НАПОЛНИТЕЛЬНОЕ КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО
FILLING VALVE DEVICE

ССЫЛКА НА ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ЗАЯВКИ
По настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США №61/933517, поданной 30.01.2014, описание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение представляет собой клапан и поверхности управления потоком для продвижения ламинарного потока через клапан.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Испытательное устройство для труб может иметь наполнительный клапан для направления потока текучей среды под давлением в испытательной трубе. Наполнительный клапан может быть установлен в канале, образующем проточный канал для текучей среды от насоса к клапану, и далее от клапана к испытательной трубе. Турбулентные условия в проточном канале могут втягивать воздух в жидкость, что может оказывать влияние на результаты испытаний.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В устройстве по одному из вариантов осуществления изобретения первый клапанный элемент имеет ось и первую поверхность седла с сужающимся контуром, обращенным аксиально вниз по потоку. Второй клапанный элемент имеет вторую поверхность седла с сужающимся контуром, обращенным аксиально вверх по потоку. Второй клапанный элемент имеет закрытое положение, в котором вторая поверхность седла упирается в первую поверхность седла, и имеет открытое положение, в котором вторая поверхность седла расположена на расстоянии аксиально ниже по потоку от первой поверхности седла. Изобретение предусматривает несколько элементов управления потоком.
Например, второй клапанный элемент предпочтительно имеет терминальный концевой участок, выполненный в виде носового конуса. Носовой конус может быть расположен полностью ниже по потоку от второй поверхности седла и может иметь полость с дренажным отверстием у наружной части носового конуса.
Клапанные элементы предпочтительно расположены на расстоянии по кольцевой проточной области, когда второй клапанный элемент находится в открытом положении, и второй клапанный элемент предпочтительно имеет радиально выступающие направляющие лопатки, которые продолжаются аксиально по кольцевой проточной области.
Устройство может дополнительно включать в себя третий клапанный элемент, имеющий внутреннюю поверхность, которая окружает второй клапанный элемент с контуром, сужающимся радиально наружу от нижнего по потоку края первой поверхности седла.
В отдельном варианте осуществления настоящего изобретения, направляющая потока имеет корпус с центральной осью и аксиально противоположными впускным и выпускным концами. Цилиндрический участок поверхности корпуса продолжается аксиально от впускного конца. Сужающийся участок поверхности продолжается аксиально и радиально наружу от цилиндрического участка поверхности в сторону выпускного конца.
Цилиндрическая стенка направляющей потока окружает трубчатый проточный канал для текучей среды, который продолжается по корпусу. Цилиндрическая стенка имеет выпускной конец, расположенный на расстоянии аксиально выше по потоку от выпускного конца корпуса. Это обеспечивает трубчатый проточный канал с выпускной проточной областью, обращенной радиально наружу. Множество направляющих лопаток выступает радиально наружу от направляющего поток корпуса в расположенных на расстоянии по окружности положениях, чтобы разделить трубчатый проточный канал на дугообразные сегменты. Каждая направляющая лопатка выступает радиально наружу к цилиндрической стенке, а также выступает радиально наружу к выпускной проточной области.
В другом отдельном варианте осуществления канальная конструкция образует проточный канал для текучей среды с секцией с центром на первой оси, секцией с центром на второй оси, перпендикулярной первой оси, и коленом между секциями. Пара противоположных клапанных элементов выполнена с возможностью относительного перемещения вдоль первой оси между закрытым положением, блокирующим проточный канал, и открытым положением, расположенным на расстоянии по проточной области в проточном канале. Между клапанными элементами для перемещения клапанных элементов между открытым и закрытым положениями установлен шток. Направляющая поток конструкция имеет отверстие, через который шток продолжается от привода к проточному каналу, и имеет плоскую поверхность, которая окружает отверстие, из которого шток выступает из отверстия в колено в проточном канале. Плоская поверхность обращена в проточный канал под острым углом к первой и второй осям.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой вид сбоку, частично в разрезе, устройства, включающего в себя канальную конструкцию и клапан.
Фиг. 2 представляет собой вид, аналогичный фиг. 1, показывающий части в разных положениях.
Фиг. 3 представляет собой вид сбоку части, показанной на фиг. 1.
Фиг. 4 представляет собой общий вид части, показанной на фиг. 3.
Фиг. 5 представляет собой вид сбоку в разрезе части, показанной на фиг. 1.
Фиг. 6 представляет собой вид сбоку в разрезе другой части, показанной на фиг. 1.
Фиг. 7 представляет собой общий вид части, показанной на фиг. 1.
Фиг. 8 представляет собой вид сбоку в разрезе части, показанной на фиг. 7.
Фиг. 9 представляет собой увеличенный вид в разрезе частей, показанных на фиг. 1.
Фиг. 10 представляет собой увеличенный вид других частей, показанных на фиг. 1.
Фиг. 11 представляет собой вид сбоку части, показанной на фиг. 10.
Фиг. 12 представляет собой вид в разрезе, взятый по линии 12-12 на фиг. 11.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство, показанное на чертежах, имеет части, которые являются примерами элементов, описанных в формуле изобретения. Таким образом, проиллюстрированное устройство включает примеры того, как специалист в данной области может сделать и использовать заявленное изобретение. Это описано здесь для удовлетворения требований к раскрытию и лучшему способу осуществления в соответствии с патентным законодательством без наложения ограничений, не перечисленных в формуле изобретения.
Как частично показано на фиг. 1 и фиг. 2, устройство 10 включает в себя канальную конструкцию 12 и клапан 14. Клапан 14 имеет шток 16, установленный в виде стержня для поршня 18 в приводе 20. Привод 20 перемещает поршень 18 и шток 16 для переключения клапана 14 между закрытым положением, показанным на фиг. 1, и открытым положением, показанным на фиг. 2. Когда клапан 14 находится в открытом положении, это позволяет воде из источника 22 протекать через канальную конструкцию 12 под действием насоса 26.
Части канальной конструкции 12, которые показаны на фиг. 1, включают в себя Т-образную часть 30 с впуском 32. Т-образная часть 30 образует проточный канал с коленом 35 между впуском 32 и клапаном 14. В проиллюстрированном примере Т-образная часть 30 имеет первую цилиндрическую секцию 40 по центру первой оси 41 и имеет вторую цилиндрическую секцию 42 с центром на второй оси 43, перпендикулярной первой оси 41. Первая и вторая секции 40 и 42 Т-образной части 30 пересекаются на колене 35 для образования соответствующих ортогональных секций 45 и 47 проточного канала ниже и выше по потоку колена 35.
Направляющая поток конструкция 60 расположена на колене 35 в проточном канале. Как показано отдельно на фиг. 3 и фиг. 4, направляющая поток конструкция 60 в показанном примере представляет собой круговой цилиндр с центральной осью 61 и плоскими противоположными концевыми поверхностями 64 и 66. Каждая концевая поверхность 64 и 66 имеет отверстие 67, через которое вдоль оси 61 продолжается отверстие 71. На одной концевой поверхности 64 радиально выступает круговой монтажный фланец 72. Противоположная концевая поверхность 66 выполнена в виде эллиптической цилиндрической секции. Эта концевая поверхность 66 лежит в плоскости под острым углом к оси 61.
Как видно опять же из фиг. 1, направляющая поток конструкция 60 установлена коаксиально в первой секции 40 Т-образной части 30 для закрывания первой секции 40 на ее верхнем по потоку конце. Шток 16 проходит в канале 71 от привода 20 к проточному каналу. Эллиптическая концевая поверхность 66 направляющей поток конструкции 60 расположена на колене 35 в проточном канале и ориентирована как вниз по потоку в первую секцию 45 проточного канала, так и вверх по потоку во вторую секцию 47 проточного канала. Эллиптическая концевая поверхность 66, таким образом, образует внешнюю границу колена 35 под острым углом к каждой из двух перпендикулярных осей 41 и 43 проточного канала.
Части клапана 14, которые показаны на фиг. 1, включают в себя фланец 80, установленный на канальной конструкции 12. К фланцу 80 жестко прикреплены цилиндрическая втулка 88 и клапанное кольцо 90, оба из которых центрованы на оси 41. Как показано на фиг. 5, фиксированное кольцо 90 имеет кольцевую поверхность 92 седла клапана с сужающимся контуром, обращенным радиально внутрь и аксиально вниз по потоку. Фиксированная поверхность 92 седла предпочтительно имеет верхний по потоку край 100, нижний по потоку край 102 и линейный радиальный профиль, полностью расположенный между верхним по потоку и нижним по потоку краями 100 и 102.
Подвижное клапанное кольцо 104 расположено радиально внутри неподвижного кольца 90 и соединено со штоком 16 для аксиального перемещения относительно фиксированного кольца 90. Как показано на фиг. 6, подвижное кольцо 104 имеет суженную кольцевую поверхность 106 седла клапана. Подвижная поверхность седла 106 также имеет линейный радиальный профиль, однако сужается в противоположную сторону и ориентирована радиально наружу и аксиально вверх по потоку по направлению к фиксированной поверхности 92 седла. Кольцевая направляющая поверхность 108 текучей среды на подвижном кольце 104 имеет дугообразный радиальный профиль, продолжающийся радиально наружу и аксиально вниз по потоку от подвижной поверхности 106 седла.
Направляющая 120 потока установлена на штоке 16, смежном к подвижному кольцу 104. Как отдельно показано на фиг. 7 и фиг. 8, направляющая 120 потока включает в себя корпус 122 с центральной осью 125 и аксиально противоположными впускным и выпускным концами 126 и 128. Центральное отверстие 129 продолжается по корпусу 122 для установки направляющей 120 потока на шток 16. Цилиндрический участок 130 поверхности корпуса 122 продолжается аксиально от впускного конца 126 частично по направлению к выпускному концу 128. Сужающийся участок 132 поверхности, который предпочтительно имеет дугообразный радиальный профиль, продолжается аксиально и радиально наружу от цилиндрического участка 130 поверхности полностью к выпускному концу 128. Сужающийся участок 132 поверхности, таким образом, имеет радиальный наружный край 136, плотно прилегающий к радиальному внутреннему краю 138 (фиг. 6) подвижной поверхности 106 седла.
Направляющая 120 потока дополнительно включает в себя цилиндрическую стенку 140 и направляющие лопатки 142. Стенка 140 установлена в корпус 122 для образования трубчатого проточного канала, который продолжается по корпусу 122. Предпочтительно, что стенка 140 имеет впускной конец 144, аксиально смежный впускному концу 126 корпуса 122, и выпускной конец 146, расположенный на расстоянии аксиально выше по потоку от выпускного конца 128 корпуса 122. Это обеспечивает трубчатый проточный канал с кольцевой выпускной проточной областью 149 для выпуска текучей среды радиально наружу от периферии направляющей 120 потока.
Направляющие лопатки 142 продолжаются аксиально до корпуса 122 в расположенных на расстоянии по окружности положениях и выступают радиально наружу от корпуса 122 к цилиндрической стенке 140, чтобы разделить трубчатый проточный канал на дугообразные сегменты. Направляющие лопатки 142 также выступают радиально наружу к круговой проточной области 149 и аксиально достигают кольцевой проточной области 149 от выпускного конца 146 стенки 140 до выпускного конца 128 корпуса 122.
Носовой конус 160 также смонтирован на штоке 16. В этой конструкции носовой конус 160, подвижное кольцо 104 и направляющая 120 потока совместно образуют подвижный элемент 162 седла клапана, который выполнен с возможностью перемещения аксиально со штоком 16. Наружная поверхность 164 носового конуса 160 предпочтительно выполнена в виде параболоида. В проиллюстрированном примере наружная поверхность 164 расположена полностью ниже по потоку от подвижной поверхности 106 седла. Предпочтительно, что наружная поверхность 164 также имеет верхний по потоку край 166, примыкающий к нижнему по потоку краю 170 направляющей поверхности 108 (фиг. 6), и при этом полностью продолжается от подвижного кольца 104 до терминального нижнего по потоку конца 172 подвижного элемента 162 седла.
Как дополнительно показано на фиг. 1, кожух 180 выступает от фланца 80 коаксиально к подвижному элементу 162 седла. Трубчатая внутренняя поверхность 182 кожуха 180 имеет верхний по потоку край 184 (фиг. 9), смежный нижнему по потоку краю 102 фиксированной поверхности 92 седла. Внутренняя поверхность 182 имеет первую секцию 186, расположенную ниже по потоку от этого края 184 с сужающимся контуром, обращенным радиально внутрь. Сужающийся контур в предпочтительном варианте осуществления имеет дугообразный радиальный профиль. Внутренняя поверхность 182 дополнительно имеет вторую секцию 188 (фиг. 1), расположенную ниже по потоку от первой секции 186 с цилиндрическим контуром с центром на оси 41.
Дополнительные части устройства 10 включают в себя сборную скользящую трубку для соединения трубы с кожухом 180. Как частично показано на фиг. 1 и фиг. 2, эти части включают в себя внутреннюю скользящую трубку 190 для скользящего перемещения коаксиально внутри кожуха 180. В данной области техники известны другие компоненты (не показаны), которые в соединении с внутренней скользящей трубкой 190 сдвигают ее аксиально, а также сдвигают аксиально компоненты, вводя и выводя их из герметичного зацепления с испытываемой трубой при повышенном давлении, нагнетаемом системой гидравлических контуров и насосов, включая насос 26.
Когда клапан 14 находится в закрытом положении, подвижная поверхность 106 седла упирается в неподвижную поверхность 92 седла, чтобы блокировать поток воды ниже по потоку между двумя кольцами 90 и 104. Когда пользователь приводит в действие привод 20, чтобы сместить клапан 14 из закрытого положения в открытое положение, шток 16 смещается вправо, как показано на фиг. 1 и фиг. 2, что смещает подвижный элемент 162 седла аксиально вниз по потоку относительно окружающего фланца 80, втулки 88, фиксированного кольца 90 и кожуха 180. Шток 16 имеет положение полного рабочего хода, в котором подвижный элемент 162 седла пространственно удален на максимальное расстояние вниз по потоку от его закрытого положения, как показано на фиг. 2.
При перемещении подвижного элемента 162 седла вдоль оси 41 подвижное кольцо 104 передвигается по всему диапазону открытых положений, в которых подвижная поверхность 106 седла расположена на расстоянии аксиально ниже по потоку от неподвижной поверхности 92 седла, чтобы обеспечить кольцевую проточную область между кольцами 90 и 104. Кольцевая проточная область является участком проточного канала, полностью продолжающегося по устройству 10. В частности, проточный канал продолжается от впуска 32 Т-образной части 30 в направлении и вокруг колена 35, по направляющей 120 потока и кольцевой проточной области между кольцами 90 и 104, далее по носовому конусу 160 и мимо терминального выходного конца 172 подвижного элемента 162 седла в направлении и во внутренней скользящей трубке 190, из которой вода заполняет испытываемую трубу.
Предусмотрено несколько элементов, чтобы избежать турбулентности и способствовать протеканию ламинарного потока по проточному каналу через устройство 10. Это помогает избежать втягивания воздуха в трубе под давлением. Например, по сравнению с острым углом, острая угловая ориентация эллиптической поверхности 66 на колене 35 направляет более ламинарный поток воды вокруг колена 35. Направляющие лопатки 142 направляющей 120 потока позволяют избежать турбулентности путем разделения потока на дугообразные сегменты в окружающей цилиндрической стенке 180 и через выпускную проточную область 149. Сужающийся участок 132 поверхности направляющей 120 потока также помогает избежать турбулентности при приближении потока к выпускной области 149.
При протекании потока мимо кольцевой проточной области между кольцами 90 и 104 дугообразный радиальный профиль направляющей поверхности 108 и внутренняя окружающая поверхность 182 кожуха 180 помогают направить поток радиально наружу с минимальной турбулентностью. Сужающаяся наружная поверхность 164 носового конуса 160, который следует непосредственно за направляющей поверхностью 108, дополнительно помогает избежать турбулентности в потоке ниже по потоку над и за пределами подвижного элемента 162 седла.
Дополнительные части носового конуса 160 показаны на фиг. 10-12. Как показано на фиг. 10, носовой конус 160 включает в себя основание 200 и оболочку 202. Основание 200 представляет собой в основном цилиндрическую часть, которая установлена на конце штока 16. Фланцевый участок 204 основания 200 включает в себя концевую секцию 206 наружной поверхности 164. Участок 208 корпуса основания 200 поддерживает оболочку 202.
Как показано более подробно на фиг. 11 и фиг. 12, оболочка 202 в проиллюстрированном примере имеет две половинные секции 220 и 222, которые соединены вместе по шву 224. В отверстия 225 в первой половинной секции 220 вставляют крепежное средство 228, которое продолжается в выровненные отверстия 229 во второй половинной секции 222. Это скрепляет две половинные секции 220 и 222 вместе. Кольцевой концевой участок 230 (фиг. 12) оболочки 202 вставляют в участок 208 корпуса основания 200 (фиг. 10). Каждая половинная секция 220 и 222 имеет дополнительное отверстие 231 для крепежного средства (не показано) для прикрепления оболочки 220 к участку 208 корпуса основания 200.
Как показано на фиг. 12, половинные секции 220 и 222 имеют полости 235, которые обеспечивают оболочку 202 в целом полой конфигурацией, чтобы минимизировать вес. Поскольку шов 224 и отверстия 225, 229 и 231 обеспечивают пути для проникновения воды или другой текучей среды в полости 235, оболочка 202 предпочтительно снабжена дренажными отверстиями 237, которые в показанном примере выполнены как удлиненные аксиально щели на наружной поверхности 164.
Настоящее письменное описание определяет наилучший способ осуществления изобретения и описывает изобретение таким образом, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники осуществить и использовать изобретение, представляя примеры элементов, описанных в формуле изобретения. Патентоспособный объем изобретения определен формулой изобретения и может включать другие примеры, известные специалистам в данной области техники. Такие другие примеры, которые могут проявиться либо до, либо после даты подачи заявки, должны рассматриваться в пределах объема формулы изобретения, если они имеют конструктивные элементы или способы, которые не отличаются от буквального изложения формулы изобретения, или если они имеют эквивалентные конструктивные элементы и способы с несущественными отличиями от буквального изложения формулы изобретения.