RU2713319C2

RU2713319C2 - Клетка, подавляющая аэродинамический шум

Info

Publication number: RU2713319C2
Application number: RU2017140492A
Authority: RU
Inventors: Дэниел М. АДАМС; Аллен С. ФЕЙГЕРЛУНД; Джеймс Л. ГОССЕТТ; Патрик Л. О'ШИ; Даниэль Дж. ЭЙЛЕРС; Вильям Э. ВЕАРС
Original assignee: Фишер Контролз Интернешнел Ллс
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2020-02-04
Also published as: EP3298313B1; US9759348B2; WO2016187246A1; CN205824233U; EP3298313A1; RU2017140492A3; US10539252B2; US20160341335A1; CN106168310A; CA2985373A1; CN106168310B; RU2017140492A; CA2985373C; US20180003318A1

Abstract

Регулирующий клапан имеет корпус, содержащий впускное отверстие и выпускное отверстие, седло клапана между впускным отверстием и выпускным отверстием, плунжер клапана и клетку (100), смежную с седлом клапана, для обеспечения направления хода плунжера клапана. Плунжер клапана выполнен с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором плунжер клапана плотно входит в контакт с седлом клапана, и открытым положением, в котором плунжер клапана находится на расстоянии от седла клапана. Клетка имеет цилиндрическую стенку (102), имеющую внутреннюю (108) и наружную (110) поверхности, и множество каналов (114), образованных в стенке. Каждый канал может иметь первый участок, проходящий от внутренней поверхности, и второй участок, проходящий от наружной поверхности, при этом второй участок имеет диаметр, меньший, чем диаметр первого участка; и при этом каждый канал может следовать по нелинейной траектории от внутренней к наружной поверхности, и/или может иметь площадь поперечного сечения, которая изменяется в направлении от внутренней к внешней поверхности. 6 н. и 18 з.п. ф-лы, 29 ил.

Description

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к регулирующим клапанам и, в частности, к клеткам, подавляющим аэродинамический шум, для регулирующих клапанов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В типичных регулирующих клапанах клетка клапана может обеспечивать направление для плунжера клапана, в то время как плунжер клапана перемещается из закрытого положения, в котором плунжер клапана плотно входит в контакт с седлом клапана, в открытое положение, в котором плунжер клапана расположен на расстоянии от седла клапана. Если клапан находится в открытом положении, флюид протекает от впускного отверстия клапана, проходит через проход между седлом клапана и плунжером клапана, проходит через клетку клапана и выходит через выпускное отверстие клапана. В дополнение к осуществлению направления хода плунжера клапана, клетка клапана может также быть использована для дополнительных функций, таких как снижение шума.

[0003] Обратимся к Фиг. 1, на которой изображен типичный регулирующий клапан 10. Регулирующий клапан 10 в целом содержит корпус 12 клапана, имеющий впускное отверстие 14 и выпускное отверстие 16, и перепускной канал 18, расположенный между впускным отверстием 14 и выпускным отверстием 16. Седло клапана расположено в перепускном канале 18 между впускным отверстием 14 и выпускным отверстием 16, а также монолитная клетка 22 расположена внутри корпуса 12 клапана смежно с седлом 24 клапана. Элемент регулирования потока флюида, такой как плунжер 26 клапана, расположен внутри корпуса 12 и расположен внутри клетки 22. Плунжер 26 клапана взаимодействует с седлом 24 клапана для регулирования потока флюида через корпус 12, так что плунжер 26 клапана в закрытом положении плотно входит в контакт с седлом 24 клапана, а в открытом положении находится на расстоянии от седла 24 клапана. Шток 28 одним концом соединен с плунжером 26 клапана, а другим концом с исполнительным приводом 30. Исполнительный привод 30 управляет перемещением плунжера 26 клапана внутри клетки 22. Клетка 22 расположена смежно с седлом 24 клапана и проксимальным плунжером 26 клапана для обеспечения направления хода плунжера 26 клапана.

[0004] В некоторых применениях в газовой промышленности клетка 22 имеет множество каналов 20, образованных в цилиндрической стенке клетки 22, которые используются для уменьшения шума, создаваемого при прохождении газа через клетку 22. Каналы 20 расположены таким образом, что струи газа, которые образуются при выходе газа из каналов 20, не сходятся и не создают аэродинамический шум. Клетки 22, используемые в этих типах применений в газовой промышленности, обычно используются в ориентации "вверх по потоку" (например, газ поступает в центр клетки 22 и проходит от внутренней поверхности к наружной поверхности клетки 22), а шаг между каналами 20, который имеет решающее значение для уменьшения аэродинамического шума, определяется по наружной поверхности клетки 22. Шаг между каналами 20 по внутренней поверхности клетки 22 также важен, т.к. этот шаг используется для поддержания достаточного расстояния между каналами 20, чтобы не позволить потоку проходить через большее количество каналов 20, чем требуется для надежных гидродинамических характеристик потока на протяжении всего перемещения плунжера 26 клапана.

[0005] Для монолитных клеток 22, используемых в газовой промышленности, в которой условия технологического процесса создают аэродинамический шум при протекании среды через регулирующий клапан 11, отверстия, просверленные сквозь цилиндрическую стенку клетки 22, обычно используют для образования каналов 20. Однако клетки с просверленными отверстиями являются очень громоздкими, весьма трудоемкими и дорогостоящими в производстве. Некоторые клетки с просверленными отверстиями могут содержать тысячи отверстий, и единственным реально возможным способом изготовления каналов 20 является их сверление с использованием 3,175 мм (1/8 дюймового) сверла. Существуют критерии допустимости, которые допускают, чтобы некоторый процент сверл ломался и оставался в клетке, но этот процесс требует использования специальных сверлильных машин, которые имеют высокую точность.

[0006] В дополнение к шагу каналов 20 на наружной поверхности клетки 22, аэродинамический шум может быть также уменьшен за счет обеспечения искривленной или нелинейной траектории потока для каналов 20 или изменения диаметра поперечного сечения каналов 20 при прохождении через стенку клетки 22. Однако сверление отверстия сквозь сплошную клетку 22, создание каналов 20, имеющих нелинейную траекторию потока или имеющих переменную площадь поперечного сечения, не представляется возможным.

[0007] В дополнение к проблемам шума, который может возникать при некоторых применениях в газовой промышленности, в некоторых случаях применения жидкости могут иметь место условия, которые будут приводить к ситуации, в которой жидкость переходит в состояние кавитации, что может вызвать серьезное повреждение регулирующего клапана 10. Для уменьшения кавитации, которая допускается вплоть до точки, в которой она еще не повреждает регулирующий клапан 10, или для ее направления в область, которая менее восприимчива к кавитационным повреждениям, могут быть использованы каналы, которые уменьшаются в диаметре по направлению потока флюида.

[0008] Однако использование просверленных отверстий и традиционных технологий изготовления для создания каналов 20 в монолитной клетке 22 требует, чтобы отверстия были просверлены ступенчато от наружной поверхности клетки, которые ограничивают эти отверстия наличием участка с большим диаметром канала 20 на наружной поверхности клетки 22 и участка с меньшим диаметром канала 20 на внутренней поверхности клетки 22, поскольку участок с большим диаметром должен быть просверлен снаружи клетки 22. Это ограничивает такие типы клеток 22 для применений, использующих ориентацию "вниз по потоку" (например, жидкость поступает в клетку 22 с наружной поверхности и проходит от наружной поверхности к внутренней поверхности клетки 22), так что перепады давления могут быть уменьшены по мере того, как поток проходит через регулирующий клапан 10, а затем вниз по потоку. Главная причина того, что это сделано таким образом, заключается в возможности сверлить ступенчатые отверстия снаружи клетки 22. Как описано выше, сверление через стенку клетки 22 отверстий, в количестве, необходимом для этого типа применения, является очень затруднительным, трудоемким и дорогостоящим в производстве.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] В соответствии с одним примерным аспектом настоящего изобретения, регулирующий клапан содержит корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, седло клапана, расположенное в перепускном канале корпуса между впускным отверстием и выпускным отверстием, плунжер клапана, расположенный внутри корпуса, и клетку, расположенную внутри корпуса смежно с седлом клапана и проксимально относительно плунжера клапана для обеспечения направления хода плунжера клапана. Плунжер клапана перемещается между закрытым положением, в котором плунжер клапана плотно входит в контакт с седлом клапана, и открытым положением, в котором плунжер клапана находится на расстоянии от седла клапана. Клетка содержит цилиндрическую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и наружную поверхность, а также множество каналов, образованных в стенке и проходящих между внутренней поверхностью и наружной поверхностью. Каждый из этих каналов содержит первый участок и второй участок, при этом первый участок канала проходит от внутренней поверхности стенки и имеет первый диаметр, и второй участок канала проходят от наружной поверхности стенки и имеет второй диаметр, меньший, чем первый диаметр.

[0010] В соответствии с другим примерным аспектом настоящего изобретения, регулирующий клапан содержит: корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, седло клапана, расположенное в перепускном канале корпуса между впускным отверстием и выпускным отверстием, плунжер клапана, расположенный внутри корпуса, и клетку, расположенную внутри корпуса смежно с седлом клапана и проксимально относительно плунжера клапана для обеспечения направления хода плунжера клапана. Плунжер клапана перемещается между закрытым положением, в котором плунжер клапана плотно входит в контакт с седлом клапана, и открытым положением, в котором плунжер клапана находится на расстоянии от седла клапана. Клетка содержит монолитную однородную цилиндрическую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и наружную поверхность, а также множество каналов, образованных в стенке и проходящих между внутренней поверхностью и наружной поверхностью. Каждый из этих каналов следует по нелинейной траектории от внутренней поверхности к наружной поверхности.

[0011] В соответствии с другим примерным аспектом настоящего изобретения, регулирующий клапан содержит: корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, седло клапана, расположенное в перепускном канале корпуса между впускным отверстием и выпускным отверстием, плунжер клапана, расположенный внутри корпуса, и клетку, расположенную внутри корпуса смежно с седлом клапана и проксимально относительно плунжера клапана для обеспечения направления хода плунжера клапана. Плунжер клапана перемещается между закрытым положением, в котором плунжер клапана плотно входит в контакт с седлом клапана, и открытым положением, в котором плунжер клапана расположен на расстоянии от седла клапана. Клетка содержит монолитную однородную цилиндрическую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и наружную поверхность, а также множество каналов, образованных в стенке и проходящих между внутренней поверхностью и наружной поверхностью. Каждый из каналов имеет площадь поперечного сечения, которая изменяется в размере в направлении от внутренней поверхности к наружной поверхности.

[0012] В соответствии с другим примерным аспектом настоящего изобретения, клетка для регулирующего клапана содержит цилиндрическую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и наружную поверхность, а также множество каналов, образованных в радиальном направлении сквозь стенку от внутренней поверхности к наружной поверхности. Каждый из каналов содержит первый участок и второй участок, при этом первый участок канала проходит от внутренней поверхности стенки и имеет первый диаметр, и второй участок канала проходит от наружной поверхности стенки и имеет второй диаметр, меньший, чем первый диаметр.

[0013] В соответствии с другим примерным аспектом настоящего изобретения, клетка для регулирующего клапана содержит монолитную однородную цилиндрическую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и наружную поверхность, а также множество каналов, образованных в стенке и проходящих между внутренней поверхностью и наружной поверхностью. Каждый из каналов следует по нелинейной траектории от внутренней поверхности к наружной поверхности.

[0014] В соответствии с другим примерным аспектом настоящего изобретения, клетка для регулирующего клапана содержит монолитную однородную цилиндрическую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и наружную поверхность, а также множество каналов, образованных в стенке и проходящих между внутренней поверхностью и наружной поверхностью. Каждый из каналов имеет площадь поперечного сечения, которая изменяется в размере в направлении от внутренней поверхности к наружной поверхности.

[0015] В дальнейшем, в соответствии с любым одним или более из вышеупомянутых примерных аспектов настоящего изобретения, регулирующий клапан или клетка для регулирующего клапана могут дополнительно содержать в любом сочетании любую одну или более из следующих предпочтительных конфигураций.

[0016] В одной предпочтительной конфигурации, цилиндрическая стенка клетки является монолитной.

[0017] В еще одной предпочтительной конфигурации, каждый из каналов имеет некруговой профиль поперечного сечения.

[0018] В еще одной предпочтительной конфигурации, профиль поперечного сечения имеет одну из следующих форм: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы.

[0019] В еще одной предпочтительной конфигурации, в стенке клетки образуется герметичная полость.

[0020] В еще одной предпочтительной конфигурации, нелинейная траектория представляет собой одно из следующих: дуга, спираль, или лестнично-ступенчатый профиль.

[0021] В еще одной предпочтительной конфигурации, каждый из каналов содержит профиль поперечного сечения, который изменяется в направлении от внутренней поверхности к наружной поверхности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0022] Фиг. 1 представляет собой вид в поперечном сечении образца регулирующего клапана;

[0023] Фиг. 2А представляет собой вид в поперечном сечении образца клетки, который может быть использован с регулирующим клапаном на Фиг. 1;

[0024] Фиг. 2В представляет собой увеличенный участок выделенного фрагмента на Фиг. 2А;

[0025] Фиг. 3А представляет собой вид сбоку второго образца клетки, который может быть использован с регулирующим клапаном на Фиг. 1;

[0026] Фиг. 3В представляет собой вид в перспективе образца клетки на Фиг. 3А с удаленным участком для показа каналов;

[0027] Фиг. 3C представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 3A в поперечном разрезе, выполненном по линии C-C на Фиг. 3A;

[0028] Фиг. 3D представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 3А в поперечном разрезе, выполненном по линии D-D на Фиг. 3А;

[0029] Фиг. 4А представляет собой вид сбоку третьего образца клетки, который может быть использован с регулирующим клапаном на Фиг. 1;

[0030] Фиг. 4B представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 4A в поперечном разрезе, выполненном по линии B-B на Фиг. 4A;

[0031] Фиг. 4C представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 4A в поперечном разрезе, выполненном по линии C-C на Фиг. 4A;

[0032] Фиг. 5А представляет собой вид сбоку четвертого образца клетки, который может быть использован с регулирующим клапаном на Фиг. 1;

[0033] Фиг. 5B представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 5A в поперечном разрезе, выполненном по линии B-B на Фиг. 5A;

[0034] Фиг. 5C представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 5A в поперечном разрезе, выполненном по линии C-C на Фиг. 5A;

[0035] Фиг. 6А представляет собой вид сбоку пятого образца клетки, который может быть использован с регулирующим клапаном на Фиг. 1;

[0036] Фиг. 6В представляет собой вид сверху клети на Фиг. 6А в поперечном разрезе, выполненном по линии В-В на Фиг. 6А;

[0037] ФИГ. 6С представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 6А в поперечном разрезе, выполненном по линии С-С на Фиг. 6А;

[0038] Фиг. 7А представляет собой вид сбоку шестого образца клетки, который может быть использован с регулирующим клапаном на Фиг. 1;

[0039] Фиг. 7В представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 7А в поперечном разрезе, выполненном по линии В-В на Фиг. 7А;

[0040] Фиг. 7С представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 7А в поперечном разрезе, выполненном по линии С-С на Фиг. 7А;

[0041] Фиг. 8А представляет собой вид сбоку седьмого образца клетки, который может быть использован с регулирующим клапаном на Фиг. 1;

[0042] Фиг. 8В представляет собой вид в перспективе образца клетки на Фиг. 8А, с удаленным участком для показа каналов;

[0043] Фиг. 8C представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 8A в поперечном разрезе, выполненном по линии C-C на Фиг. 8A;

[0044] Фиг. 8D представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 8A в поперечном разрезе, выполненном по линии D-D на Фиг. 8A;

[0045] Фиг. 9A представляет собой вид сбоку восьмого образца клетки, который может быть использован с регулирующим клапаном на Фиг. 1;

[0046] Фиг. 9В представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 9А в поперечном разрезе, выполненном по линии В-В на Фиг. 9А;

[0047] Фиг. 9C представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 9A в поперечном разрезе, выполненном по линии C-C на Фиг. 9A;

[0048] Фиг. 10 представляет собой вид в перспективе девятого образца клетки, который может быть использован с регулирующим клапаном на Фиг. 1, с каналами, показанными пунктиром;

[0049] Фиг. 11А представляет собой вид в перспективе образца клетки, который может быть использован с регулирующим клапаном, имеющим поперечный поток флюида, с удаленным участком для показа каналов; и

[0050] Фиг. 1B представляет собой вид сверху клетки на Фиг. 11A в поперечном разрезе, выполненном по линии B-B на Фиг. 11А.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0051] Обратимся к Фиг. 2А-2В, на которых показан один образец клетки 100, который может быть использован с регулирующим клапаном 10, описанным выше и показанным на Фиг. 1. Клетка 100 может быть изготовлена с использованием Технологии Послойного Аддитивного Наращивания, такой как прямое лазерное спекание металла, полное плавление материала в заранее сформированном слое и т.д. Используя процессы Технологии Послойного Аддитивного Наращивания, трехмерная конструкция клетки 100 разделяется на множество слоев, например, слоев толщиной около 20-50 микрон. Затем слой порошка, например, такой как порошок на основе металла, укладывается вниз в качестве первого слоя конструкции, а лазерный или электронный луч спекает вместе конструкцию первого слоя. Затем второй слой порошка, представляющий собой второй слой конструкции, укладывают поверх первого спеченного слоя, и спекают вместе с первым слоем. Этот продолжается слой за слоем, чтобы сформировать завершенную клетку 100.

[0052] Использование Технологии Послойного Аддитивного Наращивания в изготовлении клеток для регулирующих клапанов предоставляет свободу в производстве каналов, имеющих различные формы и геометрии, а также другие признаки, описанные ниже, которые невозможно получить, используя современные типовые технологии литья или сверления. Например, как описано выше, клетки, используемые для применения с жидкостями, могут быть выполнены с каналами, которые уменьшаются по диаметру в направлении потока флюида с целью уменьшения кавитации в регулирующем клапане. Однако используя стандартные технологии производства, эти клетки были ограничены в применении использованием ориентации "вниз по потоку", так как участок бóльшего диаметра для каждого канала может быть просверлен/выфрезерован только со стороны наружной поверхности клетки. Однако, как показано на Фиг. 2А-2В, клетка 100 теперь может быть изготовлена, как имеющая каналы, которые уменьшаются по диаметру в направлении от внутренней поверхности к наружной поверхности, предоставляя клетке 100 быть используемой в применениях, использующих ориентацию "вверх по потоку", что раньше было невозможным.

[0053] Как показано на Фиг. 2A-2B, клетка 100, как правило, содержит цилиндрическую стенку 102, образующую полое центральное отверстие 112, внутри которого плунжер 26 клапана будет скользить, чтобы регулировать поток флюида через клетку 100. Стенка 102 определяет: первый конец 104, противоположный второй конец 106, внутреннюю поверхность 108 и противоположную наружную поверхность 110. Каналы 114 образованы в стенке 102, проходя между внутренней поверхностью 108 и наружной поверхностью 110, и каждый имеет первый участок 116 и второй участок 118. Каналы 114 могут быть использованы для характерного флюида, протекающего через клетку 100, посредством, например, уменьшения давления флюида, поскольку он протекает через каналы 114. Первый участок 116 каждого канала 114 проходит от внутренней поверхности 108 частично внутрь стенки 102 и имеет первый диаметр D1, или площадь поперечного сечения, если каналы 114 не являются круглыми. Второй участок 118 каждого канала 114 проходит от наружной поверхности 110 частично внутрь стенки 102, при этом второй диаметр D2, или площадь поперечного сечения, если каналы 114 не являются круглыми, является меньше, чем диаметр D1 первого участка 116.

[0054] Каналы 114 уменьшаются в диаметре по направлению от внутренней поверхности 108 к наружной поверхности 110, что невозможно при использовании стандартных способов изготовления, и это означает, что сейчас клетка 100 может быть использована в случаях применения жидкости для уменьшения кавитации в регулирующих клапанах, имеющих ориентацию "вверх по потоку", которая не была возможна ранее, и данная конструкция уже не ограничена с точки зрения производства. Это может быть полезным, поскольку некоторые регулирующие клапаны функционируют лучше (с повышенной пропускной способностью и управлением) при ориентации "вверх по потоку". Кроме того, наличие клеток, которые могут находиться в ориентации "вверх по потоку" или "вниз по потоку", обеспечивает для конечных пользователей эксплуатационную гибкость системы трубопроводов для любого заданного применения и обеспечивает большую гибкость для большего разнообразия конфигураций уплотнения, которая может быть зависимой от направления потока.

[0055] Как описано выше, каналы 114 могут иметь в основном круглый профиль поперечного сечения с продольной осью, которая перпендикулярна продольной оси клетки 100. Однако каналы также могут иметь иной, некруговой профиль поперечного сечения, такой как: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы. Кроме того, герметичная полость 120, такая как "облегчающее отверстие", или "снижающее вес", или "рукав", также может быть образована в стенке 102 клетки 100 для уменьшения веса клетки 100 и экономии материала, что невозможно при использовании стандартных технологий производства. Даже с одним или более из вышеописанных признаков, таких как каналы 114 с уменьшающимся диаметром, каналы 114 с некруговыми поперечными сечениями и/или герметизированные полости 120, образованные в стенке 102 клетки 100, при использовании Технологии Послойного Аддитивного Наращивания стенка 102 может быть монолитной однородной конструкцией.

[0056] Обратимся к Фиг. 3А-D, где приведен второй образец клетки 200, который может быть использован с регулирующим клапаном 10, описанным выше и показанным на Фиг. 1. Клетка 200 также может быть изготовлена с использованием Технологии Послойного Аддитивного Наращивания, подробно описанной выше для клетки 100.

[0057] Как изображено на Фиг. 3А-D, клетка 200, как правило, содержит монолитную однородную цилиндрическую стенку 202, образующую полое центральное отверстие 212, внутри которой плунжер 26 клапана будет скользить для регулировки потока флюида через клетку 200. Стенка 202 определяет: первый конец 204, противоположный второй конец 206, внутреннюю поверхность 208 и противоположную наружную поверхность 210. Каналы 214 образованы в стенке 202 и проходят между внутренней поверхностью 208 и наружной поверхностью 210. Каналы 214 могут быть использованы для характерного флюида, протекающего через клетку 200, посредством, например, уменьшения давление флюида, поскольку он протекает через каналы 214, или обеспечивая искривленную траекторию потока через стенку 202 для уменьшения скорости флюида, протекающего через клетку 200.

[0058] В примере, показанном на Фиг. 3A-D, каналы 214 являются дугообразными и следуют по нелинейной траектории в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210 стенки 202. Как лучше всего видно на Фиг. 3С-D, каналы 214, в вертикально смежных расположениях в клетке 200, могут изгибаться в противоположных направлениях, что обеспечивает искривленную траекторию потока для флюида, проходящего через клетку 200, и направляет выпуск из каждого вертикально смежных каналов в различных направлениях для предотвращения схождения выпускных траекторий и предотвращения образования аэродинамического шума. В этом показанном примере каналы 214, образованные в первом ряду каналов (Фиг. 3C), изгибаются справа налево, и каналы 214, образованные во втором ряду каналов (Фиг. 3D), изгибаются слева направо. Ряды каналов 214 будут продолжать изменять направление кривизны, так что каждый ряд каналов будет выходить в направлении, отличном от направления в смежных рядах.

[0059] Как описано выше, каналы 214 в основном могут иметь круглый профиль поперечного сечения. Однако каналы 214 могут также иметь другие некруглые профили поперечного сечения, такие как: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы. Кроме того, площадь поперечного сечения каналов 214 может меняться в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210. Например, каналы 214 могут иметь: уменьшающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; увеличивающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; площадь поперечного сечения, которая изменяется между увеличенным и уменьшенным размером; или площадь поперечного сечения, которая изменяется по мере прохождения от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210. Кроме того, герметичная полость 220, такая как "облегчающее отверстие", или "снижающее вес", или "рукав", также может быть образована в стенке 202 клетки 200 для уменьшения веса клетки 200 и экономии материала, что невозможно при использовании стандартных технологий производства.

[0060] Фиг. 4А-С иллюстрирует третий образец клетки 300, который может быть использован с регулирующим клапаном 10, описанным выше и показанным на Фиг. 1. Клетка 300 также может быть изготовлена с использованием процесса Технологии Послойного Аддитивного Наращивания, детально описанного выше для клетки 100. Клетка 300 идентична клетке 200, описанной выше, и использует одинаковые ссылочные номера для идентичных частей, за исключением того, что ряды каналов имеют кривизну противоположную той, которая показана в клетке 200. Например, первый ряд дугообразных нелинейных каналов 314 (Фиг. 4В) изгибаются слева направо, второй ряд каналов (Fig. 4C) изгибается справа налево, и эти ряды каналов 314 продолжают чередоваться.

[0061] Как описано выше, каналы 314 в целом могут иметь круглый профиль поперечного сечения. Однако каналы 314 также могут иметь другие некруглые профили поперечного сечения, такие как: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы. Кроме того, площадь поперечного сечения каналов 314 может меняться в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210. Например, каналы 314 могут иметь: уменьшающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; увеличивающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; площадь поперечного сечения, которая изменяется между увеличенным и уменьшенным размером; или площадь поперечного сечения, которая изменяется по мере прохождения от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210.

[0062] Фиг. 5А-С иллюстрирует четвертый образец клетки 400, который может быть использован с регулирующим клапаном 10, описанным выше и показанным на Фиг. 1. Клетка 400 также может быть изготовлена с использованием процесса Технологии Послойного Аддитивного Наращивания, детально описанного выше для клетки 100. Клетка 400 аналогична клетке 200, описанной выше, и использует одинаковые ссылочные номера для идентичных частей. Основное отличие состоит в том, что в каждом ряду каналы 414 чередуют направление кривизны относительно горизонтально смежного канала 414. Кроме того, каждый чередующийся вертикальный ряд изгибов каналов имеет кривизну, противоположную кривизне вертикально смежных рядов. Например, каждый дугообразный нелинейный канал 414 в первом ряду (Фиг. 5B) имеет кривизну, противоположную относительно двух горизонтально смежных каналов, и каждый дугообразный нелинейный канал 414 во втором ряду (Фиг. 5С) имеет кривизну, противоположную относительно двух горизонтально смежных каналов и относительно каналов 414 в вертикально смежных рядах.

[0063] Как описано выше, каналы 414 в целом могут иметь круглый профиль поперечного сечения. Однако каналы 414 также могут иметь другие некруглые профили поперечного сечения, такие как: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы. Кроме того, площадь поперечного сечения каналов 414 может меняться в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210. Например, каналы 414 могут иметь: уменьшающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; увеличивающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; площадь поперечного сечения, которая изменяется между увеличенным и уменьшенным размером; или площадь поперечного сечения, которая изменяется по мере прохождения от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210.

[0064] Фиг. 6А-С и 7А-С иллюстрируют пятый и шестой образцы клеток 500, 600, которые могут использоваться с регулирующим клапаном 10, описанным выше и показанным на Фиг. 1. Клетки 500, 600 также могут быть изготовлены с использованием процесса Технологии Послойного Аддитивного Наращивания, детально описанного выше для клетки 100. Клетки 500, 600 аналогичны клетке 200, описанной выше, и используют одинаковые ссылочные номера для идентичных частей, за исключением того, что каналы 514, 614 имеют более сложную кривизну, чем каналы 214 клетки 200. Например, клетка 500 (Фиг. 6A-C) имеет дугообразные нелинейные каналы 514 в первом ряду (Фиг. 6B), которые изгибаются справа в направлении левой смежной внутренней поверхности 208, изгибаются слева направо в середине стенки 202, и изгибаются справа в направлении левой смежной наружной поверхности 210. В противоположность этому, дугообразные нелинейные каналы 514 во втором ряду (Фиг. 6С) изгибаются слева в направлении правой смежной внутренней поверхности 208, изгибаются справа налево в середине стенки 202 и изгибаются слева в направлении правой смежной наружной поверхности 210. Дугообразные нелинейные каналы 614 клетки 600 (Фиг. 7A-C) имеют S-образную форму. Например, каналы 614 в первом ряду (Фиг. 7В) изгибаются справа в направлении левой смежной внутренней поверхности 208, изгибаются слева направо и обратно, справа налево, в середине стенки 202, и изгибаются слева в направлении правой смежной наружной поверхности 210. В противоположность этому, каналы 614 во втором ряду (Фиг. 7С) изгибаются слева в направлении правой смежной внутренней поверхности 208, изгибаются справа налево и обратно, слева направо, в середине стенки 202, и изгибаются справа в направлении левой смежной наружной поверхности 210.

[0065] Как описано выше, каналы 514, 614 в целом могут иметь круглый профиль поперечного сечения. Однако каналы 514, 614 также могут иметь другие некруглые профили поперечного сечения, такие как: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы. Кроме того, площадь поперечного сечения каналов 514, 614 может меняться в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210. Например, каналы 514, 614 могут иметь: уменьшающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; увеличивающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; площадь поперечного сечения, которая изменяется между увеличенным и уменьшенным размером; или профиль поперечного сечения, который изменяет форму по мере прохождения от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210.

[0066] Фиг. 8А-8D иллюстрирует седьмой образец клетки 700, который может использоваться с регулирующим клапаном 10, описанным выше и показанным на Фиг. 1. Клетка 700 также может быть изготовлена с использованием процесса Технологии Послойного Аддитивного Наращивания, детально описанного выше для клетки 100. Клетка 700 аналогична клетке 200, описанной выше, и использует те же ссылочные номера для идентичных частей.

[0067] Как показано на Фиг. 8А-D, клетка 700, как правило, содержит монолитную однородную цилиндрическую стенку 202, образующую полое центральное отверстие 212, внутри которого плунжер 26 клапана будет скользить, чтобы регулировать поток флюида через клетку 200. Стенка 202 определяет: первый конец 204, противоположный второй конец 206, внутреннюю поверхность 208, и противоположную наружную поверхность 210. Каналы 714 образованы в стенке 202 и проходят между внутренней поверхностью 208 и наружной поверхностью 210. Каналы 714 могут быть использованы для характерного флюида, протекающего через клетку 700, посредством, например, уменьшения давление флюида, поскольку он протекает через каналы 714, или обеспечивая искривленную траекторию потока через стенку 202 для уменьшения скорости флюида, протекающего через клетку 700.

[0068] В образце, показанном на Фиг. 8А-D, каналы 714 следуют по нелинейному, обычно лестнично-ступенчатому профилю траектории в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210 стенки 202, что обеспечивает искривленную траекторию потока для флюида, проходящего через клетку 700. Например, как можно видеть на Фиг. 8С-D, каналы 714 могут проходить радиально от внутренней поверхности 208, осуществить поворот на около 90° и пройти по существу по касательной, осуществить поворот на около 90° в противоположном направлении для продолжения в радиальном направлении, осуществить поворот на около 90° в том же направлении для продолжения по существу по касательной, и осуществить поворот на около 90° в противоположном направлении для продолжения в радиальном направлении к наружной поверхности 210. Кроме того, каналы 714 в вертикально смежных рядах могут иметь лестнично-ступенчатые формы, которые осуществляют повороты в противоположных направлениях. Как можно видеть на Фиг. 8C, каналы 714 в первом ряду осуществляют повороты: направо, налево, налево, направо; в то время как каналы 714 во втором ряду (Фиг. 8D), вертикально смежном с первым рядом, осуществляют повороты: налево, направо, направо, налево.

[0069] Кроме того, как можно видеть на Фиг. 8С-D, расположение каналов 714 на наружной поверхности 210 может быть смещено под углом между вертикально смежными рядами таким образом, что выпуски из каждого вертикально смежного канала не сходятся, что может быть использовано для предотвращения образования аэродинамического шума.

[0070] Как описано выше и показано на Фиг. 8А-D, каналы 714 в основном могут иметь квадратный профиль поперечного сечения. Однако каналы 714 также могут иметь другие профили поперечного сечения, такие как: круговой, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы. Кроме того, площадь поперечного сечения каналов 714 может изменяться в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210. Например, каналы 714 могут иметь: уменьшающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; увеличивающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; площадь поперечного сечения, которая изменяется между увеличенным и уменьшенным размером; или профиль поперечного сечения, который меняется по мере прохождения от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210. Кроме того, герметичная полость 220, такая как "облегчающее отверстие", или "снижающее вес" или "рукав", также может быть образована в стенке 202 клетки 700 для уменьшения веса клетки 700 и экономии материала, что невозможно при использовании стандартных технологий производства.

[0071] Фиг. 9А-С иллюстрируют восьмой образец клетки 800, который может использоваться с регулирующим клапаном 10, описанным выше и показанным на Фиг. 1. Клетка 800 также может быть изготовлена с использованием процесса Технологии Послойного Аддитивного Наращивания, детально описанного выше для клетки 100. Клетка 800 идентична клетке 200, описанной выше, и использует одинаковые ссылочные номера для идентичных частей, за исключением каналов 814, образованных в стенке 202. В клетке 800 каналы 814 имеют площадь поперечного сечения, которая меняется в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210. В показанном образце площадь поперечного сечения каналов 814 увеличивается в направлении от внутренней поверхности 208 к центру стенки 202, и уменьшается в направлении от центра стенки 202 к наружной поверхности 210.

[0072] Как описано выше, каналы 814 в основном могут иметь круглый профиль поперечного сечения. Однако каналы 814 также могут иметь другие некруглые профили поперечного сечения, такие как: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы. Кроме того, площадь поперечного сечения каналов 814 может меняться в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210. Например, каналы 814 могут иметь: уменьшающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; увеличивающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к внешней поверхности 210; площадь поперечного сечения, которая изменяется между увеличенным и уменьшенным размером; или площадь поперечного сечения, которая меняется по мере прохождения от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210.

[0073] Фиг. 10 иллюстрирует девятый образец клетки 900, который может использоваться с регулировочным клапаном 10, описанным выше и показанным на Фиг. 1. Клетка 900 также может быть изготовлена с использованием процесса Технологии Послойного Аддитивного Наращивания, детально описанного выше для клетки 100. Клетка 900 идентична клетке 200, описанной выше, и использует одинаковые ссылочные номера для идентичных частей, за исключением того, что каналы 914 через стенку 202 имеют изменения направлений в вертикальном направлении, также как и в горизонтальном направлении. В показанном конкретном образце каналы 914 являются дугообразными и обычно следуют по винтовой траектории через стенку 202. Кроме того, расположение каналов 914 на наружной поверхности 210 может быть смещено под углом между вертикально смежными рядами таким образом, что выпуски из каждого вертикально смежного канала не сходятся, что может быть использовано для предотвращения образования аэродинамического шума.

[0074] Как описано выше и показано на Фиг. 10, каналы 914 в основном могут иметь круглый профиль поперечного сечения. Однако каналы 914 также могут иметь другие некруглые профили поперечного сечения, такие как: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы. Кроме того, площадь поперечного сечения каналов 914 может изменяться в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210. Например, каналы 914 могут иметь: уменьшающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; увеличивающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210; площадь поперечного сечения, которая изменяется между увеличенным и уменьшенным размером; или площадь поперечного сечения, которая изменяется по мере прохождения от внутренней поверхности 208 к наружной поверхности 210.

[0075] Фиг. 11А-В иллюстрируют образец клетки 1000, который может быть использован в регулирующих клапанах, имеющих поперечный поток флюида, а не поток флюида "вверх по потоку" или "вниз по потоку", как описано выше для регулирующего клапана 10. Как показано на Фиг. 11В, в регулирующих клапанах, использующих клетку 1000, входной поток F1 будет поступать в клетку 1000 через одну сторону, и проходить через цилиндрическую стенку 1002 внутрь центрального отверстия 1012, а выпускной поток F2 будет выходить из центрального отверстия 1012 через противоположную сторону клетки 1000. Клетка 1000 также может быть изготовлена с использованием процесса Технологии Послойного Аддитивного Наращивания, детально описанного выше для клетки 100.

[0076] Клетка 1000, как правило, содержит монолитную однородную цилиндрическую стенку 1002, образующую полое центральное отверстие 1012, внутри которого плунжер 26 клапана будет скользить, чтобы регулировать поток флюида через клетку 1000. Стенка 1002 определяет: первый конец 1004, противоположный второй конец 1006, внутреннюю поверхность 1008, и противоположную наружную поверхность 1010. Каналы 1014 образованы в стенке 1002 и проходят между внутренней поверхностью 1008 и наружной поверхностью 1010. Каналы 1014 могут быть использованы для характерного флюида, протекающего через клетку1000, посредством, например, уменьшения давления флюида, поскольку он протекает через каналы 1014, или обеспечивая искривленную траекторию потока через стенку 1002 для уменьшения скорости флюида, протекающего через клетку 1000.

[0077] В показанном примере каналы 1014 имеют как прямые участки, так и дугообразные участки, и следуют по нелинейной траектории в направлении от внутренней поверхности 1008 к наружной поверхности 1010 стенки 1002, направляя флюид через клетку 1000. Кроме того, расположение каналов 1014 на наружной поверхности 1010 может быть смещено под углом между вертикально смежными рядами, и каждый ряд может быть "перевернутым" относительно смежных рядов, так что выпуски из каждого вертикально смежного канала не сходятся, что может быть использовано для предотвращения образования аэродинамического шума.

[0078] Как описано выше, каналы 1014 в целом могут иметь круглый профиль поперечного сечения. Однако каналы 1014 могут также иметь другие некруглые профили поперечного сечения, такие как: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы. Кроме того, площадь поперечного сечения каналов 1014 может изменяться в направлении от внутренней поверхности 1008 к наружной поверхности 1010. Например, каналы 1014 могут иметь: уменьшающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 1008 к наружной поверхности 1010; увеличивающуюся площадь поперечного сечения в направлении от внутренней поверхности 1008 к наружной поверхности 1010; площадь поперечного сечения, которая изменяется между увеличенным и уменьшенным размером; или площадь поперечного сечения, которая изменяется по мере прохождения от внутренней поверхности 1008 к наружной поверхности 1010. Кроме того, герметичная полость 1020, такая как "облегчающее отверстие", или "снижающее вес" или "рукав", также могут быть образованы в стенке 1002 клетки 1000 для уменьшения веса клетки 1000 и экономии материала, что невозможно при использовании стандартных технологий производства.

[0079] Хотя выше были описаны различные варианты реализации изобретения, это раскрытие не предназначено, чтобы быть ими ограничено. В раскрытые варианты реализации изобретения могут быть внесены изменения, которые все еще находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Claims

1. Регулирующий клапан, содержащий:

корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие;

седло клапана, расположенное в перепускном канале корпуса между впускным отверстием и выпускным отверстием;

плунжер клапана, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором плунжер клапана плотно входит в контакт с седлом клапана, и открытым положением, в котором плунжер клапана находится на расстоянии от седла клапана; и

клетку, расположенную внутри корпуса смежно с седлом клапана и проксимально относительно плунжера клапана для обеспечения направления хода плунжера клапана, содержащую:

цилиндрическую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и наружную поверхность;

герметичную полость, образованную в стенке клетки; и

множество каналов, образованных в стенке и проходящих между внутренней поверхностью и наружной поверхностью; при этом

каждый из указанных каналов содержит первый участок и второй участок;

первый участок канала проходит от внутренней поверхности стенки и имеет первый диаметр; и

второй участок канала проходит от наружной поверхности стенки и имеет второй диаметр, меньший, чем первый диаметр.

2. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что цилиндрическая стенка клетки является монолитной.

3. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждый из каналов имеет некруговой профиль поперечного сечения.

4. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что профиль поперечного сечения имеет одну из следующих геометрических форм: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы.

5. Регулирующий клапан, содержащий:

монолитную однородную цилиндрическую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и наружную поверхность;

каждый из каналов следует по нелинейной траектории от внутренней поверхности к наружной поверхности.

6. Регулирующий клапан по п.5, в котором нелинейная траектория представляет собой одно из следующих: дуга, спираль, или лестнично-ступенчатый профиль.

7. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждый из каналов имеет некруговой профиль поперечного сечения.

8. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что профиль поперечного сечения имеет одну из следующих геометрических форм: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы.

9. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, в котором каждый из каналов имеет площадь поперечного сечения, которая изменяется в направлении от внутренней поверхности к наружной поверхности.

10. Регулирующий клапан, содержащий:

плунжер клапана, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором плунжер клапана плотно входит в контакт с седлом клапана, и открытым положением, в котором плунжер клапана находится на расстоянии от седла клапана;

монолитную однородную цилиндрическую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и наружную поверхность; и

каждый из указанных каналов имеет площадь поперечного сечения, которая изменяется по размеру в направлении от внутренней поверхности к наружной поверхности.

11. Регулирующий клапан по п.10, отличающийся тем, что каждый из каналов имеет некруговой профиль поперечного сечения.

12. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что профиль поперечного сечения имеет одну из следующих геометрических форм: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы.

13. Клетка для регулирующего клапана, содержащая:

множество каналов, проходящих в радиальном направлении через стенку от внутренней поверхности к наружной поверхности; при этом

каждый из каналов содержит первый участок и второй участок;

14. Клетка по п.13, отличающаяся тем, что цилиндрическая стенка является монолитной.

15. Клетка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что каждый из каналов имеет некруговой профиль поперечного сечения.

16. Клетка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что профиль поперечного сечения имеет одну из следующих геометрических форм: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы.

17. Клетка для регулирующего клапана, содержащая: монолитную однородную цилиндрическую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и наружную поверхность;

множество каналов, образованных в стенке и проходящих между внутренней поверхностью и наружной поверхностью;

каждый из указанных каналов следует по нелинейной траектории от внутренней поверхности к наружной поверхности.

18. Клетка по п.17, отличающаяся тем, что нелинейная траектория представляет собой одно из следующих: дуга, спираль, или лестнично-ступенчатый профиль.

19. Клетка по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждый из каналов имеет некруговой профиль поперечного сечения.

20. Клетка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что профиль поперечного сечения имеет одну из следующих геометрических форм: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы.

21. Клетка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что каждый из каналов имеет площадь поперечного сечения, которая изменяется в направлении от внутренней поверхности к внешней поверхности.

22. Клетка для регулирующего клапана, содержащая:

причем каждый из указанных каналов имеет площадь поперечного сечения, которая изменяется в размере в направлении от внутренней поверхности к наружной поверхности.

23. Клетка по п.22, отличающаяся тем, что каждый из каналов имеет некруговой профиль поперечного сечения.

24. Клетка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что профиль поперечного сечения имеет одну из следующих геометрических форм: квадрат, прямоугольник, треугольник, овал, звезда, многоугольник, или профиль неправильной формы.