽은 제 1 단부(50)로부터 제 2 단부(52)로 연장하는 제 1 길이(L1)를 갖는다.

감압기(40)는 또한 고리형 측벽(46)의 제 1 단부(50)로부터 내부 공간(48)으로 연장하는 내부 고리형 슬리브(58)를 갖는다. 고리형 슬리브(58)는 입구(62), 출구(64), 및 입구(62)로부터 출구(64)로 연장하는 관통 보어와 같은 통로(63)를 한정하는 긴 원통형 바디를 갖는다. 입구(62)는 바람직하게 일반적으로 개구부(54)와 동일 공간에 걸쳐 있고(coextensive), 고리형 슬리브(58)는 바람직하게 입구(62)에 인접한 고리형 측벽(46)의 제 1 단부(50)에 연결된다. 도시된 배치에서, 플랜지(60)는 입구(62)에서 원통형 바디로부터 방사상 바깥쪽으로 연장하고, 예를 들어 용접들, 패스너들, 및/또는 접착제에 의해 제 1 단부(50)에서 고리형 벽(64)의 내부 표면 또는 상부 에지에 부착된다. (위, 아래, 왼쪽, 오른쪽 등과 같은 모든 방향의 기준들은 편리함을 위해 도면들을 참조하고, 한정들로서 의도되지 않는다.) 하지만, 내부 고리형 슬리브(58)는 고리형 슬리브(58)를 빠져나가는 것과 달리 임의의 경로에서 유체가 외부 셀(44)로 들어가는 것을 방지하는 방식으로 고리형 슬리브(58)의 입구(62)로 유체의 흐름을 향하게 할 정도로 충분한 임의의 배치에서 외부 셀(44)의 내부 공간(48) 내의 위치에 고정될 수 있다. 출구(64)는 통로의 축을 따라 입구(62)와 마주보고, 단부 벽(56)으로부터 이격된다. 고리형 슬리브(58)는 제 1 길이(L1)보다 작은 제 1 단부(50)로부터의 제 2 길이(L2)를 가지고 외부 셀(44)의 내부 공간(48)으로 연장하여, 이를 통해 출구(64)와 단부 벽(56) 사이의 단부 갭(67)을 형성하고, 이러한 단부 갭(67)은 통로(63)의 축을 따라 출구(64)로부터 단부 벽(56)으로 연장하는 축방향 거리(G1)를 가질 수 있다. 고리형 슬리브(58)는 또한 고리형 측벽(46)으로부터 방사상 안쪽으로 이격되어, 이를 통해 고리형 측벽(46)과 고리형 슬리브(58) 사이의 고리형 슬리브(88)를 둘러싸는 고리형 갭(65)을 형성한다. 고리형 갭(65)은 바람직하게, 유체가 고리형 슬리브(58)와 고리형 측벽(46) 사이의 고리형 갭(65)에서의 출구(64)로부터 고리형 측벽(46)의 제 1 단부(50)쪽으로 이동하도록 할 정도로 충분한 고리형 측벽(46)과 고리형 슬리브(58) 사이의 적어도 방사상 거리(G2)를 갖는다. 아래에 구체적으로 설명되는 바와 같이, 방사상 거리(G2)는 길이(L2)를 따라 일정할 수 있거나, 또는 방사상 거리(G2)는 길이(L2)를 따라 변할 수 있다.

외부 셀(44)은 단부 벽(56)을 통과하는 애퍼처들(66a) 또는 관통 구멍들의 제 1 세트 및 고리형 측벽(46)을 통과하는 애퍼처들(66b)의 제 2 세트를 가지고 관통된다. 단부 벽(56)을 통과하는 적어도 하나, 바람직하게 복수의 애퍼처들(66a)은 고리형 슬리브(58)의 개구부(64)에 마주보게 축방향으로 정렬된다. 더욱이, 고리형 측벽(46)을 관통하는 적어도 하나, 바람직하게 복수의 애퍼처들(66b)은 고리형 슬리브(58)에 방사상 마주보게 길이(L2)를 따라 배치된다. 바람직하게, 애퍼처들(66b)은 출구(64)로부터의 상이한 거리들에서 길이(L2)를 따라 고리형 슬리브(58)에 방사상 마주보는 고리형 측벽(46)을 통해 위치된다. 일실시예에서, 애퍼처들(66b)은 제 2 단부(52)로부터 제 1 단부(50)로 길이 또는 고리형 측벽(46)을 따라 축방향으로 이격된 원주 방향 행들에 배치된다; 하지만, 애퍼처들(66a, 66b)은 다른 어레이들 또는 임의의 어레이들로 배치될 수 있으며, 바람직하게 고리형 슬리브(58)와 마주보는 고리형 측벽(46)을 따라 출구(64)로부터 축방향으로 상이한 거리들에 배치되는 여러 개의 애퍼처들이 있다.

바람직하게, 고리형 측벽(46) 및 고리형 슬리브(58)는 외부 셀(44)을 통과하기 전에 유체가 출구(64)를 통과하도록 배치된다. 고리형 슬리브(58)는 관통되지 않는 것이 바람직한데, 즉 전체 길이를 따라 고체이다. 더욱이, 고리형 슬리브(58)의 고리형 측벽(46)으로의 연결의 상류로 연장하는 고리형 측벽(46)의 임의의 부분은 또한 고리형 슬리브(58)를 통과하기 전에 유체가 고리형 측벽(46)을 통과하는 것을 방지하기 위해 관통되지 않는다.

도 3 내지 도 4에 도시된 감압기(40)는 바람직하게 원형 단면을 갖고, 원형 원통형 외부 셀(44), 원형 원통형 고리형 슬리브(58)를 형성하고, 고리형 슬리브(58)는 길이 방향 축(68)을 따라 고리형 측벽(46)과 동축이다. 이 실시예에서, 고리형 슬리브(58)는 고리형 측벽(46)과 평행하다. 하지만, 이후에 본 명세서에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 다른 형태들이 본 개시에 따른 감압기(40)에 사용될 수 있다. 또한 도 4에서 가장 잘 알 수 있듯이, 단부 벽(56)은 단부 벽(56)의 평평한 표면과 고리형 측벽(46)의 원통형 표면 사이의 완만한 곡률 또는 둥근 코너를 가지고 축(68)에 직교인 일반적으로 평평한 형태를 갖는다.

동작시, 가압된 유체(70)가 밸브 입구(72) 및 밸브(42)를 통해 흐를 때, 밸브 플러그(74)는, 흐르지 않는 완전히 차단된 위치로부터 밸브(42)를 통해 밸브 출구(76) 밖으로 완전히 흐르는 완전히 개방된 위치로 가변적인 유량을 허용할 수 있다. 고리형 측벽(46)의 제 1 단부(50)는 밸브 출구(76)에 부착되어, 밸브를 빠져나가는 스팀과 같은 가압된 유체는 개구부(54) 및 입구(62)를 통해 그리고 감압기(40)를 통해 반드시 향하게 된다. 이론에 의해 구속되지 않지만, 낮은 유량에서, 가압된 유체는 고리형 슬리브(58)를 통해 출구(64) 밖으로 흐르고, 그리고 고리형 벽(46)을 따라 애퍼처들(66b)의 제 2 세트의 임의의 것 밖으로 다시 흐르는 임의의 상당한 양의 유체 없이도 외부 셀(44)의 단부 벽(56)을 통과하는 애퍼처들(66a)의 제 1 세트를 통해 직접 흐른다고 여겨진다. 유량이 증가하고 애퍼처들(66a)의 제 1 세트가 흐름 용량에 도달할 때, 과도한 가압된 유체는 고리형 슬리브(58)와 고리형 측벽(46) 사이의 고리형 갭(65)을 따라 제 1 단부(50)쪽으로 반대 또는 역방향의 흐름으로 이동할 것이고, 점차 고리형 측벽(46)을 통과하는 애퍼처들(66b)을 통해 흐를 것이다. 감압기(40)에 대한 유량이 계속해서 증가함에 따라, 과도한 가압된 유체는, 외부 셀(44)을 통과하는 모든 애퍼처들(66b)이 용량에 도달할 때까지 출구(64)로부터 고리형 갭(65)을 따라 제 1 단부(50)쪽으로 점점 더 이동할 것이다. 그 후에, 감압기(40)를 통과하는 유량이 감소함에 따라, 가압된 유체의 흐름은 또한 고리형 갭(65)을 따라 아래로 다시 후퇴하여, 유체가 실질적으로 애퍼처들(66a)만을 통해 다시 흐를 때까지, 유체는 처음으로부터 가장 멀리 이격된 애퍼처들(66b)을 통해 흐르는 것을 중단하고, 그런 후에 유체는 다음으로 가장 먼 애퍼처를 통해 흐르는 것을 중단하는 것 등이 이루어진다.

도 3에 도시된 밸브 조립체는 조절 밸브(42)이다; 하지만, 감압기(40)는 동일하게 다른 밸브 조립체들과 함께 사용될 수 있다. 조절 밸브(42)는 밸브 입구(72)로부터 밸브 출구(76)로 연장하는 유체 흐름 통로(80)를 한정하는 밸브 바디(78)를 포함한다. 플러그(74)와 같은 흐름 제어 부재는 임의의 충분한 방식으로 유체 흐름 통로(80)를 선택적으로 개방 및/또는 차단하도록 적응된다. 조절 밸브(42)는 바람직하게 또한 감압기(40)의 말단 단부를 둘러싸고 이러한 말단 단부를 지나 연장하는 냉각 쉬라우드(shroud)(82)를 포함한다. 조절 밸브(42)는 또한 바람직하게 하나 이상의 스프레이 물 매니폴드들(84)을 포함하는데, 이러한 하나 이상의 스프레이 물 매니폴드들(84)은 냉각 쉬라우드(82)로 연장하고, 감압기(40)와 유체 왕래하는(fluid communication with) 냉각 쉬라우드 내부의 공동으로 물을 연무 상태로 스프레이하도록 배치된다. 따라서, 예를 들어 스팀이 조절 밸브(42) 및 감압기(40)를 통과할 때, 스팀은 후속적으로 냉각 쉬라우드(82)를 통과할 것이고, 방출 개구부(86) 밖으로 방출되기 전에 스프레이 물 매니폴드들(84)로부터 물의 연무에 의해 냉각될 것이다.

이제 다시 도 5를 참조하면, 감압기(40)는 밸브로부터 멀리 떨어진 파이프 라인(90)을 따라 사용하기 위해 적응되게 도시된다. 이러한 환경에서, 감압기(40)는 중앙 흐름 구멍(94)을 갖는 플랜지(92)에 고정된다. 플랜지(92)는 종래 기술에서 잘 이해된 방식으로 마주보는 파이프 섹션 플랜지들(96a, 96b) 사이에 고정되도록 적응된다. 흐름 구멍(94)은 내부 고리형 슬리브(58)의 입구(62)와 정렬되고, 파이프 라인의 상류측으로부터의 가압된 유체 흐름이 흐름 구멍(94)을 통해, 내부 고리형 슬리브(58)를 통해 출구(64) 밖으로 흐르고, 그로부터, 이전에 기재된 방식으로 애퍼처들(66a, 66b)을 통해 감압기(40)의 하류측으로 흐르도록 배치된다. 감압기(40)의 다른 부분들은 전술한 것들과 실질적으로 동일하고, 간결함을 위해 본 명세서에서 반복되지 않을 것이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 예시적인 이용 환경들 중 어느 하나에서, 감압기(40)를 둘러싸는 파이프 섹션(90) 및/또는 쉬라우드(82)는, 애퍼처들(66a, 66b)을 통해 흐르는 유체가 그 사이의 고리형 공간 또는 갭을 통해 하류 상에서 이동하도록 할 정도로 충분한 고리형 갭을 제공하는 거리로 고리형 측벽(46)으로부터 방사상 바깥쪽으로 이격된다.

도 6은 감압기(40a)의 약간 변형된 설계를 도시한다. 감압기(40a)는, 고리형 슬리브(58)가 입구(62)에 인접한 제 1 거리(d1)로 고리형 측벽(46)으로부터 방사상 이격되고 출구(64)에서 제 1 거리(d2)보다 더 큰 제 2 거리(d2)로 이격되도록, 내부 고리형 슬리브(58)가 적어도 테이퍼링된(tapered) 외부 고리형 표면(100)을 갖는다는 점을 제외하고, 감압기(40)와 실질적으로 유사하다. 따라서, 이러한 배치에서, 고리형 슬리브(58)와 고리형 측벽(46) 사이에 한정된 고리형 갭(65)은, 유체가 출구(64)로부터 역방향으로 고리형 측벽(46)의 제 1 단부(50)쪽으로 다시 이동할 때 점점 더 좁아지게 되게 테이퍼링된다. 도 6의 우측 절반에 도시된 바와 같이, 테이퍼링된 고리형 갭(65)은 슬리브의 내부 직경 뿐 아니라 슬리브의 외부 직경도 또한 테이퍼링되도록 원뿔형 형태의 고리형 슬리브(58)와 함께 형성될 수 있다; 하지만, 다른 형태들도 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 좌측에 도시된 바와 같이, 슬리브(58)는, 슬리브의 내부 직경이 슬리브의 길이를 따라 실질적으로 일정하고 외부 직경이 연속적으로 변화하도록 하는 단면 형태를 가질 수 있다.

이제 다시 도 7을 참조하면, 다른 감압기(40b)는 내부 공간(48), 제 1 단부(50) 및 제 2 단부(52)를 한정하는 고리형 측벽(46)을 갖는 외부 셀(44), 및 관통되지 않고 제 1 단부(50)로부터 내부 공간(48)으로 연장하고 고리형 측벽(46)으로부터 방사상 안쪽으로 이격된 내부 고리형 슬리브(58)를 포함한다. 이 모든 것은 전술한 감압기(40)와 실질적으로 유사하다. 하지만, 감압기(40)와의 차이점은, 감압기(40b)가 고리형 측벽(46)의 제 2 단부(52)를 가로질러 배치된 단부 벽(56b)을 포함하고, 여기서 단부 벽(56b)이 또한 고리형 측벽(46)의 반경에 대응하는 단일 반경(r)을 갖는 반구 형태라는 점이다. 복수의 애퍼처들(66a, 66b)은 감압기(40)에서와 유사하게 단부 벽(56b) 및 고리형 측벽(46)에서의 외부 셀(44)을 통해 한정된다. 감압기(40b)는 감압기(40)에 관해 본 명세서에 기재된 것과 실질적으로 동일한 방식으로 기능을 한다.

이제 도 8을 다시 참조하면, 감압기(40c)에 대한 추가 변경이 개시되며, 여기서 고리형 슬리브(58)와 고리형 측벽(46) 사이의 고리형 갭(65)은 고리형 슬리브(58)의 외부 표면보다는 고리형 측벽(46)을 테이퍼링함으로써 슬리브(58)의 출구(64)에서의 가장 넓은 지점으로부터 측벽의 제 1 단부(50)에 인접한 가장 좁은 지점으로 테이퍼링된다. 더욱이, 단부 벽(56b)은 도 7의 감압기(40b)와 유사하게 반경(r)을 갖는 반구의 형태이다. 이러한 변경에서, 고리형 측벽(46)은 바람직하게 제 1 단부(50)에서 길이 방향 축(68)으로부터의 제 1 반경(r1)과 제 2 단부(52)에서의 제 2 반경(r2)을 갖는 절단된 원뿔형(frustoconical) 섹션의 형태를 갖고, 여기서 반경(r2)은 반경(r1)보다 크다. 감압기(40c)는 또한 고리형 측벽(46) 및 단부 벽(56c) 모두에서 외부 셀(44)을 통해 배치된 복수의 애퍼처들(66a, 66b)을 포함한다. 감압기(40c)는 감압기(40)에 대해 본 명세서에서 이전에 기재된 것과 유사한 기능을 한다. 각 감압기(40a) 및 감압기(40c)는 출구(64)에 인접한 더 넓은 치수로부터 고리형 측벽(46)의 제 1 단부(50)에 근접한 더 좁은 치수로 이어지는 테이퍼링된 고리형 갭(65)을 갖고, 이러한 테이퍼링된 고리형 갭은 감압기들의 흐름 계수(Cv)에서의 변경 및 유체 동력학들에 영향을 준다.

상세한 도면들에 관해 설명된 외부 셀(44) 및 내부 고리형 슬리브(58)의 예시적인 형태들은 본 개시의 원리들 내에서 많은 상이한 방식들로 변형될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 감압기들이 일반적으로 단일 축을 따라 축 방향으로 정렬되고 원형 원통형 또는 원형 원뿔형 형태를 갖는 것과 같이 단면에서 실질적으로 원형이지만, 본 개시는 그러한 형태들 및 규칙적인 기하학적 구조들(geometries)에 한정되지 않는다. 따라서, 예를 들어, 본 개시의 일반적인 원리들에 따른 감압기는 외부 셀과 동축이 아닌 내부 고리형 슬리브를 가질 수 있거나, 감압기는 타원형, 정사각형, 또는 다른 다각형과 같은 비-원형 단면 형태를 가질 수 있고, 다른 비-규칙적인 기하학적 구조의 형태들도 또한 본 개시의 일반적인 원리들 내에 있다.

본 명세서에 개시된 감압기들은 적절한 용접 또는 종래 기술에 알려진 다른 연결 메커니즘들로 조립될 수 있는 강철 또는 스테인리스 스틸과 같은 임의의 적합한 물질로 만들어질 수 있다. 애퍼처들은 드릴링(drilling) 또는 주조(casting)에 의해서와 같이 임의의 편리한 방식으로 형성될 수 있다. 본 명세서에 개시된 감압기들은 임의의 편리한 크기일 수 있고, 특정 응용에 따라 상이한 치수들을 가질 수 있다. 본 명세서에 개시된 감압기들에 대한 하나의 예상된 응용은 산업 파이프 라인 응용들에 있고, 크기 조절(sizing)에서의 치수들은 그러한 파이프 라인들 및 밸브들에 사용하기 위해 적절히 적응된다.

이론에 의해 구속되지 않고도, 종래의 알려진 감압기들과 달리, 몇몇 배치들에서, 본 명세서에 개시된 감압기들이 가변 유효 제약 영역을 제공할 수 있고, 이러한 가변 유효 제약 영역을 통해 가압된 유체가 임의의 이동 부분들의 이용 없이도 감압기를 통하는 흐름의 부피에 따라 흐를 것임이 생각된다. 따라서, 이론에 의해 구속되지 않고도, 몇몇 배치들에서, 감압기들의 유효 Cv가 어떠한 이동 부분들도 요구하지 않고도, 감압기들을 통해 유체 동력학들에만 의존하여 유체 흐름에서의 변동들에 응답하여 변할 수 있다는 것이 추가로 생각된다.

본 명세서에 개시된 감압기들은 스팀 조절과 같은 응용들에 대한 가변 하류 제약으로서 특히 매우 적합하고, 여기서 여러 개의 상이한 동작 상태들을 커버하는 하류 제약을 갖는 것이 바람직하다. 하지만, 감압기들은 또한 일정한 동작 상태를 갖는 파이프 라인들에 사용될 수 있다.

감압기들에 대한 다수의 변형들은 이전 설명을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 이 설명은 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하고, 당업자가 본 발명을 제작하고 이용하도록 하고, 이와 동일한 것을 수행하는 최상의 모드를 가르치도록 하는 목적을 위해 제공된다. 첨부된 청구 범위들 내에 있는 모든 변형들에 대한 독점적인 권리들은 확보된다.

Claims

가압된 파이프라인을 위한 감압기로서,
고리형 측벽 및 단부 벽을 갖는 외부 셀(shell)로서, 상기 고리형 측벽은 내부 공간, 제 1 단부 및 제 2 단부를 한정하고, 상기 제 1 단부는 상기 내부 공간으로의 개구부(opening)를 한정하고, 상기 고리형 측벽은 상기 제 1 단부로부터 상기 제 2 단부로의 제 1 길이를 갖고, 상기 단부 벽은 상기 제 2 단부를 가로질러 배치되는, 상기 외부 셀과;
상기 고리형 측벽의 상기 제 1 단부로부터 상기 내부 공간으로 연장하는 고리형 슬리브로서, 상기 고리형 슬리브는 상기 고리형 측벽의 상기 제 1 단부와 연결된 입구(inlet)와, 상기 내부 공간 내에 배치되고 상기 단부 벽으로부터 이격된(spaced) 출구(outlet)와, 상기 입구로부터 상기 출구로 연장하는 통로를 갖고, 상기 고리형 슬리브는 제 2 길이로 상기 내부 공간으로 연장하고, 상기 제 2 길이는 상기 제 1 길이보다 작은, 상기 고리형 슬리브와;
상기 고리형 슬리브를 둘러싸는 고리형 갭으로서, 상기 고리형 갭은 상기 고리형 측벽과 상기 고리형 슬리브 사이에 배치되는, 상기 고리형 갭과;
상기 고리형 슬리브의 상기 출구와 상기 단부 벽 사이의 제 2 갭과;
상기 단부 벽을 통과하는 애퍼처들(apertures)의 제 1 세트와;
상기 고리형 측벽을 통과하는 애퍼처들의 제 2 세트로서, 상기 애퍼처들의 제 2 세트의 적어도 제 1 애퍼처는 상기 제 2 길이를 따라 상기 고리형 슬리브와 마주보게 위치되는, 상기 애퍼처들의 제 2 세트를
포함하는, 가압된 파이프라인을 위한 감압기.
청구항 1에 있어서, 상기 고리형 슬리브는 관통되지 않는, 가압된 파이프라인을 위한 감압기.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 애퍼처들의 제 2 세트의 적어도 제 2 애퍼처는 상기 제 1 애퍼처와 상기 입구 사이에 위치되는, 가압된 파이프라인을 위한 감압기.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고리형 슬리브는 상기 제 1 단부에 인접한 상기 고리형 측벽에 부착되는, 가압된 파이프라인을 위한 감압기.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고리형 슬리브는 상기 입구를 둘러싸는 고리형 플랜지를 포함하고, 상기 고리형 플랜지는 상기 제 1 단부에서 상기 고리형 측벽의 내부 표면에 부착되는, 가압된 파이프라인을 위한 감압기.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 단부와 상기 고리형 슬리브의 상기 입구 사이의 상기 고리형 측벽을 통과하는 애퍼처들이 없는, 가압된 파이프라인을 위한 감압기.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고리형 슬리브는 상기 고리형 측벽에 평행한, 가압된 파이프라인을 위한 감압기.
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고리형 슬리브는 상기 입구에 인접한 제 1 거리 및 상기 출구에서의 제 2 거리로 상기 고리형 측벽으로부터 방사상 이격되고, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리보다 더 큰, 가압된 파이프라인을 위한 감압기.
청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고리형 슬리브는 상기 고리형 측벽에 마주보게 상기 제 2 길이를 따라 테이퍼진(tapered) 외부 표면을 갖는, 가압된 파이프라인을 위한 감압기.
청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고리형 측벽을 통과하는 상기 애퍼처들의 제 2 세트의 각 애퍼처는 상기 고리형 측벽의 축에 직교로 정렬된 축을 갖는, 가압된 파이프라인을 위한 감압기.
청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애퍼처들의 제 2 세트의 적어도 몇몇 애퍼처들은 상기 고리형 측벽의 축에 비-직교로 정렬된 축들을 갖는, 가압된 파이프라인을 위한 감압기.
가압된 파이프라인을 위한 밸브 조립체로서,
밸브 입구로부터 밸브 출구로 연장하는 통로를 한정하는 바디와, 상기 통로를 선택적으로 개방 및/또는 차단하도록 적응된 흐름 제어 부재를 포함하는 밸브와;
상기 밸브 출구에 동작가능하게 연결된 감압기를 포함하고,
상기 감압기는
내부 공간을 한정하는 고리형 측벽 및 단부 벽을 갖는 외부 셀로서, 상기 고리형 측벽은 제 1 단부, 제 2 단부, 및 상기 제 1 단부로부터 상기 제 2 단부로의 제 1 길이를 갖고, 상기 제 1 단부는 상기 밸브 출구로부터 유체를 수용하기 위해 상기 밸브 출구에 동작가능하게 연결된 상기 내부 공간으로의 개구부를 한정하고, 상기 단부 벽은 상기 제 2 단부를 가로질러 배치되는, 상기 외부 셀과;
상기 고리형 측벽의 상기 제 1 단부로부터 상기 내부 공간으로 연장하는 고리형 슬리브로서, 상기 고리형 슬리브는 상기 고리형 측벽의 상기 제 1 단부와 연결된 입구와, 상기 단부 벽으로부터 이격된 출구를 갖고, 상기 출구는 상기 고리형 측벽의 상기 제 1 단부로부터의 제 2 거리로 상기 내부 공간으로 연장하고, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리보다 더 작은, 상기 고리형 슬리브와;
상기 고리형 측벽과 상기 고리형 슬리브 사이의 고리형 갭과;
상기 고리형 슬리브의 상기 출구와 상기 외부 셀의 상기 단부 벽 사이의 축방향 갭과;
상기 단부 벽을 통과하는 애퍼처들의 제 1 세트와;
상기 측벽을 통과하는 애퍼처들의 제 2 세트로서, 상기 애퍼처들의 제 2 세트의 적어도 제 1 애퍼처는 상기 제 2 길이를 따라 상기 고리형 슬리브와 마주보게 위치되는, 상기 애퍼처들의 제 2 세트를
포함하는, 가압된 파이프라인을 위한 밸브 조립체.
청구항 12에 있어서, 상기 밸브는 스팀 조절 밸브를 포함하는, 가압된 파이프라인을 위한 밸브 조립체.
청구항 12 또는 13에 있어서, 상기 감압기를 둘러싸는 냉각 쉬라우드(cooling shroud)와, 상기 냉각 쉬라우드에 의해 지지되고 상기 감압기와 유체 연통(fluid communication with)하는 공동(cavity)으로 물을 스프레이하도록 배치되는 스프레이 물 매니폴드(spary water manifold)를 더 포함하는, 가압된 파이프라인을 위한 밸브 조립체.
청구항 12 내지 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 출구와 동작가능하게 연결된 파이프 섹션을 더 포함하고, 상기 파이프 섹션은 상기 감압기를 둘러싸고, 상기 감압기로부터 방사상 이격되는, 가압된 파이프라인을 위한 밸브 조립체.