КЛЕТКА ЗАТВОРА РЕГУЛИРУЮЩЕГО КЛАПАНА, ИМЕЮЩАЯ МНОЖЕСТВО АНТИКАВИТАЦИОННЫХ ИЛИ СНИЖАЮЩИХ ШУМ СТЕРЖНЕЙ
GATE VALVE OF CONTROL VALVE HAVING A PLURALITY OF ANTI-CAVITATION OR NOISE REDUCING RODS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение в целом относится к клеткам узла затвора регулирующего клапана и, более конкретно, к клеткам узла затвора регулировочного клапана, имеющим множество антикавитационных или снижающих шум стержней.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Гидравлические клапаны регулируют поток жидкости из одного места в другое. Когда гидравлический клапан находится в закрытом положении, предотвращается перетекание жидкости под высоким давлением по одну сторону в область с более низким давлением по другую сторону клапана. Часто гидравлические клапаны содержат элемент управления движущейся жидкостью и некий вид седла, который взаимодействует с элементом управления жидкостью для регулирования потока жидкости через клапан. В общем случае, элементы управления (в том числе элемент управления жидкостью, седло и клетка, если таковая существует), известны в технике как "затвор клапана" или "узел затвора". В некоторых случаях может быть желательным получение характеристик жидкости на основании того, как она протекает через клапан, например, для снижения уровня шума. В этих случаях может использоваться узел затвора, который содержит клетку с множеством отверстий, которые просверлены в стенке клетки. Отверстия могут отличаться по размеру и форме для получения характеристик потока жидкости на основании того, как поток жидкости протекает через отверстия в клетке. В некоторых случаях в стенке клетки сверлят до 90000 или более отверстий, что приводит к очень большим затратам времени и большим издержкам производства известных типов клеток.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В соответствии с первым типовым примером, клетка узла затвора для регулирующего клапана содержит стенку клетки, первую тарелку, прилегающую к стенке клетки, вторую тарелку, расположенную отдельно от стенки клетки с зазором, и множество стержней, расположенных продольно между первой тарелкой и второй тарелкой. Жидкость, протекающая через клетку, находится под воздействием множества стержней.
[0004] В соответствии со вторым типовым примером, регулирующий клапан содержит корпус клапана, имеющий впускной патрубок для жидкости и выпускной патрубок для жидкости, соединенные перепускным каналом для жидкости. Седло клапана расположено внутри перепускного канала для жидкости. Клетка расположена внутри перепускного канала для жидкости, при этом клетка содержит стенку клетки, первую тарелку, прилегающую к стенке клетки, и вторую тарелку, расположенную отдельно от стенки клетки с зазором, и первое множество стержней, расположенных продольно между первой тарелкой и второй тарелкой. Элемент управления жидкостью расположен подвижно внутри клетки, при этом элемент управления жидкостью взаимодействует с седлом клапана и клеткой с целью контроля и получения характеристик потока жидкости через перепускной канал для жидкости.
[0005] Далее, в соответствии с любым одним или более из вышеупомянутых первого и второго примеров, клетка или регулирующий клапан может дополнительно содержать любой один или более из следующих предпочтительных вариантов.
[0006] В некоторых предпочтительных вариантах клетка может содержать второе множество стержней, расположенных продольно между первой тарелкой и второй тарелкой. Первое множество стержней может быть расположено с образованием первого круга, при рассмотрении вида сбоку поперечного сечения клетки. Первый круг может иметь первый радиус. Второе множество стержней может быть расположено с образованием второго круга, при рассмотрении вида сбоку поперечного сечения клетки. Второй круг может иметь второй радиус. Первый радиус может быть больше, чем второй радиус. Стержни в первом множестве стержней могут быть отделены друг от друга по окружности первого круга с интервалом от 1 до 5 диаметров отдельного стержня. Стержни во втором множестве стержней могут быть расположены по окружности вокруг второго круга со смещением относительно стержней первого множества стержней. Клетка может содержать третью тарелку, расположенную между первой тарелкой и второй тарелкой, при этом третья тарелка может располагаться на расстоянии от 10% до 30% расстояния между второй тарелкой и первой тарелкой. Стержни в первом множестве стержней могут быть расставлены с промежутками неодинаково между второй тарелкой и третьей тарелкой, по сравнению с расстановкой между первой тарелкой и третьей тарелкой. Клетка может содержать четвертую тарелку, расположенную между первой тарелкой и второй тарелкой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0007] Фиг. 1 иллюстрирует вид поперечного сечения регулирующего клапана, имеющего узел затвора, в том числе клетку, выполненную в соответствии с принципами настоящего изобретения;
[0008] Фиг. 2 иллюстрирует вид крупного плана аксонометрии клетки на Фиг. 1;
[0009] Фиг. 3 иллюстрирует вид спереди клетки на Фиг. 1;
[0010] Фиг. 4 иллюстрирует продольный вид поперечного сечения клетки на Фиг. 1;
[0011] Фиг. 5 иллюстрирует боковой вид поперечного сечения клетки на Фиг. 1;
[0012] Фиг. 6 иллюстрирует вид спереди альтернативного варианта реализации клетки на Фиг. 1;
[0013] Фиг. 7 иллюстрирует боковой вид поперечного сечения альтернативного варианта реализации клетки; и
[0014] Фиг. 8 иллюстрирует боковой вид поперечного сечения другого альтернативного варианта реализации клетки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Клетка узла затвора, изготовленная в соответствии с раскрытием изобретения, с успехом увеличила эффективность по сравнению с известными клетками благодаря продольно ориентированным антикавитационным стержням или снижающим шум стержням, которые осуществляют падение давления в то время, как жидкость протекает между стержням. Эти антикавитационные стержни и/или снижающие шум стержни, и тарелки, которые удерживают стержни, более просты в изготовлении, чем известные клетки, которые содержат множество высверленных отверстий. Более того, клетка узла затвора легко ремонтируется при повреждении, тогда как известные клетки, как правило, не подлежат ремонту или очень трудно ремонтируются в случае повреждения.
[0016] Обращаясь теперь к Фиг. 1, регулирующий клапан 10 содержит корпус клапана 12, имеющий впускной патрубок 14 для жидкости и выпускной патрубок 16 для жидкости, соединенные перепускным каналом 18 для жидкости. Узел затвора 20 расположен внутри корпуса клапана 12 между впускным патрубком 14 для жидкости и выпускным патрубком 16 для жидкости. Узел затвора 20 содержит клетку 22, седло 24 и элемент управления жидкостью, такой, как плунжер 26, который расположен внутри клетки 22. Плунжер 26 взаимодействует с седлом 24 и клеткой 22 для управления потоком жидкости через корпус клапана 12. Шток 28 подключен к плунжеру 26 на одном конце и к исполнительному механизму 30 на другом конце. Исполнительный механизм 30 управляет движением плунжера 26 внутри клетки 22. В варианте реализации по Фиг. 1, исполнительный механизм 30 крепится к корпусу клапана 12 с помощью стакана 32. В других вариантах реализации, исполнительный механизм 30 может быть закреплен внутри корпуса клапана 12 непосредственно, или исполнительный механизм 30 может крепиться к корпусу клапана 12 с помощью хомута (не показан).
[0017] Вид крупного плана аксонометрии клетки 22 проиллюстрирован на Фиг. 2, и вид спереди клетки 22 проиллюстрирован на Фиг. 3. Клетка 22 содержит, как правило, цилиндрическую стенку 40 клетки, которая соединена с первым или верхним монтажным фланцем 42, который продлевается в радиальном направлении наружу от стенки клетки 40. Первый монтажный фланец 42 может быть закреплен между стаканом 32 и корпусом клапана 12, в то время как клетка 22 монтируется в корпусе клапана 12. Второй или нижний монтажный фланец 44 отделен от стенки клетки 40 с помощью окна или отверстия 46, при этом второй монтажный фланец 44 также распространяется радиально наружу.
[0018] Возвращаясь вкратце к Фиг. 1, в то время, как плунжер 26 совершает возвратно-поступательные движения внутри клетки 22, плунжер 26 закрывает или открывает части окна 46. Когда части окна 46 бывают открыты, жидкость протекает через окно 46 из впускного патрубка 14 для жидкости к выпускному патрубку 16 для жидкости. При помощи постановки препятствий в окно, поток жидкости может быть выборочно измерен для достижения определенных желательных характеристик потока, таких, как низкая кавитация, низкий уровнем шума, или снижение высокого давления.
[0019] Возвращаясь к Фиг. 2 и 3, для того, чтобы влиять на поток жидкости через окно 46, клетка 22 содержит множество продольных стержней 48, которые выходят из первой тарелки 50, которая присоединена к стенке клетки 40, до второй тарелки 52, которая присоединена ко второму монтажному фланцу 44, как проиллюстрировано на Фиг. 2. В некоторых вариантах реализации, первая тарелка 50 может быть выполнена как одно целое со стенкой клетки 40, и/или вторая тарелка 52 может быть выполнена как одно целое со вторым монтажным фланцем 44. В других вариантах реализации, первая тарелка 50 может быть выполнена отдельно от стенки клетки 40 и функционально подключена к стенке клетки 40 в процессе сборки клетки 22. Подобным образом, в других вариантах реализации, вторая тарелка 52 может быть выполнена отдельно от второго монтажного фланца 44 и функционально подключена ко второму монтажному фланцу 44 в процессе сборки клетки 22.
[0020] В целях простоты изготовления, вариант реализации, проиллюстрированный на Фиг. 2, может содержать первое множество отверстий 54, расположенных в первой тарелке 50, и второе множество отверстий 56, расположенных во второй тарелке 52. Каждый отдельный стержень 48 может иметь один конец, расположенный в одном отверстии из первого множества отверстий 54, и другой конец, расположенный в одном отверстии из второго множества отверстий 56. Таким образом, клетка 22 может быть быстро собрана из сборочных единиц, например, в состав первой сборочной единицы входят первая тарелка 50, вторая тарелка 52 и стержни 48, а в состав второй сборочной единицы входят стенка клетки 40 и первый монтажный фланец 42.
[0021] Как проиллюстрировано на Фиг. 4, множество стержней 48 может содержать первое или внешнее множество стержней 48а, а также второе или внутреннее множество стержней 48b. Второе множество стержни 48b может быть смещено относительно первого множества стержней 48а таким образом, что каждый стержень из второго множества стержней 48b расположен с отступлением радиально внутрь и по кругу между двумя стержнями из первого множества стержней 48. Таким образом, жидкость, протекая через первое и второе множество стержней 48а, 48b вынуждена изменить направление для обхода стержней, что замедляет поток и снижает кавитацию и шум.
[0022] Как проиллюстрировано на Фиг. 5, первое множество стержней 48а располагается таким образом, что отдельные стержни образуют первый круг 57, концентрический относительно продольной оси 60 в клетке 22. Первый круг 57, образованный первым множеством стержней 48а, имеет радиус А. Аналогично, второе множество стержней 48b расположено таким образом, что отдельные стержни образуют второй круг 58, концентрический относительно продольной оси 60 в клетке 22. Однако, второй круг 58 имеет радиус В, который меньше, чем радиус А первого круга 57.
[0023] Каждый из стержней в первом множестве стержней 48а отделен от другого стержня в первом множестве стержней 48а первым интервалом 62. Первый интервал 62 предпочтительно составляет между 1 и 5 диаметрами отдельного стержня, более предпочтительно между 1 и 3 диаметрами отдельного стержня, и еще более предпочтительно между 1,5 и 2,5 диаметрами отдельного стержня. В то время как стержни 48 проиллюстрированы как имеющие поперечное сечение круглой формы, другие формы поперечного сечения, такие, как овал, треугольник, квадрат, прямоугольник, пятиугольник, шестиугольник, многоугольник или фигуры неправильной формы могут быть использованы для достижения конкретных характеристик потока жидкости для данной ситуации. В случае использования формы поперечного сечения, отличной от круглой, упомянутые выше диаметры могут соответствовать максимальной толщине стержня.
[0024] Подобным способом, каждый из стержней во втором множестве стержней 48b отделен от другого стержня во втором множестве стержней 48b вторым интервалом 63. Второй интервал 63 предпочтительно составляет между 1/32 и 10 диаметрами отдельного стержня, более предпочтительно между 1/4 и 3 диаметрами отдельного стержня. В одном варианте реализации изобретения, стержни могут иметь радиус примерно 1/8 дюйма (3,175 мм). В других вариантах реализации изобретения, стержни могут иметь радиус между 1/1000 и 1/10 от радиуса А первого круга, так что в диапазоне между 10 и 1000 стержней каждый может быть из первого и второго множеств стержней 48а, 48b.
[0025] Второе множество стержней 48b упорядочивается так, что каждый стержень из второго множества стержней 48b располагается по окружности с первым интервалом 62 между отдельными стержнями из первого множества стержней 48а, и второе множество стержней 48b располагается радиально внутрь относительно первого множества стержней 48а. Иными словами, первое множество стержней 48а и второе множество стержней 48b смещены по окружности один от другого, чтобы жидкость, протекая (показано стрелкой 70) изнутри клетки 22 через окно 46, должна была протекать между стержнями из второго множества стержней 48b, и затем разделиться на части так, чтобы обтекать вокруг стержней из первого множества стержней 48а (показано стрелками 70а и 70b). Таким образом, жидкость, протекая через окно 46 и между стержнями из первого и второго множества стержней 48а, 48b замедляется, что вызывает снижение давления и уменьшает кавитацию и шум.
[0026] В некоторых других вариантах реализации, одно, три, четыре или более множеств стержней, которые упорядочены в виде радиальных меньших или больших кругов, могут быть включены для влияния на поток жидкости через клетку 22. Таким образом, жидкость, протекая через клетку 22, может течь через несколько ступеней снижения давления.
[0027] Обратимся теперь к Фиг. 6, которая иллюстрирует альтернативный вариант реализации клетки 122. Конструктивные особенности клетки 122, которые соответствуют конструктивным особенностям клетки 22 на Фиг. 2-5, имеют номера ссылок, которые на 100 больше, чем номера на Фиг. 2-5. Клетка 122 содержит стенку клетки 140, примыкающую к первому монтажному фланцу 142 и первой тарелке 150. Второй монтажный фланец 144 примыкает ко второй тарелке 152. Пространство между первой тарелкой 150 и второй тарелкой 152 образует окно 146. Множество стержней 148 простирается от первой тарелки 150 до второй тарелки 152. Вариант реализации клетки 122 на Фиг. 6 дополнительно содержит третью тарелку 153, расположенную между первой тарелкой 150 и второй тарелкой 152. Третья тарелка 153 может конструктивно усилить стержни 148, защищая стержни 148 от изгиба, что приводит к более жесткой конструкции. В одном варианте реализации, третья тарелка 153, может быть размещена между 10% и 30% от общего расстояния перемещения плунжера клапана 26, предпочтительно между 10% и 20% от общего расстояния перемещения плунжера клапана 26, и более предпочтительно около 15% от общего расстояния перемещения плунжера клапана 26. В этом случае общее расстояние перемещения плунжера клапана 26 может быть приблизительно равно расстоянию между первой тарелкой 150 и второй тарелкой 152. Таким образом, третья тарелка 153 может быть размещена на расстоянии около 15% расстояния от второй тарелки 152 до первой тарелки 150. Установкой третьей тарелки внутри вышеперечисленных пределов, поток жидкости через клетку 122 может быть дополнительно оценен, и потоку может быть придана более линейная характеристическая кривая.
[0028] Кроме того, как только третья тарелка 153 установлена, интервалы между стержнями 148, расположенными над третьей тарелкой 153 и под третьей тарелкой 153, могут отличаться для достижения различных параметров потока для различных участков перемещения плунжера клапана 26. Например, стержни 148, расположенные над третьей тарелкой 153, могут располагаться с большим интервалом, с тем чтобы обеспечить больший поток жидкости, поскольку ниже по течению расположены устройства, требующие большего потока жидкости при более открытом плунжере клапана 26. Также может быть верно и обратное, и интервалы между стержнями могут быть специально приспособлены для различных процессов или потребностей.
[0029] В некоторых других вариантах реализации изобретения, могут быть включены четыре, пять или более тарелок, при этом каждая тарелка располагается между первой тарелкой 150 и второй тарелкой 152. Добавлением тарелок и/или изменением интервалов между стержнями, клетка может быть спроектирована для спецификаций потока по-разному на различных стадиях открытия плунжера клапана. Таким образом, клетка может придавать потоку желаемые параметры на основе затребованных ниже по течению параметров. Например, во время пониженного спроса ниже по течению, стержни могут быть размещены плотно друг к другу для максимального снижения шума. Как альтернатива, при повышенном спросе ниже по течению, стержни могут быть, размещены дальше друг от друга, тем самым увеличив поток жидкости, пожертвовав снижением шума.
[0030] Как обсуждалось выше, в некоторых других вариантах реализации, одно, три, четыре или более множеств стержней, которые ориентированы в радиальном направлении в меньших или больших кругах, могут быть включены для охарактеризования потока жидкости через клетку 22. Фиг. 7 иллюстрирует альтернативный вариант реализации клетки 222, имеющей единственное множество стержней 248. Единственное множество стержней 248 расположено так, что отдельные стержни из первого круга 257 являются концентрическими по отношению к продольной оси 260 клетки 222. Первый круг 257, образованный единственным множеством стержней 248 имеет радиус А.
[0031] Каждый стержень из единственного множества стержней 248 отделен один от другого стержня из первого множества стержней 248 первым интервалом 262. Первый интервал 262 предпочтительно составляет между 1 и 5 диаметрами отдельного стержня, более предпочтительно между 1 и 3 диаметрами отдельного стержня, и еще более предпочтительно между 1,5 и 2,5 диаметрами отдельного стержня. В то время как стержни 248 проиллюстрированы как имеющие поперечное сечение круглой формы, другие формы поперечного сечения, как, например, овал, треугольник, квадрат, прямоугольник, пятиугольник, шестиугольник, многоугольник или фигуры неправильной формы могут быть использованы для достижения конкретных параметров потока жидкости для данной ситуации. При использовании формы поперечного сечения отличной от круглой, упомянутые выше диаметры могут соответствовать максимальной толщине стержня. Стержни могут иметь радиус между 1/1000 и 1/10 от радиуса А первого круга, так что в диапазоне между 10 и 1000 стержней, каждый мог быть из единичного множества стержней 248.
[0032] Фиг. 8 иллюстрирует другой альтернативный вариант реализации клетки 322, имеющей первое, второе и третье множества стержней 348а, 348b, 348с. Первое множество стержней 348а расположено так, что отдельные стержни образуют первый круг 357, концентрический относительно продольной оси 360 клетки 322. Первый круг 357, образованный первым множеством стержней 348, имеет радиус А. Аналогичным образом, второе множество стержней 348b расположено так, что отдельные стержни образуют второй круг 358, концентрический относительно продольной оси 360 клетки 322. Тем не менее, второй круг 358 имеет радиус В, который меньше, чем радиус А первого круга 357. Третье множество стержней 348 с расположено так, что отдельные стержни образуют третий круг 359, концентрический относительно продольной оси 360 клетки 322. Третий круг 359 имеет радиус С, который меньше, чем радиус А первого круга 357, но больше, чем радиус В второго круга 358.
[0033] Каждый из стержней в первом множестве стержней 348а отделен от другого стержня в первом множестве стержней 348а первым интервалом 362. Первый интервал 362 предпочтительно составляет между 1 и 5 диаметрами отдельного стержня, более предпочтительно между 1 и 3 диаметрами отдельного стержня, и даже более предпочтительно между 1,5 и 2,5 диаметрами отдельного стержня. В то время как стержни 348 проиллюстрированы как имеющие поперечное сечение круглой формы, другие формы поперечного сечения, такие, как овал, треугольник, квадрат, прямоугольник, пятиугольник, шестиугольник, многоугольник или фигуры неправильной формы могут быть использованы для достижения конкретных параметров потока жидкости для данной ситуации. В случае использования формы поперечного сечения, отличной от круглой, упомянутые выше диаметры могут соответствовать максимальной толщине стержня.
[0034] Аналогичным образом, каждый из стержней во втором множестве стержней 348b отделен от другого стержня во втором множестве стержней 348b вторым интервалом 363, и каждый из стержней в третьем множестве стержней 348 с отделен от другого стержня в третьем множестве стержней третьим интервалом 365. Второй интервал 363 и/или третий интервал 365 предпочтительно составляет между 1/32 и 10 диаметрами отдельного стержня, более предпочтительно между 1/4 и 3 диаметрами отдельного стержня. В одном варианте реализации, стержни могут иметь радиус около 1/8 дюйма (3,175 мм). В других вариантах реализации, стержни могут иметь радиус между 1/1000 и 1/10 радиуса А первого круга, так что в диапазоне между 10 и 1000 стержней каждый может быть любым одним из первого, второго и третьего множества стержней 348а, 348b, 348с.
[0035] В то время, как в настоящем документе раскрыт клапан со скользящим штоком в качестве типичной реализации жидкостного регулирующего клапана, узлы затворов, изложенные в настоящем документе, могут быть использованы в практически любом типе жидкостного клапана, который содержит клетку затвора клапана. Например, раскрытые уплотнительные узлы могут быть использованы в клапанах различных типов, например, шаровых клапанах, поплавковых клапанах, двустворчатых клапанах или клапанах с эксцентриковыми плунжерами.
[0036] Хотя отдельные клетки затворов регулирующих клапанов и жидкостные, регулирующие клапаны были описаны в настоящем документе в соответствии с принципами настоящего изобретения, объем прилагаемой формулы изобретения не ограничивается ими. Напротив, формула изобретения заявляет права на все варианты реализации принципов этого изобретения, которые фактически находятся в пределах сферы рассмотрения допустимых аналогов.