АНТИКАВИТАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С КЛАПАНАМИ
ANTI-CAVITATION ELEMENT FOR USE WITH VALVES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение в целом относится к клапанам и, в частности, к антикавитационному элементу для использования с клапанами.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В некоторых клапанах, таких как шаровые клапаны, текучая среда, протекающая через клапан, может подвергаться быстрым изменениям давления, и это быстрое изменение давления в текучей среде может привести к образованию паровых полостей в частях текучей среды под низким давлением, что известно как явление кавитации. Когда паровые полости в текучей среде подвергаются более высокому давлению, паровые полости лопаются и могут создавать интенсивную ударную волну, которая может привести к повреждению внутренних частей клапана.
[0003] В вариантах реализации клапана, в которых кавитация представляет опасность, во впускном отверстии или рядом с ним могут быть расположены устройства управления кавитацией/аэродинамикой так, чтобы, когда шаровой клапан находится в открытом положении, текучая среда текла из впускного отверстия в выпускное отверстие через устройство управления кавитацией/аэродинамикой. Устройство управления кавитацией/аэродинамикой может замедлять и/или изолировать сегменты потока текучей среды, протекающей через клапан, чтобы замедлить уменьшение и/или увеличение давления в жидкости, тем самым устраняя (снижая вероятность) возникновения областей низкого давления, в которых могут появляться паровые полости в текучей среде. Как следствие, устройство может также ослаблять гидродинамический шум.
[0004] В обычном узле устройства управления кавитацией/аэродинамикой (таком как пучок V трубок Emerson Cavitrol, который проиллюстрирован на Фиг. 13C) множество труб из аустенитной нержавеющей стали были связаны вместе, причем множество трубок было затем окружено металлическим кожухом. Узел может быть подвергнут вакуумной пайке с использованием, например, порошковой металлической пасты для серебряной пайки (такой как AWS A5.8 BAg-1). Для упрощения монтажа на участке трубы к кожуху также может быть приварен фланец. Однако при таком количестве деталей (например, обычно более 300 трубок) сборка занимает много времени и, следовательно, является дорогой для применения в производстве. Кроме того, такой узел из трубок очень сложно изготовить с помощью обычного производственного процесса (такого как литье), и она является слишком дорогостоящей для установки для проволочной электроэрозионной резки или копировально-прошивной электроэрозионной обработки. Соответственно, используются более толстые трубки, чем оптимально требуемые, и эффективность снижения или устранения кавитации уменьшается, при этом стоимость материала увеличивается.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В соответствии с первым приведенным в качестве примера аспектом изобретения клапан управления содержит корпус клапана, седло клапана и закрывающий элемент клапана, выполненный с возможностью перемещения в закрытое положение и открытое положение. Предлагается антикавитационный элемент, который содержит множество полых трубок, включающее первую трубку, вторую трубку и третью трубку. Каждая трубка имеет ось потока, проходящую от открытого первого конца до открытого второго конца, и внутреннюю поверхность, определяющую поперечное сечение потока и имеющую форму поперечного сечения, перпендикулярную оси потока. Второй конец трубок находится между закрывающим элементом клапана и первыми концами трубок вдоль их соответствующих осей потока, когда закрывающий элемент клапана закрыт. Первая трубка, вторая трубка и третья трубка выполнены в виде монолитной, единой конструкции.
[0006] В соответствии со вторым приведенным в качестве примера аспектом антикавитационный элемент выполнен с возможностью использования с узлом клапана, содержащим корпус клапана, впускное отверстие, выпускное отверстие, седло клапана и закрывающий элемент клапана, выполненный с возможностью перемещения между первым закрытым положением и вторым полностью открытым положением. Множество полых трубок включает первую, вторую и третью трубки, проходящие вдоль первой, второй и третьей осей потока, соответственно, от открытых первых концов к открытым вторым концам, причем каждая трубка имеет внутреннюю поверхность, которая определяет поперечное сечение потока, причем внутренние поверхности имеют форму поперечного сечения, перпендикулярную их соответствующим осям потока. Второй конец трубок находится между частью закрывающего элемента клапана и первым концом трубок, когда закрывающий элемент клапана находится в закрытом положении, причем первая трубка, вторая трубка и третья трубка выполнены в виде монолитной, единой конструкции.
[0007] В дополнительном соответствии с любым одним или большим количеством из вышеуказанных приведенных в качестве примера аспектов, антикавитационный элемент и/или клапан управления с таким антикавитационным элементом могут дополнительно включать любую одну или большее количество из следующих предпочтительных форм.
[0008] В одной предпочтительной форме оси потока являются линейными и/или оси потока являются параллельными.
[0009] В одной предпочтительной форме формы поперечного сечения являются идентичными.
[0010] В одной предпочтительной форме формы поперечного сечения являются неизменными вдоль соответствующих осей потока.
[0011] В одной предпочтительной форме концы трубок могут быть выровнены вдоль опорной плоскости, проходящей перпендикулярно первой оси потока.
[0012] В одной предпочтительной форме опорная плоскость пересекает часть кольцевого фланца, расположенного вокруг множества полых трубок, причем фланец выполнен как единое целое с первой трубкой, второй трубкой и третьей трубкой, чтобы образовать монолитную, единую конструкцию.
[0013] В одной предпочтительной форме формы поперечных сечений являются многоугольными.
[0014] В одной предпочтительной форме форма многоугольника является шестиугольной, ромбоидальной или ромбовидной.
[0015] В одной предпочтительной форме форма поперечного сечения является некруглой.
[0016] В одной предпочтительной форме первая, вторая и/или третья трубки могут иметь разные длины, и/или первая длина меньше второй длины, а вторая длина меньше третьей длины.
[0017] В одной предпочтительной форме второй конец первой трубки по меньшей мере частично ограничен кольцевой первой передней поверхностью, второй конец второй трубки по меньшей мере частично ограничен кольцевой второй передней поверхностью, а второй конец третьей трубки по меньшей мере частично ограничен кольцевой третьей передней поверхностью, причем первая передняя поверхность, вторая передняя поверхность и третья передняя поверхность являются неплоскими.
[0018] В одной предпочтительной форме первая передняя поверхность, вторая передняя поверхность и третья передняя поверхность объединяются, чтобы образовать форму части сферы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0019] На Фиг. 1 проиллюстрирован изометрический вид с частичным разрезом варианта реализации узла клапана с закрывающим элементом клапана, находящимся в полностью открытом положении;
[0020] на Фиг. 2 проиллюстрирован изометрический вид с частичным разрезом варианта реализации, показанного на Фиг. 1;
[0021] на Фиг. 3 проиллюстрирован изометрический вид с частичным разрезом варианта реализации, показанного на Фиг. 1 с закрывающим элементом клапана, находящимся в закрытом положении;
[0022] на Фиг. 4 проиллюстрирован вид сверху с частичным разрезом варианта реализации, проиллюстрированного на Фиг. 3;
[0023] на Фиг. 5 проиллюстрирован изометрический вид с частичным разрезом варианта реализации антикавитационного элемента;
[0024] на Фиг. 6 проиллюстрирован вид спереди варианта реализации антикавитационного элемента;
[0025] на Фиг. 7 проиллюстрирован вид спереди варианта реализации антикавитационного элемента;
[0026] на Фиг. 8 проиллюстрирован вид спереди варианта реализации антикавитационного элемента;
[0027] на Фиг. 9 проиллюстрирован вид сбоку в разрезе варианта реализации антикавитационного элемента;
[0028] на Фиг. 10 проиллюстрирован вид сбоку в разрезе варианта реализации антикавитационного элемента;
[0029] на Фиг. 11 проиллюстрирован вид сбоку с частичным разрезом варианта реализации антикавитационного элемента;
[0030] на Фиг. 12 проиллюстрирован изометрический вид с частичным разрезом варианта реализации, показанного на Фиг. 1 с закрывающим элементом клапана, находящимся в частично открытом положении;
[0031] на Фиг. 13A проиллюстрирован изометрический вид варианта реализации антикавитационного элемента;
[0032] на Фиг. 13B проиллюстрирован изометрический вид варианта реализации антикавитационного элемента; и
[0033] на Фиг. 13C проиллюстрирован изометрический вид приведенного в качестве примера варианта реализации известного уровня техники антикавитационного элемента.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0034] Как проиллюстрировано на Фиг. 1, узел 10 клапана содержит корпус 12 клапана, образующий впускное отверстие 16 и выпускное отверстие 14. Седло 18 клапана (которое проиллюстрировано на Фиг. 2 и 3, но для ясности опущено на Фиг. 1, 4 и 12) образуется или соединяется с корпусом 12 клапана между впускным отверстием 16 и выпускным отверстием 14. Закрывающий элемент 20 клапана соединяется с корпусом 12 клапана, причем закрывающий элемент 20 клапана может перемещаться относительно корпуса 12 клапана между первым закрытым положением (проиллюстрировано на Фиг. 3 и 4) и вторым полностью открытым положением (проиллюстрировано на Фиг. 1 и 2). В первом закрытом положении, проиллюстрированном на Фиг. 3, уплотнительная часть 22 (показана пунктирной линией) закрывающего элемента 20 клапана герметично входит в зацепление с уплотнительной частью 24 седла 18 клапана, чтобы предотвратить протекание текучей среды от впускного отверстия 16 корпуса 12 клапана к выпускному отверстию 14 корпуса 12 клапана. Во втором полностью открытом положении уплотнительная часть 22 закрывающего элемента 20 клапана смещена относительно уплотнительной части 24 седла 18 клапана, чтобы обеспечить протекание текучей среды от впускного отверстия 16 корпуса 12 клапана к выпускному отверстию 14 корпуса 12 клапана.
[0035] Как проиллюстрировано на Фиг. 2, узел 10 клапана также содержит антикавитационный элемент 26, причем антикавитационный элемент 26 содержит множество полых трубок 28. Как проиллюстрировано на Фиг. 5, множество полых трубок 28 включает первую трубку 28а, проходящую вдоль первой оси 30а потока от открытого первого конца 32а до открытого второго конца 34а. Как проиллюстрировано на Фиг. 6, первая трубка 28а имеет внутреннюю поверхность 36а, которая определяет первое поперечное сечение 38а потока, причем внутренняя поверхность 36а первой трубки 28а имеет или определяет первую форму 40а поперечного сечения, перпендикулярного первой оси 30а потока. Как проиллюстрировано на Фиг. 5, множество полых трубок 28 включает вторую трубку 28b, проходящую вдоль второй оси 30b потока от открытого первого конца 32b до открытого второго конца 34b. Как проиллюстрировано на Фиг. 6, вторая трубка 28b имеет внутреннюю поверхность 36b, которая определяет второе поперечное сечение 38b потока, причем внутренняя поверхность 36b второй трубки 28b имеет или определяет вторую форму 40b поперечного сечения, перпендикулярного второй оси 30b потока. Как проиллюстрировано на Фиг. 5, множество полых трубок 28 включает третью трубку 28с, проходящую вдоль третьей оси 30с потока от открытого первого конца 32с до открытого второго конца 34с. Как проиллюстрировано на Фиг. 6, третья трубка 28с имеет внутреннюю поверхность 36с, которая определяет третье поперечное сечение 38с потока, причем внутренняя поверхность 36с третьей трубки 28с имеет или определяет третью форму 40с поперечного сечения, перпендикулярного третьей оси 30с потока.
[0036] Как проиллюстрировано на Фиг. 9, второй конец 34а первой трубки 28а расположен между частью (например, первой частью 67а) закрывающего элемента 20 клапана и первым концом 32а первой трубки 28а вдоль первой оси 30а потока, когда закрывающий элемент 20 клапана находится в первом закрытом положении. Второй конец 34b второй трубки 28b расположен между частью (например, второй частью 67b) закрывающего элемента 20 клапана и первым концом 32b второй трубки 28b вдоль второй оси 30b потока, когда закрывающий элемент 20 клапана находится в первом закрытом положении. Второй конец 34c третьей трубки 28c расположен между частью (например, третьей частью 67c) закрывающего элемента 20 клапана и первым концом 32c третьей трубки 28c вдоль третьей оси 30c потока, когда закрывающий элемент 20 клапана находится в первом закрытом положении. Первая трубка 28a, вторая трубка 28b и третья трубка 28c выполнены в виде монолитной, единой конструкции. В некоторых вариантах реализации первая трубка 28a, вторая трубка 28b и третья трубка 28c могут быть выполнены как единое целое с использованием технологий аддитивного производства и/или трехмерной печати, как будет более подробно описано ниже.
[0037] Путем образования первой трубки 28a, второй трубки 28b и третьей трубки 28c (и в некоторых вариантах реализации изобретения каждой из множества трубок 28 и/или всего антикавитационного элемента 26) в качестве монолитной, единой конструкции (которая, например, может быть образована, создана или изготовлена с помощью любого из процессов или технологий аддитивного производства, которые будут описаны в следующих параграфах), геометрия форм 40а, 40b, 40с поперечного сечения может быть точно изготовлена для оптимизации протекания потока, соответственно, через первое поперечное сечение 38а потока, второе поперечное сечение 38b потока и третье поперечное сечение 38с потока. Такой оптимизированной геометрии потока сложно или невозможно достичь с помощью обычных способов механической обработки/литья. Оптимизированная геометрия потока приводит к тому, что стенки между смежными поперечными сечениями потока тоньше - и прочнее, - чем обычные трубки, благодаря чему снижается стоимость материала.
[0038] Благодаря более тонким стенкам и/или оптимизированной геометрии количество каналов потока текучей среды может быть увеличено в том же поперечном сечении, и, следовательно, пропускная способность текучей среды, протекающей через антикавитационный элемент 26, увеличивается. Оптимизированная геометрия позволяет точно управлять общей формой антикавитационного элемента 26, чтобы трубки 28 могли располагаться за «ушками» шара. Оптимизированная геометрия также может обеспечивать постепенное снижение давления в трубках 28, например, путем расширения поперечных сечений 38 потока и/или диффузии и связи с другими поперечными сечениями 38 потока с большим объемом. Кроме того, цельный антикавитационный элемент 26 является (или части цельного антикавитационного элемента 26 являются) обязательно выполненным в виде узла, что снижает производственные затраты для защиты каждой из множества трубок обычного антикавитационного устройства, связанных и расположенных в кожухе. Материал также может обуславливать значительное снижение веса антикавитационного элемента 26 по сравнению с обычными устройствами. Материал может быть устойчивым к коррозии и, следовательно, может не требовать дополнительного этапа изготовления.
[0039] С более подробной ссылкой на узел 10 клапана, на Фиг. 1 проиллюстрирован вариант реализации корпуса 12 клапана, который определяет впускное отверстие 16 и выпускное отверстие 14, причем каждое из впускного отверстия 16 и выпускного отверстия 14 может проходить вдоль продольной оси 43 корпуса. Впускной фланец 44 может быть расположен в первой концевой части корпуса 12 клапана во впускном отверстии 16 корпуса 12 клапана или рядом с ним, и впускной фланец 44 может быть выполнен с возможностью соединения впускного отверстия 16 с частью выше по потоку трубки (не показана) любым известным образом. Выпускной фланец 42 может быть расположен во второй концевой части корпуса 12 клапана в выпускном отверстии 14 корпуса 12 клапана или рядом с ним, и выпускной фланец 42 может быть выполнен с возможностью соединения выпускного отверстия 14 с частью ниже по потоку трубки (не показана) любым известным образом. Впускной фланец 44 и выпускной фланец 42, а также часть корпуса 12 клапана, определяющая впускное отверстие 16 и выпускное отверстие 14, могут быть образованы симметрично относительно продольной оси 43 корпуса. В раскрытом варианте реализации изобретения текучая среда может протекать через корпус 12 клапана от впускного отверстия 16 к выпускному отверстию 14 или от выпускного отверстия 14 к впускному отверстию 16.
[0040] Седло 18 клапана (которое проиллюстрировано на Фиг. 2 и 3, но для ясности опущено на Фиг. 1, 4 и 12) может быть расположено между впускным отверстием 16 и выпускным отверстием 14 и может иметь кольцевую форму, которая может быть образована симметрично вокруг продольной оси 43 корпуса. Полностью или частично седло 18 клапана может быть выполнено как одно целое с корпусом 12 клапана, или полностью или частично седло 18 клапана может быть соединено с корпусом 12 клапана. Как проиллюстрировано на Фиг. 3, седло 18 клапана может содержать уплотнительную часть 24, которая может иметь кольцевую форму и может быть выполнена с возможностью герметичного зацепления с уплотнительной частью 22 закрывающего элемента 20 клапана, когда закрывающий элемент 20 клапана находится в первом закрытом положении в соответствии с Фиг. 3. Полностью или частично уплотнительная часть 24 может быть изготовлена из упругого материала или из жесткого материала.
[0041] Закрывающий элемент 20 клапана соединен с корпусом 12 клапана, и закрывающий элемент 20 клапана может перемещаться относительно корпуса 12 клапана между первым закрытым положением (проиллюстрировано на Фиг. 3 и 4) и вторым полностью открытым положением (проиллюстрировано на Фиг. 1 и 2). Закрывающий элемент 20 клапана также может перемещаться в третье частично открытое положение между первым закрытым положением и вторым полностью открытым положением, как проиллюстрировано на Фиг. 12.
[0042] Закрывающий элемент 20 клапана может иметь любую форму и/или конфигурацию, чтобы предотвращать протекание текучей среды от впускного отверстия 16 к выпускному отверстию 14 (или от выпускного отверстия 14 к впускному отверстию 16), когда он находится в первом закрытом положении, и чтобы текучая среда могла протекать от впускного отверстия 16 к выпускному отверстию 14 или между ними (или между выпускным отверстием 14 и впускным отверстием 16), когда он находится во втором полностью открытом положении. Например, как проиллюстрировано на Фиг. 4, закрывающий элемент 20 клапана может представлять собой шаровой элемент 21, содержащий корпус 45 шарового элемента, имеющий выпуклую уплотняющую поверхность 46. Уплотняющая поверхность 46 может иметь любую подходящую форму, так что уплотнительная часть 22 закрывающего элемента 20 клапана герметично входит в зацепление с уплотнительной частью 24 седла 18 клапана (чтобы предотвратить протекание потока текучей среды от впускного отверстия 16 к выпускному отверстию 14 или наоборот), когда закрывающий элемент 20 клапана находится в первом закрытом положении. Например, уплотняющая поверхность 46 может иметь (или, иметь по существу) форму частичной сферы. Корпус 45 шарового элемента также может иметь вогнутую внутреннюю поверхность 48, которая может быть противоположна выпуклой уплотняющей поверхности 46, и внутренняя поверхность 48 может соответствовать по форме уплотнительной поверхности 46, так что полностью или частично корпус 45 шарового элемента может иметь одинаковую или, по существу, одинаковую толщину в поперечном сечении. Например, внутренняя поверхность 48 может иметь (или, иметь по существу) форму частичной сферы, имеющей меньший радиус, чем уплотняющая поверхность 46.
[0043] Все еще ссылаясь со ссылкой на Фиг. 4, шаровой элемент 21 также может иметь первую часть 50 штока и вторую часть 52 штока, проходящие вдоль оси 54 поворота, причем каждая из первой части 50 штока и второй части 52 штока может быть соединена с частью корпуса 45 шарового элемента. Первая часть 50 штока может проходить в глухое отверстие 56, образованное в корпусе 12 клапана, и промежуточная часть второй части 52 штока может проходить через отверстие 58 штока, образованное в корпусе 12 клапана, так что концевая часть 60 второй части 52 штока расположена снаружи корпуса 12 клапана. Концевая часть 60 второй части 52 штока может быть выполнена с возможностью соединения с приводом клапана (не показан), и привод клапана может быть любым подходящим приводом, способным вращать или вращающим закрывающий элемент 20 клапана между первым закрытым положением и вторым полностью открытым положением. Ось 54 поворота может проходить перпендикулярно продольной оси 43 корпуса и может пересекать продольную ось 43 корпуса.
[0044] Когда закрывающий элемент 20 клапана (например, шаровой элемент 21) находится в первом закрытом положении, как проиллюстрировано на Фиг. 3, выпуклая уплотняющая поверхность 46 шарового элемента 21 может быть расположена относительно седла 18 клапана таким образом, что уплотнительная часть 22 шарового элемента 21 герметично входит в зацепление с уплотнительной частью 24 седла 18 клапана. Чтобы сместить шаровой элемент 21 во второе полностью открытое положение, проиллюстрированное на Фиг. 1, привод (не показан) поворачивает вторую часть 52 штока вокруг оси 54 поворота на подходящий угол поворота (например, на 90 градусов) таким образом, что вся уплотняющая поверхность 46 шарового элемента 21 может быть расположена на некотором удалении от седла 18 клапана, и таким образом, что ни одна часть шарового элемента 21 не препятствует или, по существу, не препятствует протеканию потока текучей среды от впускного отверстия 16 к выпускному отверстию 14 (или наоборот). Другими словами, во втором полностью открытом положении уплотнительная часть 22 шарового элемента 21 не входит герметично в зацепление с уплотнительной частью 24 седла 18 клапана, тем самым позволяя текучей среде протекать от впускного отверстия 16 к выпускному отверстию 14 (или наоборот). В некоторых вариантах реализации изобретения, когда текучая среда протекает от выпускного отверстия 14 к впускному отверстию 16, давление текучей среды на внутреннюю поверхность 48 шарового элемента 21, когда шаровой элемент 21 находится в первом закрытом положении (и когда текучая среда протекает от впускного отверстия 16 к выпускному отверстию 14), создает дополнительное усилие, когда уплотнительная часть 22 шарового элемента 21 находится в уплотнительном зацеплении с уплотнительной частью 24 седла 18 клапана.
[0045] Чтобы сместить шаровой элемент 21 в третье частично открытое положение, привод (не показан) поворачивает вторую часть 52 штока вокруг оси 54 поворота на подходящий угол поворота (например, от 30 градусов до 60 градусов) таким образом, что часть всей уплотняющей поверхности 46 шарового элемента 21 может быть расположена на некотором удалении от седла 18 клапана, но часть шарового элемента 21 препятствует или, по существу, препятствует протеканию потока текучей среды от впускного отверстия 16 к выпускному отверстию 14 (или наоборот). Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что поток текучей среды может регулироваться от впускного отверстия 16 к выпускному отверстию (или наоборот) путем вращения шарового элемента 21 на требуемый угол поворота вокруг поворотного элемента между первым закрытым положением и вторым полностью открытым положением.
[0046] В некоторых вариантах реализации изобретения шаровой элемент 21 (например, корпус 45 шарового элемента) также может перемещаться вдоль продольной оси 43 корпуса (например, посредством действия кулачка, которое не показано), так что уплотнительная часть 22 шарового элемента 21 герметично входит в зацепление с уплотнительной частью 24 седла 18 клапана, когда шаровой элемент 21 находится в первом закрытом положении.
[0047] Как проиллюстрировано на Фиг. 2, узел 10 клапана также содержит антикавитационный элемент 26, который содержит множество полых трубок 28. Антикавитационный элемент 26 может содержать любое подходящее количество трубок 28 для уменьшения или устранения кавитации в текучей среде, протекающей от впускного отверстия 16 к выпускному отверстию 14 (или наоборот) корпуса 12 клапана. Например, как проиллюстрировано на Фиг. 5, множество полых трубок 28 включает первую трубку 28а, вторую трубку 28b и третью трубку 28с. Может быть включено любое количество дополнительных трубок 28, таких как четвертая трубка, пятая трубка, шестая трубка и т. д.
[0048] В соответствии с Фиг. 9, первая трубка 28а может проходить вдоль первой оси 30а потока от открытого первого конца 32а до открытого второго конца 34а, и первая ось 30а потока может быть линейной и параллельной продольной оси 43 корпуса. Внутренняя поверхность 36а, которая определяет первое поперечное сечение 38а потока (или определяющая отверстие, которое определяет первое поперечное сечение 38а потока), может иметь любую подходящую первую форму 40а поперечного сечения (см. Фиг. 6) или комбинацию форм, перпендикулярных первой оси 30а потока. В некоторых вариантах реализации изобретения первая форма 40а поперечного сечения может быть равномерной от первого конца 32а до второго конца 34а первой трубки 28а. В других вариантах реализации изобретения первая форма 40а поперечного сечения может изменяться от первого конца 32а до второго конца 34а первой трубки 28а.
[0049] Как проиллюстрировано на Фиг. 6, первая форма 40а поперечного сечения может быть некруглой формой, такой как многоугольная форма. Многоугольная форма может быть, например, шестиугольником (как проиллюстрировано на Фиг. 6 и 13В), ромбом/ромбовидной формой (как проиллюстрировано на Фиг. 7 и 13А) или пятиугольной формой (не показана). Такие многоугольные формы (в частности, ромб/ромбовидная форма или шестиугольная форма) могут увеличивать поток через трубки 28, увеличивая площадь 38 потока и при этом сводя к минимуму использование материала и максимально усиливая структурную целостность. В других вариантах реализации изобретения первая форма 40а поперечного сечения может быть круглой формой (как проиллюстрировано на Фиг. 8) или овальной формой.
[0050] Как проиллюстрировано на Фиг. 9, множество полых трубок 28 включает вторую трубку 28b, проходящую вдоль второй оси 30b потока от открытого первого конца 32b до открытого второго конца 34b. В некоторых вариантах реализации изобретения вторая ось 30b потока может быть линейной и параллельной первой оси 30а потока и/или продольной оси 43 корпуса. Как проиллюстрировано на фиг. 6, внутренняя поверхность 36b, которая определяет второе поперечное сечение 38b потока (или определяющая отверстие, которое определяет второе поперечное сечение 38b потока), может иметь любую подходящую вторую форму 40b поперечного сечения (или комбинацию форм), перпендикулярную второй оси 30b потока. В некоторых вариантах реализации изобретения вторая форма 40b поперечного сечения (или вторые формы 40b поперечного сечения) может быть идентичной первой форме (первым формам) 40а поперечного сечения, и соответствующие размеры второй формы (вторых форм) 40b поперечного сечения могут быть идентичны размерам первой формы (первых форм) 40а поперечного сечения, так что площадь второй формы (вторых форм) 40b поперечного сечения (например, второе поперечное сечение 38b потока) может быть равна площади первой формы (первых форм) 40а поперечного сечения (например, первого поперечного сечения 38а потока). В других вариантах реализации изобретения вторая форма 40b поперечного сечения может быть идентичной первой форме 40а поперечного сечения, но один или более из соответствующих размеров второй формы 40b поперечного сечения могут быть больше (или меньше) размеров первой формы 40а поперечного сечения, так что площадь второй формы 40b поперечного сечения может отличаться от площади первой формы 40а поперечного сечения.
[0051] В некоторых вариантах реализации изобретения (не показаны) вторая форма (вторые формы) 40b поперечного сечения может (могут) не совпадать с первой формой (первыми формами) 40а поперечного сечения. В таких вариантах реализации изобретения вторая форма 40b поперечного сечения может быть равномерной от первого конца 32b до второго конца 34b второй трубки 28b. В других вариантах реализации изобретения вторая форма 40b поперечного сечения может изменяться от первого конца 32а до второго конца 34а второй трубки 28b. Как проиллюстрировано на Фиг. 6, вторая форма 40b поперечного сечения может иметь некруглую форму, такую как многоугольная форма. Многоугольная форма может быть, например, шестиугольником, ромбом/ромбовидной формой (как проиллюстрировано на Фиг. 7) или пятиугольной формой (не показана). В других вариантах реализации изобретения первая форма 40а поперечного сечения может быть круглой формой (как проиллюстрировано на Фиг. 8) или овальной формой.
[0052] Как проиллюстрировано на Фиг. 9, множество полых трубок 28 включает третью трубку 28с, проходящую вдоль третьей оси 30с потока от открытого первого конца 32с до открытого второго конца 34с. В некоторых вариантах реализации изобретения третья ось 30c потока может быть линейной и параллельной первой оси 30a потока и/или второй оси 30b потока. Как проиллюстрировано на Фиг. 6, внутренняя поверхность 36с, которая определяет третье поперечное сечение 38с потока (или определяющая отверстие, которое определяет третье поперечное сечение 38с потока), может иметь любую подходящую третью форму 40с поперечного сечения (или комбинацию форм), перпендикулярную третьей оси 30с потока. В некоторых вариантах реализации изобретения третья форма 40с поперечного сечения (или третьи формы 40с поперечного сечения) может быть идентичной первой форме (первым формам) 40а поперечного сечения и/или второй форме (вторым формам) 40b поперечного сечения. Соответственно, соответствующие размеры третьей формы 40с поперечного сечения могут быть идентичны размерам первой формы (первых форм) 40а поперечного сечения и/или второй формы (вторых форм) 40b поперечного сечения, так что площадь третьей формы (третьих форм) 40b поперечного сечения может быть равна площади первой формы (первых форм) 40а поперечного сечения и/или площади второй формы (вторых форм) 40b поперечного сечения. В других вариантах реализации изобретения третья форма 40с поперечного сечения может быть идентичной первой форме (первым формам) 40а поперечного сечения и/или второй форме (вторым формам) 40b поперечного сечения, но один или более из соответствующих размеров второй формы (вторых форм) 40b поперечного сечения может быть больше (или меньше) одной или более из первой формы (первых форм) 40a поперечного сечения и/или второй формы (вторых форм) 40b поперечного сечения, так что площадь третьей формы (третьих форм) 40с поперечного сечения может отличаться от площади первой формы 40а поперечного сечения и/или площади второй формы (вторых форм) 40b поперечного сечения.
[0053] В некоторых вариантах реализации изобретения (не показаны) третья форма (третьи формы) 40с поперечного сечения может (могут) не совпадать с первой формой (первыми формами) 40а поперечного сечения и/или второй формой (вторыми формами) 40b поперечного сечения. В таких вариантах реализации изобретения третья форма 40с поперечного сечения может быть равномерной от первого конца 32с до второго конца 34с третьей трубки 28с. В других вариантах реализации изобретения третья форма 40с поперечного сечения может изменяться от первого конца 32с до второго конца 34с третьей трубки 28с. Как проиллюстрировано на Фиг. 6, третья форма 40с поперечного сечения может быть некруглой, такой как многоугольная форма. Многоугольная форма может быть, например, шестиугольником (как проиллюстрировано на Фиг. 6), ромбом/ромбовидной формой (как проиллюстрировано на Фиг. 7) или пятиугольной формой (не показана). В других вариантах реализации изобретения третья форма 40с поперечного сечения может быть круглой формой (как проиллюстрировано на Фиг. 8) или овальной формой.
[0054] Как проиллюстрировано на Фиг. 6, внутренняя поверхность 36а первой трубки 28а может частично определяться первой частью 62а, а внутренняя поверхность 36b второй трубки 28b может частично определяться первой частью 62b, и первая часть 63 стенки может определяться первой частью 62а внутренней поверхности 36а первой трубки 28а и первой частью 62b внутренней поверхности 36b второй трубки 28b. Первая трубка 28a и вторая трубка 28b могут совместно использоваться и могут быть отделены первой частью 63 стенки. Внутренняя поверхность 36b второй трубки 28b может быть дополнительно частично определена второй частью 64b, а внутренняя поверхность 36c третьей трубки 28с может быть частично определена первой частью 64с, а вторая часть 65 стенки может быть определена второй частью 64b внутренней поверхности 36b второй трубки 28b и первой частью 64c внутренней поверхности 36c третьей трубки 28c. Третья трубка 28c и вторая трубка 28b могут совместно использоваться и могут быть отделены второй частью 65 стенки.
[0055] Как объяснено ранее, любое количество дополнительных трубок 28 может быть включено во множество трубок 28 (например, четвертая трубка, пятая трубка, шестая трубка и т. д.). Все без исключения дополнительные трубки 28 могут проходить вдоль соответствующей (например, четвертой, пятой, шестой и т. д.) оси 30 потока от открытого первого конца 32 к открытому второму концу 34, и соответствующая ось 30 потока может быть параллельной продольной оси 43 корпуса. Соответствующая (например, четвертая, пятая, шестая и т. д.) внутренняя поверхность 36, которая определяет соответствующее (например, четвертую, пятую, шестую и т. д.) поперечное сечение 38 потока (или определяющая отверстие, которое определяет соответствующее поперечное сечение 38а потока), может иметь любую подходящую первую форму (первые формы) 40 поперечного сечения (или комбинацию форм), перпендикулярную соответствующей оси 30 потока, такую как любая из форм, описанных при описании первой трубки 28а, второй трубки 28b и/или третьей трубки 28с.
[0056] Как проиллюстрировано на Фиг. 9, второй конец 34а первой трубки 28а может находиться между частью (например, первой частью 67а) закрывающего элемента 20 клапана (например, шарового элемента 21) и первым концом 32а первой трубки 28а вдоль первой оси 30а потока, когда закрывающий элемент 20 клапана находится в первом закрытом положении. Второй конец 34b второй трубки 28b может находиться между частью (например, второй частью 67b) закрывающего элемента 20 клапана и первым концом 32b второй трубки 28b вдоль второй оси 30b потока, когда закрывающий элемент 20 клапана находится в первом закрытом положении. Второй конец 34c третьей трубки 28c может находиться между частью (например, третьей частью 67c) закрывающего элемента 20 клапана и первым концом 32c третьей трубки 28c вдоль третьей оси 30c потока, когда закрывающий элемент 20 клапана находится в первом закрытом положении. В некоторых вариантах реализации изобретения каждый из первого конца 32а первой трубки 28а, первого конца 32b второй трубки 28b и первого конца 32с третьей трубки 28с расположен внутри выпускного отверстия 14 (или части выпускного отверстия 16) корпуса 12 клапана. В некоторых вариантах реализации изобретения каждый из второго конца 34а первой трубки 28а, второго конца 34b второй трубки 28b и второго конца 34с третьей трубки 28с расположен внутри выпускного отверстия 14 (или части выпускного отверстия 14, такой как часть выпускного отверстия, смежная с седлом 18 клапана) корпуса 12 клапана.
[0057] Поскольку вогнутая внутренняя поверхность 48 корпуса 45 шарового элемента шарового элемента 21 может иметь (или, по существу, иметь) форму частичной сферы или сегмента или части сферы, первое расстояние D1 (проиллюстрировано на Фиг. 11) вдоль первой оси 30а потока между первой частью 67а шарового элемента 21 и вторым концом 34а первой трубки 28а может быть равно (или, по существу, равно) второму расстоянию D2 вдоль второй оси 30b потока между второй частью 67b шарового элемента 21 и вторым концом 34b второй трубки 28b. Аналогичным образом, третье расстояние D3 вдоль третьей оси 30c потока между третьей частью 67c шарового элемента 21 и вторым концом 34c третьей трубки 28c может быть равно (или, по существу, равно) первому расстоянию D1 и/или второму расстоянию D2. Кроме того, соответствующее расстояние вдоль соответствующей оси 30 потока между соответствующей частью 67 шарового элемента 21 и вторым концом 34 соответствующей дополнительной трубки (соответствующих дополнительных трубок) 28 может быть равно (или, по существу, равно) первому расстоянию D1 и/или второму расстоянию D2. Чтобы определить первое, второе и третье расстояния D1, D2, D3, положение второго конца 34a, 34b, 34c первой, второй и третьей трубок 28a, 28b, 28c определяется на пересечении первой, второй и третьей осей 30а, 30b, 30с потока и второго конца 34а, 34b, 34с, если смотреть в направлении поперечного сечения, перпендикулярного первой, второй и третьей осям 30а, 30b, 30с потока.
[0058] В таком варианте реализации изобретения, как проиллюстрировано на Фиг. 11, второй конец 34а первой трубки 28а по меньшей мере частично определен кольцевой первой передней поверхностью 66а, второй конец 34b второй трубки 28b по меньшей мере частично определен кольцевой второй передней поверхностью 66b, и второй конец 34c третьей трубки 28c по меньшей мере частично ограничен кольцевой третьей передней поверхностью 66c. Второй конец любого количества дополнительных трубок 28 также может иметь соответствующую переднюю поверхность 66. Первая передняя поверхность 66a, вторая передняя поверхность 66b и третья передняя поверхность 66c (и любое количество дополнительных передних поверхностей) могут взаимодействовать, образуя форму, которая является неплоской и может соответствовать части формы вогнутой внутренней поверхности 48 корпуса 45 шарового элемента шарового элемента 21, когда шаровой элемент 21 находится в первом закрытом положении. Например, первая передняя поверхность 66a, вторая передняя поверхность 66b и третья передняя поверхность 66c (и любое количество дополнительных передних поверхностей) могут взаимодействовать, образуя форму, которая является частью сферы, которая может соответствовать части сферы вогнутой внутренней поверхности 48 шарового элемента 21, когда шаровой элемент 21 находится в первом закрытом положении.
[0059] Выполненные таким образом первое расстояние D1, второе расстояние D2 и/или третье расстояние D3 минимизируются, позволяя шаровому элементу 21 перемещаться из первого закрытого положения во второе полностью открытое положение. Минимизация расстояния между вторым концом 34a, 34b и 34c первой, второй и третьей трубок 28a, 28b, 28c и вогнутой внутренней поверхностью 48 шарового элемента 21 позволяет первой, второй и третьей трубкам 28a, 28b, 28c проходить на более длинные расстояния, что улучшает свойства потока.
[0060] Как проиллюстрировано на Фиг. 13C, производственные процессы обычных антикавитационных устройств привели к образованию прямоугольных (т.е. перпендикулярных оси потока) передних поверхностей 79 вторых концов 80 множества труб 82, и эти передние поверхности 79 не взаимодействовали для образования формы, которая является частью сферы, соответствующей части вогнутой внутренней поверхности шарового элемента, когда шаровой элемент находится в первом закрытом положении. Следовательно, в этих известных устройствах минимизация расстояния между вторыми концами 80 трубок 82 и вогнутой внутренней поверхностью шарового элемента была невозможна или была слишком дорогостоящей.
[0061] Как проиллюстрировано на Фиг. 4, первый конец 32а первой трубки 28a, первый конец 32b второй трубки 28b и первый конец 32с третьей трубки 28с могут быть выровнены вдоль опорной плоскости 70, проходящей перпендикулярно первой оси 30а потока и/или продольной оси 43 корпуса. Опорная плоскость 70 может быть расположена в части кольцеобразного фланца 72 или пересекается с данной частью кольцеобразного фланца, расположенного вокруг множества полых трубок 28. Фланец 72 может быть соединен с впускным фланцем 44 и/или фланцем части выше по потоку трубы (не показана) для закрепления антикавитационного элемента 26 на корпусе 12 клапана и/или выше по потоку трубе. В некоторых вариантах реализации изобретения антикавитационный элемент 26 может не содержать фланец 72, а вместо этого может быть вставлен во впускное отверстие 16 и/или выпускное отверстие 14 или расположен смежно с ними.
[0062] Как проиллюстрировано на Фиг. 10, первое расстояние L1 пролегает вдоль первой оси 30а потока от первого конца 32а до второго конца 34а первой трубки 28а, а второе расстояние L2 пролегает вдоль второй оси 30b потока от первого конца 32b до второго конца 34b второй трубки 28b. Третье расстояние L3 пролегает вдоль третьей оси 30с потока от первого конца 32с до второго конца 34с третьей трубки 28с. Первое расстояние L1 может быть меньше второго расстояния L2, а второе расстояние L2 может быть меньше третьего расстояния L3.
[0063] Как проиллюстрировано на Фиг. 5, множество трубок 28 антикавитационного элемента 26 могут быть ограничены в поперечном направлении неперфорированной окружной стенкой 74, которая может иметь первую часть 76 (которая может быть цилиндрической или частично цилиндрической), расположенную смежно с фланцем 72. Первая часть 76 может быть симметрично образована вокруг продольной оси 43 корпуса (см. Фиг. 4) или часть первой части 76 может быть симметрично образована вокруг продольной оси 43 корпуса. Первая часть 76 может ограничивать или окружать одну или более внешних комплектов 80 множества трубок 28.
[0064] Снова ссылаясь на Фиг. 5, окружная стенка 74 также может иметь вторую часть 82 (которая может быть цилиндрической или частично цилиндрической), которая может проходить от первой части 76 на некотором удалении от фланца 72 (или от первого конца 32 трубок 28). Вторая часть 82 может быть симметрично образована вокруг продольной оси 43 корпуса (см. Фиг. 4) или часть второй части 82 может быть симметрично образована вокруг продольной оси 43 корпуса. Вторая часть 82 (или цилиндрическая часть второй части 82) может иметь диаметр, который меньше диаметра цилиндрической части первой части 76. Вторая часть 82 может ограничивать или окружать внутренний комплект 84 множества трубок 28, а первая трубка 28а, вторая трубка 28b и третья трубка 28с могут быть включены во внутренний комплект 84. В некоторых вариантах реализации изобретения каждый внешний комплект 80 множества трубок 28 может иметь меньшую длину, чем весь без исключения внутренний комплект 84 множества трубок 28. Длина и положение вторых концов 34 трубок 28 во внешнем комплекте 80 могут зависеть от внутренней геометрии корпуса 12 клапана и/или закрывающего элемента 20. Например, вторые концы 34 некоторых трубок 28 во внешнем комплекте 80 могут быть выполнены с возможностью минимизации зазоров между вторыми концами 34 и первой частью 50 штока и/или второй частью 52 штока для дальнейшего снижения кавитации.
[0065] В некоторых вариантах реализации изобретения весь антикавитационный элемент 26 может быть в целом выполнен как монолитная, единая конструкция. То есть первая трубка 28а, вторая трубка 28b и третья трубка 28с (и любые дополнительные трубки, такие как четвертая трубка, пятая трубка, шестая трубка и т. д.) могут быть в целом выполнены как монолитная, единая конструкция. Фланец 72 и/или окружная стенка 74 также могут быть выполнены как одно целое с первой трубкой 28а, второй трубкой 28b и третьей трубкой 28с (и любым количеством других трубок 28) с образованием монолитной, единой конструкции.
[0066] В некоторых вариантах реализации изобретения первая трубка 28a, вторая трубка 28b и третья трубка 28c могут быть выполнены как одно целое с использованием технологии аддитивного промышленного производства или способа аддитивного промышленного производства. Способом аддитивного промышленного производства может быть любой способ или технология аддитивного промышленного производства для создания трехмерных объектов путем добавления к материалу последовательных слоев материала. Способ аддитивного промышленного производства может быть реализован с помощью любой пригодной установки или комбинации установок. Способ аддитивного промышленного производства обычно может включать в себя или использовать компьютер, программное обеспечение трехмерного моделирования (например, программное обеспечение Системы автоматизированного проектирования, или САПР), машинное оборудование и материал для послойной укладки. После создания модели САПР машинное оборудование может считывать данные из файла САПР и наслаивать или добавлять последовательные слои жидкого, порошкового, листового материала (например) слой за слоем для изготовления трехмерного объекта.
[0067] Способ аддитивного промышленного производства может включать в себя любой из нескольких способов, таких как, лишь для примера, способ стереоскопической, или трехмерной, печати, способ стереолитографии («SLA»), способ моделирования осаждения наплавки («FDM»), способ многоструйного моделирования («MJM») и способ селективного лазерного спекания («SLS»). В некоторых вариантах реализации изобретения способ аддитивного промышленного производства может включать в себя способ спекания или плавления порошков с использованием лазера. Для образования антикавитационного элемента 26 могут использовать любой подходящий материал, такой как высокопрочный и легкий материал, например металл или металлический материал.
[0068] В некоторых вариантах реализации изобретения две или более частей антикавитационного элемента 26 могут быть изготовлены с использованием способов аддитивного промышленного производства, и две или более частей антикавитационного элемента 26 могут быть соединены (например, сваркой) с образованием антикавитационного элемента 26.
[0069] При эксплуатации антикавитационный элемент 26 может быть полностью или частично расположен в выпускном отверстии 14 корпуса 12 клапана, например, путем соединения фланца 72 с выпускным фланцем 42 корпуса 12 клапана и/или фланца части ниже по потоку трубы (не показана) для закрепления антикавитационного элемента 26 на корпусе 12 клапана и/или ниже по потоку трубе. В других вариантах реализации изобретения, когда антикавитационный элемент 26 не имеет фланца 76, антикавитационный элемент 26 может быть полностью или частично расположен в выпускном отверстии 14 корпуса 12 клапана, и антикавитационный элемент 26 может быть соединен или может поддерживаться в выпускном отверстии 14 и/или в части ниже по потоку трубы (не показана), чтобы поддерживать требуемое положение антикавитационного элемента 26 относительно корпуса 12 клапана и/или ниже по потоку трубы. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что полностью или частично антикавитационное устройство 26 может быть вместо этого вставлено во впускное отверстие 16 и/или в часть выше по потоку трубы (не показана) с использованием любого из способов, описанных выше. Кроме того, могут использовать два или более антикавитационных устройств 26 (не показаны), таких как первое антикавитационное устройство 26a, расположенное на одной стороне седла 18 клапана, и второе антикавитационное устройство 26b, расположенное на другой стороне седла 18 клапана. Первое и второе антикавитационные устройства 26a, 26b могут быть идентичными или могут отличаться друг от друга. Например, поперечные сечения 38 потока и/или формы 40 поперечного сечения трубок 28 первого антикавитационного устройства 26а могут отличаться от поперечных сечений 38 потока и/или форм 40 поперечного сечения трубок 28 второго антикавитационного устройства 26b для увеличения общей длины насосно-компрессорных труб для дальнейшей установки ступеней давления. В некоторых вариантах реализации изобретения первое антикавитационное устройство 26а могло бы быть расположено в выше по потоку трубопроводе и/или впускном канале 16, а второе антикавитационное устройство 26b могло бы быть расположено в ниже по потоку трубопроводе и/или выпускном канале 14, и первое антикавитационное устройство 26а может иметь большие поперечные сечения 38 потока, чем второе антикавитационное устройство 26b, для создания перепада давления в текучей среде.
[0070] Хотя выше были описаны различные варианты реализации изобретения, данное описание не предназначено для ограничения объема изобретения. В описанные варианты реализации изобретения могут быть внесены изменения, которые тем не менее будут подпадать под объем прилагаемой формулы изобретения.