КЛЕТКА, СОДЕРЖАЩАЯ КАНАЛЫ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, ВЫПОЛНЕННЫЕ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ВЛИЯНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТОКА КЛАПАНОВ
CELL CONTAINING FLUID MEDIUM CHANNELS CONFIGURED TO INFLUENCE VALVE FLOW CHARACTERISTICS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Этот патентный документ в целом относится к клетке, а более конкретно к клетке, содержащей каналы текучей среды, выполненные с возможностью изменения характеристик потока клапанов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Клапаны обычно используются для управления потоком текучей среды в системах управления технологическим процессом. Клапаны с поступательным движением штока (например, задвижки, запорно-регулирующие клапаны, диафрагменные клапаны, зажимные клапаны и т.д.) обычно включают в себя запирающий элемент (например, заглушку клапана), расположенный в канале текучей среды, который управляет потоком текучей среды через клапаны. Привод может быть соединен со штоком для перемещения запирающего элемента между открытым положением и закрытым положением (например, по отношению к корпусу клапана и/или седлу клапана) таким образом, чтобы обеспечивать или ограничивать возможность протекания текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием клапана. Кроме того, клапаны с поступательным движением штока часто включают в себя клетку, расположенную в пути прохождения текучей среды, которая обеспечивает возможность протекания текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием. В некоторых примерах клетка расположена в пути прохождения текучей среды таким образом, что клетка окружает запирающий элемент клапана для выравнивания и/или обеспечения стабильности запирающего элемента.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В одном примере клетка клапана включает в себя сгруппированные каналы потока текучей среды. Каждый канал потока текучей среды имеет первый участок, соединенный со вторым участком. Первый участок сужается по направлению ко второму участку, а второй участок сужается по направлению к первому участку. Сгруппированные каналы потока текучей среды включают в себя первый ряд и смежный второй ряд. Первый ряд и второй ряд ориентированы под первым углом относительно оси клетки клапана таким образом, чтобы проходить вдоль спирального пути на клетке клапана.
[0004] В другом примере устройство содержит клетку клапана, расположенную между крышкой и седлом клапана. Клетка клапана имеет сгруппированные каналы потока текучей среды, проходящие через стенку клетки клапана между первой поверхностью и противоположной второй поверхностью. Сгруппированные каналы потока текучей среды включают в себя первый ряд и смежный второй ряд, которые расположены спирально вдоль стенки клетки клапана под первым углом относительно оси клетки клапана. Устройство содержит заглушку, расположенную с возможностью скольжения в клетке клапана. Спирально расположенные сгруппированные каналы потока текучей среды и заглушка предназначены для обеспечения линейного изменения пропускной способности и/или восстановления постоянного давления клетки клапана при перемещении заглушки между закрытым положением и открытым положением.
[0005] В другом примере клетка клапана содержит средство для обеспечения возможности протекания потока текучей среды через клетку клапана, расположенную на клетке клапана в смежных рядах вдоль спирального пути по отношению к оси клетки клапана. Средство для обеспечения возможности протекания потока текучей среды содержит средство для схождения потока текучей среды и средство для расхождения конвергированного потока текучей среды.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0006] На фиг. 1А показан вид в поперечном разрезе известного клапана при нахождении в закрытом положении.
[0007] На фиг. 1B показан вид в поперечном разрезе известного клапана по фиг. 1A при нахождении в открытом положении.
[0008] На фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе клапана, содержащего клетку клапана в соответствии с идеями, изложенными в настоящем документе.
[0009] На фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе клетки клапана по фиг. 2 в соответствии с идеями, изложенными в настоящем документе.
[0010] На фиг. 4А изображена первая сторона каналов потока текучей среды клетки клапана по фиг. 2 и 3.
[0011] На фиг. 4В изображена противоположная вторая сторона каналов потока текучей среды по фиг. 3А корпуса клапана по фиг. 2 и 3.
[0012] На фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе каналов потока текучей среды по фиг. 4А и 4В, выполненном по линии А-А на фиг. 4А и 4В.
[0013] На фиг. 6 показано плоское изображение цилиндрической поверхности клетки клапана по фиг. 2 и 3.
[0014] На фиг. 7 изображена поверхность клетки клапана по фиг. 6 и плоское изображение запирающего элемента по фиг. 2 при нахождении в первом частично открытом положении.
[0015] На фиг. 8 изображена поверхность клетки клапана по фиг. 6 и 7, и запирающий элемент по фиг. 2 при нахождении во втором частично открытом положении.
[0016] Чертежи изображены не в масштабе. Вместо этого, для того, чтобы прояснить несколько слоев и областей, толщины слоев могут быть увеличены на чертежах. Там, где это возможно, одни и те же ссылочные номера будут использоваться в чертеже (чертежах) и сопроводительном письменном описании для обозначения тех же или подобных частей.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] Многие известные клапаны используются для управления потоком текучей среды в системах управления технологическим процессом. Некоторые известные клапаны представляют собой клапаны с поступательным движением штока (например, задвижки, запорно-регулирующие клапаны, диафрагменные клапаны, зажимные клапаны и т. д.), в которых запирающий элемент (например, заглушка клапана) расположен к канале текучей среды для управления потоком текучей среды через клапан. Например, эти клапаны включают шток клапана, который функционально соединен с запирающим элементом и приводом. Привод перемещает шток клапана таким образом, чтобы перемещать запирающий элемент между закрытым положением и открытым положением, чтобы обеспечивать и/или ограничивать возможность протекания потока текучей среды между входным и выходом отверстием клапана. Например, запирающий элемент может взаимодействовать с седлом клапана и/или поверхностью корпуса клапана при нахождении клапана в закрытом положении, чтобы предотвращать протекание текучей среды, и может находиться на расстоянии от седла клапана и/или поверхности корпуса клапана при нахождении клапана в частично открытом положении и/или полностью открытом положении, чтобы обеспечивать возможность протекания потока текучей среды.
[0018] Некоторые известные клапаны включают в себя клетку, расположенную в пути текучей среды между впускным и выпускным отверстиями, которая определяет каналы текучей среды таким образом, чтобы обеспечивать возможность протекания текучей среды через клапан. В некоторых примерах запирающий элемент расположен в отверстии, определенном клеткой, при переходе запирающего элемента между закрытым положением и открытым положением. Для управления потоком текучей среды через клапан наружная поверхность заглушки взаимодействует с внутренней поверхностью клетки и/или примыкает к ней таким образом, чтобы открывать, частично открывать и/или запирать каналы текучей среды клетки при перемещении заглушки между закрытым положением и открытым положением. В некоторых примерах характеристики каналов текучей среды (например, форма, размер, поперечное сечение, профиль, положение, ориентация и т.д.) клетки влияют на характеристики потока текучей среды (например, пропускная способность, затухание шума, кавитация, восстановление давления и т.д.), протекающей через каналы текучей среды.
[0019] Например, некоторые известные клетки клапанов включают каналы текучей среды, которые обеспечивают медленное восстановление давления. Восстановление давления является характеристикой потока канала для текучей среды, которая указывает количество и/или процент увеличения давления текучей среды после предшествующего снижения давления текучей среды. Например, если канал для текучей среды содержит суженную часть (например, суженный участок канала текучей среды между двумя более широкими участками канала текучей среды), давление текучей среды уменьшается, когда текучая среда приближается к суженной части и затем увеличивается по мере того, как текучая среда выходит из суженной части. В таких случаях восстановление давления определяет увеличение давления текучей среды от суженной части (например, наименьшее значение давления) до последующей более широкой части (например, самое высокое значение давления далее по течению от суженой части). В примерах, в которых клетка клапана обеспечивает медленное восстановление давления, давление текучей среды далее по потоку от суженной части может быть значительно меньше, чем давление текучей среды ранее по потоку от суженной части. Низкие показатели восстановления давления и/или пониженное давление текучей среды могут приводить к другим нежелательным характеристикам потока текучей среды, таким как, например, кавитация и/или пониженное затухание шума. Кроме того, клетки клапанов, которые обеспечивают низкое восстановление давления, могут увеличивать зависимость от условий давления далее по потоку и/или могут требовать наличия расходомера для обеспечения однородного регулирования расхода.
[0020] Некоторые известные клетки клапанов содержат каналы для текучей среды, которые обеспечивают прерывистую и/или другим образом непредсказуемую нелинейную скорость изменения пропускной способности при перемещении соответствующего запирающего элемента из закрытого положения в открытое положение и/или из открытого положения в закрытое положение. Пропускная способность (например, объемный расход, расход потока текучей среды) представляет собой характеристику потока, указывающую количество (например, объем) текучей среды, которое проходит за единицу времени. Например, пропускная способность может увеличиваться с увеличением площади поперечного сечения пути потока. Таким образом, пропускная способность клетки клапана увеличивается по мере открывания большего количества каналов текучей среды клетки клапана для обеспечения возможности протекания текучей среды через указанные каналы для текучей среды.
[0021] Дополнительно или альтернативно, каналы текучей среды некоторых известных клеток создают прерывистую и/или другим образом непредсказуемую скорость изменения пропускной способности (например, ступенчатая, имеющая этапы и/или возрастающая скорость изменения), например, когда скорость изменения пропускной способности совершает цикл между сохранением неизменной и уменьшением и/или увеличением по мере перехода запирающего элемента между закрытым положением и открытым положением. Дополнительно или альтернативно каналы текучей среды таких клеток клапана могут создавать непостоянное и/или непоследовательное (например, ступенчатое, возрастающее, циклическое и т.д.) восстановление давления в клетке при переходе заглушки между закрытым положением и открытым положением. Прерывистая скорость изменения пропускной способности и/или непостоянное восстановление давления могут увеличить трудность позиционирования заглушки клапана для управления потоком текучей среды далее по потоку (например, соотношение между положением заглушки и потоком текучей средой далее по потоку является непредсказуемым). В результате такие известные клетки, имеющие прерывистые характеристики потока, могут обеспечивать нестабильное или циклическое регулирование потока текучей среды и/или могут потребовать расходомер, расположенный далее по потоку, для точного управления потоком текучей среды.
[0022] Приведенное в качестве примера устройство, раскрытое в настоящем документе, содержит клапан, имеющий клетку клапана, которая ускоряет восстановление давления, обеспечивает постоянное восстановление давления и/или обеспечивает линейное и/или иное предсказуемое изменение пропускной способности при перемещении запирающего элемента (например, заглушки клапана) рядом с клеткой клапана между закрытым положением и полностью открытым положением. Например, клетка клапана приведенного в качестве примера устройства содержит каналы потока текучей среды, которые имеют такую форму, чтобы ускорить восстановление давления, обеспечиваемое клеткой клапана при протекании текучей среды из впускного отверстия к выпускному отверстию клапана. Кроме того, каналы потока текучей среды расположены вдоль спирального пути клетки клапана таким образом, чтобы обеспечивать частичное открывание множества каналов потока текучей среды при нахождении запирающего элемента в любом частично открытом положении. Таким образом, спирально расположенные каналы потока текучей среды клетки клапана обеспечивают постоянное восстановление давления и/или предсказуемую (например, линейную, экспоненциальную и т.д.) скорость изменения пропускной способности при переходе запирающего элемента между закрытым положением и полностью открытым положением.
[0023] Приведенное в качестве примера устройство, описанное в настоящем документе, содержит клетку клапана, выполненную с возможностью расположения в канале клапана между крышкой и седлом клапана таким образом, чтобы влиять на характеристики текучей среды (например, ускоренное восстановление давления, постоянное восстановление давления, линейную или иную предсказуемую скорость изменения пропускной способности), протекающей через канал. Запирающий элемент (например, заглушка клапана) расположен с возможностью скольжения в отверстии, образованном клеткой клапана. Запирающий элемент управляет потоком текучей среды клапана путем перехода между закрытым положением (например, в котором запирающий элемент предотвращает протекание текучей среды через клапан) и полностью открытым положением (например, в котором запирающий элемент обеспечивает возможность протекания потока текучей среды с полной пропускной способностью через клапан) в пределах отверстия в клетке клапана.
[0024] Приведенная в качестве примера клетка клапана включает в себя сгруппированные каналы потока текучей среды, проходящие через стенку между первой поверхностью (например, внутренней поверхностью) и противоположной второй поверхностью (например, наружной поверхностью) клетки клапана, чтобы обеспечивать возможность протекания текучей среды, протекающей через канал текучей среды клапана, через клетку клапана. Каждый из каналов потока текучей среды включает в себя первый участок и второй участок, смежный с первым участком и находящийся в сообщении по текучей средой с ним. Первый участок каждого канала потока текучей среды сужается от первой поверхности клетки клапана до соответствующего второго участка и соединен со вторым участком через суженную часть, а второй участок каждого канала потока текучей среды сужается от второй поверхности ячейки клапана до соответствующего первого участка и соединен с первым участком через суженную часть. Например, первый участок имеет первую площадь поперечного сечения, второй участок имеет вторую площадь поперечного сечения, а суженная часть имеет третью площадь поперечного сечения, меньшую, чем первая площадь поперечного сечения и вторая площадь поперечного сечения. В некоторых примерах поперечные сечения первого участка, второго участка и суженной части являются круглыми, овальными или многоугольными.
[0025] Формы соответствующих сгруппированных каналов потока текучей среды приведенной в качестве примера клетки клапана влияют на характеристики текучей среды (например, восстановление давления, скорость изменения пропускной способности и т.д.), протекающей через канал текучей среды клапана. В некоторых примерах первый участок каждого из каналов потока текучей среды имеет дугообразное сужение рядом с первой поверхностью клетки клапана, которое ускоряет восстановление давления, создаваемое каждым из каналов потока текучей среды. Дополнительно или альтернативно, второй участок каждого из каналов потока текучей среды имеет линейное сужение между второй поверхностью клетки клапана и первой поверхностью (например, под углом приблизительно от 2 до 4 градусов), которое ускоряет восстановление давления, обеспечиваемое каждым из каналов потока текучей среды. Кроме того, в некоторых примерах первый участок каждого из каналов потока текучей среды имеет первую длину, а соответствующий второй участок имеет вторую длину, большую, чем первая длина (например, суженная часть расположена ближе к первой поверхности, чем ко второй поверхности), которые влияют на восстановление давления, обеспечиваемое каналами потока текучей среды.
[0026] Дополнительно или альтернативно, ориентация или расположение группы каналов потока текучей среды на приведенной в качестве примера клетке клапана влияет на характеристики текучей среды (например, восстановление давления, скорость изменения пропускной способности и т.д.), протекающей через канал для текучей среды клапана. Например, группа каналов потока текучей среды включает в себя ряды каналов потока текучей среды (например, первый ряд каналов потока текучей среды, смежный второй ряд каналов потока текучей среды и т.д.), которые ориентированы под углом (например, первый угол) относительно оси клетки клапана таким образом, чтобы проходить вдоль спирального пути на клетке клапана.
[0027] В некоторых примерах ряды каналов сгруппированных каналов текучей среды ориентированы под углом (например, вторым углом меньшим, чем первый угол) относительно оси клетки клапана таким образом, чтобы открывать первый участок одного из каналов потока текучей среды первого ряда и второй участок (например, отличный от первого участка) одного из каналов потока текучей среды смежного второго ряда посредством смежного запирающего элемента. То есть сгруппированные каналы текучей среды ориентированы под вторым углом таким образом, чтобы открывать различные участки разных смежных каналов потока текучей среды (например, полностью закрыты, открыты приблизительно менее чем наполовину, открыты приблизительно наполовину, открыты приблизительно более чем наполовину, полностью открыты) посредством смежного замыкающего элемента. В некоторых примерах более чем один из каналов потока текучей среды ряда (например, первого ряда, второго ряда и т.д.) частично открыт (например, ни полностью закрыт, ни полностью открыт) запирающим элементом. Вследствие одновременного открывания смежных каналов потока текучей среды в различной степени, в каждом из частично открытых положений запирающего элемента спирально-образный путь сгруппированных каналов потока текучей среды клетки клапана обеспечивает линейную и/или иным образом предсказуемую (например, экспоненциальную) скорость изменения пропускной способности и/или постоянного восстановления давления при переходе запирающего элемента между закрытым положением и полностью открытым положением.
[0028] Перед описанием раскрытых в настоящем документе примеров клеток клапанов, на фиг. 1А и 1В предоставляется краткое описание известной клетки 100 клапана. Более конкретно, на фиг. 1А показана известная клетка 100 клапана и соответствующая заглушка 102 клапана в закрытом положении, а на фиг. 1В показана известная клетка 100 клапана и соответствующая заглушка 102 клапана в полностью открытом положении.
[0029] Как показано на фиг. 1А и 1В, известный клапан 104 содержит корпус 106 клапана, который определяет канал 108 потока текучей среды между впускным отверстием 110 и выпускным отверстием 112. Крышка 114 соединена с корпусом 106 клапана посредством крепежных элементов 116. Узел 118 затвора клапана, расположенный внутри канала 108 потока текучей среды, управляет потоком текучей среды между впускным отверстием 110 и выпускным отверстием 112. Узел 118 затвора клапана содержит клетку 100 клапана, заглушку 102 клапана (например, запирающий элемент), седло 120 клапана и шток 122.
[0030] Клетка 100 клапана определяет каналы 124 потока текучей среды, которые обеспечивают возможность протекания текучей среды через клетку 100 клапана и, таким образом, канал 108 потока текучей среды корпуса 106 клапана при нахождении заглушки 102 клапана в полностью открытом положении и/или частично открытом положении. Как показано на фиг. 1А и 1В каналы 124 потока текучей среды известной клетки 100 клапана имеют прямоугольное поперечное сечение (то есть постоянную площадь поперечного сечения вдоль длины канала). В некоторых случаях форма каналов 124 потока текучей среды обеспечивает отделение текучей среды, протекающей через каналы 124 потока текучей среды, от внутренних стенок 126 клетки 100 клапана, определяющих соответствующие каналы 124 потока текучей среды, тем самым замедляя восстановление давления текучей среды, протекающей через каналы 124 потока текучей среды.
[0031] Как показано на фиг. 1А и 1В, заглушка 102 клапана 104 плотно располагается в известной клетке 100 таким образом, чтобы обеспечивать возможностью скольжения заглушки 102 клапана внутри клетки 100. Шток 122 клапана 104 функционально соединяет заглушку 102 клапана со штоком привода (не показан), который, в свою очередь, соединяет заглушку 102 клапана с приводом (не показан). При эксплуатации привод (например, пневматический привод) обеспечивает переход штока 122 и, таким образом, заглушки 102 клапана между закрытым положением по фиг. 1А и полностью открытым положением по фиг. 1В. В закрытом положении заглушка 102 клапана находится в герметичном взаимодействии с седлом 120 клапана (например, седловым кольцом) таким образом, чтобы предотвращать и/или существенно ограничивать поток текучей среды через клапан 104. В полностью открытом положении заглушка 102 клапана расположена на расстоянии от седла 120 клапана таким образом, чтобы позволять каналам 124 потока текучей среды клетки 100 клапана обеспечивать возможность протекания текучей среды через канал 108 потока текучей среды клапана 100 с максимальным расходом.
[0032] Как показано на фиг. 1А и 1В, каналы 124 потока текучей среды известной клетки 100 клапана расположены рядами, перпендикулярными продольной оси 128 заглушки 102 клапана. Таким образом, при переходе заглушки 102 клапана из закрытого положения по фиг. 1А в направлении к открытому положению по фиг. 1B, заглушка 102 клапана изначально не открывает ни один ряд каналов 124 потока текучей среды, а затем частично открывает каждый из каналов 124 потока текучей среды первого ряда, полностью открывает каждый из каналов 124 потока текучей среды первого ряда, открывает стену заглушки 102 клапана между первым рядом и вторым рядом каналов потока текучей среды, частично открывает каждый из каналов 124 потока текучей среды второго ряда и т.д. Таким образом, заглушка 102 клапана совершает цикл между открыванием ни одного дополнительного ряда каналов 124 потока текучей среды, частичным открыванием каждого из каналов 124 потока текучей среды в дополнительном ряду (например, заглушка 102 клапана открывает тот же участок каждого из каналов 124 потока текучей среды смежного ряда) и полным открыванием каждого канала 124 потока текучей среды в дополнительном ряду. В результате пропускная способность остается постоянной, когда не обеспечивается открывание ни одного из каналов 124 потока текучей среды, увеличивается при открывании первого ряда каналов 124 потока текучей среды, снова остается постоянной, когда не обеспечивается открывание ни одного дополнительного ряда каналов 124 потока текучей среды, далее увеличивается при частичном открывании второго ряда каналов 124 потока текучей среды и т.д. Другими словами, известная клетка 100 клапана создает нелинейную (например, ступенчатую) скорость изменения (например, увеличение и/или уменьшение) пропускной способности при перемещении заглушки 102 клапана между закрытым положением и открытым положением. Кроме того, расположение каналов 124 потока текучей среды известной клетки 100 клапана может приводить к непостоянному и/или непоследовательному (например, ступенчатому, возрастающему и/или циклическому) восстановлению давления текучей среды, протекающей через канал 110 потока текучей среды при переходе заглушки 102 клапана между закрытым положением и полностью открытым положением.
[0033] На фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе клапана 200, содержащего клетку 202 клапана в соответствии с идеями, изложенными в настоящем документе. Более конкретно, на фиг. 2 изображен запирающий элемент 204 (например, заглушка клапана) клапана 200 в закрытом положении. Клапан 200 содержит корпус 206 клапана, который определяет канал 208 потока текучей среды между впускным отверстием 210 и выпускным отверстием 212. Крышка 214 соединена с корпусом 206 клапана посредством крепежных элементов 216.
[0034] Приведенная в качестве примера клетка 202 клапана расположена в канале 208 потока текучей среды между впускным отверстием 210 и выпускным отверстием 212 для управления потоком текучей среды клапана 200. В проиллюстрированном примере клетка 202 клапана является цельной конструкцией. В других примерах клетка 202 клапана может представлять собой двухсекционную клетку, которая содержит, например, верхний участок и нижний участок, разъемно соединенный с верхним участком. Как показано на фиг. 2, клетка 202 клапана определяет каналы 218 потока текучей среды, обеспечивающие возможность протекания текучей среды через клетку 202 клапана при нахождении запирающего элемента 204 в открытом положении. Каналы 218 потока текучей среды влияют на характеристики текучей среды (например, ускоряют восстановление давления, обеспечивают постоянное восстановление давления, создают линейную и/или иным образом предсказуемую скорость изменения пропускной способности и т.д.), протекающей через клетку 202 клапана между впускным отверстием 210 и выпускным отверстием 212 канала 208 потока текучей среды.
[0035] Как показано на фиг. 2, запирающий элемент 204 имеет такой размер, чтобы плотно размещаться в клетке 202 клапана, чтобы обеспечивать возможность скольжения заглушки 204 клапана внутри клетки 202 клапана. Шток 220 клапана 200 функционально соединяет запирающий элемент 202 со штоком привода (не показан), который, в свою очередь, соединяет запирающий элемент 204 с приводом (не показан). При эксплуатации привод (например, пневматический привод) обеспечивает переход штока 220 и, таким образом, запирающего элемента 204 между закрытым положением по фиг. 2 и полностью открытым положением, в котором обеспечивается возможность протекания текучей среды через каналы 218 потока текучей среды клетки 202 клапана. При нахождении запирающего элемента 204 в закрытом положении, как показано на фиг. 2, запирающий элемент 204 находится в герметичном взаимодействии с седлом 222 клапана (например, седловым кольцом) корпуса 206 клапана таким образом, чтобы предотвращать и/или существенно ограничивать протекание текучей среды через клапан 200. В противоположность этому, при нахождении запирающего элемента 204 в полностью открытом положении, запирающий элемент 204 расположен на расстоянии от седла 222 клапана и каналов 218 потока текучей среды клетки 202 клапана таким образом, чтобы обеспечивать возможность свободного протекания (например, с максимальным расходом) текучей среды через канал 208 потока текучей среды клапана 200.
[0036] На фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе клетки 202 клапана в соответствии с идеями, изложенными в настоящем документе. В иллюстрируемом примере клетка 202 клапана содержит стенку 302 клетки, которая определяет внутреннюю поверхность 304 (например, первую поверхность) и противоположную наружную поверхность 306 (например, вторую поверхность). Внутренняя поверхность 304 клетки 202 клапана определяет отверстие 308, выполненное с возможностью принимать запирающий элемент 204 (фиг. 2). Отверстие 308 проиллюстрированного примера имеет цилиндрическую форму и проходит вдоль центральной оси 310 клетки 202 клапана, чтобы обеспечивать возможность перемещения запирающего элемента 204 между закрытым положением и полностью открытым положением для управления потоком текучей среды клапана 200 (фиг. 2).
[0037] В проиллюстрированном примере каналы 218 потока текучей среды расположены на первом участке 312 (например, в нижней половине) клетки 202 клапана. Дополнительно или альтернативно, каналы 218 потока текучей среды могут быть расположены на втором участке 314 (например, верхнем участке) клетки 202 клапана рядом с первым участком 312. Как показано на фиг. 3, каналы 218 потока текучей среды проходят между внутренней поверхностью 304 и наружной поверхностью 306 стенки 302 клетки. В проиллюстрированном примере наружная поверхность 306 стенки 302 клетки определяет впускное отверстие 316 каждого из каналов 218 потока текучей среды, а внутренняя поверхность 304 определяет выпускное отверстие 318 каждого из каналов 218 потока текучей среды. При протекании текучей среды из впускного отверстия 210 (фиг. 2) канала 208 потока текучей среды (фиг. 2) клапана 200 к соответствующему выпускному отверстию 212 (фиг. 2), обеспечивается протекание текучей среды от впускных отверстий 316 каналов 218 потока текучей среды к соответствующим выпускным отверстиям 318 каналов 218 потока текучей среды, а затем через выпускное отверстие 320 клетки 202 клапана. Как более подробно описано ниже, контуры каналов 218 потока текучей среды влияют на характеристики потока (например, восстановление давления, пропускную способность и т.д.) текучей среды, протекающей через клетку 202 клапана.
[0038] В проиллюстрированном примере каналы 218 потока текучей среды клетки 202 клапана образуют группу 322, которая включает в себя ряды 324, 326 каналов 218 потока текучей среды. Например, группа 322 включает в себя ряд 324 (например, первый ряд) и ряд 326 (например, второй ряд), смежный с рядом 324. Группа 322 каналов 218 потока текучей среды ориентирована относительно оси 310 клетки 202 клапана так, чтобы проходить вдоль спирального пути. Например, ряды 324, 326 проходят по диагонали вдоль стенки 302 клетки (например, вверх и вправо в иллюстрируемом примере) под углом 328 относительно плоскости 330, перпендикулярной оси 310 клетки 202 клапана. Кроме того, группа 322 каналов 218 потока текучей среды в целом проходит вдоль спирального пути под углом 332 относительно плоскости 330, перпендикулярной оси 310 клетки 202 клапана. В проиллюстрированном примере угол 332 меньше угла 328. Как более подробно описано ниже, углы 328, 332, под которыми каналы 218 потока текучей среды ориентированы для улучшения характеристик потока текучей среды (например, восстановления давления, пропускной способности и т.д.), протекающей через клапан 202.
[0039] На фиг. 4А и 4В изображена группа 400 каналов 218 потока текучей среды, распределенных вдоль плоскости. Группа 400 иллюстрируемого примера включает в себя канал 402 потока текучей среды (например, первый канал потока текучей среды), другой канал 404 потока текучей среды (например, второй канал потока текучей среды), расположенный рядом с каналом 402 потока текучей среды, и еще один канал 406 потока текучей среды (например, третий канал потока текучей среды), расположенный рядом с каналами 402, 404 потока текучей среды. В проиллюстрированном примере каждый из каналов 218 потока текучей среды группы 400 имеет круглое поперечное сечение. В других примерах один или несколько каналов 218 потока текучей среды имеют овальную, многоугольную (например, прямоугольную, пятиугольную, шестиугольную и т.д.) и/или любую другую форму поперечного сечения. Каналы 218 потока текучей среды в иллюстративном примере проходят между первой стороной 408 (фиг. 4А) и противоположной второй стороной 410 (фиг. 4В). Первая сторона 408 каналов 218 потока текучей среды определена первой поверхностью 412 (фиг. 4А), а вторая сторона 410 определена противоположной второй поверхностью 414 (фиг. 4В).
[0040] На фиг. 4А и 4В первая поверхность 412 по фиг. 4А представляет собой цилиндрическую наружную поверхность 306 (фиг. 2 и 3) клетки 202 клапана, а вторая поверхность 414 представляет собой цилиндрическую внутреннюю поверхность 304 (фиг. 2 и 3). Таким образом, возвращаясь к фиг. 3, наружная поверхность 306 клетки 202 клапана образует первую сторону 408 каналов 218 потока текучей среды, а противоположная внутренняя поверхность 304 определяет вторую сторону 410 каналов 218 потока текучей среды. В других примерах внутренняя поверхность 304 стенки 302 клетки определяет первую сторону 408 каналов 218 потока текучей среды, а противоположная вторая сторона 410 стенки 302 клетки определяет вторую сторону 410 каналов 218 потока текучей среды.
[0041] На фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе ряда 500 каналов 218 потока текучей среды, выполненном по линии А-А на фиг. 4А и 4В. Как показано на фиг. 5, каждый из каналов 218 потока текучей среды включает в себя первый участок 502, второй участок 504 и суженную часть 506 между первым участком 502 и вторым участком 504. Первый участок 502 определяет первую сторону 408 каждого из каналов 218 потока текучей среды и проходит между первой поверхностью 412 и суженной частью 506. Второй участок 504 определяет вторую сторону 410 каждого из каналов 218 потока текучей среды и проходит между второй поверхностью 414 и суженной частью 506. Таким образом, суженная часть 506 каждого из каналов 218 потока текучей среды расположена между соответствующими первыми и вторыми участками 502, 504, и соединяет их.
[0042] Как показано на фиг. 5, первый и второй участки 502, 504 каждого из каналов 218 потока текучей среды сужаются таким образом, что первый участок 502 сужается от первой поверхности 412 до суженной части 506, а второй участок 504 сужается от второй поверхности 414 до суженной части 506. Например, первый участок 502 определяет первую площадь 508 поперечного сечения, второй участок 504 определяет вторую площадь 510 поперечного сечения, а суженная часть 506 определяет третью площадь 512 поперечного сечения, которая меньше первой и второй площадей 508, 510 поперечного сечения. В проиллюстрированном примере первый участок 502 имеет первую длину 514, а второй участок 504 имеет вторую длину 516 большую, чем первая длина 514. В результате суженная часть 506 иллюстрируемого примера ближе к первой поверхности 412, чем ко второй поверхности 414. Положение приведенной в качестве примера суженной части 506 относительно первой поверхности 412 и второй поверхности 414 улучшает характеристики потока текучей среды (например, восстановление давления, пропускную способность и т.д.), протекающей через каналы 218 потока текучей среды.
[0043] В проиллюстрированном примере первый участок 502 каждого из каналов 218 потока текучей среды содержит дугообразное сужение 518. В проиллюстрированном примере дугообразное сужение 518 проходит от первой поверхности 412 до суженной части 506. Дугообразное сужение 518 каждого из каналов 218 потока текучей среды ускоряет восстановление давления, создаваемое каждым из каналов 218 потока текучей среды, путем препятствования и/или предотвращения отделения текучей среды, протекающей через каждый из каналов 218 потока текучей среды, от внутренней поверхности 520 первого участка 502 каналов 218 потока текучей среды. Радиус кривизны дугообразного сужения 518 и/или первая длина 514 приведенного в качестве примера первого участка 502 ускоряет восстановление давления, обеспечиваемое каждым из каналов 218 потока текучей среды, путем уменьшения количества разделения между текучей средой, протекающей через каналы 218 потока текучей среды, и внутренней поверхностью 520, которое в противном случае может быть результатом острых краев каналов 218 потока текучей среды.
[0044] Кроме того, второй участок 504 каждого из каналов 218 потока текучей среды включает в себя линейное сужение 522. Линейное сужение 522 расширяется от суженной части 506 ко второй поверхности 414, например, под углом приблизительно 2 - 4 градуса. Линейное сужение 522 ускоряет восстановление давления, образуемое каждым из каналов 218 потока текучей среды, путем сдерживания и/или предотвращения отделения текучей среды, протекающей через каждый из каналов 218 потока текучей среды, внутренней поверхности 524 второго участка 504. Угол сужения линейного сужения 522 и/или длина 516 приведенного в качестве примера второго участка 504 ускоряет восстановление давления, образуемое каждым из каналов 218 потока текучей среды. Таким образом, профиль каждого из каналов 218 потока текучей среды сдерживает и/или предотвращает отделение текучей среды от внутренних поверхностей 520, 524 каналов 218 потока текучей среды для ускорения восстановления давления, создаваемого каждым из каналов 218 потока текучей среды.
[0045] На фиг. 6 показано изображение приведенной в качестве примера цилиндрической клетки 202 клапана, показанной на фиг. 2 и 3, в разрезе вдоль линии, параллельной оси 310 (фиг. 3), и повернутой таким образом, чтобы лежать в виде плоской поверхности. Более конкретно, на фиг. 6 изображен первый конец 602 (например, идентифицированный как расположенный на 0 градусов на фиг. 6) и противоположный второй конец 604 (например, идентифицированный как расположенный под углом 360 градусов на фиг. 6), соединенные таким образом, чтобы образовывать цилиндрическую клетку 202 клапана по фиг. 2 и 3. Изображение, показанное на фиг. 6 дополнительно иллюстрирует расположение группы 322 каналов 218 потока текучей среды вдоль стенки 302 клетки.
[0046] На фиг. 6 изображена внутренняя поверхность 304 корпуса 302 клетки и группы 322 каналов 218 потока текучей среды, определяемой корпусом 302 клетки. Таким образом, на фиг. 6 показан второй участок 504 и суженная часть 506 каждого из соответствующих каналов 218 потока текучей среды. В проиллюстрированном примере группа 322 каналов 218 потока текучей среды в целом ориентирована так, чтобы проходить вдоль диагонального пути (например, спирального пути вдоль цилиндрической поверхности) на стенке 302 клетки. То есть вся группа 322 проходит по диагонали вдоль стенки 302 клетки (например, вверх и вправо в иллюстрируемом примере) относительно оси 310 клетки 202 клапана. Например, путь группы 322 каналов 218 потока текучей среды определен углом 332 относительно плоскости 330, перпендикулярной оси 310 клетки 202 клапана.
[0047] Далее, как показано на фиг. 6, каналы 218 потока текучей среды группы 322 расположены рядами на стенке 302 клетки. Например, ряд 324 включает в себя канал 606 потока текучей среды (например, первый канал потока текучей среды) и другой канал 608 потока текучей среды (например, второй канал потока текучей среды), расположенный рядом с каналом 606 потока текучей среды, а смежный ряд 326 включает в себя другой канал 610 потока текучей среды (например, третий канал потока текучей среды), расположенный рядом с каналами 606, 608 потока текучей среды ряда 324. Ряды (например, ряды 324, 326) каналов 218 потока текучей среды ориентированы так, чтобы проходить вдоль диагонального пути (например, спирального пути вдоль цилиндрической поверхности) на стенке 302 клетки. Например, каждый из рядов (например, ряды 324, 326) каналов 218 потока текучей среды проходит по диагонали вдоль стенки 302 клетки (например, вверх и вправо в показанном примере) относительно оси 310 клетки 202 клапана. Например, диагональный путь каждого ряда группы 322 каналов 218 потока текучей среды определяется углом 328 относительно плоскости 330, перпендикулярной оси 310 клетки 202 клапана. В проиллюстрированном примере угол 332, который определяет ориентацию всей группы 322, меньше угла 328, который определяет ориентацию каждого из рядов (например, рядов 324, 326), образующих группу 322. Ориентация всей группы 322 и ориентация рядов, образующих группу 322, обеспечивает расположение каналов 218 потока текучей среды в шахматном порядке на стенке 302 клетки относительно плоскости 330 и/или оси 310. Как более подробно описано ниже, расположение каналов 218 потока текучей среды в шахматном порядке позволяет клетке 202 клапана обеспечивать линейное и/или иным образом предсказуемое изменение пропускной способности и/или постоянное восстановления давления для потока текучей среды при перемещении запирающего элемента 204 (фиг. 2) между закрытым положением и открытым положением.
[0048] На фиг. 7 и 8 показаны изображения цилиндрического запирающего элемента 204 (как показано на фиг. 2), расположенного относительно приведенной в качестве примера цилиндрической клетки 202 клапана (как показано на фиг. 2 и 3), в разрезе вдоль линии, параллельной оси 310 (фиг. 3) и повернутого таким образом, чтобы лежать в виде плоской поверхности. Более конкретно, фиг. 7 изображает запирающий элемент 204 в первом частично открытом положении, а фиг. 8 иллюстрирует запирающий элемент 204 во втором частично открытом положении, отличном от первого частично открытого положения. Например, запирающий элемент 204 находится в первом частично открытом положении по фиг. 7 вскоре после перехода от закрытого положения (фиг. 2) в полностью открытое положение и впоследствии во второе частично открытое положение по фиг. 8 после перемещения от первого частично открытого положения далее к полностью открытому положению. Аналогично, запирающий элемент 204 достигает второго частично открытого положения по фиг. 8 вскоре после выхода из полностью открытого положения, и затем достигает первого частично открытого положения после продолжения движения к закрытому положению.
[0049] Обращаясь к первому частично открытому положению по фиг. 7, запирающий элемент 204 полностью открывает участок каналов 218 потока текучей среды, примыкающий к поверхности 702 запирающего элемента 204, и частично открывает другой участок каналов 218 потока текучей среды, примыкающий к поверхности 702, в результате ориентации каналов 218 потока текучей среды на стенке 302 клетки. Например, канал 704 потока текучей среды (например, четвертый канал потока текучей среды), расположенный рядом с поверхностью 702 запирающего элемента 204, полностью открыт, другой канал 706 потока текучей среды (например, пятый канал потока текучей среды) частично открыт, другой канал 708 потока текучей среды (например, шестой канал потока текучей среды) также частично открыт, и еще один канал 710 потока текучей среды (например, седьмой канал потока текучей среды) также открыт только частично. Кроме того, некоторые ряды каналов 218 потока текучей среды включают в себя множество каналов 218 потока текучей среды, которые частично открыты запирающим элементом 204 в первом частично открытом положении. Например, ряд 712 включает в себя смежные каналы 714, 716 потока текучей среды (например, восьмой и девятый каналы потока текучей среды, соответственно), которые частично открыты запирающим элементом 204, а смежный ряд 718 включает в себя каналы 720, 722 потока текучей среды (например, десятый и одиннадцатый каналы потока текучей среды, соответственно), частично открытые запирающим элементом 204.
[0050] Аналогично, во втором частично открытом положении, показанном на фиг. 8, запирающий элемент 204 полностью открывает участок каналов 218 потока текучей среды, расположенный рядом с поверхностью 702 запирающего элемента 204, и частично открывает другой участок каналов 218 потока текучей среды. Например, канал 802 потока текучей среды (например, двенадцатый канал потока текучей среды), расположенный рядом с поверхностью 702 запирающего элемента 204, полностью открыт, другой канал 804 потока текучей среды (например, тринадцатый канал потока текучей среды) частично открыт, другой канал 806 потока текучей среды (например, четырнадцатый канал потока текучей среды) также частично открыт, и еще один канал 808 потока текучей среды (например, пятнадцатый канал потока текучей среды) также открыт только частично.
[0051] Степень открывания каждого из каналов 218 потока текучей среды влияет на характеристики потока (например, восстановление давления, пропускную способность и т.д.) текучей среды, протекающей через эти каналы 218 потока текучей среды. Например, в первом частично открытом положении по фиг. 7 полностью открытый канал 704 потока текучей среды обеспечивает большую пропускную способность, чем частично открытый более чем наполовину второй канал 706 потока текучей среды, который обеспечивает большую пропускную способность, чем приблизительно наполовину открытый канал 708 потока текучей среды, который обеспечивает большую пропускную способность, чем канал 710 потока текучей среды, частично открытый менее чем наполовину. Аналогично, во втором частично открытом положении по фиг. 8, полностью открытый канал 802 потока текучей среды обеспечивает большую пропускную способность, чем частично открытый более чем наполовину второй канал 804 потока текучей среды, который обеспечивает большую пропускную способность, чем приблизительно наполовину открытый канал 806 потока текучей среды, который обеспечивает большую пропускную способность, чем канал 808 потока текучей среды, частично открытый менее чем наполовину. Дополнительно или альтернативно, каждый из каналов 704, 706, 708, 710 потока текучей среды обеспечивает разные соответствующие характеристики восстановления давления, и каждый из каналов 802, 804, 806, 808 потока текучей среды обеспечивает разные соответствующие характеристики восстановления давления.
[0052] Кроме того, как показано на фиг. 7 и 8, ориентация группы 322 каналов 218 потока текучей среды на стенке 302 клетки обеспечивает (1) полное открывание аналогичного (например, по существу равного) количества каналов 218 потока текучей среды рядом с запирающим элементом 204 в каждом частично открытом положении запирающего элемента 204, (2) частичное открывание более чем наполовину аналогичного (например, по существу равного) количества каналов 218 потока текучей среды в каждом частично открытом положении запирающего элемента 204, (3) открывание наполовину аналогичного (например, по существу равного) количества каналов 218 потока текучей среды в каждом частично открытом положении запирающего элемента 204 и (4) частичное открывание менее чем наполовину аналогичного (например, по существу равного) количества каналов 218 потока текучей среды в каждом частично открытом положении запирающего элемента 204. Например, аналогичное количество каналов 218 потока текучей среды приблизительно наполовину открыто в первом частично открытом положении по фиг. 7 и втором частично открытом положении по фиг. 8.
[0053] Поскольку каждое частично открытое положение клетки 202 клапана имеет одинаковое количество полностью открытых, частично открытых более чем наполовину, наполовину открытых и/или частично открытых менее чем наполовину каналов 218 потока текучей среды, клетка 202 клапана образует аналогичные характеристики текучей среды (например, пропускная способность, восстановление давления и т.д.) в каждом положении при перемещении запирающего элемента 204 между закрытым положением и полностью открытым положением. Например, каждое положение запирающего элемента 204 увеличивает и/или уменьшает пропускную способность, создаваемую клеткой 202 клапана, на аналогичное количество относительно положений запирающего элемента 204, и в результате клетка 202 клапана создает линейную скорость изменения пропускной способности при перемещении запирающего элемента 204 между закрытым положением и открытым положением. Дополнительно или альтернативно, поскольку клетка 202 клапана обеспечивает аналогичное восстановление давления в каждом положении запирающего элемента 204, клетка 202 клапана создает постоянное восстановление давления при переходе запирающего элемента 204 между закрытым положением и полностью открытым положением. Линейная скорость изменения пропускной способности и/или постоянного восстановления давления, обеспечиваемая клеткой 202 клапана, упрощает расположение элемента 204 управления для управления потоком текучей среды клапана 200 (фиг. 2). В результате, раскрытая в настоящем документе клетка 202 клапана уменьшает потребность в расходомере, расположенном далее по потоку, для точного управления потоком текучей среды клапана 200.
[0054] Несмотря на то, что в настоящем документе было описано определенное приведенное в качестве примера устройство, объем притязаний этого патентного документа им не ограничивается. Напротив, этот патентный документ включает все способы, устройства и изделия, находящиеся в пределах объема изменённой формулы изобретения буквально или в соответствии с доктриной эквивалентов.