(57)【要約】      （修正有）【課題】流体ポンピングデバイスのシーリング構成を冷却、洗浄、および潤滑するための流量および圧力減少アセンブリを提供する。【解決手段】流量および圧力減少アセンブリ１０が、管状ハウジング（フランジ取付部材）１２と、管状ハウジング１２内部に位置決めされた、外周面に少なくとも２つの螺旋溝１６を有する螺旋溝付き螺旋プラグ１５とを含む。流体の流れが、溝と、フランジ部材の円筒穴の内面１４との間で、プラグ内の螺旋溝１６を通って進む。アセンブリの流量差は、約０．３〜９ｇｐｍ（約１．３６〜約４０．９リットル／分）の間である。【選択図】図２
2014077543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体ポンピング・デバイスと共に使用するための流量および圧力減少アセンブリであって、
（ａ）管状ハウジングと、
（ｂ）円柱形外面に少なくとも２つの螺旋溝を有する円柱形プラグとを備え、前記プラグが、前記アセンブリを通る流体の流量および圧力を所定の通りに制御するために前記管状ハウジング内に位置決めされる
流量および圧力減少アセンブリ。
【請求項２】
前記流体流量が、約０．３〜９ｇｐｍ（約１．３６〜約４０．９リットル／分）の間で制御される請求項１に記載の流量アセンブリ。
【請求項３】
前記円柱形プラグが、約１／２〜１インチ（約１．２７〜２．５４ｃｍ）の直径を有する請求項１に記載の流量アセンブリ。
【請求項４】
前記円柱形プラグが、約９／１６インチ（約１．４３ｃｍ）の直径を有する請求項３に記載の流量アセンブリ。
【請求項５】
前記少なくとも２つの螺旋溝がそれぞれ、約１／８インチ（約０．３１８ｃｍ）の深さおよび幅を有する請求項１に記載の流量アセンブリ。
【請求項６】
前記管状ハウジングが、管状穴を内部に有するフランジ部材である請求項１に記載の流量アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御アセンブリを通る流体の流量および圧力を所定の通りに制限する制御アセンブリを提供するためにフランジ部材内の穴と協働する溝付きの制御部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体ポンピング・デバイスは、例えば、石油、化学物質、および水の分野で、様々な処理システムにおいて利用される。これらのポンピング・デバイスは、広範には、ポンピング・デバイスのポンピング部分を駆動するためにシャフトを回転させる電気または磁気モータを含む。ポンピング・デバイスのポンピング部分は、流体ポンピング部分の内部をポンピング・デバイスの独立した電気または磁気モータ駆動部分から切り離すために、あるタイプのシーリング構成をポンピング・デバイスの外部または内部に含む。利用される従来のシーリング構成は、従来のパッキン押え、パッキン箱、または他のタイプの相互作用するシーリング部材であることがあり、これらは、流体ポンピング・デバイスの流体ポンピング部分と独立したモータ駆動部分との間のシールを維持する。
【０００３】
しかし、そのような従来のシーリング構成は、長期にわたって使用するうちに劣化しやすい。この劣化はいくつかの原因によるものであり、例えば以下の原因がある。回転するシャフトの周りに係合または接触するシーリング構成と、そのシャフトとの摩擦；シーリング構成と回転するシャフトとの摩擦による熱の発生；ならびに、シーリング構成の摩擦による熱発生を防止するため、およびシーリング構成を摩擦粒子にさらさないために行うシーリング構成への潤滑剤の送達を効果的に制御できないこと。
【０００４】
シーリング構成の潤滑、シーリング構成の冷却、およびシーリング構成からのデブリの除去を最大にするために、上述したシーリング構成への潤滑剤の流量および圧力を制御するためのいくつかのデバイスが提案されている。これらのデバイスは、シーリングアセンブリに潤滑剤を送達するライン内に、ニードルバルブ、ゲートバルブ、ボールバルブ、流量計、螺旋管、およびオリフィス開口を含む。しかし、これらのデバイスはそれぞれ、シーリング構成への潤滑剤の流量および圧力を調整するために、調節可能もしくは移動可能な制御部材または固定オリフィスを必要とする。
【０００５】
上述した流体ポンピング・デバイスは石油および化学物質の分野で利用されるので、米国石油協会（ＡＰＩ）が、流量および圧力を制御する各弁、管、またはオリフィス・プレートが直径１／８インチ（約０．３１８ｃｍ）未満にはならないことを要求している。しかしながら、弁、管、またはオリフィス・プレートの直径を直径１／８インチ（約０．３１８ｃｍ）未満に設定することなく流量および圧力を制限および制御する試みは、これまで成功していなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明によれば、石油および化学物質の処理で利用される流体ポンピング・デバイスのシーリング構成を冷却、洗浄、および潤滑するための潤滑剤の流量および圧力の制御に関連する前述した問題が解決される。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、流体ポンピング・デバイスに関連するシーリング構成から熱を除去して、シーリング構成の摩耗寿命を延ばすために、シーリング構成に入る潤滑剤の流量および圧力を所定の通りに制御することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、制御アセンブリを通る流体の流量および圧力を制御するための制御アセンブリは、貫通する円筒穴を有するフランジ取付け部材と、円筒穴の内部に位置決めされて円筒穴に係合する、機械加工された螺旋溝付きプラグとから構成される。プラグ部材の外周縁は、フランジ部材の円筒穴の環状内面と協働して、制御部材またはアセンブリを通る流体のための螺旋進行経路を提供する。フランジ部材の穴の内部に位置決めされた機械加工された螺旋溝付き螺旋プラグは、入口端部と出口端部とを含み、流体の流れが、プラグ部材の螺旋溝と、フランジ部材の円筒穴の内面とを通って入口端部から出口端部に進む。
【０００９】
本発明は、差分流量制御および圧力減少アセンブリを提供し、この差分流量制御および圧力減少アセンブリにおいて、制御アセンブリを通る減少される流体の流量は、プラグの長さと、プラグの所与の距離または長さ当たりの溝の巻数とによって決定される。
【００１０】
さらに、石油および化学物質の分野で利用される流体ポンピング・デバイスに本発明が適用されるとき、弁、管、またはオリフィス・プレートでの流量および圧力の正確な制御に関する直径１／８インチ（約０．３１８ｃｍ）の制限は、制御アセンブリのプラグ部分内の螺旋溝の深さまたはサイズを考慮に入れることなく容易に実現される。
【００１１】
さらに、本発明の流量および圧力制御装置は、アセンブリを通る流体流量の正確な所定の流量差が必要とされる任意の用途で使用することができる。重要なことに、そのような制御は、フランジ部材内部の円筒穴に対して溝付きプラグが移動することなく実現される。本発明の構造は、アルキメディアン・スクリュの原理を組み込むと考えることができるが、本発明によって得られる流量および圧力の所定の減少を実現するために、フランジ部材の細長い円筒部の内部でシャフトまたは溝付きプラグは移動しない。
【００１２】
本発明は、本明細書で以下に完全に説明し、図面に図示し、添付の特許請求の範囲に特に示す特定の新規の構造および方法からなる。本発明の精神から逸脱することなく、または本発明の利点をなんら犠牲にすることなく、詳細に様々な変更を施すことができることを理解されたい。
【００１３】
前述の説明、ならびに本発明の他の特徴、目的、機能、および利点は、添付図面を参照する以下の詳細な説明を考察すればより明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による流量および圧力減少アセンブリを提供するためにフランジ部材の穴の内部に取り付けられた溝付きプラグ部材を有するフランジ部材の斜視図である。
【図２】図１に示される流量および圧力減少アセンブリの２−２線に沿って破断した断面図である。
【図３】本発明による溝付きプラグの断面図である。
【図４】本発明による図３の溝付きプラグに沿った螺旋進行経路を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面（複数の図を通して、同一または同様の部分を表すために同じ参照番号が使用されている）を参照すると、図１および図２に、本発明による流量および圧力減少制御アセンブリ１０が示されている。流量および圧力制御アセンブリ１０は、貫通する円筒穴１３を有するフランジ取付け部材１２と、円筒穴内部に位置決めされた機械加工されたプラグ１５とから構成される。機械加工されたプラグ１５は、図３に示されるように、プラグの外面１７に螺旋状に形成された螺旋溝１６を含む。図２および図４に示されるように、プラグの外周面１７は、フランジ部材１２の円筒穴１３の内面１４と協働して、制御アセンブリ１０を通る流体のための螺旋進行経路を提供する。フランジ部材の穴の内部に位置決めされた機械加工された螺旋溝付き螺旋プラグ１５は、入口端部１９と出口端部２０とを含み、図４に矢印で示されるように、流体の流れが、溝と、フランジ部材の円筒穴の内面１４との間で、プラグ内の螺旋溝１６を通って進む。
【００１６】
本発明は、差分流量および／または圧力減少アセンブリを提供し、この差分流量および／または圧力減少アセンブリにおいて、制御アセンブリを通る流体の流量は、プラグの長さと、プラグの所与の距離または長さ当たりの螺旋溝１６の巻数とによって決定される。例えば、本発明は、石油および化学物質の処理で利用される流体ポンピング・デバイスに関連するシーリング構成に入る流体の流量を減少させるために特に適用される。そのようなシーリング構成に入る流体は、シーリング構成を冷却、洗浄、および潤滑する潤滑剤として作用する。
【００１７】
例えば、プラグ部材１５の外面１７にある溝の螺旋巻数は、要求される所定の差分流量に応じて、約２〜約６０で変化することがある。直径１／８インチ（約０．３１８ｃｍ）の螺旋溝が、プラグの長さ１インチ（約２．５４ｃｍ）当たり約５〜７の螺旋巻数を有することが分かっている。したがって、プラグが、長さ３インチ（約７．６２ｃｍ）であり、直径が約９／１６インチ（約１．４３ｃｍ）である場合、流量および圧力減少制御アセンブリ１０によって約１５〜２０の螺旋巻数が提供される。
【００１８】
また、本発明は、最小流量０．３ｇｐｍ（ガロン／分）（約１．３６リットル／分）と最大流量９．０ｇｐｍ（約４０．９リットル／分）の間の流量差を提供する。したがって、流量および圧力制御アセンブリを通過する流体によって生じる背圧の発生が、所望の制御された流量差を提供する。
【００１９】
本発明は、既存の流体ポンピング・デバイスの保守、および流量差を変更または調節するための既存の流体ポンピング・デバイスの修正にかかるコストをかなり削減する。本発明の以前には、流量変更は、流体ポンピング・デバイスの内部部品、例えば、流体ポンピング・デバイスの各段階のためのライナ、インペラ、および制限ブシュを修正することを必要とした。これらの修正はどれも、時間、費用、およびダウンタイム（作業休止時間）を必要とした。いくつかの例では、これらの修正のために、ポンピング・デバイスを製造業者に送り返す必要があることさえあり得る。
【００２０】
また、本発明の流量および圧力減少制御アセンブリが、石油／化学物質流体ポンピング・デバイス用の排出口／排気口を提供するために入口または出口に接続されたフランジ適合部材に関連付けられるように適合されることも、本発明の範囲内にある。これは、米国特許庁に係属中の、本発明の譲受人に譲渡された仮特許出願の主題である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  流量および圧力減少制御アセンブリ
１２  フランジ取付け部材
１３  円筒穴
１４  円筒穴１３の内面
１５  機械加工されたプラグ
１６  螺旋溝
１７  外周面
１９  入口端部
２０  出口端部
【図１】
2014077543.tif 000003
【図２】
2014077543.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014077543.tif 000006
【外国語明細書】
[TITLE OF THE INVENTION]
FLOW RATE AND PRESSURE REDUCTION ASSEMBLY
[FIELD OF THE INVENTION]
[0001]    The present invention relates to a grooved control member cooperating with a bore in a flange member to provide a control assembly which predeterminely restricts the flow rate and pressure of a fluid passing through the control assembly. 
[BACKGROUND OF THE INVENTION]
[0002]    Fluid pumping devices are utilized in various processing systems, for example, in petroleum, chemical and water applications.  These pumping devices broadly include an electric or magnetic motor which rotates a shaft to drive the pumping portion of the pumping device.  The pumping portion of the pumping device includes, either externally or within the pumping device, some type of sealing arrangement to separate the interior of the fluid pumping portion from the separate electrical or magnetic motor driven portion of the pumping device.  The conventional sealing arrangements utilized may be a conventional packing gland, a stuffing box or other types of interacting sealing members which maintain a seal between the fluid pumping portion and the separate motor driven portion of the fluid pumping device.
[0003]    However, such conventional sealing arrangements are prone to deterioration after extended use.  This deterioration is due to several factors; such as, abrasion between the sealing arrangement engaging or contacting about the rotating shaft; the build-up of heat due to friction between the sealing arrangement and the rotating shaft; and the failure to effectively control the delivery of lubricants to the sealing arrangement to prevent frictional heat build-up of the sealing arrangement and to maintain the sealing arrangement free of abrasive particles.
[0004]    Several devices have been suggested for controlling the flow rate and pressure of the lubricants to the above-described sealing arrangements to maximize the lubrication of, the cooling of and the removal of debris from the sealing arrangement.  These devices include needle valves, gate valves, ball valves, flow meters, spiral wound tubes and orifice openings in the line delivering a lubricant to the sealing assembly.  However, these devices each require either an adjustable or moveable control member or a fixed orifice to regulate the flow and pressure of the lubricant to the sealing arrangement.
[0005]    Because the above-described fluid pumping devices are utilized in petroleum and chemical applications, the American Petroleum Institute (API) requires that each valve, tube, or orifice plate which controls the flow rate and pressure may not be less than 1/8th inch in diameter.  Accordingly, attempts to restrict and control the flow rate and pressure without setting the diameter of the valves, tubes, or orifice plates to less than 1/8th inch in diameter have not been successful.
[SUMMARY OF THE INVENTION]
[0006]    In accordance with the present invention, the foregoing problems associated with controlling the flow rate and pressure of lubricants to cool, cleanse, and lubricate the sealing arrangements of fluid pumping devices utilized in petroleum and chemical operations are solved.
[0007]    It is a further object of the present invention to predeterminely control the flow rate and pressure of lubricants entering the sealing arrangements associated with fluid pumping devices to remove the heat from the sealing arrangement and to provide increased wear life of the sealing arrangement.
[0008]    In accordance with the present invention, the control assembly for controlling the flow rate and pressure of a fluid passing through the control assembly is comprised of a flange mounting member having a cylindrical bore extending therethrough and a machined helical grooved plug positioned within and engaging the cylindrical bore.  The outer peripheral edges of the plug member cooperate with the inner annular surface of the cylindrical bore of the flange member to provide a spiral path of travel for the fluid passing through the control member or assembly.  The machined spiral helical grooved plug that is positioned within the bore of the flange member includes an inlet end and an outlet end, with the fluid flow passing around the spiral groove in the plug member and the inner surface of the cylindrical bore of the flange member from the inlet end to the outlet end.
[0009]    The present invention provides a controlled flow differential rate and reduced pressure assembly wherein the reduced flow rate of the fluid through the control assembly is determined by the length of the plug as well as by the number of grooved turns per a given distance or length of the plug.
[0010]    Additionally, when the present invention is applied to fluid pumping devices utilized in petroleum and chemical applications, the 1/8th inch in diameter limitation for the precise control of flow rate and pressure in valves, tubes or orifice plates is readily achieved without consideration of the depth or size of the helical groove in the plug portion of the control assembly.
[0011]    Additionally, the flow rate and pressure control apparatus of the present invention may be used in any application wherein the precise and predetermined flow differential of the fluid flow rate through the assembly is required.  Importantly, such control is achieved without any movement of the grooved plug relative to the cylindrical bore within the flange member.  Although the structure of the present invention may appear to incorporate the principles of an Archimedean screw, there is no movement of the shaft or grooved plug within the elongated cylinder of the flange member to provide the predetermined reduction in flow rate and pressure that is obtained by the present invention.
[0012]    The present invention consists of certain novel structures and processes hereinafter fully described, illustrated in the accompanying drawings, and specifically pointed out in the appended claims, it being understood that various changes in the details may be made without departing from the spirit or sacrificing any of the advantages of the present invention.
[DESCRIPTION OF THE DRAWINGS]
[0013]    The foregoing description and other characteristics, objects, features and advantages of the present invention will become more apparent upon consideration of the following detailed description, having references to the accompanying drawings, wherein: 
[0014]    FIG. 1 is a perspective view of a flange member having the grooved plug member mounted within the bore of the flange member to provide the flow rate and pressure reduction assembly in accordance with the present invention;
[0015]    FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of the flow rate and pressure reduction assembly shown in FIG. 1;
[0016]    FIG. 3 is a cross-sectional view of a grooved plug in accordance with the present invention; and
[0017]    FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the helical path of travel along the grooved plug of FIG. 3 in accordance with the present invention;
[DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT]
[0018]    Referring now to the drawings wherein like reference numerals have been used throughout the several views to designate the same or similar parts, there is illustrated in FIGS. 1 and 2 a flow rate and pressure reduction control assembly 10 in accordance with the present invention.  The flow rate and pressure control assembly 10 is comprised of a flange mounting member 12 having a cylindrical bore 14 extending therethrough and a machined plug 15 positioned within the cylindrical bore.  The machined plug 15 includes helical grooves 16 spirally wound around the outer surface 17 of the plug, as shown in FIG. 3.  The outer peripheral edge surfaces 17 of the plug cooperate with the inner surface 14 of the cylindrical bore 13 of the flange member 12 to provide a spiral path of travel for the fluid through the control assembly 10, as shown in FIG 2 and 4.  The machined spiral helical grooved plug 15, that is positioned within the bore of the flange member, includes an inlet end 19 and an outlet end 20, with the fluid flow passing through the spiral grooves 16 in the plug between the grooves and the inner surface of the cylindrical bore of the flange member 14, as shown by the arrows in FIG. 4.
[0019]    The present invention provides a flow differential rate and/or pressure reduction assembly wherein the flow rate of the fluid through the control assembly is determined by the length of the plug, as well as by the number of helical grooves 16 per a given distance or length of the plug.  For example, the present invention has particular application in reducing the flow rate of fluids entering sealing arrangements associated with fluid pumping devices utilized in petroleum and chemical operations.  The fluids entering such sealing arrangements act as lubricants which cool, cleanse and lubricate the sealing arrangements.
[0020]    For example, the number of helical turns of the grooves in the outer surface 17 of the plug member 15 may vary from between about 2 to about 60, depending upon the predetermined flow differential rate required.  It has been determined that the 1/8th inch in diameter helical groove would provide about 5 to 7 helical turns per 1 inch in length of the plug.  Thus, if the plug is 3 inches in length and about 9/16th of an inch in diameter, about 15 to 20 helical turns are provided by the flow rate and pressure reduction control assembly 10.
[0021]    Also, the present invention provides a flow rate differential between a minimum rate of 0.3 gpm (gallons per minute) and a maximum rate of 9.0 gpm.  Thus, the buildup of back pressure resulting by the fluid passing through the flow rate and pressure control assembly provides the desired controlled flow rate differential.
[0022]    The present invention provides significant cost savings in the maintenance of and the modification of existing fluid pumping devices to change or adjust the flow rate differential.  Before the present invention, the flow rate change necessitated modifying the internals of the fluid pumping device, such as the liners, impeller, and restrictive bushings for each stage of the fluid pumping device.  All these modifications cost time, money, and down time.  In some instances, the pumping device may even require return to the manufacturer for these modifications.
[0023]    Also, it is within the scope of the present invention that the flow rate and pressure reduction control assembly of the present invention may also be adapted to associate with a flange adaption member that is connected to the inlet or outlet to provide a drain/vent for petroleum/chemical fluid pumping devices, which is the subject of a provisional application now pending before the U.S. Patent Offices and assigned to the assignee of the present application. 
What is claimed is:
1.        A flow rate and pressure reduction assembly for use with fluid pumping devices, comprising: 
(a)      a tubular housing; and
(b)      a cylindrical plug having at least two helical grooves within an outer cylindrical surface of said plug, with said plug positioned in said tubular housing to predeterminedly control the flow rate and pressure of a fluid through the assembly.
2.        The flow rate assembly in accordance with claim 1 wherein the fluid flow rate is controlled between about 0.3 to 9 gpm.
3.        The flow rate assembly in accordance with claim 1 wherein said cylindrical plug has a diameter of between about 1/2 to 1 inch in diameter.
4.        The flow rate assembly in accordance with claim 3 wherein said cylindrical plug has a diameter of about 9/16th of an inch.
5.        The flow rate assembly in accordance with claim 1 wherein said at least two helical grooves each has a depth and width of about 1/8th of an inch.
6.        The flow rate assembly in accordance with claim 1 wherein said tubular housing is a flange member having a tubular bore therein.
[ABSTRACT]
A flow rate and pressure reduction assembly includes a tubular housing and a cylindrical plug, having at least two helical grooves in the outer surface, positioned within the tubular housing.  The flow rate differential of the assembly is between about 0.3 to 9 gpm.
2014077543.tif 000007
2014077543.tif 000008
2014077543.tif 000009
2014077543.tif 000010