KR20150000475A

KR20150000475A - 유동 교정 시트 링 및 유동 교정 시트 링을 갖는 제어 밸브

Info

Publication number: KR20150000475A
Application number: KR20147025967A
Authority: KR
Inventors: 미셸 케이. 러벨
Original assignee: 피셔콘트롤스인터내쇼날엘엘씨
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2015-01-02
Also published as: AU2013240102B9; JP6283018B2; AR090492A1; CA2865752C; CN203363223U; EP2831476B1; RU2635176C2; AU2013240102B2; EP2831476A1; NO342394B1; WO2013148423A1; CA2865752A1; US9097364B2; MX2014011689A; AU2013240102A1; US20130256572A1; CN103363135A; JP2015512498A; AU2013240102A9; RU2014141368A

Abstract

제어 밸브(10)용 시트 링(20)은 입구(22), 출구(26) 및 갤러리(30)를 규정하는 밸브 본체(12)를 갖는다. 시트 링은 링 형상 바디(44) 및 유동 분리기(46)를 구비한다. 링 형상 바디는 밸브 본체의 갤러리 내에 배치되고, 갤러리를 통한 유체의 흐름을 수용하기 위한 포트(56)를 규정하는 내부 측벽(54)을 구비한다. 유동 분리기는 포트 내에 배치되고, 복수의 유로(86)를 규정하는 유동 교정부(80)를 구비한다. 복수의 별개의 통로들의 각각은 수력 직경(Dh) 및 이 수력 직경보다 큰 길이(L)를 갖는다. 따라서, 통로들은 갤러리의 난류를 차단하도록 포트를 통과하는 유체의 흐름을 복수의 별개의 유로(78)로 분리한다.

Description

유동 교정 시트 링 및 유동 교정 시트 링을 갖는 제어 밸브{FLOW STRAIGHTENING SEAT RING AND CONTROL VALVE HAVING FLOW STRAIGHTENING SEAT RING}

본 발명은 유체 유량 제어 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 유체 유량 제어 장치용 시트 링에 관한 것이다.

제어 밸브 등의 유체 유량 제어 장치는 일반적으로 관을 통해 흐르는 유체의 특성을 제어하기 위해 사용된다. 전형적인 장치는 입구, 출구 및 입구와 출구 사이에서 연장되는 유체 유로를 규정하는 밸브 본체를 포함한다. 밸브 시트 링은 밸브 본체에 결합되어 유로가 통과하는 오리피스를 규정한다. 플러그 등의 스로틀 요소(throttlimg element)가 오리피스를 통과하는 유체의 흐름을 제어하도록 시트 링에 대해 이동 가능하다.

특정 프로세스용의 제어 밸브를 선택하는 경우, 제어 밸브 기술자는 많은 설계 요건 및 설계 제약에 직면할 수도 있다. 예를 들면, 일부 배관의 용도는 배관 연결이 축 방향으로 정렬되는 것을 필요로 하는 반면, 다른 용도는 배관 연결이 밸브의 입구와 출구에 대해서 직각으로 위치될 수 있게 할 수도 있다. 또 다른 용도에는 대면 치수(즉, 제어 밸브의 입구와 출구 사이의 거리)상의 제약이 있을 수도 있다.

제어 밸브의 하나의 일반적인 유형은 글로브 밸브이다. 보다 상세하게는, 상위 글로브 밸브는 유지 보수의 용이성 및 응용 범용성 때문에 일반적으로 사용될 수도 있다. 이러한 유형의 밸브는 방사 소음과 난류가 문제가 될 수도 있는 엄격한 서비스 용도 등의 중요한 용도에서 사용될 수 있다. 내장 부품에 대한 이러한 상위 제품의 접근은 신속한 변경 및 유지 보수를 제공하여 프로세스 플랜트의 비용이 많이 드는 정지 시간을 없앤다. 상위 글로브 밸브는 구불구불한(tortuous) 유로로 알려진 비 축방향 유로(non-axial flow path)를 포함한다. 이러한 비 축 방향 유로는 제어 밸브의 유로 내에 난류를 일으킬 수 있고, 이 난류는 시스템의 성능에 악영향을 미쳐서, 작동의 비효율성 및 작동 비용과 정지 시간의 증가로 이어질 수 있다.

본 발명의 일 측면은 입구, 출구, 갤러리, 및 이 갤러리를 통해 입구로부터 출구까지 연장되는 유로를 규정하는 밸브 본체를 갖는 제어 밸브용 시트 링을 제공한다. 시트 링은 링 형상 바디 및 와 유동 분리기를 포함한다. 링 형상 바디는 밸브 본체의 갤러리 내에 배치되도록 되어 있고, 유지부(retaining portion)와 내부 측벽을 포함한다. 유지부는 밸브 본체에 고정하기 위한 것이다. 내부 측벽은 시트 링을 거쳐 갤러리를 통한 유체의 흐름을 수용하기 위한 포트를 규정한다. 유동 분리기는 링 형상 바디의 적어도 일부 포트 내에 배치되고, 복수의 별개의 통로를 규정하는 유동 교정부를 포함한다. 복수의 별개의 통로들의 각각은 길이 및 수력 직경(hydraulic diameter)을 가지며, 갤러리의 난류를 차단하도록 포트를 통과하는 유체의 흐름을 복수의 별개의 유로들로 분리하는 별개의 통로를 형성하기 위해서, 길이는 수력 직경보다 크다.

본 발명의 다른 측면은, 밸브 본체, 제어 요소, 및 시트 링을 포함하는 유체 유량 제어 장치를 제공한다. 밸브 본체는 입구 오리피스, 출구 오리피스, 입구 오리피스와 출구 오리피스 사이에 배치된 갤러리를 규정한다. 입구 및 출구 오리피스는 공통의 제 1 축을 따라 연장되는 한편, 갤러리는 제 1 축을 가로지르는 제 2 축을 따라 연장된다. 제어 부재가 밸브 본체의 갤러리 내에 배치되어, 밸브 본체를 통한 유체의 흐름을 제어하기 위해 제 2 축을 따라 변위 가능하다. 시트 링은 밸브 본체의 갤러리 내에 고정 배치되고, 링 형상 바디와 유동 분리기를 포함한다. 링 형상 바디는 유지부와 내부 측벽을 포함한다. 유지부는 밸브 본체에 고정 부착되고, 내부 측벽은 갤러리를 통해 유체의 흐름을 수용하기 위한 포트를 규정한다. 유동 분리기는 링 형상 바디의 포트의 적어도 일부에 배치되고, 복수의 별개의 통로들을 규정하는 유동 교정부를 포함한다. 복수의 별개의 통로들의 각각은 길이 및 수력 직경을 가지며, 갤러리 내의 난류를 차단하도록 포트를 통과하는 유체의 흐름을 복수의 별개의 유로들로 분리하는 별개의 통로를 형성하기 위해서, 길이는 수력 직경보다 크다.

본 발명의 또 다른 측면은 밸브 본체, 제어 부재, 및 시트 링을 포함하는 유체 유량 제어 장치를 제공한다. 밸브 본체는 입구 오리피스, 출구 오리피스, 입구 오리피스와 출구 오리피스 사이에 배치된 갤러리를 규정한다. 입구 및 출구 오리피스는 공통의 제 1 축을 따라 연장되는 한편, 갤러리는 제 1 축을 가로지르는 제 2 축을 따라 연장된다. 제어 부재가 밸브 본체의 갤러리 내에 배치되어, 밸브 본체를 통한 유체의 흐름을 제어하기 위해 제 2 축을 따라 변위 가능하다. 시트 링은 밸브 본체의 갤러리 내에 고정 배치되고, 링 형상 바디와, 압력 변동을 감소시키는 수단을 포함한다. 링 형상 바디는 유지부와 내부 측벽을 포함한다. 유지부는 밸브 본체에 고정 부착되고, 내부 측벽은 갤러리를 통해 유체의 흐름을 수용하기 위한 포트를 규정한다. 압력 변동을 감소시키는 수단은 밸브 본체의 입구 오리피스에서의 입구 압력과 출구 오리피스에서의 출구 압력의 변동과, 그에 따른 밸브 본체의 압력차 또는 △p를 감소시키기 위해 링 형상 바디의 포트 내에 고정된다.

본 발명의 또 다른 측면은, 밸브 본체, 제어 요소, 및 시트 링을 포함하는 유체 유량 제어 장치를 제공한다. 밸브 본체는 입구 오리피스, 출구 오리피스, 및 입구 오리피스와 출구 오리피스 사이에 배치된 갤러리를 규정한다. 입구 및 출구 오리피스는 공통의 제 1 축을 따라 연장되는 한편, 갤러리는 제 1 축을 가로지르는 제 2 축을 따라 연장된다. 제어 부재가 밸브 본체의 갤러리 내에 배치되어, 밸브 본체를 통한 유체의 흐름을 제어하기 위해 제 2 축을 따라 변위 가능하다. 시트 링은 밸브 본체의 갤러리 내에 고정 배치되고, 링 형상 바디와, 힘의 변동을 감소시키는 수단을 포함한다. 링 형상 바디는 유지부와 내부 측벽을 포함한다. 유지부는 밸브 본체에 고정 부착되고, 내부 측벽은 갤러리를 통한 유체의 흐름을 수용하기 위한 포트를 규정한다. 힘의 변동을 감소시키는 수단은 제어 요소에 적용되는 유체 힘의 변동을 감소시키기 위해 링 형상 바디의 포트 내에 고정된다.

본 발명의 또 다른 측면은 링 형상 바디와 유동 분리기를 포함하는 시트 링의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 복수의 평탄한 제1 재료 조각들을 그의 상부 가장자리로부터 하방향으로 연장되는 복수의 제 1 슬릿을 갖는 복수의 기다란 제 1 조각(slat)들로 절단하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 복수의 평탄한 제2 재료 조각들을 그의 하부 가장자리로부터 상방향으로 연장되는 복수의 제 2 슬릿을 갖는 복수의 기다란 제 2 조각들로 절단하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은, 복수의 제 1 슬릿들 각각을 복수의 제 2 슬릿들 중 대응하는 슬릿과 정렬시키고, 조각들을 함께 슬라이딩시켜 복수의 제 1 조각의 일부가 복수의 기다란 제 2 조각 중 복수의 제 2 슬릿 내에 수납되고 또 복수의 제 2 조각의 일부가 복수의 기다란 제 1 조각 중 복수의 제 1 슬릿 내에 수납되도록 함으로써, 복수의 기다란 제 1 조각들을 복수의 기다란 제 2 조각들과 상호 연결시키는 단계를 더 포함한다. 또한, 이 방법은 중간 단계의 유동 분리기를 형성하도록 복수의 제 1 및 제 2 슬릿들 중 적어도 일부에 인접한 위치에서 복수의 제 1 및 제 2 조각들을 함께 고정하는 단계를 더 포함한다. 또한, 이 방법은 최종 유동 분리기를 형성하기 위해 시트 링의 해당 링 형상 바디의 포트 단면 형상에 대응하는 원하는 소정의 형상으로 중간 단계의 유동 분리기를 가공하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 최종 유동 분리기를 링 형상 바디의 포트에 삽입하고 최종 유동 분리기를 링 형상 바디에 고정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면은 유동 분리기로 유체 유량 제어 장치를 개장하는(retro-fitting) 방법을 제공하는데, 유체 유량 제어 장치는 밸브 본체, 제어 요소, 및 시트 링을 포함하고, 밸브 본체는 입구, 출구, 및 입구와 출구 사이에 배치된 갤러리를 규정하고, 제어 요소는 폐쇄 위치와 적어도 하나의 개방 위치 사이에서 갤러리 내에 이동 가능하게 배치되고, 제어 요소가 폐쇄 위치에 위치하면, 시트 링은 제어 요소에 의해 밀봉 결합되도록 갤러리 내에 고정된다. 이 방법은, 제어 요소를 밸브 본체의 갤러리로부터 제거함으로써, 밸브 본체의 갤러리 개구를 노출시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 밸브 본체로부터 시트 링을 제거하는 단계를 더 포함하며, 상기 시트 링은 갤러리를 통한 유체의 흐름을 수용하기 위한 포트를 규정하는 내부 측벽을 포함하는 링 형상 바디를 포함한다. 이 방법은 유동 분리기를 시트 링의 포트 내로 위치 설정하는 단계를 더 포함하며, 유동 분리기는 유동 교정부 및 적어도 하나의 다리부를 포함하고, 유동 교정부는 복수의 별개의 통로들을 규정하며, 적어도 하나의 다리부는 유동 교정부로부터 반경방향 외향으로 연장된다. 또한, 이 방법은 적어도 하나의 다리부를 링 형상 바디의 축 방향 단부면에 고정시켜서, 유동 분리기를 링 형상 바디에 고정하는 단계를 더 포함한다. 또한, 이 방법은, 복수의 별개의 통로들이 포트를 통한 유체의 흐름을 복수의 별개의 유로들 내로 분리하도록, 링 형상 바디 및 유동 분리기를 포함하는 시트 링을 밸브 본체의 갤러리에 삽입 및 고정하는 단계를 더 포함한다.

도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 유체 유량 제어 장치의 단면 측면도이다.
도 2는 본 발명의 원리에 따라 구성된 시트 링의 일례의 상부로부터 도시한사시도이다.
도 3은 도 2의 시트 링을 제조하기 위해 결합하는 복수의 조각의 일부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 원리에 따라 구성된 시트 링의 다른 예의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 원리에 따라 구성된 시트 링의 또 다른 예의 상부로부터 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 시트 링의 하부로부터 도시한 사시도이다.
도 7은 도 5 및 6의 시트 링의 유동 분리기의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 원리에 따라 구성된 시트 링의 또 다른 예의 저면도이다.
도 9a 및 9b는 종래의 유체 유량 제어 장치의 입구 및 출구 압력의 변동을 각각 나타내는 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 원리에 따라 구성된 유체 유량 제어 장치의 입구 및 출구 압력의 변동을 각각 나타내는 그래프이다.
도 11은 종래의 유체 유량 제어 장치의 제어 요소에 가해지는 힘의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 원리에 따라 구성된 유체 유량 제어 장치의 제어 요소에 가해지는 힘의 변동을 나타내는 그래프이다.

상세히 설명하는 바와 같이, 본 발명은 유동 교정 시트 링 및 유동 교정 시트 링을 갖는 제어 밸브, 이러한 시트 링의 제조 방법 및 제어 밸브 내로의 설치 방법에 관한 것이다. 시트 링은 대체로 링 형상 바디 및 이 링 형상 바디의 개구(즉, 포트) 내에 배치된 유동 분리기를 포함한다. 유동 분리기는 시트 링을 통과하는 유체의 흐름을 복수의 비연통(non-communicating) 유로 내로 분리하는(다시 말해서, 분할하는) 복수의 별개의 통로를 포함하는데, 일예에서, 비연통 유로는 별개의 흐름 통로의 수력 직경보다 약 3 내지 6배 더 길 수 있다. 그렇게 함으로써 별개의 유로는 밸브 본체의 그 지점에서 난류를 방해하고 균일한 흐름을 촉진시켜 시스템의 작동 효율을 증가시키는데, 이는 "상향류(flow up)" 구성인 밸브 본체에서 특히 이롭다.

도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 유체 유량 제어 장치(즉, 제어 밸브) (10)를 도시하고 있다. 본 실시예에서는, 제어 장치(10)는 밸브 본체(12), 보닛(14), 제어 부재(16) 케이지(18) 및 시트 링(20)을 포함하는 글러브 스타일의 밸브를 포함한다.

밸브 본체(12)는 입구 오리피스(24)를 포함하는 입구(22), 출구 오리피스(28)를 포함하는 출구(26), 및 입구 와 출구 오리피스(24, 28) 사이에 배치된 갤러리(30)에 의해 형성되는 유로를 포함한다. 갤러리(30)는 대체로 원통형 보어(bore)를 포함하며, 이 보어는 갤러리 축(At)을 따라 밸브 본체(12) 내에 대체로 수직으로 연장되고, 밸브 본체(12) 내에 갤러리 개구(36)를 규정한다. 입구 오리피스(24)와 더불어, 입구(22)는 입구 오리피스(24)와 갤러리(30) 사이에서 연장되는 입구 통로(32)를 포함한다. 마찬가지로, 출구 오리피스(28)와 더불어, 출구(26)는 출구 오리피스(28)와 갤러리(30) 사이에서 연장되는 출구 통로(34)를 포함한다.

도시의 예에서는, 밸브 본체(12)의 입구 오리피스(24)와 출구 오리피스(28)는 공통 유동 축(Af)을 따라 중심이 설정된다. 공통 유동 축(Af)은 입구 통로 축(Atr)을 횡단하고, 도시된 예에서; 유동 축(Af)은 갤러리 축(At)에 거의 수직이다. 또한, 이 입구 오리피스(24)는 대체로 수직의 입구면(Pi)을 차지하고, 출구 오리피스는 입구 평면(Pi)에 평행하고 또 입구 평면(Pi)으로부터 대면 치수(Dff)만큼 오프셋된 대체로 수직의 출구면 (Po)을 차지하고 있다. 상기 구성에 있어서, 도 1에 도시한 바와 같이, 제어 밸브(10)는 "상향류(flow up)"의 구성으로 배치되어있다. 즉, 유체가 입구(22)에서 흐름에 따라, 유체는 입구 통로(32)를 통과하고 갤러리(30)를 향해 "상향 유동" 해야 한다. 제어 부재(16)가 시트 링(20)의 위치에서 벗어나면, 유체가 입구 통로(32)로부터 흘러, 시트 링(20)을 통해 갤러리(30)까지 흐르도록 급격히 선회해야 한다. 도시의 예에서는, 갤러리(30)에 바로 인접하여 위치되는 입구 통로(32)의 적어도 일부는 갤러리 축(At) 대해서 각도(α)로 배치된 이행 축(Atr)을 따라 연장된다. 일부 예에서, 이 각도(α)의 범위는 약 30도 내지 약 90도, 약 45도 내지 약 90도, 또는 어떤 다른 범위일 수 있다. 도 1의 예에서는, 각도(α)는 약 45도이다. 이와 같이 구성되면, 밸브 본체(12)의 입구 통로(32)로부터 갤러리(30) 내로 흐르는 유체는 각도(α)의 보각과 동일한 각도(β) 또는 135도로 회전해야 한다. 다른 예에서는, 유체는, 예컨대 약 90 내지 약 150도의 범위의 각도(β), 또는 어떤 다른 각도로 회전할 수 있다.

도 1을 계속 참조하면, 제어 장치(10)의 본 실시 형태의 시트 링(20)은 밸브 본체(12)의 갤러리(30)의 내부 웹드부(40, webbed portion) 내에 고정된 링 형상의 부재를 포함한다. 어떤 예에서는, 시트 링(20)은 용접에 의해 유지된 웹드부(40) 내에 나사 결합될 수 있고, 또는 도 1에 도시된 바와 같이, 시트 링(20)은 케이지(18)와 웹드부(40) 사이에 협력하여 위치되는 하나 이상의 나사 패스너(42)에 의해 유지될 수 있다. 시트 링(20)을 밸브 본체(12) 내에 유지하는 수단에 관계없이, 개시한 시트 링(20)의 예는 링 형상 바디(44) 및 유동 분리기(46)를 포함한다. 링 형상 바디(44)는 유지부(48) 및 안착부(50)를 포함하는 대체로 고형 링 형상 부재를 포함한다. 유지부(48)는 안착부(50)로부터 반경방향 외향으로 연장되는 쇼울더(52)를 포함하고, 개시된 실시예에서, 유지부(48)는 시트 링(20)을 갤러리(30) 내로 고정시키기 위한 나사 패스너(42)를 수납한다. 개시한 예의 안착부(50)는 내부 측벽(54)을 포함한다. 도 1에 도시된 예에서, 내부 측벽(54)은 상부 안착면(58)을 규정하도록 내향으로 볼록한 윤곽을 가지며, 시트 링(20) 내에 원형 포트(56)를 규정한다. 포트(56)는 구경(Dp)을 포함한다.

도 1을 계속 참조하면, 본 실시예의 제어 장치(10)의 케이지(18)는 하단부(60), 상단부(62), 및 복수의 윈도우(64)를 갖는 중공 원통형 부재를 포함한다. 케이지(18)는 밸브 본체(12)의 갤러리(30) 내에 배치되어, 하단부(60)가 시트 링(20)의 유지부(48)의 쇼울더(52)에 인접하는 식으로 결합하여 갤러리(30)의 웹드부(40)와 관련하여 시트 링(20)을 유지하는 것을 돕도록 한다. 상단부(62)는 갤러리 개구(36)에 인접한 보닛(14)과 밸브 본체(12) 사이에 끼워진 반경방향 외향으로 연장되는 플랜지(66)를 구비한다. 제어 부재(16)가 이러한 유동을 허용하는 위치를 점유하면, 윈도우(64)는 입구(22)와 갤러리(30) 사이에 유체가 흐르는 경로를 제공한다.

도시된 바와 같이, 제어 부재(16)는 스템(68) 및 이 스템(68)의 일단에 고정된 밸브 플러그(70)를 포함한다. 밸브 플러그(70)는 스템(68)에 고정된 단부 벽(72)을 갖는 원통체를 포함한다. 단부 벽(72)은 입구 통로(32)로부터 보닛 챔버(75)로의 유체의 연통을 가능하게 하는 복수의 개구(74)를 추가로 포함하여, 제어 장치(10)의 균형 작동을 가능하게 한다. 이렇게 구성되면, 제어 부재(16)는 폐쇄 위치와 개방 위치의 사이에서 갤러리(30) 내에서 이동 가능하다. 폐쇄 위치에서는, 밸브 플러그(70)의 안착 단부(76)가 시트 링(20)의 내부 측벽(54)의 안착면(58) 에 밀봉 결합하여(도 1에 도시됨), 갤러리(30)를 통한 유체의 흐름을 방지한다. 개방 위치에서는, 밸브 플러그(70)의 안착 단부(76)가 시트 링(20)으로부터 상승하여 (예컨대, 이격되어) 갤러리(30)를 통한 유체의 흐름을 가능하게 한다.

마지막으로, 상술한 바와 같이, 본 예의 제어 장치(10)는, 갤러리 개구(36)에 인접한 밸브 본체(12)에 고정된 캡 모양 구조체일 수 있는 보닛(14)을 포함한다. 케이지(18)의 플랜지(66)를 클램핑하여 케이지(18)를 갤러리(30)에 유지하는 것 외에도, 보닛(14)은, 스템(68)이 제어 부재(16)의 위치 및 장치(10)의 작동을 제어하는 액츄에이터(도시 안됨)까지 연장될 수 있도록, 제어 부재(16)의 스템(68)을 수용하는 관통공(38)을 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 시트 링(20)은 링 형상 바디(44) 및 유동 분리기(46)를 포함한다. 링 형상 바디(44)는, 주로 폐쇄 위치를 차지할 때 밸브 플러그(70)가 안착하는 안착면(58)을 제공함으로써, 밸브 본체(12) 내에 유동 제어 영역을 형성하는 역할을 한다. 유동 분리기(46)는 시트 링(20)에 인접한 순환 구역(33)에서 형성될 수 있는 난류 또는 순환류를 방해하는 역할과, 고속 유체 유동 중에 밸브 본체(12)의 갤러리(30) 내에 균일한 유체 유동을 촉진시키는 역할을 한다.

도 2를 참조하면, 도 1의 시트 링(20)은 링 형상 바디(44) 및 유동 분리기(46)의 일례를 포함하는 것으로 보다 상세히 도시되어 있다. 링 형상 바디(44)는 상술하였으므로, 그 세부 사항의 설명은 생략한다. 유동 분리기(46)는 시트 링(20)을 통한 유체의 흐름을 복수의 평행 유로(78)로 분리하도록 된 구조체를 포함하며, 명료하게 하기 위해 그 중 하나에만 참조 부호가 부여되어 있다. 복수의 유로(78) 내로의 유체 유동의 분리는, 시트 링(20)이 차지하는 밸브 본체(12)의 입구 통로(32)의 순환 구역(33)에서 순환류 및 다른 난류를 방해한다. 어떤 예에서는, 시트 링(20)은, 예를 들면, S31600 또는 S17400을 포함하는 스테인레스강 합금 등의 금속 재료로 구성될 수 있다. 다른 예로는, 예를 들면, N06625 또는 N10276 등의 내부식성이 더 높은 합금을 포함할 수 있다. 물론, 다른 재료도 또한 관련된 특정 용도에 따라 사용할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 유로(78)는 유동 분리기(46)의 유동 교정부(80)에 의해 규정되고, 이 유동 교정부는, 서로 수직으로 연장되고 유로(78)가 3차원 행렬 구성을 차지하도록 격자형 패턴 단면을 형성하기 위해 상호 연결된 복수의 기다란 제 1 및 제 2 조각(82, 84)을 포함한다. 복수의 제 1 조각(82)은 서로 평행하게 또 도 2의 방위에 대해서 우측으로부터 좌측으로 연장되고, 복수의 제 2 조각(84)은 서로 평행하게 또 도 2의 방위에 대해서 상부에서 하부로 연장된다. 이렇게 구성되면, 기다란 조각(82, 84)은 복수의 평행한 직선 통로(86)를 규정하고, 그의 내부 용적은 복수의 유체 유로(78)에 대응한다. 이 예에서, 복수의 통로(86) 및 복수의 유로(78)는 공통 단면 치수를 가지며, 유동 교정부(80) 및 링 형상 바디(44)에 규정되는 포트(56)의 전체를 가로질러 균일하게 분포된다. 그러나, 다른 예에서는, 복수의 통로(86) 및 복수의 유로(78)는 불균일하게 분포될 수 있고 그리고/또는 가변 단면 치수를 가질 수 있다. 또한, 개시한 예에서는, 복수의 제 1 및 제 2 조각(82, 84)의 각각은 11개의 조각(82, 84)을 포함한다. 그러나, 이것은 단지 일례이며, 하기에 설명하는 바와 같이, 조각(82, 84)의 수는 소정의 유동 분리기(46) 성능의 함수로서 결정될 수 있는 소정의 통로(86) 및 유로(78)의 수의 함수로서 결정될 수 있다.

이제 도 2의 복수의 조각(82, 84) 중 선택된 수만을 도시하는 도 3을 참조하면, 각 조각(82, 84)은 원하는 형상으로 절단된 평탄한 재료의 조각으로 구성될 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 실시예에서는, 원하는 형상은 직사각형이다. 설명의 편의상, 복수의 제 1 조각(82)의 각 조각(82)은 "하부 조각(82)"이라 칭할 수 있고, 조각(82)의 상부 가장자리(88)로부터 내향으로 (다시 말해서, 하향으로) 연장되는 복수의 제 1 슬릿(86)(예컨대, 슬롯, 절단부, 채널 등)을 포함한다. 설명의 편의상, 복수의 제 2 조각(84)의 각 조각(84)은 "상부 조각(84)"이라 칭할 수 있고, 조각(84)의 하부 가장자리(92)로부터 내향으로 (다시 말해서, 상향으로) 연장되는 복수의 제 2 슬릿(90) (예컨대, 슬롯, 절단부, 채널 등)을 포함한다. 이렇게 설계된 각각의 상부 조각(84)의 하나의 슬릿(90)은 대응하는 하부 조각(82)의 하나의 슬릿(86)과 정렬된 다음, 두 개의 조각(82, 84)이 함께 슬라이딩하여 상호 연결된다. 이 과정은 전체의 조각(82, 84)들이 함께 상호 연결될 때까지 반복된다. 그 지점에서, 구조적 일체성을 달성하기 위해서, 복수의 제 1 및 제 2 조각(82, 84)을 용접 또는 납땜에 의해 서로 고정하여, 예를 들어, 중간 단계의 유동 분리기(46)를 형성할 수 있다. 이러한 용접 또는 납땜에 의해서 슬릿(86, 90)의 각각에 인접한 조인트를 바람직하게 형성하고, 조각(82, 84)을 가열할 수 있다. 냉각하면, 사용되는 특정 재료에 따라 중간 단계의 유동 분리기(46)가 약간 수축할 수 있다. 따라서, 유동 분리기(46)를 제조하는 바람직한 한 가지 방법에서는, 상술한 제조 공정으로부터 얻는 중간 단계의 유동 분리기(46)를 용접 및 냉각 후에만 원하는 원형 형상의 링 형상 바디(44)의 포트(56)로 추가로 절단한다. 이에 의해서, 시트 링(20)의 포트(56) 내에 꼭 맞는 도 2에 도시된 바와 같은 최종 유동 분리기(46)가 얻어진다. 일단 포트(56) 내에 위치되면, 조각(82, 84)의 임의의 수의 단부를 내부 측벽(54)에 용접 또는 납땜하여 조인트(61)를 형성함으로써, 최종 유동 분리기(46)가 링 형상 바디(44)에 고정될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 본 발명의 유체 유량 제어 장치(10)의 일례는, 아이오와 주 마샬 타운 소재의 피셔 컨트롤스 인터내셔널(Fisher Controls International) LLC에서 시판되고 있는 피셔 디자인(Fisher Design) EU 밸브 등의 클래스 300, 12 인치의 밸브를 포함할 수 있다. 이러한 밸브의 입구 및 출구 오리피스(24, 26)는, 예를 들면, 12 인치의 파이프 라인에 연결하기 위한 12 인치의 공칭 직경을 가질 수 있다. 또한, 도 1의 제어 장치(10)는 약 30 인치의 대면 치수(Dff) 및 약 11 인치의 구경(Dp)을 포함할 수 있다. 이러한 치수에 의해, 약 2.72의 대면 치수(Dff)와 구경(Dp)의 비율(L/D 비율)을 얻는다. 또한, 도 2에 도시된 시트 링(20)과 유동 분리기(46)를 포함하는 제어 장치(10)의 일례에서, 유동 분리기(46)의 유동 통로(86)의 각각은 수력 직경(Dh)(도 2) 및 이 수력 직경(Dh)보다 큰 길이(L)(도 1)를 가질 수 있다. 일례에서, 수력 직경(Dh)은 약 1 인치이고, 길이(L)는 약 4.75 인치일 수 있다. 따라서, 본 예의 유동 통로(86)에 대한 L/D 비율은 약 4.75일 수 있다.

제어 장치(10)의 상술한 치수는 단순한 예이며, 본 발명의 원리에 따라 구성된 다른 제어 장치(10)를 상이한 치수 비 내에서 상이한 치수로 구성할 수 있다. 예를 들면, 일례에서는, 통로(86)의 길이(L)와 통로(86)의 수력 직경(Dh)의 비율의 범위는 약 1.16 내지 약 10일 수 있다. 다른 예에서는, 유동 분리기(46) 내의 통로(86)의 길이(L)와 통로(86)의 수력 직경(Dh)의 비율의 범위는 약 3 내지 약 6일 수 있다. 또한, 어떤 예에서, 유동 분리기(46) 내의 통로(86)의 수력 직경(Dh)의 범위는 약 1/2 인치 내지 약 2 인치일 수 있고, 유동 분리기(46) 내의 별개의 통로(86)의 각각의 길이(L)의 범위는 약 3 인치 내지 약 6 인치일 수 있다. 또한, 어떤 예에서는, 대면 치수(Dff)와 밸브 본체(12)의 시트 링(20)의 구경(Dp)의 비율의 범위는 약 1.43 내지 약 10일 수 있다. 어떤 예에서는, 대면 치수(Dff)와 밸브 본체(12)의 시트 링(20)의 구경(Dp)의 비율의 범위는 약 2.5 내지 약 3일 수 있다. 따라서, 상술한 내용으로부터, 본 명세서에 기재된 변수들(예를 들면, 구경(Dp), 대면 치수(Dff), 각도(α) 등)의 임의의 조합이 본 발명의 원리에 따라 유동 분리기(46)를 포함한 제어 장치(10) 내에서 조합될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 발명은 기재된 특정 제어 장치(10)에 유동 분리기(46)를 통합하는 것에 한정되지 않고, 그러한 유동 분리기의 통합으로부터 유리할 수 있는 모든 제어 장치가 포함된다. 또한, 상술한 치수는 도 1 및 2에 구체적으로 개시된 특징부에 대해 제공되며, 동일한 치수 및 치수 관계는 이후의 모든 변형예 및 특징부에도 동일하게 적용될 수 있다.

도 2에 도시된 유동 분리기(46)가 별개의 통로(86)와 유로(78)를 규정하기 위해 함께 상호 연결된 복수의 제 1 및 제 2 조각(82, 84)을 포함하는 것으로 설명하였지만, 이것은 단순한 일례이며, 다른 유동 분리기를 상이하게 구성할 수도 있다. 예를 들면, 도 4는 본 발명의 원리에 따라 구성된 링 형상 바디(144)와 유동 분리기(146)를 포함하는 변형 시트 링(100)을 도시한다. 도 4의 링 형상 바디(144)의 상세는 상술한 링 형상 바디(44)와 동일하므로, 그 설명은 생략한다. 도 4의 유동 분리기(146)는 용접, 납땜, 또는 어떤 다른 수단으로 다발로 고정된 복수의 평행 관(148)을 포함하는 유동 교정부(180)를 포함한다. 복수의 관(148)은 외륜 관(148a), 내륜 관(148b), 및 중앙 관(148c)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 용접 또는 납땜은 바람직하게는 관(148a, 148b, 148c)의 인접한 외부 측벽(156) 사이에 조인트(155)를 형성하고 있다. 또한, 상술한 유동 분리기(46)와 유사하게, 유동 분리기(146)를 포함하는 시트 링(100) 전체가 구조적으로 안정하도록 보장하기 위해, 도 4의 유동 분리기(146)를 용접, 납땜, 또는 어떤 다른 수단에 의해 형성된 복수의 조인트(161)에 의해서 시트 링(100)의 링 형상 바디(144) 내부 측벽(154)에 고정할 수 있다.

도 4의 각각의 관(148a, 148b, 148c)은 일차 유체 유로(152)로서 작용하는 내부 용적을 규정하는 복수의 별개의 통로(150a, 150b, 150c) 중 하나를 포함한다. 도시된 예에서, 관(148a, 148b, 148c)은 원형 단면을 갖는 중공 원통형 관이다. 이와 같이, 특정한 관(148a, 148b, 148c)의 기하학적 형상에 의해서, 본 실시 예의 유동 분리기(146)는 복수의 2차 유체 유로(158)를 또한 규정한다. 2차 유로(158a, 158b)는 외륜 관(148a)의 외부 측벽(157)과 링 형상 바디(144)의 내부 측벽(154)의 사이뿐만 아니라, 인접한 관(148a, 148b, 148c)의 외부 측벽(157)들 사이에도 위치한다. 이 예에서, 2차 유로(158)는 도 4에 두꺼운 선으로 각각 도시된 주위 경로(158a)와 내부 경로(158b)를 포함한다. 주변 경로(158a)는 외륜 관(148a)과 링 형상 바디(144)의 사이에 배치되고, 3각형 단면을 가지며, 2개의 내향 만곡 측면 및 링 형상 바디(144)의 내부 측벽(54)에 의해 규정되는 하나의 외향 만곡 측면을 갖는다. 이와는 반대로, 내부 경로(158b)는 3개의 내향 만곡 측벽을 갖는 3각형 단면을 갖는다.

또한, 도 4의 예의 관(148a, 148b, 148c)은 직경이 서로 다르다. 즉, 외륜 관(148a)의 각각은 제 1 직경(d1)을 가지고, 내륜 관(148b)의 각각은 제 2 직경(d2)을 가지며, 그리고 중앙 관(148c)은 제 3 직경(d3)을 갖는다. 도시된 예에서는, d1이 d2 및 d3보다 큰 반면, d3은 d2보다 크다. 따라서, 도 4의 유동 분리기(146)는 링 형상 바디(144)의 포트(156)의 전체에 걸쳐 관(148), 통로(150) 및 유로(152)의 불균일한 분포를 포함한다. 이러한 구성에 의해, 유동 분리기(146)는 외륜 관(148a)을 통해 그리고 중앙 관(148c)을 통해 고 용량의 흐름을 제공하고, 또 내륜 관(148b)을 통해 저 용량의 흐름을 제공한다. 이것은, 예컨대, 외륜 관(148a)과 중앙 관(148c)이 차지하는 영역에 비해서, 내륜 관(148b)이 차지하는 영역에서 더 큰 왜곡과 난류의 패턴을 갖는 유로에서 작동하는 데 바람직하다. 이것은 불균일한 분포의 일례이며, 필요에 따라 각종 유로 및 통로의 직경이 변화될 수 있다. 이와 같이, 본 예의 통로와 유로의 불균일한 분포는, 원하는 경우, 가장 적합한 특정 난류 프로파일에 본 출원의 요지가 맞추어질 수(예컨대, 조정될 수) 있음을 나타내는 것으로 이해해야 한다.

상술한 시트 링(20, 100)의 각각은 링 형상 바디(44, 144)의 내부 측벽(54, 154)에 고정된 유동 분리기(46, 146)를 포함하는 것으로 설명했다. 이것은 공장에서 발생하는 제조 및 조립 작업에 실제적이다. 그러나, 유동 분리기를 현장에서 작동하는 제어 밸브의 시트 링에 설치하는 것이 바람직할 수도 있다.

도 5 및 6은 이러한 현장 설치를 용이하게 하기 위한 유체 포트(256) 및 유동 분리기(246)(도 7에 별도로 도시됨)를 규정하는 링 형상 바디(244)를 포함하는 시트 링(200)의 일례를 나타낸다. 유동 분리기(246)는 도 2 및 3을 참조하여 상술한 유동 분리기(46)와 대략 유사하게 구성될 수 있고, 몇 가지 차이점은 하기에 설명한다. 즉, 유동 분리기(246)는 시트 링(200)을 통한 유체 흐름을 복수의 평행한 유로(278)로 분리하도록 되어 있는 구조체를 포함할 수 있는데, 명료하게 하기 위해, 유로들 중 하나만 참조 부호가 부여되어 있다. 복수의 유로(278) 내로의 유체 흐름의 분리에 의해, 밸브 본체에서의 왜곡이나 다른 난류가 방지된다.

도 5 내지 7에서, 복수의 유로(278)는 유동 분리기(246)의 유동 교정부(280)에 의해 규정되며, 유동 분리기(246)는 도 2 및 3을 참조하여 상술한 것과 대체로 동일한 방식으로 격자형 패턴을 형성하도록 상호 연결되고 서로 수직으로 연장되는 복수의 기다란 제 1 및 제 2 조각(282, 284)을 포함한다. 이와 같이 구성된 기다란 조각(282, 284)은 복수의 개별 통로(286)를 규정하고, 그의 내부 용적은 3차원 행렬 구성으로 배열된 복수의 유체 유로(278)에 대응한다. 이 예에서, 복수의 통로(286) 및 복수의 유로(278)는 공통 단면 치수를 가지며, 유동 분리기(246)의 유동 교정부(280)의 전체에 걸쳐 대체로 균일하게 분포된다. 그러나, 다른 예에서, 복수의 통로(286) 및 복수의 유로(278)는 가변 단면 치수를 가질 수 있고 그리고/또는 불균일한 방식으로 분포될 수 있으며, 가변 단면 치수를 가질 수 있다.

도 2 및 3에 상술한 유동 분리기(46)와의 한가지 차이점은, 도 5 내지 7에 도시된 유동 분리기(246)의 유동 교정부(280)가 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부로부터 보았을 때, 대체로 사각형 단면을 포함한다는 것이다. 도 2 및 3에서 상술한 유동 분리기(46)는 상부로부터 보았을 때 대체로 원형 단면을 갖는다. 사각형 단면은, 링 형상 바디(244)의 내부 측벽(254)과 유동 분리기(246)의 외부 치수 사이에서 제공된 넓은 간극 때문에 현장 설치에 바람직할 수도 있다. 사각형 단면 때문에, 도 5 내지 7에 도시된 유동 분리기(246)의 복수의 통로(286) 및 유로(278)는 시트 링(200)의 포트(256)를 완전히 채우지는 않는다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 시트 링(200)은 조각이 없는 4개의 부분적인 원형 영역(292)을 포함할 수 있다. 이러한 영역(292)의 시트 링(200)의 용량은 특정 용도의 유동 특성에 따라 유동 분리기(246)의 중앙부에 비해 어느 정도 더 높을 수 있다. 다른 예에서는, 조각(282, 284)은 링 형상 바디(244)의 내부 측벽(254)까지 가능한 한 완전히 연장되도록 설계되어 이러한 영역(292)을 폐쇄할 수 있고, 유동 교정부(280) 전체와 더불어 포트(256) 전체에 걸쳐 통로(286) 및 유로(278)의 완전히 균일한 분포를 규정한다.

도 2 및 3을 참조하여 설명한 유동 분리기(46)에 대한 추가의 차이점은, 도 5 내지 7에 도시된 유동 분리기(246)가 도 7에 도시된 바와 같이, 유동 교정부(280)로부터 반경방향 외향으로 연장된 복수의 다리부(290)를 포함하는 것이다. 이 예에서, 각각의 다리부(290)는 복수의 조각(282, 284)의 각각의 대향 단부로부터 연장되는 복수의 플랜지(294)를 포함한다. 즉, 도시된 예에서는, 조각(282, 284)의 대향 단부는 L자형 프로파일을 갖도록 절단되며, 이러한 L자형 프로파일은 유동 분리기(246)의 상단부(298)에 대향하는 유동 분리기(246)의 하단부(296)에 근접하여 배치되는 플랜지(294)를 규정하는 L자형부의 하부 다리를 구비한다. 조립시에는, 다리부(290)의 각각, 및 선택적으로는, 다리부(290)의 플랜지(294)의 각각은 용접, 납땜 또는 어떤 유사 수단에 의해 시트 링(200)의 링 형상 바디(244)의 축 방향 단부면(295)(도 6)에 고정 부착된다. 선택적으로는, 필요에 따라, 구조적 일체성을 추가하기 위해 도 2 및 3에 도시된 시트 링(20)에 의해서 상술한 것과 유사한 방법으로, 조각(282, 294)의 단부들을 시트 링(200)의 링 형상 바디(244)의 내부 측벽(254)에 용접, 납땜 또는 다른 방법으로 고정할 수도 있다.

도 5 내지 7에 도시된 유동 분리기(246)를 도 1에 도시된 제어 장치(10) 등의 현장 작동형 유체 유량 제어 장치에 존재하는 시트 링에 설치하기 위해서는, 보닛(14) 및 제어 요소(16)를 밸브 본체(12)의 갤러리(30)로부터 먼저 제거한다. 이에 의해, 밸브 본체(12) 내의 갤러리 개구(36)가 노출된다. 그 후에, 케이지(18) 및 시트 링(200)을 갤러리 개구(36)를 통해서 밸브 본체(12)로부터 제거할 수 있다. 선택적으로는, 시트 링(200)을 케이지(18)로부터 제거할 수 있지만, 그것은 반드시 필요하지는 않다. 시트 링(200)이 제거되면, 도 5 내지 7에 도시된 유동 분리기(246)의 유동 교정부(280)가 링 형상 바디(244)에 의해 규정된 포트(256)내에 삽입되어 위치 설정될 수 있다. 적절히 위치 설정되면, 다리부(290)가 링 형상 바디(244)의 축방향 단부면(295)에 접촉한다. 그 다음에, 다리부(290)의 플랜지(294) 중 적어도 하나, 또, 선택적으로는, 각각의 다리부(290)의 각각의 플랜지(294)를 용접, 납땜, 또는 다른 수단에 의해서 축방향 단부면(295)에 고정할 수 있고, 그에 의해서, 유동 분리기(246)를 링 형상 바디(244)에 고정한다. 유동 분리기(246)가 설치된 링 형상 바디(244)를 포함하는 시트 링(200)이 이어서 밸브 본체(12)의 갤러리(30)를 통해 삽입되거나 또는 케이지(18)로부터 분리될 수 있고, 원 위치로 다시 고정될 수 있다. 마지막으로, 제어 요소(18) 및 보닛(14)이 밸브 본체(12)에 다시 부착될 수 있고, 공정이 완료된다. 어떤 예에서는, 유동 분리기(246)의 유동 교정부(280)를 포트(256) 내에 삽입하기 전에, 유동 교정부(280)의 단면 형상을 포트(256)의 내부에 보다 바람직하게 맞는 단면 형상으로 가공(예를 들면, 절단, 연마, 기계가공, 줄가공 등) 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 5 내지 7에 도시된 유동 분리기(246)는, 도 2의 유동 분리기(46)를 참조하여 설명한 것과 유사한 같은 방법으로, 즉 상호 연결된 조각(282, 284)을 포함하여 구성될 수 있다. 도 8은 도 5 내지 7에 도시된 유동 분리기(246)와 유사한 현장 설치에 적합한 유동 분리기(346)를 포함하는 시트 링(300)의 또 다른 예를 나타내고 있다. 유동 분리기(346)는, 현장 설치를 용이하게 하기 위해 유동 교정부(380) 및 복수의 다리부(390)를 포함하는 점에서는 유동 분리기(246)와 유사하지만, 원하는 경우, 복수의 평행한 사각형 관(348)으로 구성되는 점에서 상이하다. 도 5 내지 7에 도시된 예의 다리부(290)와 유사하게, 용접, 납땜, 또는 다른 수단에 의해서, 다리부(390)가 시트 링(300)의 링 형상 바디(344)의 축방향 단부면(395)에 고정될 수 있다. 도 4를 참조하여 상술한 복수의 관(148)과 유사하게, 관(348)은 용접, 납땜 또는 어떤 다른 수단에 의해 다발로 함께 고정된다.

도 8에서, 관(348)은 대체로 공통의 균일한 면적을 가지며, 유동 분리기(346)의 전체에 걸쳐 대체로 균일하게 분포된 별개의 통로(386) 및 대응하는 유로(378)를 규정한다. 도 5 내지 7을 참조하여 설명한 유동 분리기(246)와 마찬가지로, 유동 분리기(346)의 유동 교정부(380)는 상부로부터 볼 때 대체로 4각형 형상을 포함한다. 따라서, 도 8에 도시된 시트 링(300)은 관(348)이 없는 4개의 부분적인 원형 영역(392)을 포함할 수 있다. 이 영역(392) 내의 시트 링(300)의 용량은, 특정 용도의 유동 특성에 따라 유동 분리기(346)의 중앙부에서 보다 어느 정도 높을 수 있다. 그러나, 다른 예에서는, 유동 분리기(346)가 시트 링(300)의 링 형상 바디(344)의 실제의 단면 형상에 보다 밀접하게 대응하는 단면 형상을 차지할 수 있도록 하기 위해서, 관(348)의 단면 치수는 충분히 작을 수 있다. 어떤 예에서는, 그와 같이 구성된 관(348)은, 유동 교정부(380)의 전체와 더불어, 포트(356)의 전체에 걸쳐 통로(386) 및 유로(378)의 완전히 균일한 분포를 규정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 시트 링(20, 100, 200, 300) 및 유동 분리기(46, 146, 246, 346)는 난류를 교란하여 밸브 본체(12)의 갤러리(30) 내에서 균일한 유체 유동을 촉진하는 역할을 한다. 유동 분리기(46, 146, 246, 346)는 밸브 본체(12) 내의 유체의 프로파일이 왜곡되거나, 난류성이거나, 또는 불균일한 장소에 정확하게 배치되어있다. 이에 의해서, 밸브 본체(12)의 입구(22) 및 출구(26)의 압력 변동이 감소하여 보다 안정된 Δp를 얻는다.

도 9a 및 9b는 유동 분리기(46)를 설치하지 않고 링 형상 바디(44) 만을 포함하는 시트 링을 사용하는 도 1에 도시된 제어 장치(10)에 대한 입구와 출구의 전형적인 압력 변동 프로파일을 각각 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 작동 중에, 입구 압력은 10 psi 이상만큼 변동할 수 있지만, 출구 압력은 20 psi 만큼 변동될 수 있다. 도 9a 및 도 9b와는 대조적으로, 도 10a 및 도 10b는 유동 분리기(346)를 포함하는 도 8에 도시된 시트 링(300)을 갖는 도 1에 도시된 제어 장치(10)에 대한 입구와 출구의 압력 변동 프로파일을 각각 도시한다. 도시된 바와 같이, 시트 링(300)을 사용한 입구 및 출구의 압력 변동은 도 9a 및 도 9b에 비해서 도 10a 및 도 10b에서 대폭 감소된다. 도 10a 및 도 10b에서, 압력 변동은 불과 2 내지 3 psi에 가깝다.

입구와 출구의 압력 변동을 감소시키는 것 외에도, 본 발명의 시트 링은 제어 요소(16)에 가해지는 힘의 변동을 효과적으로 감소시킨다. 도 11은 유동 분리기(46)를 설치하지 않고 링 형상 바디(44)만을 포함하는 시트 링을 사용하는, 도 1에 도시된 제어 장치(10)에 대한 제어 요소(16) 상의 전형적인 힘 변동 프로파일을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 제어 요소(16) 상의 힘은 약 200 lbf 만큼 변동할 수 있다. 대조적으로, 도 12는 도 8의 시트 링(300)이 구비된 도 1에 도시된 제어 장치(10)의 제어 요소(16) 상의 힘 변동 프로파일을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 시트 링(300)을 사용하는 제어 요소(16) 상의 힘 변동은 도 11에 비해서 도 12에서 대폭 감소된다. 도 12에서, 제어 요소(16) 상의 힘은 약 20 lbf 정도만 변동한다.

이상으로부터, 본 발명의 시트 링과 유동 분리기가 Δp의 변동 및 제어 밸브(10)의 제어 요소(16)에 가해지는 힘의 변동을 바람직하게는 저감한다는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 명세서에서 개시한 유동 분류기(46, 146, 246, 346) 중 어느 하나는 압력 변동을 감소시키는 수단 및/또는 힘의 변동을 감소시키는 수단으로 고려될 수도 있다. 압력 변동의 저감은, 바람직하게는 불균일한 유체 유동에 비해서 더 효율적이고 바람직할 수 있는 균일한 유체 유동을 촉진한다. 제어 요소에 가해지는 힘의 변동 크기의 저감은, 바람직하게는 더 저렴하고 중량이 더 가벼운 소형 액추에이터의 사용을 가능하게 한다. 즉, 공압 액추에이터로 제어 요소에 가해지는 힘의 큰 변동에 대처하기 위해서는, 예를 들면, 액츄에이터는 매우 단단해야 하고, 이 때문에, 매우 큰 액츄에이터가 필요하다. 따라서, 본 발명은 힘의 변동을 저감함으로써, 비용 및 노력을 절약하는 소형 공압 액추에이터의 사용을 가능하게 한다.

상술한 본 발명은 각각 약간 상이한 특징을 갖는 유체 유량 제어 장치, 시트 링 및/또는 유동 분리기의 다양한 예를 제공하지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 명시적으로 개시되지 않은 또 다른 예에 도달하도록 임의의 하나 이상의 실시예들 중 임의의 하나 이상의 특징들을 혼합하거나 상호교환하거나 또는 다른 방법으로 조합할 수 있다. 일례의 하나의 특징의 개시는 다른 예에서 그 특징의 통합을 배제하는 것은 아니고, 오히려 명시적으로 그러한 특징을 다른 실시예에서 구현할 수 있는 것을 제공한다.

Claims

입구, 출구, 갤러리, 및 상기 갤러리를 통해 상기 입구로부터 상기 출구까지 연장되는 유로를 규정하는 밸브 본체를 갖는 제어 밸브용 시트 링으로서,
유지부와 내부 측벽을 포함하며, 상기 유지부는 상기 밸브 본체에 고정되고, 상기 내부 측벽은 상기 갤러리를 통한 유체의 흐름을 수용하기 위한 포트를 규정하는, 상기 밸브 본체의 상기 갤러리 내에 배치되기에 적합한 링 형상 바디; 및
복수의 별개의 통로들을 규정하는 유동 교정부를 포함하며, 상기 복수의 별개의 통로들의 각각은 수력 직경 및 상기 수력 직경보다 큰 길이를 가져서, 상기 포트 내의 난류를 차단하기 위해 상기 포트를 통한 유체의 흐름을 복수의 별개의 유로들로 분리시키는, 상기 링 형상 바디의 상기 포트의 적어도 일부분 내에 배치되는, 유동 분리기를 포함하는 제어 밸브용 시트 링.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 별개의 통로들은 서로 평행한 시트 링.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 별개의 통로들의 각각은 직선 통로인 시트 링.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 별개의 통로들은 공통의 수력 직경을 공유하는 시트 링.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 별개의 통로들의 각각은 사각형 단면 또는 원형 단면을 포함하는 시트 링.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수력 직경에 대한 각각의 상기 별개의 통로의 길이의 비율의 범위는 약 1.16 내지 약 10인 시트 링.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수력 직경에 대한 각각의 상기 별개의 통로의 길이의 비율의 범위는 약 3 내지 약 6인 시트 링.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수력 직경에 대한 각각의 상기 별개의 통로의 길이의 비율이 약 4.75인 시트 링.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 별개의 통로들 각각의 상기 수력 직경의 범위가 약 1/2 인치 내지 2 인치이고, 상기 별개의 통로들 각각의 길이의 범위가 약 3 인치 내지 약 6 인치인 시트 링.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 분리기의 상기 유동 교정부는 복수의 평행한 제 1 조각들 및, 상기 복수의 별개의 통로들을 규정하기 위해 상기 복수의 평행한 제 1 조각들을 가로질러 연장되고 상기 복수의 평행한 제 1 조각들과 상호 연결되는 복수의 평행한 제 2 조각들을 포함하는 시트 링.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 분리기의 상기 유동 교정부는 다발로 고정된 복수의 평행한 관들을 포함하는 시트 링.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 별개의 통로들은 상기 유동 교정부의 전체에 걸쳐 균일하게 분포되는 시트 링.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 분리기는 상기 유동 교정부로부터 반경방향 외향으로 연장되는 복수의 다리부들을 더 포함하고, 상기 다리부들의 각각은 상기 링 형상 바디의 축 방향 단부면에 고정되는 시트 링.
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 교정부는 상기 포트의 단면 형상에 대응하는 단면 형상을 갖는 시트 링.
입구 오리피스, 출구 오리피스, 및 상기 입구 오리피스와 상기 출구 오리피스 사이에 배치된 갤러리를 규정하며, 상기 입구 및 출구 오리피스는 공통의 제 1 축을 따라 연장되고, 상기 갤러리는 상기 제 1 축을 가로지르는 제 2 축을 따라 연장되는, 밸브 본체;
상기 밸브 본체의 상기 갤러리 내에 배치되고, 상기 밸브 본체를 통한 유체의 흐름을 제어하기 위해 상기 제 2 축을 따라 변위 가능한 제어 부재; 및
상기 밸브 본체의 상기 갤러리 내에 고정 배치되고, 링 형상 바디 및 유동 분리기를 포함하는 시트 링을 포함하는 유체 유량 제어 장치로서,
상기 링 형상 바디는 유지부 및 내부 측벽을 포함하며, 상기 유지부는 상기 밸브 본체에 고정 부착되고, 상기 내부 측벽은 상기 갤러리를 통한 유체의 흐름을 수용하기 위한 포트를 규정하고,
상기 유동 분리기는 상기 링 형상 바디의 상기 포트의 적어도 일부분 내에 배치되고, 복수의 별개의 통로들을 규정하는 유동 교정부를 포함하며, 상기 복수의 별개의 통로들의 각각은 수력 직경 및 상기 수력 직경보다 큰 길이를 가져서, 상기 포트 및 상기 갤러리 내의 난류를 차단하기 위해 상기 포트를 통한 유체의 흐름을 복수의 별개의 유로들로 분리시키는, 유체 유량 제어 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 밸브 본체는 상기 입구 오리피스와 상기 갤러리 사이에서 연장되는 입구 통로 및, 상기 출구 통로와 상기 갤러리 사이에서 연장되는 출구 통로를 더 포함하고, 상기 갤러리에 인접하게 배치된 상기 입구 통로의 일부분은 상기 갤러리의 상기 제 2 축에 대해 각도를 이루어 배치된 이행 축을 따라 연장되고, 상기 각도의 범위는 약 30 도 내지 약 90 도인 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
상기 각도의 범위가 약 45 도 내지 약 90 도인 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각도가 약 45 도인 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 본체는 대면 치수를 포함하고, 상기 시트 링은 구경을 포함하며, 상기 밸브 본체의 상기 대면 치수는 상기 입구 오리피스가 차지하는 입구 면과 상기 출구 오리피스가 차지하는 출구 면 사이의 거리로서 규정되고, 상기 시트 링의 상기 구경은 상기 시트 링 내의 상기 구경으로서 규정되며, 상기 대면 치수와 상기 구경의 비율의 범위는 약 1.43 내지 약 10인 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대면 치수와 상기 구경의 비율의 범위가 약 2.5 내지 약 3인 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 분리기 내의 상기 복수의 별개의 통로들은 서로 평행한 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 분리기 내의 상기 별개의 통로들의 각각은 직선 통로인 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 분리기 내의 상기 복수의 별개의 통로들은 공통의 수력 직경을 공유하는 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 분리기 내의 상기 별개의 통로들의 각각은 사각형 단면 또는 원형 단면을 포함하는 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수력 직경에 대한 각각의 상기 별개의 통로의 길이의 비율의 범위는 약 1.16 내지 약 10인 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수력 직경에 대한 각각의 상기 별개의 통로의 길이의 비율의 범위는 약 3 내지 약 6인 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수력 직경에 대한 각각의 상기 별개의 통로의 길이의 비율이 약 4.75인 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 분리기 내의 상기 별개의 통로들 각각의 상기 수력 직경의 범위가 약 1/2 인치 내지 2 인치이고, 상기 유동 분리기 내의 상기 별개의 통로들 각각의 길이의 범위가 약 3 인치 내지 약 6 인치인 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 분리기의 상기 유동 교정부는 복수의 평행한 제 1 조각들 및, 상기 복수의 별개의 통로들을 규정하기 위해 상기 복수의 평행한 제1 조각들을 가로질러 연장되고 상기 복수의 평행한 제 1 조각들과 상호 연결되는 복수의 평행한 제 2 조각들을 포함하는 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 분리기의 상기 유동 교정부는 다발로 고정된 복수의 평행한 관들을 포함하는 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 분리기 내의 상기 복수의 별개의 통로들은 상기 유동 교정부의 전체에 걸쳐 균일하게 분포되는 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 31 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 분리기는 상기 유동 교정부로부터 반경방향 외향으로 연장되는 복수의 다리부들을 더 포함하고, 상기 다리부들의 각각은 상기 링 형상 바디의 축 방향 단부면에 고정되는 유체 유량 제어 장치.
청구항 15 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트 링의 상기 유동 분리기의 상기 유동 교정부는 상기 시트 링의 상기 포트의 단면 형상에 대응하는 단면 형상을 갖는 유체 유량 제어 장치.
입구 오리피스, 출구 오리피스, 및 상기 입구 오리피스와 상기 출구 오리피스 사이에 배치된 갤러리를 규정하며, 상기 입구 및 출구 오리피스는 공통의 제 1 축을 따라 연장되고, 상기 갤러리는 상기 제 1 축을 가로지르는 제 2 축을 따라 연장되는, 밸브 본체;
상기 밸브 본체의 상기 갤러리 내에 배치되고, 상기 밸브 본체를 통한 유체의 흐름을 제어하기 위해 상기 제 2 축을 따라 변위 가능한 제어 부재; 및
상기 밸브 본체의 상기 갤러리 내에 고정 배치되고, 링 형상 바디 및 압력 변동 저감 수단을 포함하는 시트 링을 포함하는 유체 유량 제어 장치로서,
상기 링 형상 바디는 유지부 및 내부 측벽을 포함하며, 상기 유지부는 상기 밸브 본체에 고정 부착되고, 상기 내부 측벽은 상기 갤러리를 통해 유체의 흐름을 수용하기 위한 포트를 규정하고,
상기 압력 변동 저감 수단은 상기 밸브 본체의 상기 입구 오리피스의 입구 압력과 상기 밸브 본체의 상기 출구 오리피스의 출구 압력의 변동을 저감하기 위해 상기 링 형상 바디의 상기 포트 내에 고정되는, 유체 유량 제어 장치.
입구 오리피스, 출구 오리피스, 및 상기 입구 오리피스와 상기 출구 오리피스 사이에 배치된 갤러리를 규정하며, 상기 입구 및 출구 오리피스는 공통의 제 1 축을 따라 연장되고, 상기 갤러리는 상기 제 1 축을 가로지르는 제 2 축을 따라 연장되는, 밸브 본체;
상기 밸브 본체의 상기 갤러리 내에 배치되고, 상기 밸브 본체를 통한 유체의 흐름을 제어하기 위해 상기 제 2 축을 따라 변위 가능한 제어 부재; 및
상기 밸브 본체의 상기 갤러리 내에 고정 배치되고, 링 형상 바디와 및 힘 변동 저감 수단을 포함하는 시트 링을 포함하는 유체 유량 제어 장치로서,
상기 링 형상 바디는 유지부 및 내부 측벽을 포함하며, 상기 유지부는 상기 밸브 본체에 고정 부착되고, 상기 내부 측벽은 상기 갤러리를 통해 유체의 흐름을 수용하기 위한 포트를 규정하고,
상기 힘 변동 저감 수단은 상기 제어 요소에 가해지는 힘의 변동을 저감하기 위해 상기 링 형상 바디의 상기 포트 내에 고정되는, 유체 유량 제어 장치.
링 형상 바디 및 유동 분리기를 포함하는 시트 링의 제조 방법에 있어서,
복수의 평탄한 제 1 재료 조각들을 상부 가장자리로부터 하방향으로 연장되는 복수의 제 1 슬릿들을 갖는 복수의 기다란 제 1 조각들로 절단하는 단계;
복수의 평탄한 제 2 재료 조각들을 하부 가장자리로부터 상방향으로 연장되는 복수의 제 2 슬릿들을 갖는 복수의 기다란 제 2 조각들로 절단하는 단계;
복수의 제 1 슬릿들의 각각을 복수의 제 2 슬릿들 중 대응하는 슬릿과 정렬시키고, 상기 조각들을 함께 슬라이딩시켜 상기 복수의 제 1 조각들의 일부가 상기 복수의 기다란 제 2 조각 중 상기 복수의 제 2 슬릿들 내에 수납되고 또 상기 복수의 제 2 조각들의 일부가 상기 복수의 기다란 제 1 조각들 중 상기 복수의 제 1 슬릿들 내에 수납되도록 함으로써, 상기 복수의 기다란 제 1 조각들을 상기 복수의 기다란 제 2 조각들과 상호 연결하는 단계;
중간 단계의 유동 분리기를 형성하도록 상기 복수의 제 1 및 제 2 슬릿들 중 적어도 일부에 인접한 위치들에서 상기 복수의 제 1 및 제 2 조각들을 함께 고정시키는 단계;
최종 유동 분리기를 형성하기 위해 시트 링에 대응하는 링 형상 바디의 포트의 단면 형상에 대응하는 원하는 형상으로 상기 중간 단계의 유동 분리기를 가공하는 단계;
상기 최종 유동 분리기를 상기 링 형상 바디의 상기 포트에 삽입하는 단계; 및
상기 최종 유동 분리기를 상기 링 형상 바디에 고정시키는 단계를 포함하는 제조 방법.
청구항 36에 있어서,
상기 복수의 제 1 및 제 2 조각들을 고정시키는 단계는 용접 또는 납땜 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
청구항 36 또는 청구항 37에 있어서,
상기 최종 유동 분리기를 상기 링 형상 바디에 고정시키는 단계는 용접 또는 납땜 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
청구항 36 내지 청구항 38 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최종 유동 분리기를 상기 링 형상 바디에 고정시키는 단계는 상기 링 형상 바디의 내부 측벽에 상기 최종 유동 분리기를 고정하는 것을 포함하는 방법.
청구항 36 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 평탄한 제 1 및 제 2 조각들을 상기 복수의 기다란 제 1 및 제 2 조각들로 절단하는 단계는, 상기 평탄한 조각들 중 적어도 일부를 대향 단부로부터 연장되는 다리 플랜지들을 포함하도록 절단하는 것을 더 포함하는 방법.
청구항 36 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최종 유동 분리기를 상기 링 형상 바디에 고정시키는 단계는 상기 복수의 기다란 제 1 및 제 2 조각들의 상기 다리 플랜지들을 상기 링 형상 바디의 축방향 단부면에 고정하는 것을 포함하는 방법.
청구항 36 내지 청구항 41 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 기다란 제 1 및 제 2 조각들의 상기 다리 플랜지들을 상기 링 형상 바디의 축방향 단부면에 고정하는 단계는 용접 또는 납땜 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
유체 유량 제어 장치를 유동 분리기로 개장하는 방법으로서, 상기 유체 유량 제어 장치는 밸브 본체, 제어 요소, 및 시트 링을 포함하고, 상기 밸브 본체는 입구, 출구, 및 상기 입구와 상기 출구 사이에 배치된 갤러리를 규정하고, 상기 제어 요소는 폐쇄 위치와 적어도 하나의 개방 위치 사이에서 상기 갤러리 내에 이동 가능하게 배치되고, 상기 제어 요소가 폐쇄 위치에 위치하면, 상기 시트 링이 상기 제어 요소에 의해 밀봉 결합되도록 상기 갤러리 내에 고정되며, 상기 방법은,
상기 제어 요소를 상기 밸브 본체의 상기 갤러리로부터 제거함으로써, 상기 밸브 본체 내의 갤러리 개구를 노출시키는 단계;
상기 밸브 본체로부터 상기 갤러리를 통한 유체의 흐름을 수용하기 위한 포트를 규정하는 내부 측벽을 포함하는 링 형상 바디를 포함하는 상기 시트링을 제거하는 단계;
유동 교정부 및 적어도 하나의 다리부를 구비하고, 상기 유동 교정부는 복수의 별개의 통로들을 규정하며, 적어도 하나의 상기 다리부가 상기 유동 교정부로부터 반경방향 외측으로 연장되는 상기 유동 분리기를 상기 시트 링의 상기 포트에 위치 설정하는 단계:
상기 적어도 하나의 다리부를 상기 링 형상 바디의 축 방향 단부면에 고정시켜서, 상기 유동 분리기를 상기 링 형상 바디에 고정하는 단계; 및
상기 복수의 별개의 통로들이 상기 포트를 통한 유체의 흐름을 복수의 별개의 유로들 내로 분리하도록, 상기 링 형상 바디 및 상기 유동 분리기를 포함하는 상기 시트 링을 상기 밸브 본체의 상기 갤러리에 삽입 및 고정하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 43에 있어서,
상기 유동 분리기의 상기 적어도 하나의 다리부를 상기 시트 링의 상기 링 형상 바디에 고정하는 단계는 상기 적어도 하나의 다리부를 상기 링 형상 바디에 용접 또는 납땜하는 것을 포함하는 방법.