СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
METHOD FOR MANUFACTURING DEVICE FOR REDUCING FLUID PRESSURE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное раскрытие в целом относится к устройствам для снижения давления текучей среды и, в частности, к способу изготовления устройства, которое более результативно и эффективно снижает давление текучей среды в системе управления технологическим процессом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В системах управления технологическими процессами, таких как распределенные или масштабируемые системы управления технологическими процессами, обычно используемые в химических, нефтяных, энергогенерирующих или других промышленных технологических процессах, частым является необходимость снижения давления текучей среды. Однако снижение давления обычно приводит к увеличению уровней нежелательного шума и/или вибрации. Таким образом, системы управления технологическим процессом часто используют устройства снижения потока, которые направлены на снижение давления текучей среды таким образом, чтобы это не приводило к повышенным уровням шума и/или вибрации.
[0003] Патент США № 6,935,370 («Патент 370») иллюстрирует несколько различных примеров устройств снижения давления текучей среды, каждое из которых принимает форму множества уложенных друг на друга дисков, которые при использовании в регулирующем клапане для потока текучей среды снижают давление текучей среды, протекающей через него. Один пример, проиллюстрированный на фиг. 5 патента 370, показывает множество уложенных друг на друга кольцевых дисков 100, повернутых друг относительно друга, чтобы создать проточные каналы 62, каждый из которых обеспечивает многоступенчатое снижение давления. Каждый диск 60 стопки 100 имеет вырезанный лазером профиль, определяющий горизонтальный спиральный проточный канал 62, который проходит от впускного участка 68 через промежуточный участок 70, образованный из серии плоских ножек и содержащий ограничители 74, 76, в выпускной участок 72, имеющий большую площадь поперечного сечения, чем впускной участок 68. Другой пример, проиллюстрированный на фиг. 8 патента 370, показывает кольцевой диск 130, который определяет пересекающиеся проточные каналы 136, 138 для текучей среды таким образом, что текучая среда, протекающая через них сталкивается, тем самым высвобождая энергию и уменьшая давление текучей среды.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В соответствии с первым представленным в качестве примера аспектом данного изобретения, предоставлено устройство для снижения давления текучей среды для использования в устройстве для регулирования потока текучей среды. Указанное устройство для снижения давления текучей среды содержит единый корпус и множество проточных каналов. Единый корпус содержит внутреннюю стенку и наружную стенку, разнесенную радиально наружу от внутренней стенки, причем единый корпус проходит вдоль продольной оси. Проточные каналы определяются между внутренней стенкой и наружной стенкой единого корпуса. Каждый из проточных каналов содержит впускное отверстие, выпускное отверстие и промежуточный участок, проходящий между впускным и выпускным отверстиями. По меньшей мере часть промежуточного участка проходит в направлении по существу параллельном к продольной оси.
[0005] В соответствии со вторым представленным в качестве примера аспектом данного изобретения, предоставлено устройство для снижения давления текучей среды для использования в устройстве для регулирования потока текучей среды. Указанное устройство для снижения давления текучей среды содержит единый корпус и множество проточных каналов. Единый корпус содержит центральное отверстие и внешнюю оболочку, окружающую центральное отверстие, при этом внешняя оболочка содержит верхний конец и нижний конец, противоположный верхнему концу. Проточные каналы образованы во внешней оболочке единого корпуса, причем каждый из проточных каналов содержит впускное отверстие, выпускное отверстие и промежуточный участок, соединяющий впускное и выпускное отверстия. Промежуточный участок проходит между положением вблизи нижнего конца корпуса и положением вблизи верхнего конца корпуса.
[0006] В соответствии с третьим представленным в качестве примера аспектом настоящего изобретения предоставлен способ. Способ включает в себя создание устройства для снижения давления текучей среды с использованием технологии аддитивного производства. Создание включает в себя: формирование корпуса, содержащего внутреннюю стенку и наружную стенку, разнесенную радиально наружу от внутренней стенки, причем корпус проходит вдоль продольной оси; и формирование множества проточных каналов в корпусе между внутренней стенкой и наружной стенкой корпуса. Каждый из проточных каналов содержит впускное отверстие, выпускное отверстие и промежуточный участок, проходящий между впускным и выпускным отверстиями, причем по меньшей мере часть промежуточного участка проходит в направлении, которое является по существу параллельным к продольной оси.
[0007] Дополнительно, в соответствии с любым одним или более из вышеупомянутых первого, второго и третьего представленных в качестве примера аспектов устройство для снижения давления текучей среды и/или способ изготовления могут содержать любую одну или большее количество из следующих дополнительных предпочтительных форм.
[0008] В одной предпочтительной форме существенная часть промежуточного участка проходит в указанном направлении.
[0009] В другой предпочтительной форме единый корпус имеет длину, определенную между верхним концом и нижним концом единого корпуса, и по меньшей мере часть промежуточного участка, проходящая в вертикальном направлении, перемещается по меньшей мере на большую часть длины единого корпуса.
[0010] В другой предпочтительной форме впускное и выпускное отверстия ориентированы вдоль оси, которая по существу перпендикулярна к продольной оси.
[0011] В другой предпочтительной форме в промежуточном участке определено множество ограничителей давления.
[0012] В другой предпочтительной форме промежуточный участок содержит первую вертикальную часть, которая соединена с впускной частью и является по существу параллельной к продольной оси, вторую вертикальную часть, которая соединена с выпускной частью и является по существу параллельной к продольной оси, и изогнутую часть, которая соединяет первую и вторую вертикальные части.
[0013] В другой предпочтительной форме впускное и выпускное отверстия расположены вблизи нижнего конца единого корпуса, а изогнутая часть промежуточного участка расположена вблизи верхнего конца единого корпуса.
[0014] В другой предпочтительной форме первый проточный канал и второй проточный канал из множества проточных каналов совместно используют общий промежуточный участок.
[0015] В другой предпочтительной форме промежуточный участок содержит первую вертикальную часть, которая соединена с впускным участком и является по существу параллельной к продольной оси, вторую вертикальную часть, которая соединена с выпускным участком и является по существу параллельной к продольной оси, и множество промежуточных отверстий, которые соединяют первую и вторую вертикальные части и являются по существу перпендикулярными к продольной оси.
[0016] В другой предпочтительной форме впускное отверстие имеет первый диаметр, каждое из промежуточных отверстий промежуточного участка имеет второй диаметр, превышающий первый диаметр, а выпускное отверстие имеет третий диаметр, превышающий второй диаметр.
[0017] В другой предпочтительной форме внешняя оболочка определена внутренней стенкой и наружной стенкой, разнесенной радиально наружу от внутренней стенки, а проточные каналы определены между внутренней стенкой и наружной стенкой.
[0018] В другой предпочтительной форме единый корпус проходит вдоль продольной оси, а промежуточный участок содержит первую вертикальную часть, которая соединена с впускным отверстием и является по существу параллельной к продольной оси, вторую вертикальную часть, которая соединена с выпускным отверстием и является по существу параллельной к продольной оси, и изогнутую часть, которая соединяет первую и вторую вертикальные части.
[0019] В другой предпочтительной форме впускное и выпускное отверстия расположены вблизи нижнего конца единого корпуса, а изогнутая часть промежуточного участка расположена вблизи верхнего конца единого корпуса.
[0020] В другой предпочтительной форме единый корпус проходит вдоль продольной оси, а промежуточный участок содержит первую вертикальную часть, которая соединена с впускным отверстием и является по существу параллельной к продольной оси, вторую вертикальную часть, которая соединена с выпускным отверстием и является по существу параллельной к продольной оси, и множество промежуточных отверстий, которые соединяют первую и вторую вертикальные части и являются по существу перпендикулярными к продольной оси.
[0021] В другой предпочтительной форме каждое из впускных отверстий имеет первый диаметр, каждое из промежуточных отверстий имеет второй диаметр, превышающий первый диаметр, а выпускное отверстие имеет третий диаметр, превышающий второй диаметр.
[0022] В соответствии с другой предпочтительной формой технология аддитивного производства включает в себя трехмерную печать.
[0023] В другой предпочтительной форме действие формирования множества проточных каналов в корпусе включает в себя формирование промежуточного участка для включения в себя первой вертикальной части, соединенной с впускным участком и являющейся по существу параллельной к продольной оси, второй вертикальной части, которая соединена с выпускным участком и является по существу параллельной к продольной оси, и изогнутой части, которая соединяет первую и вторую вертикальные части.
[0024] В другой предпочтительной форме действие формирования множества проточных каналов в корпусе включает в себя формирование промежуточного участка для включения в себя первой вертикальной части, которая соединена с впускным отверстием и является по существу параллельной к продольной оси, второй вертикальной части, которая соединена с выпускным отверстием и является по существу параллельной к продольной оси, и множества промежуточных отверстий, которые соединяют первую и вторую вертикальные части и являются по существу перпендикулярными к продольной оси.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0025] Признаки настоящего изобретения, предполагающиеся новыми, подробно излагаются в прилагаемой формуле изобретения. Данное изобретение может быть наилучшим образом понято со ссылкой на последующее описание в сочетании с сопутствующими графическими материалами, на которых аналогичные ссылочные обозначения идентифицируют аналогичные элементы на нескольких фигурах, при этом:
[0026] на фиг. 1 показана принципиальная схема одного примера технологического процесса или способа в соответствии с идеями данного изобретения для изготовления устройства для снижения давления текучей среды;
[0027] на фиг. 2A показан вид в перспективе первого примера устройства для снижения давления текучей среды, изготовленного в соответствии с технологическим процессом на фиг. 1;
[0028] на фиг. 2В показан вид в поперечном разрезе устройства для снижения давления текучей среды в соответствии с фиг. 2А;
[0029] на фиг. 2C показан другой вид в поперечном разрезе устройства для снижения давления текучей среды в соответствии с фиг. 2A;
[0030] на фиг. 2D показан вид спереди устройства для снижения давления текучей среды в соответствии с фиг. 2A, показывающий множество проточных каналов, но без остальной части устройства, удаленной для ясности;
[0031] на фиг. 2E показан вид сверху устройства для снижения давления текучей среды в соответствии с фиг. 2A, показывающий множество проточных каналов, но без остальной части устройства, удаленной для ясности;
[0032] на фиг. 3A проиллюстрирован вид в перспективе второго примера устройства для снижения давления текучей среды, изготовленного в соответствии с технологическим процессом на фиг. 1;
[0033] на фиг. 3В показан вид в поперечном разрезе устройства для снижения давления текучей среды в соответствии с фиг. 3А;
[0034] на фиг. 3C показан другой вид в поперечном разрезе устройства для снижения давления текучей среды в соответствии с фиг. 3A;
[0035] на фиг. 3D представлен вид в поперечном разрезе, выполненный по линии 3D-3D на фиг. 3C; и
[0036] на фиг. 4 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе третьего примера устройства для снижения давления текучей среды, изготовленного в соответствии с технологическим процессом на фиг. 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0037] Данное раскрытие в целом направлено на способ изготовления устройства, которое более результативно снижает давление текучей среды, чем обычные устройства для снижения давления текучей среды (например, сложенные друг на друга диски 100, описанные выше), и в то же самое время является проще и дешевле в изготовлении, чем такие обычные устройства для снижения давления текучей среды. В способе, описанном в данном документе, используются передовые технологии изготовления, например, аддитивное производство, для облегчения индивидуального изготовления устройства для снижения давления текучей среды, так что любое количество различных проточных каналов может быть разработано и включено в единый или один корпус, в зависимости от заданного применения. Таким образом, устройство для снижения давления текучей среды может, например, содержать сложные проточные каналы, которые используют по существу весь профиль устройства (в отличие от обычных устройств для снижения давления текучей среды, которые обычно имеют значительное количество неиспользуемого или мертвого пространства), тем самым максимизируя (или по меньшей мере увеличивая) длины проточных каналов и, в свою очередь, максимизируя (или по меньшей мере увеличивая) возможности устройства по снижению давления.
[0038] На фиг. 1 показана схема примера способа или технологического процесса 100 в соответствии с идеями данного изобретения. Способ или технологический процесс 100, схематически изображенный на фиг. 1 представляет собой способ или технологический процесс индивидуального изготовления устройства для снижения давления текучей среды, например, такого как компонент затвора клапана (например, клетка клапана).Подобно обычным устройствам для снижения давления текучей среды, описанным выше (например, стопке дисков 100), устройства для снижения давления текучей среды, изготовленные в соответствии со способом или технологическим процессом 100, выполнены с возможностью снижения давления текучей среды, протекающей через них, но, как описано выше, являются проще и дешевле в изготовлении, чем обычные устройства для снижения давления текучей среды, и являются в то же самое время ничуть не менее эффективными, чем обычные устройства для снижения давления текучей среды.
[0039] Более конкретно, способ 100 включает в себя действие 104 по созданию индивидуализированного устройства для снижения давления текучей среды с использованием технологии аддитивного производства, основанной на заданном применении. Технология аддитивного производства может представлять собой любую технологию или технологический процесс аддитивного производства, представляющей собой построения трехмерных объектов путем нанесения на материал последовательных слоев материала. Технология аддитивного производства может быть осуществлена с помощью любой пригодной производственной установки или сочетания производственных установок. Технология аддитивного производства, как правило, может включать или использовать компьютер, программное обеспечение для трехмерного моделирования (например, программное обеспечение системы автоматизированного проектирования (Computer Aided Design, CAD)), оборудование производственной установки и материал для послойного нанесения. Как только модель CAD создана, оборудование производственной установки может считывать данные из файла CAD и наносить слой или добавлять последовательные слои жидкости, порошка, листового материала (например) слоистым способом для изготовления трехмерного объекта. Технология аддитивного производства может включать в себя любой из нескольких методов или технологических процессов, таких как, например, технологический процесс стереолитографии («SLA, stereolithography»), технологический процесс моделирования с плавким осаждением («FDM, fused deposition modeling»), технологический процесс многоструйного моделирования («MJM, multi-jet modeling»), технологический процесс селективного лазерного спекания («SLS, selective laser sintering»), технологический процесс аддитивного производства электронным лучом и технологический процесс аддитивного производства дуговой сваркой. В некоторых вариантах осуществления изобретения технологический процесс аддитивного производства может включать в себя технологический процесс осаждения лазером системы направленной энергии. Такой технологический процесс осаждения лазером системы направленной энергии может быть выполнен на многоосевом станке с компьютерным числовым управлением («CNC, computer-numerically-controlled») со способностью осаждения лазером системы направленной энергии.
[0040] Действие 104 создания индивидуализированного устройства для снижения давления текучей среды включает в себя формирование единого или отдельного корпуса (действие 108) и формирование множества проточных каналов в едином или одном корпусе (действие 112). Единый корпус может быть изготовлен из одного или большего количества подходящих материалов, таких как, например, нержавеющая сталь, алюминий, различные сплавы, и, благодаря возможности индивидуализации, может иметь любое количество различных форм и/или размеров. В качестве примера, единый корпус может принимать форму полого цилиндра, образованного внутренней стенкой и наружной стенкой, разнесенной радиально наружу от внутренней стенки. Проточные каналы, образованные в корпусе, обычно выполнены с возможностью уменьшения давления текучей среды, протекающей через него. Как обсуждалось выше, использование технологий аддитивного производства для индивидуального изготовления устройства для снижения давления текучей среды позволяет формировать проточные каналы в зависимости от требуемого применения. Другими словами, проточные каналы имеют возможность индивидуализации. Благодаря возможности индивидуализации проточные каналы могут быть уникальными и сложными (в отличие от простых), иметь любое количество различных длин, иметь любое количество различных размеров и/или форм в поперечном сечении и/или располагаться в любом количестве различных структурных схем. В результате, один или большее количество проточных каналов могут быть сформированы, чтобы содержать или определять множество различных ступеней давления (например, первая ступень давления и вторая ступень давления, на которой давление меньше, чем давление на первой ступени давления), при этом один или большее количество проточных каналов могут быть частично или даже преимущественно не горизонтальными (то есть содержать вертикальные компоненты), причем один или большее количество проточных каналов могут изменяться по форме и/или размеру по мере прохождения через них текучей среды, при этом один или большее количество проточных каналов могут отличаться от одного или большего количества других проточных каналов, при этом проточные каналы могут быть расположены в шахматном порядке или смещены относительно друг друга (по горизонтали или по вертикали) по всему единому корпусу, причем один или большее количество проточных каналов могут проходить между положением вблизи верхнего конца единого корпуса и нижнего конца единого корпуса (то есть перемещаться или проходить существенную часть длины единого корпуса), так что используется практически весь профиль устройства, или в их комбинации.
[0041] Понятно, что действие 104 (и действия 108, 112) может выполняться любое количество раз. Действие 104 может, например, быть выполнено несколько раз, чтобы создать множество устройств для снижения давления текучей среды для использования в одном регулирующем клапане для технологического процесса, причем каждое устройство для снижения давления текучей среды создано для конкретного применения. Действие 104 может в качестве альтернативы или дополнительно выполняться несколько раз, чтобы создать устройства для снижения давления текучей среды для использования во множестве одинаковых или разных регулирующих клапанов для технологического процесса.
[0042] На фиг. 2А-2Е проиллюстрирован первый пример устройства 200 для снижения давления текучей среды индивидуального изготовления с использованием способа или технологического процесса 100. Устройство 200 для снижения давления текучей среды в этом примере принимает форму клетки клапана, которая может быть расположена в корпусе клапана регулирующего клапана для технологического процесса (например, клапан со скользящим штоком). Устройство 200 для снижения давления текучей среды имеет один или единый корпус 204 и множество проточных каналов 208, сформированных или определенных в едином корпусе 204, для снижения давления текучей среды, протекающей через корпус 204. Как будет более подробно рассмотрено ниже, проточные каналы 208 сформированы в едином корпусе 204 таким образом, чтобы использовать практически весь профиль устройства 200, тем самым максимизируя (или по меньшей мере увеличивая) длины проточных каналов 208 и, в свою очередь, максимизируя (или по меньшей мере повышая) возможности устройства 200 по снижению давления.
[0043] Как показано на фиг. 2А-2С, корпус 204 содержит центральное отверстие 212 и по существу цилиндрическую внешнюю оболочку 216, окружающую центральное отверстие 212. Центральное отверстие 212 проходит вдоль центральной продольной оси 218 и имеет размеры, позволяющие принимать плунжер клапана регулирующего клапана для технологического процесса, который расположен в нем с возможностью перемещения для регулирования потока текучей среды через регулирующий клапан для технологического процесса. По существу цилиндрическая внешняя оболочка 216 определена внутренней стенкой 220 (которая, в свою очередь, определяет центральное отверстие 212) и наружной стенкой 224, которая разнесена радиально наружу от внутренней стенки 220.
[0044] Как показано, проточные каналы 208 сформированы во внешней оболочке 216 между внутренней и наружной стенками 220, 224 и расположены по окружности вокруг центрального отверстия 212. Каждый из проточных каналов 208 имеет круглую форму в поперечном сечении и содержит впускное отверстие 236, выпускное отверстие 240 и промежуточный участок 244, проходящий между впускным и выпускным отверстиями 236, 240.
[0045] Впускные отверстия 236 сформированы внутри и через внутреннюю стенку 220 (и, таким образом, в прямом сообщении по текучей среде с центральным отверстием 212), причем каждое ориентировано вдоль первой оси (например, первой оси 226), которая является по существу перпендикулярной (например, точно перпендикулярной) к продольной оси 218. Впускные отверстия 236 проточных каналов 208 расположены во множестве рядов 228, причем чередующиеся ряды 228 впускных отверстий 236 расположены в шахматном порядке или смещены относительно друг друга. Например, впускные отверстия 236 в ряду 228A расположены в шахматном порядке или смещены от впускных отверстий 236 в ряду 228B, который является соседним с рядом 228A. Распределение в шахматном порядке впускных отверстий 236 указанным образом помогает достичь сбалансированного потока текучей среды по всему устройству 200 для снижения давления текучей среды, хотя нет необходимости, чтобы впускные отверстия 236 были расположены в шахматном порядке указанным образом (или в целом).
[0046] Выпускные отверстия 240 сформированы внутри и через наружную стенку 224, причем каждое ориентировано вдоль второй оси (например, второй оси 246), которая является по существу коаксиальной, если не точно коаксиальной, с первой осью (например, первой осью 226) (и, следовательно, по существу перпендикулярной, если не точно перпендикулярной, продольной оси 218). Выпускные отверстия 240, как и впускные отверстия 236, расположены во множестве рядов 247, причем чередующиеся ряды 247 выпускных отверстий 240 расположены в шахматном порядке или смещены относительно друг друга аналогично чередующимся рядам 228 впускных отверстий 236. В других примерах, однако, выпускные отверстия 240 могут быть расположены в шахматном порядке или смещены иным образом (например, друг от друга, от впускных отверстий 236) или вообще не смещаться.
[0047] Промежуточные участки 244 в этом примере имеют U-образную форму и проходят от положения, близкого к нижнему концу 248 корпуса 204 (где участки 244 соединены с впускными отверстиями 236 соответственно), вверх внутри внешней оболочки 216 к верхнему концу 252 корпуса 204, и обратно вниз до положения вблизи нижнего конца 248 (где участки 244 соединены с выпускными отверстиями 240 соответственно). Другими словами, промежуточные участки 244 каждого проточного канала 208 проходят или перемещаются вверх и назад вниз, то есть на 180 градусов. Таким образом, как показано, каждый промежуточный участок 244 имеет первую вертикальную часть 256, например, вертикальную камеру, которая соединена с соответствующим впускным отверстием 236 и по существу параллельна продольной оси 218, вторую вертикальную часть 260, например, вертикальную камеру, которая соединена с соответствующим выпускным отверстием 240 и по существу параллельна продольной оси 218, и изогнутую часть 264, например, изогнутую камеру, расположенную над впускным и выпускным отверстиями 236, 240, которая соединяет первую и вторую вертикальные части 256, 260 друг с другом.
[0048] При таком расположении, существенная часть промежуточного участка 244 каждого из проточных каналов 208 ориентирована по существу в вертикальном направлении (то есть по существу параллельно продольной оси 218), если не точно в вертикальном направлении (то есть точно перпендикулярно продольной оси 218). И поскольку в этом примере промежуточный участок 244 содержит существенную часть каждого из проточных каналов 208, существенная часть каждого из проточных каналов 208 в этом примере ориентирована по существу в вертикальном направлении (или точно в вертикальном направлении). В других примерах, однако, это не должно иметь место. В некоторых примерах большая часть промежуточного участка 244 может быть ориентирована в не вертикальном направлении, например, наклонена относительно продольной оси 218. Альтернативно или дополнительно, впускное и выпускное отверстия 236, 240 могут содержать большую часть каждого из проточных каналов 208, так что промежуточный участок 244 содержит основную, но не существенную, часть каждого из проточных каналов 208.
[0049] Каждый промежуточный участок 244 в этом примере также содержит множество ограничителей давления 268, каждый из которых сформирован путем сужения промежуточного участка 244 с целью обеспечения дополнительного снижения давления посредством деления на ступени. В проиллюстрированном примере каждый промежуточный участок 244 содержит четыре ограничителя давления 268, разнесенных друг от друга по всей длине промежуточного участка 244. В других примерах может быть использовано большее или меньшее количество ограничителей давления 268 (для создания большего или меньшего снижения давления).
[0050] Понятно, что промежуточные участки 244 различных проточных каналов 208 (и более конкретно изогнутые части 264 этих участков 244) будут проходить или перемещаться вверх в разные точки внутри внешней оболочки 216. Другими словами, некоторые промежуточные участки 244 будут расположены ближе к верхнему концу 252 корпуса 204, чем другие промежуточные участки 244. В качестве примера, промежуточный участок 244 проточного канала 208A проходит в положение, которое выше, то есть ближе к верхнему концу 252 корпуса 204, чем промежуточный участок 244 проточного канала 208B. Поэтому проточные каналы 208 вместе охватывают практически всю внешнюю оболочку 216. Другими словами, проточные каналы 208 сформированы во всей внешней оболочке 216, от нижнего конца 248 до верхнего конца 252 корпуса 204, тем самым максимизируя длины проточных каналов 208, оставляя малое, если таковое имеется, неиспользованное верхнее мертвое пространство в устройстве 200 для снижения давления текучей среды (в отличие от обычных устройств для снижения давления текучей среды).
[0051] Также следует понимать, что один или большее количество промежуточных участков 244 могут отличаться по длине от одного или большего количества других промежуточных участков 244, так что один или большее количество проточных каналов 208 являются длиннее (или короче), чем один или большее количество других проточных каналов 208. Это обеспечивает возможность переменного снижение давления внутри устройства 200 для снижения давления с более длинными проточными каналами 208, выполненными с возможностью снижения давления текучей среды в большей степени, чем другие проточные каналы 208. В качестве примера, проточные каналы 208А, 208В, которые имеют впускное и выпускное отверстия 236, 240, соответственно, сформированные ближе к нижнему концу 248, чем впускное и выпускное отверстия 236, 240 проточных каналов 208С, 208D, могут быть сформированы, чтобы быть длиннее, чем проточные каналы 208C, 208D, чтобы эффективно приспосабливаться к большим изменениям давления, которые могут произойти, когда плунжер регулирующего клапана для технологического процесса сначала начинает перемещаться в открытое положение (не показано), открывая впускное отверстие 236 проточных каналов 208А, 208В. Когда плунжер клапана открывается дальше, открывая дополнительные проточные каналы 208, такие как проточные каналы 208C, 208D, могут использоваться более короткие проточные каналы, поскольку необходимо учитывать меньшие изменения давления. В то же время эти дополнительные, более короткие проточные каналы эффективно управляют любыми изменениями перепада давления.
[0052] В других примерах впускное отверстие 236 каждого из проточных каналов 208 может быть сформировано внутри и через наружную стенку 224 (вместо внутренней стенки 220), а выпускное отверстие 240 каждого из проточных каналов 208 может быть сформировано внутри и через внутреннюю стенку 220 (вместо наружной стенки 224), так что текучая среда протекает в противоположном направлении (от наружного диаметра к внутреннему диаметру) через устройство 200 для снижения давления текучей среды. Кроме того, в других примерах промежуточный участок 244 каждого из проточных каналов 208 может отличаться по форме и/или размеру от тех, которые изображены на фиг. 2А-2Е. В качестве примера, промежуточные участки 244 могут содержать одну или большее количество частей, которые проходят вниз, ниже впускного и выпускного отверстий 236, 240, так что устройство 200 обеспечивает конфигурацию с нисходящим потоком (а не конфигурацию с восходящим потоком). Кроме того, в то время как проточные каналы 208 в этом примере имеют постоянный диаметр, проточные каналы 208 могут, в других примерах, иметь переменный диаметр (например, путем сужения промежуточных участков 244), тем самым обеспечивая зону восстановления для текучей среды, протекающей через нее.
[0053] Когда устройство 200 для снижения давления текучей среды находится в работе (в корпусе клапана регулирующего клапана для технологического процесса), и плунжер клапана перемещается в частично открытое положение (открывая некоторые из впускных отверстий 236) или в полностью открытое положение (открывая все из впускных отверстий 236), текучая среда будет течь из корпуса клапана в открытые впускные отверстия 236 проточных каналов 208 через центральное отверстие 212. Затем текучая среда будет поступать в промежуточные участки 244 проточных каналов 208 и проходить через них. По мере того, как текучая среда движется или проходит вверх (через первую вертикальную часть 256), текучая среда протекает через или вдоль наружного профиля каждого промежуточного участка 244, в то время как сила тяжести воздействует на текучую среду, тем самым уменьшая скорость текучей среды. Попутно текучая среда сталкивается с ограничителями давления 268 в каждом промежуточном участке 244, которые соответственно облегчают дополнительное снижение давления. Таким образом, давление текучей среды снижается до давления текучей среды, которое меньше, чем начальное давление текучей среды. По мере того, как текучая среда движется или проходит обратно вниз (через вторые вертикальные части 260), текучая среда продолжает течь через или вдоль наружного профиля промежуточных участков 244, тем самым дополнительно снижая скорость текучей среды. Текучая среда снова сталкивается с ограничителями давления 268 на этом пути, которые способствуют дополнительному снижению давления. Давление текучей среды, таким образом, дополнительно снижается. Затем текучая среда с пониженным давлением вытекает из устройства 200 для снижения давления (в корпус клапана) через выпускные отверстия 240 проточных каналов 208. Таким образом, устройство 200 снижает давление текучей среды, протекающей через него (и тем самым через регулирующий клапан для технологического процесса). Однако благодаря использованию сложных проточных каналов 208, которые используют для этого практически весь профиль устройства 200, устройство 200 более эффективно снижает давление текучей среды, чем обычные устройства для снижения давления текучей среды.
[0054] На фиг. 3A-3D проиллюстрирован второй пример устройства 300 для снижения давления текучей среды индивидуального изготовления с использованием способа или технологического процесса 100. Устройство 300 для снижения давления текучей среды в этом примере также принимает форму клетки клапана, которая может быть использована в корпусе клапана регулирующего клапана для технологического процесса (например, клапан со скользящим штоком). Устройство 300 для снижения давления текучей среды представляет собой ступенчатое устройство для снижения давления текучей среды, которое имеет один или единый корпус 304 и множество проточных каналов 308, сформированных или определенных в едином корпусе 304, для снижения давления текучей среды, проходящей через корпус 304. Как и в случае проточных каналов 208, проточные каналы 308 сформированы в едином корпусе 304 таким образом, чтобы использовать практически весь профиль устройства 300, тем самым максимизируя (или по меньшей мере увеличивая) длины проточных каналов 308 и в свою очередь максимизируя (или по меньшей мере повышая) возможности устройства 300 по снижению давления.
[0055] Как показано на фиг. 3A, 3B, и 3C, корпус 304 содержит центральное отверстие 312 и по существу цилиндрическую внешнюю оболочку 316, окружающую центральное отверстие 312. Центральное отверстие 312 проходит вдоль центральной продольной оси 318 и имеет размеры, позволяющие принимать плунжер клапана регулирующего клапана для технологического процесса, который расположен в нем с возможностью перемещения для регулирования потока текучей среды через регулирующий клапан для технологического процесса. По существу цилиндрическая внешняя оболочка 316 определена внутренней стенкой 320 (которая, в свою очередь, определяет центральное отверстие 312) и наружной стенкой 324, которая разнесена радиально наружу от внутренней стенки 320.
[0056] Как лучше всего показано на фиг. 3A-3D, проточные каналы 308 сформированы во внешней оболочке 316 между внутренней и наружной стенками 320, 324 и расположены по окружности вокруг центрального отверстия 312. Каждый из проточных каналов 308 имеет переменную форму в поперечном сечении, определяемую частично впускным отверстием 336 и выпускным отверстием 340.
[0057] Впускные отверстия 336 сформированы внутри и через внутреннюю стенку 320 (и, таким образом, в прямом сообщении по текучей среде с центральным отверстием 212), причем каждое ориентировано вдоль первой оси (например, первой оси 326), которая является по существу перпендикулярной (например, перпендикулярной) к продольной оси 318. Впускные отверстия 336 расположены во множестве рядов 328 и во множестве столбцов 329, причем чередующиеся ряды 328 впускных отверстий 336 расположены в шахматном порядке или смещены относительно друг друга, а чередующиеся столбцы 329 впускных отверстий 336 расположены в шахматном порядке или смещены относительно друг друга. Например, впускные отверстия 336 в ряде 328A расположены в шахматном порядке или смещены от впускных отверстий 336 в ряде 328B, который является соседним ряду 328A, а впускные отверстия 336 в столбце 329A расположены в шахматном порядке или смещены от впускных отверстий 336 в столбце 329B, который является соседним столбцу 329A. Как обсуждалось выше, распределение в шахматном порядке впускных отверстий 336 указанным образом помогает достичь сбалансированного потока текучей среды по всему устройству 300 для снижения давления текучей среды, хотя нет необходимости, чтобы впускные отверстия 336 были расположены в шахматном порядке указанным образом (или в целом).
[0058] Выпускные отверстия 340 сформированы внутри и вблизи наружной стенки 324, причем каждое ориентировано вдоль второй оси (например, второй оси 346), которая является по существу параллельной к первой оси 326, но разнесенной с ней (и тем самым перпендикулярной к продольной оси 318). Выпускные отверстия 340, как и впускные отверстия 336, расположены во множестве рядов 345 и во множестве столбцов 347 (лучше всего видно на фиг. 3D). В то время как чередующиеся столбцы 347 расположены в шахматном порядке или смещены относительно друг друга таким же образом, как и чередующиеся столбцы 329, при этом чередующиеся ряды 345 расположены в шахматном порядке или смещены относительно друг друга другим образом, чем чередующиеся ряды 328. Как показано на фиг. 3B и 3C, чередующиеся ряды 345 выпускных отверстий 340 разнесены дальше друг от друга, чем чередующиеся ряды 328 впускных отверстий 336. Таким образом, в качестве примера, расстояние между выпускными отверстиями 340 в ряду 345A и выпускными отверстиями 340 в ряду 345B больше, чем расстояние между впускными отверстиями 336 в ряду 328A (которые соответственно связаны с выпускными отверстиями 340 в ряду 345A), и впускными отверстиями 336 в ряду 328B (которые соответственно связаны с выпускными отверстиями 340 в ряду 345B). В результате выпускные отверстия 340 охватывают большую часть внешней оболочки 316 корпуса 304, чем впускные отверстия 336, и, как таковые, расположены ближе к верхнему концу 352 корпуса 304, чем впускные отверстия 336, с которыми они связаны. В проиллюстрированном примере выпускные отверстия 340 охватывают часть внешней оболочки 316, которая в два раза больше части внешней оболочки 316, охватываемой впускными отверстиями 336, хотя эта разница может изменяться.
[0059] В других примерах впускное отверстие 336 каждого из проточных каналов 308 может быть сформировано внутри и через наружную стенку 324 (вместо внутренней стенки 320), а выпускное отверстие 340 каждого из проточных каналов 308 может быть сформировано внутри и через внутреннюю стенку 320 (вместо наружной стенки 324), так что текучая среда протекает в противоположном направлении (от наружного диаметра к внутреннему диаметру) через устройство 300 для снижения давления текучей среды.
[0060] Каждый из проточных каналов 308 также определяется промежуточным участком 344, который проходит между соответствующим одним из впускных отверстий 336 и соответствующим одним из выпускных отверстий 340 и разделен с множеством других связанных проточных каналов 308. Другими словами, устройство 300 для снижения давления текучей среды содержит множество общих промежуточных участков 344. В проиллюстрированном примере каждая промежуточная часть 344 служит в качестве общей промежуточной части для проточных каналов 308, включая впускные отверстия 336 в одном и том же столбце 329 впускных отверстий 336 и, в свою очередь, все выпускные отверстия 340 в столбце 347 выпускных отверстий 340 соответственно связаны с этим столбцом 329 впускных отверстий 336. В качестве примера, промежуточная часть 344A служит в качестве общей промежуточной части для проточных каналов 308, включая впускные отверстия 336 в столбце 329A и выпускные отверстия 340 в столбце 347A (который связан со столбцом 329A). В других примерах, однако, промежуточные части 344 могут служить общими промежуточными частями для по-разному связанных проточных каналов 308.
[0061] Как показано на фиг. 3B и 3C, промежуточные части 344 в этом примере имеют несколько V-образную форму и проходят от положения непосредственно близкого к нижнему концу 348 корпуса 304 (когда каждая часть 344 соединена с впускными отверстиями 336, связанными с ним), вверх внутри внешней оболочки 316 в направлении и в положение, непосредственно близкое к верхнему концу 352 корпуса 304, и обратно вниз в положение, непосредственно близкое к нижнему концу 348 (когда каждая часть 344 соединена с выпускными отверстиями 340, связанными с ним). Как показано, каждая промежуточная часть 344 имеет первую камеру 356, которая соединена с соответствующими впускными отверстиями 336, связанными с ней, вторую камеру 360, которая соединена с соответствующим выпускным участком 340, связанным с ней, и множество промежуточных отверстий 364, которые соединяют первую и вторую камеры 356, 360. Хотя в данном случае не показано, каждая промежуточная часть 344 может необязательно содержать один или большее количество ограничителей давления, например, ограничителей давления 268, описанных выше, с целью обеспечения дополнительного снижения давления посредством деления на ступени.
[0062] Первая камера 356 в этом примере проходит по существу в вертикальном направлении, но ориентирована под небольшим углом относительно продольной оси 318, так что первая камера 356 наклонена немного радиально наружу, к наружной стенке 324, в качестве первой камеры 356 проходит вверх к промежуточному проточному отверстию 364. Вторая камера 360 в этом примере также проходит по существу в вертикальном направлении, но ориентирована под небольшим углом относительно продольной оси 318, так что вторая камера 360 наклонена немного радиально наружу, к наружной стенке 324, как вторая камера 360 проходит вниз от промежуточного проточного отверстия 364. Как показано, первая и вторая камеры 356, 360 являются сужающимися, что способствует постепенному снижению давления текучей среды, когда текучая среда протекает через них. В других примерах, однако, первая и вторая камеры 356, 360 не должны быть сужены таким образом.
[0063] Количество промежуточных отверстий 364 в каждой промежуточной части 344 предпочтительно соответствует количеству впускных отверстий 336 и выпускных отверстий 340, связанных с соответствующей промежуточной частью 344. Таким образом, в качестве примера, когда промежуточная часть 344А связана с восемью впускными отверстиями 336 и восемью выпускными отверстиями 340, как это показано на фиг. 3B и 3C, промежуточная часть 344A предпочтительно содержит восемь промежуточных отверстий 364. Каждое из промежуточных отверстий 364 (в каждой промежуточной части 344) ориентировано вдоль третьей оси (например, третьей оси 366), которая по существу параллельна к первой и второй осям (например, осям 326, 346), но разнесена с ними. В проиллюстрированном примере все промежуточные отверстия 364 в каждой промежуточной части 344 расположены выше (то есть ближе к верхнему концу 352 корпуса 304) впускных отверстий 336 и выпускных отверстий 340. В других примерах, однако, некоторые или все промежуточные отверстия 364 могут быть расположены ниже или на одном уровне с впускными отверстиями 336 и/или выпускными отверстиями 340.
[0064] Предпочтительно, чтобы каждое выпускное отверстие 340 имело диаметр, который больше диаметра каждого из промежуточных проточных отверстий 364, которое, в свою очередь, будет иметь диаметр, который больше диаметра каждого из впускных отверстий 336, так что выпускные отверстия 340 имеют наибольший диаметр. В одном примере каждое выпускное отверстие 340 имеет диаметр приблизительно 0,16 дюйма, каждое промежуточное проточное отверстие 364 имеет диаметр приблизительно 0,14 дюйма, и каждое впускное отверстие имеет диаметр приблизительно 0,12 дюйма. Однако в других примерах диаметр выпускных отверстий 340 может быть меньше диаметра промежуточных проточных отверстий 364 и/или впускных отверстий 336. Кроме того, в других примерах одно или большее количество впускных отверстий 336 могут иметь диаметры, отличные от одного или большего количества других впускных отверстий 336 (например, впускные отверстия 336, расположенные ближе к нижнему концу 352 корпуса 304, могут иметь больший диаметр, чем другие впускные отверстия 336), одно или большее количество выпускных отверстий 340 могут иметь диаметры, отличные от одного или большего количества других выпускных отверстий 340 (например, выпускные отверстия 340, расположенные ближе к нижнему концу 352 корпуса 304, могут иметь больший диаметр, чем другие выпускные отверстия 340), и/или одно или большее количество промежуточных отверстий 364 могут иметь диаметры, отличные от одного или большего количества других промежуточных отверстий 364 (например, промежуточные отверстия 364, расположенные ближе к нижнему концу 352 корпуса 304, могут иметь больший диаметр, чем другие промежуточные отверстия 364).
[0065] При таком размещении каждой промежуточной части 344, существенная часть промежуточной части 344 каждого из проточных каналов 308 ориентирована по существу в вертикальном направлении. И поскольку в этом примере промежуточная часть 344 содержит существенную часть каждого из проточных каналов 308 (хотя и разделенная с другими проточными каналами 308), существенная часть каждого из проточных каналов 308 в этом примере ориентирована по существу в вертикальном направлении. В других примерах, однако, это не должно иметь место. В некоторых примерах большая часть каждого промежуточного участка 344 может быть ориентирована в не вертикальном направлении, например, наклонена относительно продольной оси 318. Альтернативно или дополнительно, впускное и выпускное отверстия 336, 340 могут содержать большую часть каждого из проточных каналов 308, так что промежуточная часть 344 содержит основную, но не существенную часть каждого из проточных каналов 308.
[0066] В дополнение к тому, что они по существу ориентированы вертикально, проточные каналы 308 вместе охватывают практически всю внешнюю оболочку 316. Другими словами, проточные каналы 308 сформированы во всей внешней оболочке 316, от нижнего конца 348 до верхнего конца 352 корпуса 304, тем самым максимизируя длины проточных каналов 308, оставляя малое, если таковое имеется, неиспользованное верхнее мертвое пространство в устройстве 300 для снижения давления текучей среды (в отличие от обычных устройств для снижения давления текучей среды).
[0067] Когда устройство 300 для снижения давления текучей среды находится в работе (в корпусе клапана регулирующего клапана для технологического процесса), и плунжер клапана перемещается в полностью открытое положение, тем самым открывая все из впускных отверстий 336, текучая среда будет течь из корпуса клапана во впускные отверстия 336 проточных каналов 308 через центральное отверстие 312. Затем текучая среда будет поступать в и через общие промежуточные части 344, совместно используемые проточными каналами 308. По мере того, как текучая среда проходит вверх (через первые камеры 356), текучая среда протекает через или вдоль наружного профиля промежуточных участков 344, в то время как сила тяжести воздействует на текучую среду, тем самым уменьшая скорость текучей среды. Таким образом, давление текучей среды снижается до давления текучей среды, которое меньше, чем начальное давление текучей среды. Первые камеры 356 промежуточных частей 344 будут затем подавать текучую среду в промежуточные отверстия 364 соответственно, которые, в свою очередь, пропускают текучую среду во вторые камеры 360 соответственно. По мере того, как текучая среда движется обратно вниз (через вторые камеры 360), текучая среда продолжает течь через или вдоль внешнего профиля промежуточных частей 344, тем самым дополнительно снижая скорость текучей среды. Давление текучей среды, таким образом, дополнительно снижается. Затем текучая среда с пониженным давлением вытекает из устройства 300 для снижения давления (в корпус клапана) через выпускные отверстия 340 проточных каналов 308. Таким образом, устройство 300 снижает давление текучей среды, протекающей через него (и тем самым через регулирующий клапан для технологического процесса). Однако благодаря использованию сложных проточных каналов 308, которые используют для этого практически весь профиль устройства 300, устройство 300 более эффективно снижает давление текучей среды, чем обычные устройства для снижения давления текучей среды. Кроме того, за счет увеличения диаметров отверстий в каждом проточном канале 308, когда текучая среда проходит через проточные каналы 308, достигается дополнительное снижение давления сверх того, что наблюдается в обычных устройствах для снижения давления текучей среды. Кроме того, несмотря на то, что выпускные отверстия 340 распределены, чтобы способствовать достижению требуемого снижения давления, устройство 300 для снижения давления текучей среды не требует использования исполнительного механизма большего размера (то есть исполнительного механизма с более длинным ходом штока) из-за расположения впускных отверстий 336 (которые не распределены так же, как выпускные отверстия 340).
[0068] Также следует понимать, что снижение давления текучей среды, описанное выше, происходит даже тогда, когда плунжер клапана перемещается в частично открытое положение, открывая один или большее количество рядов 328 впускных отверстий 336. В такой ситуации текучая среда будет течь из корпуса клапана в открытые впускные отверстия 336 через центральное отверстие 312. Затем текучая среда будет проходить через устройство 300 для снижения давления описанным выше образом, используя преимущества всех связанных промежуточных отверстий 364 и выпускных отверстий 340, даже если открыты меньше, чем все впускные отверстия 336.
[0069] На фиг. 4 проиллюстрирован третий пример устройства 400 для снижения давления текучей среды индивидуального изготовления с использованием способа или технологического процесса 100. Устройство 400 для снижения давления текучей среды является по существу аналогичным устройству 300 для снижения давления текучей среды, причем общие компоненты обозначены общими ссылочными позициями. Однако вместо включения множества общих промежуточных участков 344 (как это делает устройство 300) устройство 400 содержит один общий промежуточный участок 444, который расположен по окружности вокруг всего центрального отверстия 312 корпуса 304. Один общий промежуточный участок 444 в этом примере является изогнутой полостью или областью, определенной или сформированной между внутренними стенками 320, 324 корпуса 304 (и, таким образом, впускными отверстиями 336 и выпускными отверстиями 340 соответственно). Более конкретно, изогнутая полость или область образована между первой промежуточной стенкой 480, расположенной непосредственно рядом, но радиально наружу от внутренней стенки 320, и сообщающейся по текучей среде с впускными отверстиями 336, и второй промежуточной стенкой 484, расположенной непосредственно рядом, но радиально внутрь наружной стенки 324, и сообщающейся по текучей среде с выпускными отверстиями 340. Таким образом, когда текучая среда поступает в устройство 400 для снижения давления текучей среды, она будет течь в один общий промежуточный участок 444 и через него, независимо от того, где эта текучая среда поступает в устройство 400 для снижения давления текучей среды.
[0070] Один общий промежуточный участок 444, который также может упоминаться как полость восстановления давления, является полезным во многих отношениях. Во-первых, один общий промежуточный участок 444 позволяет устройству 400 использовать полную круговую площадь участка 444 даже при первоначальном открытии плунжера клапана. Другими словами, даже когда плунжер клапана сначала начинает перемещаться (либо в частично открытое, либо в полностью открытое положение), тем самым открывая один или большее количество рядов 328 впускных отверстий 336, текучая среда будет течь в один общий промежуточный участок 444, используя все преимущества зоны полного восстановления (и снижения давления) промежуточного участка 444. Во-вторых, один общий промежуточный участок 444 позволяет устройству 400 полностью использовать все выпускные отверстия 440 независимо от того, насколько открыт плунжер клапана (то есть, когда плунжер клапана находится относительно седла клапана). Например, даже когда плунжер клапана перемещается только на 10% (то есть прошел 10% расстояния, необходимого для перемещения в полностью открытое положение), так что два ряда 328 впускных отверстий 336 открыты, текучая среда будет протекать в один общий промежуточный участок 444 и через него, которая затем питает все ряды 345 выпускных отверстий 340. Другими словами, все выпускные отверстия 340 могут использоваться для снижения давления, даже если открыты только некоторые из впускных отверстий 336. В-третьих, и наконец, один общий промежуточный участок 444 способствует взаимодействию текучей среды, поскольку текучая среда, которая прошла через одно из впускных отверстий 336, будет сталкиваться с текучей средой, которая прошла через другие впускные отверстия 336, тем самым рассеивая или поглощая кинетическую энергию в текучей среде и стабилизируя текучую среду перед вхождением в выпускные отверстия 340.
[0071] Предпочтительные аспекты этого изобретения описаны в данном документе, включая лучшие режимы или режимы, известные изобретателям для осуществления изобретения. Хотя в данном документе приведены и описаны многочисленные примеры, специалисты в данной области техники легко поймут, что подробности различных аспектов не должны быть взаимоисключающими. Вместо этого, специалисты в данной области техники после прочтения приведенных в данном документе идей должны иметь возможность комбинировать один или большее количество признаков одного аспекта с одним или большим количеством признаков оставшихся аспектов. Кроме того, также следует понимать, что проиллюстрированные аспекты являются только представленными в качестве примера и не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения. Все способы, описанные в данном документе, могут быть выполнены в любом подходящем порядке, если иное не указано в данном документе или иное явно не противоречит контексту. Использование любого и всех примеров или представленных в качестве примера формулировок (например, «таких как»), представленных в данном документе, предназначено просто для лучшего освещения аспекта или аспектов изобретения и не налагает ограничения на объем изобретения. Никакую формулировку в спецификации не следует понимать в качестве указывающей на какой-либо отсутствующий в формуле изобретения элемент, как на элемент, существенный для применения изобретения.