ВЫПРЯМЛЯЮЩЕЕ ПОТОК СЕДЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО И РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН С ВЫПРЯМЛЯЮЩИМ ПОТОК СЕДЕЛЬНЫМ КОЛЬЦОМ
FLOW STRAIGHTENING SEAT RING AND ADJUSTMENT VALVE WITH FLOW STRAIGHTENING SEAT RING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к устройствам управления потоком текучей среды и, в частности, к седельным кольцам для устройств управления потоком текучей среды.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Устройства управления потоком текучей среды, такие как регулирующие клапаны, как правило, используются для управления характеристиками текучей среды, протекающей по трубе. Типичное устройство содержит корпус клапана, образующий вход, выход и путь потока текучей среды, проходящий между входом и выходом. Седельное кольцо клапана соединено с корпусом клапана и образует отверстие, через которое проходит путь потока. Дросселирующий элемент, такой как затвор, выполнен с возможностью перемещения относительно седельного кольца клапана для управления потоком текучей среды через отверстие.
[0003] При выборе регулирующего клапана для конкретного процесса инженер по регулирующим клапанам может столкнуться с множеством конструктивных требований и конструктивных ограничений. Например, в некоторых вариантах применения трубопроводов требуется, чтобы соединения трубопроводов совпадали по оси, тогда как в других вариантах применения могут допускаться соединения трубопроводов под прямыми углами относительно входа и выхода клапана. Другие варианты применения могут накладывать ограничения на межфланцевые расстояния (т.е., расстояние между входом и выходом регулирующего клапана).
[0004] Одним из распространенных видов регулирующего клапана является шаровой клапан. В частности, шаровой клапан с верхним входом может широко использоваться благодаря удобству обслуживания и универсальности применения. Эти типы клапанов могут использоваться в критических вариантах применения, таких как жесткие условия службы, когда проблемой может быть распространяемый шум и турбулентный поток. Такой доступ сверху к внутренним элементам настройки обеспечивает быстрые изменения и обслуживание, что исключает дорогостоящие простои технологической установки. Шаровые клапаны с верхним входом включают в себя не осевые пути потока; иначе называемые извилистыми путями потока. Такие не осевые пути потока могут создавать турбулентность в пути потока регулирующего клапана, которая может губительно влиять на пропускную способность системы и приводить к эксплуатационной неэффективности и увеличению эксплуатационных затрат и простоев.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В одном аспекте настоящего изобретения представлено седельное кольцо для регулирующего клапана, имеющее корпус клапана, образующий вход, выход, проход и проточный канал, проходящий от входа к выходу через проход. Седельное кольцо включает кольцевой корпус и сепаратор потока. Кольцевой корпус выполнен с возможностью расположения в проходе корпуса клапана и включает в себя фиксирующую часть и внутреннюю боковую стенку. Фиксирующая часть служит для крепления к корпусу клапана. Внутренняя стенка образует канал для вмещения потока текучей среды через проход, сквозь седельное кольцо. Сепаратор потока расположен по меньшей мере внутри части канала кольцевого корпуса, и включает в себя выпрямляющий поток узел, образующий множество отдельных протоков. Каждый из множества отдельных протоков имеет гидравлический диаметр и длину, превышающую гидравлический диаметр, для формирования отдельных протоков, которые разделяют поток текучей среды через канал на множество отдельных путей потока для прерывания турбулентности в проходе.
[0006] В другом аспекте настоящего изобретения предложено устройство управления потоком текучей среды, включающее корпус клапана, элемент управления и седельное кольцо. Корпус клапана образует входное отверстие, выходное отверстие и проход, расположенный между входным отверстием и выходным отверстием. Входное и выходное отверстия проходят вдоль общей первой оси, тогда как проход проходит вдоль второй оси, которая поперечна к первой оси. Для управления потоком текучей среды через корпус клапана элемент управления расположен внутри прохода в корпусе клапана и выполнен с возможностью перемещения вдоль второй оси. Седельное кольцо неподвижно установлено внутри прохода корпуса клапана и включает кольцевой корпус и сепаратор потока. Кольцевой корпус включает фиксирующую часть и внутреннюю боковую стенку. Фиксирующая часть неподвижно прикреплена к корпусу клапана, а внутренняя боковая стенка образует канал для вмещения потока текучей среды через проход. Сепаратор потока расположен по меньшей мере внутри части канала кольцевого корпуса, и включает в себя выпрямляющий поток узел, образующий множество отдельных протоков. Каждый из множества отдельных протоков имеет гидравлический диаметр и длин, превышающую гидравлический диаметр, для формирования отдельных протоков, которые разделяют поток текучей среды через канал на множество отдельных путей потока для прерывания турбулентности в проходе.
[0007] В другом аспекте настоящего изобретения предложено устройство управления потоком текучей среды, включающее корпус клапана, элемент управления и седельное кольцо. Корпус клапана образует входное отверстие, выходное отверстие и проход, расположенный между входным отверстием и выходным отверстием. Входное и выходное отверстия проходят вдоль общей первой оси, тогда как проход проходит вдоль второй оси, которая поперечна к первой оси. Для управления потоком текучей среды через корпус клапана элемент управления расположен внутри прохода в корпусе клапана и выполнен с возможностью перемещения вдоль второй оси. Седельное кольцо неподвижно установлено внутри прохода корпуса клапана и включает кольцевой корпус и средства для уменьшения колебаний давления. Кольцевой корпус включает фиксирующую часть и внутреннюю боковую стенку. Фиксирующая часть неподвижно прикреплена к корпусу клапана, а внутренняя боковая стенка образует канал для вмещения потока текучей среды через проход. Средства для уменьшения колебаний давления закреплены в канале кольцевого корпуса для уменьшения колебаний давления на входе входного отверстия корпуса клапана и давления на выходе выходного отверстия, и, следовательно, перепада давления или Δp корпуса клапана.
[0008] В другом аспекте настоящего изобретения предложено устройство управления потоком текучей среды, включающее корпус клапана, элемент управления и седельное кольцо. Корпус клапана образует входное отверстие, выходное отверстие и проход, расположенный между входным отверстием и выходным отверстием. Входное и выходное отверстия проходят вдоль общей первой оси, тогда как проход проходит вдоль второй оси, которая поперечна к первой оси. Для управления потоком текучей среды через корпус клапана элемент управления расположен внутри прохода в корпусе клапана и выполнен с возможностью перемещения вдоль второй оси. Седельное кольцо неподвижно установлено внутри прохода корпуса клапана и включает кольцевой корпус и средства для уменьшения колебаний усилия. Кольцевой корпус содержит фиксирующую часть и внутреннюю боковую стенку. Фиксирующая часть неподвижно прикреплена к корпусу клапана, а внутренняя боковая стенка образует канал для вмещения потока текучей среды через проход. Средства для уменьшения колебаний усилия прикреплены в канале кольцевого корпуса для уменьшения колебаний усилия текучей среды, прилагаемого к элементу управления.
[0009] В другом аспекте настоящего изобретения представлен способ изготовления седельного кольца, включающего кольцевой корпус и сепаратор потока. Способ включает нарезание первого множества плоских пластин материала на первое множество удлиненных планок, имеющих первое множество шлицев, проходящих вниз от их верхнего края. Способ, кроме того, включает нарезание второго множества плоских пластин материала на второе множество удлиненных планок, имеющих второе множество шлицев, проходящих вверх от их нижнего края. Способ, кроме того, включает взаимное соединение первого множества удлиненных планок со вторым множеством удлиненных планок путем совмещения каждого из первого множества шлицев с соответствующим одним из второго множества шлицев, и сдвигание планок вместе, так что часть из первого множества планок входит во второе множество шлицев из второго множества удлиненных планок, а часть из второго множества планок входит в первое множество шлицев из первого множества удлиненных планок. Кроме того, способ включает крепление первого и второго множеств планок вместе в положениях, прилегающих по меньшей мере к некоторым из первого и второго множеств шлицев для создания промежуточного сепаратора потока. Кроме того, еще способ включает обработку промежуточного сепаратора потока до желаемой формы для соответствия форме поперечного сечения канала соответствующего кольцевого корпуса седельного кольца, чтобы создать окончательный сепаратор потока. Способ, кроме того, включает введение окончательного сепаратора потока в канал кольцевого корпуса и крепление окончательного сепаратора потока к кольцевому корпусу.
[0010] В еще одном аспекте настоящего изобретения представлен способ подгонки устройства управления потоком текучей среды к сепаратору потока, в котором устройство управления потоком текучей среды включает корпус клапана, элемент управления и седельное кольцо, причем корпус клапана образует вход, выход и проход, расположенный между входом и выходом, элемент управления расположен с возможностью перемещения в проходе между закрытым положением и по меньшей мере одним открытым положением, а седельное кольцо закреплено в проходе, чтобы герметично взаимодействовать с элементом управления, когда он находится в закрытом положении. Способ включает удаление элемента управления из прохода корпуса клапана, с открытием, таким образом, отверстия прохода в корпусе клапана. Способ, кроме того, включает удаление седельного кольца из корпуса клапана, причем седельное кольцо содержит кольцевой корпус, включающий внутреннюю боковую стенку, образующую канал для вмещения потока текучей среды через проход. Способ, кроме того, включает установку в определенном положении сепаратора потока в канал седельного кольца, при этом сепаратор потока содержит выпрямляющий поток узел и по меньшей мере один опорный узел, а выпрямляющий поток узел образует множество отдельных протоков, по меньшей мере один опорный узел проходит радиально наружу от выпрямляющего поток узла. Кроме того, способ включает крепление по меньшей мере одного опорного узла к осевой торцевой поверхности кольцевого корпуса, с прикреплением, таким образом, сепаратора потока к кольцевому корпусу. Кроме того, способ включает введение и крепление седельного кольца, содержащего кольцевой корпус и сепаратор потока, в проходе корпуса клапана, так что множество отдельных протоков приспособлены для разделения потока текучей среды через канал на множество отдельных путей потока.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] На фиг. 1 представлен вид в поперечном разрезе устройства управления потоком текучей среды, созданного в соответствии с принципами настоящего изобретения;
[0012] На фиг. 2 представлен вид в перспективе сверху одного варианта осуществления седельного кольца, созданного в соответствии с принципами настоящего изобретения;
[0013]. На фиг. 3 представлен вид в перспективе части множества планок, которые объединены, чтобы образовать седельное кольцо по фиг. 2;
[0014] На фиг. 4 представлен вид в перспективе другого варианта осуществления седельного кольца, созданного в соответствии с принципами настоящего изобретения;
[0015] На фиг. 5 представлен вид сверху еще одного варианта осуществления седельного кольца, созданного в соответствии с принципами настоящего изобретения;
[0016] На фиг. 6 представлен вид в перспективе снизу седельного кольца по фиг. 5;
[0017] На фиг. 7 представлен вид в перспективе сепаратора потока седельного кольца по фиг. 5 и 6;
[0018] На фиг. 8 представлен вид снизу еще одного варианта осуществления седельного кольца, созданного в соответствии с принципами настоящего изобретения;
[0019] На фиг. 9А и 9В представлены графики, иллюстрирующие колебания давлений на входе и выходе, соответственно, обычного устройства управления потоком текучей среды;
[0020] На фиг. 10А и 10В представлены графики, иллюстрирующие колебания давлений на входе и выходе, соответственно, устройства управления потоком текучей среды, созданного в соответствии с принципами настоящего изобретения;
[0021] На фиг. 11 представлен график, иллюстрирующий колебания усилия, прилагаемого к элементу управления обычного устройства управления потоком текучей среды; и
[0022] На фиг. 12 представлен график, иллюстрирующий колебания усилия, прилагаемого к элементу управления устройства управления потоком текучей среды, созданного в соответствии с принципами настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0023] Как будет подробно описано, настоящее изобретение относится к выпрямляющему поток седельному кольцу и регулирующему клапану с выпрямляющим поток седельным кольцом, а также к способам изготовления и монтажа такого седельного кольца в регулирующий клапан. Седельное кольцо, как правило, содержит кольцевой корпус и сепаратор потока, расположенный в отверстии кольцевого корпуса, (т.е., канале). Сепаратор потока включает в себя множество отдельных протоков для разделения (известно также как деление) потока текучей среды через седельное кольцо на множество не сообщающихся путей потока, которые могут быть примерно в 3-6 раз длиннее, в одном варианте осуществления, чем гидравлический диаметр отдельного протока для потока. Таким образом, отдельные пути потока разрушают турбулентность в этой точке корпуса клапана и поддерживают равномерность потока для увеличения эксплуатационной эффективности системы, что особенно выгодно для корпусов клапанов, которые находятся в конфигурации «течение вверх».
[0024] На фиг. 1 изображено устройство управления потоком текучей среды (т.е., регулирующий клапан) 10, созданный в соответствии с принципами настоящего изобретения. В настоящем варианте осуществления устройство 10 управления включает клапан шарового типа, содержащий корпус 12 клапана, крышку 14, элемент 16 управления, гильзу 18, и седельное кольцо 20.
[0025] Корпус 12 клапана содержит проточный канал, образованный входом 22, включающим входное отверстие 24, выходом 26, включающим выходное отверстие 28, и проходом 30, расположенным между входным и выходным отверстиями 24, 28. Проход 30 имеет в целом цилиндрический канал, проходящий в целом вертикально в корпусе 12 клапана вдоль оси At прохода, и образующий отверстие 36 прохода в корпусе 12 клапана. В дополнение к входному отверстию 24, вход 22 включает входной канал 32, который проходит между входным отверстием 24 и проходом 30. Аналогично, в дополнение к выходному отверстию 28, выход 26 включает выходной канал 34, который проходит между выходным отверстием 28 и проходом 30.
[0026] В изображенном варианте осуществления входное отверстие 24 и выходное отверстие 28 корпуса 12 клапана центрированы вдоль общей оси Af потока. Общая ось Af потока проходит поперек оси Atr входного канала, и в изображенном варианте осуществления ось Af потока примерно перпендикулярна оси At прохода. Кроме того, входное отверстие 24 расположено, главным образом, в вертикальной входной плоскости Pi, а выходное отверстие расположено, главным образом, в вертикальной выходной плоскости Po, которая параллельна входной плоскости Pi и смещена относительно нее на межфланцевое расстояние Dff. В описанной выше и изображенной на фиг. 1 конфигурации регулирующий клапан 10 расположен в конфигурации «течение вверх». То есть, когда текучая среда протекает во вход 22, она проходит через входной канал 32 и должна «течь вверх» в направлении прохода 30. Когда элемент 16 управления удален от седельного кольца 20, текучая среда течет из входного канала 32 и должна резко поворачивать, чтобы течь через седельное кольцо 20 в проход 30. В изображенном варианте осуществления по меньшей мере часть входного канала 32, которая расположена непосредственно рядом с проходом 30, проходит вдоль промежуточной оси Atr, расположенной под углом α относительно оси At прохода. В некоторых вариантах осуществления угол α может находиться в диапазоне примерно от 30 градусов до 90 градусов, в диапазоне примерно от 45 градусов до 90 градусов, или в каком-нибудь другом диапазоне. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 1, угол α равен примерно 45 градусов. При такой конфигурации текучая среда, текущая в проход 30 от входного канала 32 корпуса 12 клапана, должна делать поворот под углом β, который равен дополнительному углу к углу α или 135 градусов. В других вариантах осуществления текучая среда может делать поворот под углом β, который находится, например, в диапазоне примерно от 90 градусов до 150 градусов, или под каким-либо другим углом.
[0027] Согласно фиг. 1, седельное кольцо 20 по настоящему варианту осуществления устройства 10 управления включает элемент в виде кольца, закрепленный во внутренней перепончатой части 40 прохода 30 корпуса 12 клапана. В некоторых вариантах осуществления седельное кольцо 20 может ввинчиваться в перепончатую часть 40, зафиксированную с помощью сварки или, как изображено на фиг. 1, седельное кольцо 20 может фиксироваться одной или несколькими резьбовыми крепежными деталями 42 во взаимодействии при расположении между гильзой 18 и перепончатой частью 40. Независимо от средств, которыми седельное кольцо 20 фиксируется в корпусе 12 клапана, раскрываемый вариант осуществления седельного кольца 20 включает кольцевой корпус 44 и сепаратор 46 потока. Кольцевой корпус 44 включает в себя, как правило, сплошной элемент в виде кольца, включающий фиксирующую часть 48 и посадочную часть 50. Фиксирующая часть 48 содержит уступ 52, проходящий радиально наружу от посадочной части 50, и в раскрываемом варианте осуществления в нее входят резьбовые крепежные детали 42 для крепления седельного кольца 20 в проходе 30. Посадочная часть 50 раскрываемого варианта осуществления включает внутреннюю боковую стенку 54. В примере, показанном на фиг. 1, внутренняя боковая стенка 54 имеет профиль, выпукло выступающий внутрь для образования верхней посадочной поверхности 58, и образует круговой канал 56 в седельном кольце 20. Канал 56 включает канал диаметром Dp.
[0028] Еще со ссылкой на фиг. 1, гильза 18 устройства 10 управления в настоящем примере включает полый цилиндрический элемент с нижним концом 60, верхним концом 62, и множеством окон 64. Гильза 18 расположена в проходе 30 корпуса 12 клапана таким образом, что нижний конец 60 впритык прилегает к уступу 52 фиксирующей части 48 седельного кольца 20, помогая удерживать седельное кольцо 20 в соединении с перепончатой частью 40 прохода 30. Верхний конец 62 включает проходящий радиально наружу фланец 66, зажатый между крышкой 14 и корпусом 12 клапана, рядом с отверстием 36 прохода. Окна 64 создают путь для текучей среды между входом 22 и проходом 30, когда элемент 16 управления занимает положение для обеспечения такого потока.
[0029] Элемент 16 управления, как показано, включает шток 68 и плунжер 70 клапана, прикрепленный к концу штока 68. Плунжер 70 клапана включает цилиндрический корпус с торцевой стенкой 72, прикрепленной к штоку 68. Торцевая стенка 72 дополнительно содержит множество отверстий 74 для осуществления сообщения по текучей среде от входного канала 32 до камеры 75 крышки, что обеспечивает сбалансированное действие устройства 10 управления. При такой конфигурации элемент 16 управления выполнен с возможностью перемещения в проходе 30 между закрытым положением, в котором зафиксированный конец 76 плунжера 70 клапана герметично прилегает к посадочной поверхности 58 внутренней боковой стенки 54 седельного кольца 20 (показано на фиг. 1), для препятствования потоку текучей среды через проход 30, и открытым положением, в котором зафиксированный конец 76 плунжера 70 клапана поднимается от (например, располагается на расстоянии от) седельного кольца 20 для осуществления потока текучей среды через проход 30.
[0030] Наконец, как упомянуто, устройство 10 управления в настоящем примере включает крышку 14, которая может быть пробкообразной конструкцией, прикрепленной к корпусу 12 клапана рядом с отверстием 36 прохода. В дополнение к фиксации фланца 66 гильзы 18 для удержания гильзы 18 в проходе 30, крышка 14 включает сквозное отверстие 38, в которое входит шток 68 элемента 16 управления, так что шток 68 может выступать к приводу (не показано), для управления положением элемента 16 управления и действием устройства 10.
[0031] Как упомянуто выше, седельное кольцо 20 по настоящему изобретению включает кольцевой корпус 44 и сепаратор потока 46. Кольцевой корпус 44, в основном, служит для создания области управления потоком в корпусе 12 клапана путем обеспечения посадочной поверхности 58, на которую садится плунжер 70 клапана, когда он занимает закрытое положение. Сепаратор 46 потока служит для разрушения турбулентности или рециркуляционного потока, который может формироваться в зоне 33 рециркуляции рядом с седельным кольцом 20, и поддержания равномерного потока текучей среды в проходе 30 корпуса 12 клапана при высокой скорости потока текучей среды.
[0032] Согласно фиг. 2, седельное кольцо 20 по фиг. 1 проиллюстрировано более подробно, включая кольцевой корпус 44 и один вариант осуществления сепаратора 46 потока. Кольцевой корпус 44 описан выше, и поэтому его детали не повторяются. Сепаратор 46 потока включает конструкцию, предназначенную для разделения потока текучей среды через седельное кольцо 20 на множество параллельных путей 78 потока, только один из которых для ясности обозначен ссылочным номером. Это разделение потока текучей среды на множество путей 78 потока разрушает рециркуляционный поток и другую турбулентность в зоне 33 рециркуляции входного канала 32 корпуса 12 клапана, которую занимает седельное кольцо 20. В некоторых вариантах осуществления седельное кольцо 20 может быть выполнено из металла, такого как нержавеющая сталь, включая, например, марки S31600 или S17400. Другие варианты осуществления могут включать более коррозионностойкие сплавы, такие как, например, N06625 или N10276. Конечно, могут использоваться другие материалы, в зависимости от конкретного применения.
[0033] На фиг. 2 множество путей 78 потока образовано выпрямляющим поток узлом 80 сепаратора 46 потока, который включает первое и второе множества удлиненных планок 82, 84, проходящих перпендикулярно друг другу и связанных между собой, взаимно пересекаясь, с образованием схемы типа решетки, так что пути 78 потока имеют конфигурацию трехмерной матрицы. Первое множество планок 82 проходит параллельно друг другу и справа налево относительно ориентации фиг. 2, а второе множество планок 84 проходит параллельно друг другу и сверху вниз относительно ориентации фиг. 2. При такой конфигурации удлиненные планки 82, 84 образуют множество параллельных и прямых протоков 86, внутренний объем которых соответствует множеству путей 78 потока текучей среды. В данном примере множество протоков 86 и по существу множество путей 78 потока имеют общие размеры поперечного сечения и равномерно распределены по всему выпрямляющему поток узлу 80 и каналу 56, образованному кольцевым корпусом 44. Однако в других вариантах осуществления множество протоков 86 и множество путей 78 потока могут быть распределены неравномерно и/или могут иметь переменные размеры поперечного сечения. Кроме того, в раскрытом примере каждое из первого и второго множеств планок 82, 84 включает одиннадцать (11) планок 82, 84. Это всего лишь один пример, однако, как будет описано ниже, ряд планок 82, 84 может быть определен как функция от необходимого количества протоков 86 и путей 78 потока, которое может быть определено как функция необходимой пропускной способности сепаратора 46 потока.
[0034] Согласно фиг. 3, на которой изображено только выбранное количество из множества планок 82, 84 по фиг. 2, видно, что каждая планка 82, 84 может быть выполнена из плоских пластин материала, нарезанных до желаемой формы. В настоящем варианте осуществления желаемой формой является прямоугольная. Для краткости описания каждая планка 82 из первого множества планок 82 может упоминаться как «нижняя планка 82» и включает в себя первое множество шлицев 86 (например, щелей, вырезов, каналов и т.д.), проходящих внутрь (известно также как вниз) от верхнего края 88 планки 82. Для краткости описания каждая планка 84 из второго множества планок 84 может упоминаться как «верхняя планка 84» и включает в себя второе множество шлицев 90 (например, щелей, вырезов, каналов и т.д.), проходящих внутрь (известно также как вверх) от нижнего края 92 планки 84. При такой конструкции один шлиц 90 каждой из верхних планок 84 совмещен с одним шлицем 86 соответствующей нижней планки 82, а затем две планки 82, 84 плавно перемещаются вместе и взаимосвязаны. Процесс повторяется до тех пор, пока все планки 82, 84 будут связаны между собой. В этот момент для достижения конструкционной целостности первое и второе множество планок 82, 84 может быть скреплено между собой посредством сварки или пайки твердым припоем, например, для создания промежуточного сепаратора 46 потока. Сварка или пайка твердым припоем предпочтительно создает соединения, смежные с каждым из шлицев 86, 90 и может приводить к нагреванию планок 82, 84. После охлаждения промежуточный сепаратор 46 потока может слегка сокращаться, в зависимости от конкретного используемого материала. Поэтому в одном предпочтительном способе изготовления сепаратора 46 потока, промежуточный сепаратор 46 потока, который получается в результате описанного выше процесса изготовления, дополнительно вырезают до необходимой круглой формы канала 56 кольцевого корпуса 44 только после сварки и охлаждения. В результате это дает окончательный сепаратор 46 потока, изображенный на фиг.2, который плотно входит в канал 56 седельного кольца 20. После установки в канал 56 окончательный сепаратор 46 потока может быть прикреплен к кольцевому корпусу 44 посредством сварки или пайки твердым припоем концов любого количества планок 82, 84 к внутренней боковой стенке 54 для образования, таким образом, соединений 61.
[0035] Возвращаясь к фиг. 1, один вариант осуществления устройства 10 управления потоком текучей среды по настоящему изобретению может включать в себя клапан класса 300, 12 дюймов, такой как клапан Fisher конструкции EU, который серийно производится компанией Fisher Controls International LLC, Маршаллтаун, штат Айова. Входное и выходное отверстия 24, 26 такого клапана могут иметь номинальные диаметры 12 дюймов для соединения, например, с трубопроводом 12 дюймов. Кроме того, устройство 10 управления по фиг. 1 может включать межфланцевое расстояние Dff примерно 30 дюймов и диаметр Dp канала примерно 11 дюймов. Эти размеры приводят к отношению межфланцевого расстояния Dff к диаметру Dp канала (отношение L/D) примерно 2,72. Кроме того, в одном варианте осуществления устройства 10 управления, которое содержит седельное кольцо 20 и сепаратор 46 потока, изображенный на фиг.2, каждый из протоков 86 сепаратора 46 потока может иметь гидравлический диаметр Dh (фиг. 2) и длину L (фиг. 1), которая больше, чем гидравлический диаметр Dh. В одном варианте осуществления гидравлический диаметр Dh может составлять примерно 1 дюйм, а длина L может составлять примерно 4,75 дюйма. Таким образом, отношение L/D для протоков 86 в данном примере может составлять примерно 4,75.
[0036] Указанные размеры устройства 10 управления являются только примерными, и другие устройства 10 управления, созданные в соответствии с принципами настоящего изобретения, могут создаваться с другими размерами и с другими отношениями размеров. Например, в одном варианте осуществления отношение между длиной L протоков 86 и гидравлическими диаметрами Dh протоков 86 могут быть в диапазоне примерно от 1,16 до 10. В других вариантах осуществления отношение между длиной L протоков 86 и гидравлическими диаметрами Dh протоков 86 в сепараторе 46 потока может находиться в диапазоне примерно от 3 до 6. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления гидравлический диаметр Dh протока 86 в сепараторе 46 потока может находиться в диапазоне примерно от ½ дюйма до 2 дюймов, а длина L каждого из отдельных протоков 86 в сепараторе 46 потока может находиться в диапазоне примерно от 3 дюймов до 6 дюймов. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления отношение межфланцевого расстояния Dff к диаметру Dp канала седельного кольца 20 корпуса 12 клапана может находиться в диапазоне примерно от 1,43 до 10. В некоторых вариантах осуществления отношение межфланцевого расстояния Dff к диаметру Dp канала седельного кольца 20 корпуса 12 клапана может находиться в диапазоне примерно от 2,5 до 3. Итак, исходя из вышесказанного, должно быть очевидно, что в устройстве 10 управления, содержащем сепаратор 46 потока в соответствии с принципами настоящего изобретения, может сочетаться любая комбинация параметров (например, диаметр Dp канала, межфланцевое расстояние Dff, угол α, и др.), описанная в настоящем документе. Кроме того, изобретение не ограничивается включением сепаратора 46 потока в конкретное описанное устройство 10 управления, наоборот, любое устройство управления может выигрывать от встраивания такого сепаратора потока. Кроме того, хотя предшествующие размеры приведены по отношению к признакам, раскрытым, в частности, на фиг. 1 и 2, те же размеры и отношения размеров могут применяться в равной степени ко всем последующим альтернативным вариантам осуществления и параметрам.
[0037] В то время как сепаратор 46 потока, описанный на фиг. 2, был описан как включающий первое и второе множества планок 82, 84, соединенных вместе для образования отдельных протоков 86 и путей 78 потока, это всего лишь один пример, и альтернативные сепараторы потока могут быть выполнены по-разному. Например, на фиг. 4 изображено альтернативное седельное кольцо 100, включающее кольцевой корпус 144 и сепаратор 146 потока, созданный в соответствии с принципами настоящего изобретения. Детали кольцевого корпуса 144 по фиг. 4 могут быть идентичны кольцевому корпусу 44, описанному выше, и поэтому не будут повторяться. Сепаратор 146 потока по фиг. 4 включает выпрямляющий поток узел 180, включающий множество параллельных трубок 148, скрепленных в пучок посредством сварки, пайки твердым припоем или некоторыми другими способами. Множество трубок 148 включает внешнее кольцо трубок 148а, внутреннее кольцо трубок 148b, и центральную трубку 148с. Сварка или пайка твердым припоем предпочтительно образует соединения 155 между соседними наружными боковыми стенками 156 трубок 148а, 148b, 148с, как показано. Кроме того, аналогично сепаратору 46 потока, описанному выше, сепаратор 146 потока по фиг. 4 может быть прикреплен к внутренней боковой стенке 154 кольцевого корпуса 144 седельного кольца 100 посредством множества соединений 161, образованных посредством сварки, пайки твердым припоем или некоторыми другими способами, для обеспечения того, чтобы целое седельное кольцо 100, содержащее сепаратор 146 потока, оставалось структурно устойчивым.
[0038] Каждая из трубок 148а, 148b, 148с на фиг. 4 содержит один из множества отдельных протоков 150а, 150b, 150с, которые образуют внутренний объем, действующий как основной путь 152 потока текучей среды. В описанном варианте осуществления трубки 148а, 148b, 148с представляют собой полые цилиндрические трубки, имеющие круглое поперечное сечение. Таким образом, благодаря геометрии отдельных трубок 148а, 148b, 148с сепаратор 146 потока по настоящему примеру также образует множество вторичных путей 158 потока текучей среды. Вторичные пути 158а, 158b потока расположены между наружными боковыми стенками 157 соседних трубок 148а, 148b, 148с, а также между наружными боковыми стенками 157 внешнего кольца трубок 148а и внутренней боковой стенкой 154 кольцевого корпуса 144. В данном варианте осуществления вторичные пути 158 потока включают периметрические пути 158а и внутренние пути 158b, по одному из них показаны утолщенными линиями на фиг. 4. Периметрический путь 158а расположен между внешним кольцом трубок 148а и кольцевым корпусом 144 и имеет треугольное поперечное сечение, образованное двумя изогнутыми внутрь криволинейными сторонами и одной изогнутой наружу криволинейной стороной, образованной внутренней боковой стенкой 54 кольцевого корпуса 44. Напротив, внутренние пути 158b имеют треугольное поперечное сечение с тремя изогнутыми внутрь криволинейными боковыми стенками.
[0039] Кроме того, трубки 148а, 148b, 148с варианта осуществления по фиг. 4 отличаются по диаметру. То есть, каждая из трубок 148а внешнего кольца имеет первый диаметр d1, каждая из трубок 148b внутреннего кольца имеет второй диаметр d2, и центральная трубка 148с имеет третий диаметр d3. В изображенном варианте осуществления d1 больше, чем d2 и d3, тогда как d3 больше, чем d2. Таким образом, сепаратор 146 потока на фиг. 4 включает неравномерное распределение трубок 148, протоков 150, и путей 152 потока через весь канал 156 кольцевого корпуса 144. При такой конфигурации сепаратор 146 потока может обеспечить большую пропускную способность потока через внешнее кольцо трубок 148а и через центральную трубку 148с, и меньшую пропускную способность потока через внутреннее кольцо трубок 148b. Это может быть выгодным, например, для работы в путях потока, которые имеют модель искажения или турбулентности, которая выше в области, занимаемой внутренним кольцом трубок 148b, по сравнению с областью, занимаемой внешним кольцом трубок 148а и центральной трубкой 148с. Это один пример неравномерного распределения, и диаметры различных путей потока и протоков можно изменять по желанию. Таким образом, должно быть очевидно, что неравномерное распределение протоков и путей потока в данном примере иллюстрирует, что предмет настоящей заявки может быть изменен (например, настроен), чтобы при необходимости наилучшим образом подбираться под конкретный профиль турбулентности.
[0040] Каждое из седельных колец 20, 100 до сих пор раскрыто, как включающее сепаратор 46, 146 потока, который прикреплен к внутренней боковой стенке 54, 154 кольцевого корпуса 44, 144. Это удобно для операций изготовления и сборки, которые выполняются на заводе. Это может быть желательно для монтажа сепаратора потока в седельное кольцо регулирующего клапана в условиях эксплуатации.
[0041] На фиг. 5 и 6 изображен один пример седельного кольца 200, включающего кольцевой корпус 244, образующий канал 256 текучей среды и сепаратор 246 потока (также отдельно показан на фиг.7) для облегчения монтажа в условиях эксплуатации. Сепаратор 246 потока может быть сконструирован, в основном, аналогично сепаратору 46 потока, описанному со ссылками на фиг. 2 и 3, например, за несколькими исключениями, которые описаны ниже. А именно, сепаратор 246 потока может включать конструкцию, предназначенную для разделения потока текучей среды через седельное кольцо 200 на множество параллельных путей 278 потока, только один из которых для ясности обозначен ссылочным номером. Разделение потока текучей среды на множество путей 278 потока разрушает искажения и другую турбулентность в корпусе клапана.
[0042] На фиг. 5-7 множество путей 278 потока образовано выпрямляющим поток узлом 280 сепаратора 246 потока, который включает первое и второе множества удлиненных планок 282, 284, проходящих перпендикулярно друг другу и связанных между собой, образуя схему типа решетки, способом, в основном, идентичным описанному выше со ссылками на фиг 2 и 3. При такой конфигурации удлиненные планки 282, 284 образуют множество раздельных протоков 286, внутренний объем которых соответствует множеству путей 278 потока текучей среды, расположенных в виде трехмерной матричной конфигурации. В данном примере множество протоков 286 и по существу множество путей 278 потока имеют общие размеры поперечного сечения и, в основном, равномерно распределены по всему выпрямляющему поток узлу 280 и каналу 246. В других вариантах осуществления множество протоков 286 и множество путей 278 потока могут иметь переменные размеры поперечного сечения и/или могут быть распределены неравномерно и могут иметь переменные размеры поперечного сечения.
[0043] Одно отличие по сравнению с сепаратором 46 потока, описанным выше на фиг. 2-3, заключается в том, что выпрямляющий поток узел 280 сепаратора 246 потока, описанный на фиг. 5-7, включает, в основном, квадратное поперечное сечение, если смотреть сверху, например, как показано на фиг. 7. Сепаратор 46 потока, описанный выше на фиг. 2-3, имеет, главным образом, круглое поперечное сечение, если смотреть сверху. Квадратное поперечное сечение может быть желательно для монтажа в условиях эксплуатации, вследствие большого зазора, обеспечиваемого между внутренней боковой стенкой 254 кольцевого корпуса 244 и наружными размерами сепаратора 246 потока. Благодаря квадратному поперечному сечению множество протоков 286 и путей 278 потока сепаратора 246 потока на фиг. 5-7 не полностью заполняют канал 256 седельного кольца 200. То есть, как изображено на фиг. 5, например, седельное кольцо 200 может включать четыре частичные круговые области 292, на которых планки отсутствуют. До некоторой степени пропускная способность седельного кольца 200 в этих областях 292 может быть выше, чем в центре сепаратора 246 потока, в зависимости от характеристик потока при конкретном применении. В других вариантах осуществления планки 282, 284 могут быть выполнены так, чтобы выступать настолько полно, насколько возможно, до внутренней боковой стенки 254 кольцевого корпуса 244, чтобы закрыть области 292 и образовать полностью равномерное распределение протоков 286 и путей 278 потока через весь канал 256, в дополнение к совокупности всей выпрямляющего поток узла 280.
[0044] Дополнительное отличие по сравнению с сепаратором 46 потока, описанным на фиг. 2 и 3, заключается в том, что сепаратор 246 потока, изображенный на фиг. 5-7, включает множество опорных узлов 290, проходящих радиально наружу от выпрямляющего поток узла 280, как видно на фиг. 7. В данном варианте осуществления каждый опорный узел 290 содержит множество фланцев 294, проходящих от противоположных концов каждой из множества планок 282, 284. То есть, в данном варианте осуществления противоположные концы каждой из планок 282, 284 вырезаны, чтобы иметь L-образный профиль, с нижней полкой L, образующей фланец 294, расположенный вблизи нижнего конца 296 сепаратора 246 потока, который противоположен верхнему концу 298 сепаратора 246 потока. После сборки каждый из опорных узлов 290, и, как вариант, каждый из фланцев 294 опорного узла 290, неподвижно прикреплены к осевой торцевой поверхности 295 (фиг. 6) кольцевого корпуса 244 седельного кольца 200 посредством сварки, пайки твердым припоем или других аналогичных способов. Как вариант, при желании концы планок 282, 294 также могут быть закреплены посредством сварки, пайки твердым припоем или другим способом на внутренней боковой стенке 254 кольцевого корпуса 244 седельного кольца 200 способом, аналогичным описанному выше для седельного кольца 20, изображенного на фиг. 2 и 3, для обеспечения дополнительной конструктивной целостности.
[0045] Для монтажа сепаратора 246 потока, изображенного на фиг. 5-7, в седельное кольцо, постоянно находящееся в эксплуатации в устройстве управления потоком текучей среды, таком как устройство 10 управления, изображенное на фиг. 1, из прохода 30 корпуса 12 клапана вначале удаляют крышку 14 и элемент 16 управления. При этом открывается отверстие 36 прохода в корпусе 12 клапана. Затем гильзу 18 и седельное кольцо 200 можно удалить из корпуса 12 клапана через отверстие 36 прохода. Как вариант, седельное кольцо 200 можно удалить из гильзы 18, но это может быть необязательно. При снятом седельном кольце 200 выпрямляющий поток узел 280 сепаратора 246 потока, изображенный на фиг. 5-7, может быть установлен посредством введения в канал 256, образованный кольцевым корпусом 244. После соответствующей установки опорные узлы 290 соприкасаются с осевой торцевой поверхностью 295 кольцевого корпуса 244. По меньшей мере один из фланцев 294 опорных узлов 290 и, как вариант, каждый из фланцев 294 каждого из опорных узлов 290 может затем прикрепляться к осевой торцевой поверхности 295 посредством сварки, пайки твердым припоем или некоторыми другими способами, таким образом, прикрепляя сепаратор 246 потока к кольцевому корпусу 244. Седельное кольцо 200, включая кольцевой корпус 244 с установленным сепаратором 246 потока, могут затем вводиться через проход 30 корпуса 12 клапана, с гильзой 18 или отдельно от нее, и крепиться в исходное положение. Наконец, элемент 18 управления и крышка 14 могут быть снова прикреплены к корпусу 12 клапана, и процесс будет завершен. В некоторых вариантах осуществления перед введением выпрямляющего поток узла 280 сепаратора 246 потока в канал 256 форма поперечного сечения выпрямляющего поток узла 280 может быть обработана (например, резанием, стачиванием, обработкой на станке, шлифованием и др.) до формы поперечного сечения, наиболее подходящей для введения в канал 256.
[0046] Как упоминалось, сепаратор 246 потока, изображенный на фиг. 5-7, может быть сконструирован способом, аналогичным тому, который описан со ссылками на сепаратор 46 потока по фиг. 2 и 3, т.е., включая взаимосвязанные планки 282, 284. На фиг. 8 изображен другой вариант осуществления седельного кольца 300, содержащего сепаратор 346 потока, приспособленный к монтажу в условиях эксплуатации, аналогично сепаратору 246 потока, изображенному на фиг. 5-7. Сепаратор 346 потока аналогичен сепаратору 246 потока в том, что включает в себя выпрямляющий поток узел 380 и множество опорных узлов 390 для облегчения установки в условиях эксплуатации, при необходимости, но отличается тем, что составлен из множества параллельных квадратных трубок 348. Опорные узлы 390 могут быть прикреплены к осевой торцевой поверхности 395 кольцевого корпуса 344 седельного кольца 300, аналогично опорным узлам 290 варианта осуществления, изображенного на фиг. 5-7, посредством сварки, пайки твердым припоем или некоторыми другими способами. Трубки 348 скреплены вместе в пучок посредством сварки, пайки твердым припоем или некоторыми другими способами, аналогично множеству трубок 148, описанных выше со ссылками на фиг. 4.
[0047] На фиг. 8, трубки 348 имеют общую и, в общем, однородную площадь и образуют отдельные протоки 386 и соответствующие пути 378 потока, которые, главным образом, равномерно распределены по всему сепаратору 346 потока. Аналогично сепаратору 246 потока, описанному со ссылками на фиг. 5-7, выпрямляющий поток узел 380 сепаратора 346 включает, главным образом, квадратную форму, если смотреть сверху. Поэтому седельное кольцо 300, изображенное на фиг. 8, может включать четыре частичные круговые области 392, на которых трубки 348 отсутствуют. До некоторой степени пропускная способность седельного кольца 300 в этих областях 392 может быть выше, чем в центре сепаратора 346 потока, в зависимости от характеристик потока при конкретном применении. Однако в других вариантах осуществления размеры поперечного сечения трубок 348 могут быть достаточно малыми, чтобы обеспечить возможность сепаратору 346 потока принимать форму поперечного сечения, которая более точно соответствует фактической форме поперечного сечения кольцевого корпуса 344 седельного кольца 300. При такой конфигурации в некоторых вариантах осуществления трубки 348 могут образовывать полностью равномерное распределение протоков 386 и путей 378 потока через весь канал 356, в дополнение к совокупности всего выпрямляющего поток узла 380.
[0048] Как упомянуто выше, седельные кольца 20, 100, 200, 300 и сепараторы 46, 146, 246, 346 потока согласно настоящему изобретению служат для разрушения турбулентности и поддержания равномерного потока текучей среды в проходе 30 корпуса 12 клапана. Сепараторы 46, 146, 246, 346 потока расположены точно там, где профиль текучей среды в корпусе 12 клапана искаженный, турбулентный или неоднородный. Это приводит к уменьшению отклонений давления на входе 22 и выходе 26 корпуса 12 клапана и более стабильной Δp.
[0049] На фиг. 9А и 9В показан типичный профиль колебаний давления на входе и на выходе, соответственно для устройства 10 управления, изображенного на фиг. 1, с использованием седельного кольца, включающего только кольцевой корпус 44, без установленного сепаратора 46 потока. Как видно, во время действия давления на входе могут колебаться на 10 фунт/кв. дюйм и более, тогда как давление на выходе может колебаться на 20 фунт/кв. дюйм. В отличие от фиг. 9А и 9В, на фиг. 10А и 10В показан профиль колебаний давления на входе и на выходе, соответственно, для устройства 10 управления, изображенного на фиг. 1 с седельным кольцом 300, изображенным на фиг.8, включающим сепаратор 346 потока. Как видно, колебания давления на входе и на выходе при использовании седельного кольца 300 значительно уменьшены на фиг. 10А и 10В по сравнению с фиг. 9А и 9В. На фиг. 10А и 10В, колебания давления близки всего лишь к 2-3 фунт/кв. дюйм.
[0050] В дополнение к уменьшению колебаний давления на входе и на выходе седельные кольца согласно настоящему изобретению эффективно снижают колебания усилия, прилагаемого к элементу 16 управления. На фиг. 11 показан типичный профиль колебаний усилия на элементе 16 управления для устройства 10 управления, изображенного на фиг. 1, с использованием седельного кольца, включающего только кольцевой корпус 44, без установленного сепаратора 46 потока. Как видно, усилие на элементе 16 управления может колебаться примерно на 200 фунт-сила. Напротив, на фиг. 12 показан профиль колебаний усилия на элементе 16 управления устройства 10 управления, изображенного на фиг. 1, оборудованного седельным кольцом 300 по фиг. 8. Как видно, колебания усилия на элементе 16 управления с использованием седельного кольца 300 значительно уменьшены на фиг. 12 по сравнению с фиг. 11. На фиг. 12, усилие на элементе 16 управления колеблется примерно всего на 20 фунт-сила.
[0051] Из вышесказанного видно, что седельные кольца и сепараторы потока по настоящему изобретению преимущественно уменьшают колебания Δp и колебания усилия, приложенного к элементу 16 управления регулирующего клапана 10. По существу любой из сепараторов 46, 146, 246, 346 потока, описанных в настоящем документе, может также рассматриваться как средство для уменьшения колебаний давления и/или средство для уменьшения колебаний усилия. Уменьшение колебаний давления преимущественно поддерживает равномерный поток текучей среды, который может быть более эффективным и желательным для неоднородного потока текучей среды. Уменьшение амплитуды колебаний усилия, прилагаемого к элементу управления, преимущественно обеспечивает возможность использования меньших приводов, которые менее дорогие и имеют меньший вес. То есть, с целью борьбы с большими колебаниями усилия, прилагаемого к элементу управления с пневматическим приводом, например, привод должен быть выполнен очень жестким, что требует очень большого привода. Настоящее изобретение, благодаря уменьшению колебаний усилия, таким образом, дает возможность использования меньшего пневматического привода, что экономит средства и трудозатраты.
[0052] Тогда как изобретение представляет различные примеры устройств управления потоком текучей среды, седельных колец и/или сепараторов потока, каждый из которых имеет несколько различных признаков, изобретение не ограничено конкретными раскрытыми примерами. Более того, любой один или большее количество признаков одного или большего количества вариантов осуществления могут объединяться, обмениваться местами или сочетаться иным образом для получения еще других вариантов осуществления, явно не выраженных. Раскрытие одного признака в одном варианте осуществления не исключает включение этого признака в другие варианты осуществления, скорее, прямо предусматривается, что такие признаки могут быть реализованы в любом другом варианте осуществления.