CN107975605B

CN107975605B - 用于调节器的网格控制阀笼

Info

Publication number: CN107975605B
Application number: CN201710995881.9A
Authority: CN
Inventors: J·L·格里芬; J·M·韦斯特; N·A·奎因
Original assignee: Emerson Process Management Regulator Technologies Inc
Current assignee: Emerson Process Management Regulator Technologies Inc
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2022-01-04
Anticipated expiration: 2037-10-23
Also published as: US20180112800A1; US20190338865A1; CN107975605A; EP3529522A1; US10359128B2; US11209101B2; MX2019004720A; EP3529522B1; CN208185485U; WO2018075422A1

Abstract

一种流体阀包括具有流体入口和流体出口的阀主体。流体通道将流体入口和流体出口进行连接。内件组件位于该流体通道内，并且该内件组件与控制构件配合以控制通过流体通道的流体流动。内件组件包括具有网格结构的阀笼。

Description

用于调节器的网格控制阀笼

技术领域

本公开内容总体上涉及流体阀，并且更具体地，涉及包括网格控制阀笼的内件组件。

背景技术

控制阀通常用于过程工厂中，以控制通过连接到该控制阀的管道和/或容器的流体(例如，气体、液体等)或任何其它物质的流动。控制阀通常由一个或多个入口和出口组成，并且包括操作以控制通过孔的流体流动的流体控制元件或构件(例如，阀门、活塞、阀塞、控制构件等)，该孔将(一个或多个)入口流体地耦合到(一个或多个)出口。控制构件通常耦合到阀帽，该阀帽被机械地耦合(例如，螺栓连接、夹紧、螺纹连接等)到阀主体。通常，控制构件构被配置为接合包围穿过阀的流动路径的密封结构(例如，阀座)。调节器是控制阀的自控制形式。

一般来说，控制元件(包括流体控制构件、阀座和阀笼)在本领域中已知为“阀内件”或“内件组件”。在某些情况下，可能需要在流体流过阀时表征流体，例如，以降低压力。在这些情况下，可以使用包括具有例如穿过阀笼壁钻取、浇铸、冲压、机加工等形成的多个开口的阀笼的内件组件。例如，通过在流体通过阀内件移动时减小压力，开口可以具有用于表征在流体流过阀笼中的开口时流体流动的尺寸和形状。。该特征或压力减少过程生成不需要的噪声。目前，通过使用压降来控制气穴，并且由具有在阀笼壁中钻取、浇铸、冲压、机加工等形成的多个开口的阀笼实现声音减少。

发明内容

根据第一示例性方面，一种流体阀包括具有流体入口和流体出口的阀主体。流体通道将流体入口和流体出口进行连接。内件组件位于流体通道内，并且该内件组件与控制构件相配合以控制通过流体通道的流体流动。内件组件包括具有网格结构的阀笼。

根据第二示例性方面，一种用于流体控制阀的内件组件具有阀笼，该阀笼包括在阀笼壁中形成的网格结构，该网格结构包括多个结构元件，所述多个结构元件形成开口的图案。

进一步根据前述的第一方面、第二方面或第三方面中的任何一个或多个方面，流体阀或内件组件还可以包括以下优选形式中的任何一个或多个。

在一种优选形式中，网格结构包括形成开口的图案的多个结构元件。

在另一个优选形式中，所述开口是菱形的开口、正方形的开口、圆形的开口和球形的开口中的一种。

在另一个优选形式中，开口的形状可以跨越任何尺寸的网格结构进行改变。

在另一个优选形式中，结构元件被定向为垂直于阀笼的纵向轴线以及平行于阀笼的纵向轴线。

在另一个优选形式中，结构元件被定向为相对于阀笼的纵向轴线成45度角。

在另一个优选形式中，网格结构具有均匀的网格密度。

在另一个优选形式中，网格结构具有非均匀的网格密度，非均匀性跨越网格结构的任何一个或多个维度而变化。

在另一个优选形式中，网格结构具有沿着阀笼的纵向轴线变化的网格密度。

在另一个优选形式中，网格结构具有沿着阀笼壁的厚度、在径向方向上变化的网格密度。

在另一个优选形式中，过滤器邻近网格结构而设置，该过滤器包括比网格结构中的多个开口小的多个开口。

在另一个优选形式中，过滤器邻近网格结构而被打印。

在另一个优选形式中，过滤器邻近网格结构而被插入，过滤器延伸到阀笼壁中。

在另一个优选形式中，网格结构本身可以用作过滤器。

附图说明

图1示出了根据本公开内容的教导构造的流体控制阀的剖视图；

图2示出了图1的流体控制阀的内件组件的阀笼的透视图，阀笼具有网格结构。

图3示出了图2的阀笼的剖视图。

图4示出了图1的流体控制阀的内件组件的阀笼的第二实施例的剖视图，阀笼具有印制的内部过滤器。

图5示出了图1的流体控制阀的内件组件的阀笼的第三实施例的剖视图，阀笼具有被卡住的内部过滤器。

图6示出了图1的流体控制阀的内件组件的阀笼的第四实施例的平面图，网格结构具有均匀的网格密度。

图7示出了图1的流体控制阀的内件组件的阀笼的第五实施例的平面图，网格结构具有在阀笼的厚度上密度不同的网格。

图8示出了图1的流体控制阀的内件组件的阀笼的第六实施例的平面图，网格结构具有沿着阀笼的高度而密度不同的网格。

图9示出了图1的流体控制阀的内件组件的阀笼的第七实施例的平面图，网格结构具有在阀笼的厚度上以及沿着阀笼的高度而密度不同的网格。

具体实施方式

某些示例在上面-标识的附图中示出并在下面详细描述。在描述这些示例中，使用相似或相同的附图标号来标识相同或相似的元件。附图不一定按比例绘制，并且为了清楚和/或简洁，可能会按比例放大或示意示出附图中的某些特征和某些视图。另外，在本说明书中已经描述了若干个示例。任何示例的任何特征可以包括在其中替代或以其它方式与其它示例的其它特征进行组合。

本文所描述的示例涉及具有内件组件的流体控制阀，该内件组件包括具有网格结构的阀笼。这种阀笼网格结构允许内件组件由尾流、压降和气泡核生成来控制气穴和流动特征(以及噪声)。本文所描述的示例基本上减少了由内件组件生成的噪声的量，这延长了阀组件的使用寿命。

此外，阀笼网格结构可以使用添加或非标准制造技术(诸如3D打印)进行制造，其允许如果需要并且快速地传送时阀笼被定制生产。标准制造技术是消减技术，诸如钻取、机器加工、冲压和铸造。而且，阀笼网格结构为给定的开口区域提供比常规阀笼更多的结构支撑。此外，阀笼网格结构消除了具有窗口的常规阀笼所需的无流动区域。下面所描述的阀笼网格结构是可定制的，以优化强度、开口速度、线性流、混合线性快速-开口流动、气穴减少、噪声减少和材料减少，同时网格密度(或网格密度梯度)可以跨越网格结构而改变以模拟快速开口、线性、或混合流动响应。

调节器是控制阀的自控形式，并且所公开的网格结构可以等同地应用于控制阀和调节器。为了本专利的目的，术语“控制阀”和“调节器”可以互换使用。

如本文所使用的，术语“网格结构”被定义为包括多个对角的(或水平和垂直)结构元件，该对角结构元件形成多个菱形、方形、圆形、或球形图案的开口。多个结构元件可以是单独的元件，或者元件可以被连接在一起(或形成在一起)，从而形成具有网格图案的整体结构。

如本文所使用的，术语“网格密度”被定义为包括在网格结构中的开口空间的量，该网格结构可用于给定平方毫米的流体流动。例如，网格密度可以包括0.3mm²/mm²到0.6mm²/mm²之间的值。基于百分比，上面的网格密度可以表明为30％的开口面积到60％的开口面积。在这种网格密度值中，网格的结构将分别占据剩余的0.7mm²到0.4mm²。通常，在下面所描述的网格结构中，网格密度可能在1％到99％之间。

如本文所使用的，术语“网格密度梯度”被定义为包括跨越某个空间维度的网格密度的变化速率。例如，网格密度可以跨越网格结构的厚度或跨越网格结构的高度而变化。这种变化速率被定义为“网格密度梯度”。

图1示出了示例性流体阀100，其具有阀主体102，该阀主体102包括在入口106和出口108之间的流体流动通道104。阀帽110经由多个紧固件112耦合到阀主体102，并且该阀帽110包括孔114以接收杆116。杆116的端部118从阀帽主体120延伸并且可操作地耦合到致动器(未示出)，并且杆116的相对端部122耦合到控制构件124(例如，阀塞)。

如本文所使用的，示例性流体阀100的阀内件组件126包括阀笼保持器128(例如，顶部阀笼保持器或导向件)、阀笼130、和阀座142。在附图中所示的实施例中，阀笼保持器128和阀笼130被示出为单独的和不同的结构元件。在其它实施例中，阀笼130和阀笼保持器128可以形成为单个整体结构元件。

通常，阀笼保持器128的端部132至少部分地定位在阀主体102内并且邻近阀帽110，并且阀笼保持器128的相对端部134接合阀笼130的端部136，使得阀笼保持器128和阀笼130同轴对齐。阀笼130定位在阀主体102内，使得阀笼130相对的台阶138和140以及阀座142(例如，阀座圈)接合和/或互锁以将阀座142至少部分地固定在阀主体102的孔144内。这种方法消除了对多个紧固件的需要，以相对于阀主体102固定阀座142，并且因此消除了在某些情况下当将阀座圈耦合到阀主体时引起变形。另外，通过消除对多个紧固件的需要来固定阀座142，在例如日常维护期间，阀座142可以更容易地从示例性流体阀100中移除和/或组装在示例性流体阀100内。在其它实施例中，本文所描述的阀笼130可以用于没有阀笼保持器128和/或具有整体形成的阀笼保持器128的阀。

阀笼130包括在阀笼130的中心部分中形成的网格结构160。网格结构160包括允许流体流过阀笼130的多个开口162。网格结构160形成阀笼壁164的部分。下面将进一步描述网格结构160。

在一个示例中，阀笼保持器128、阀座142、阀主体102和/或任何其它阀组件可以包括动态接头152。在其它实施例中，可以消除动态接头152，并且阀笼保持器128可以被直接耦合到阀帽110。在包括动态接头152的情况下，其在使阀笼130能够保持与阀座142以将阀座142维持与孔144密封接合时，允许阀笼130和阀笼保持器128(例如，响应于热循环)膨胀/收缩。

内件组件126与控制构件124配合以控制通过流体通道104的流体流动，内件组件126包括阀笼130和阀笼保持器128。在某些实施例中，内件组件126还可以包括阀座142。

如图2和图3所示，网格结构160包括形成开口162的图案的多个结构元件166。如图所示，开口可以是菱形或正方形。在其它实施例中，开口可以具有其它形状。在图2和图3的实施例中，结构元件166相对于阀笼的纵向轴线A以45度角而取向。

网格结构160位于第一或顶部的阀笼环170和第二或底部的阀笼环172之间，网格结构160形成阀笼壁164的部分。网格结构160可以从第一阀笼环170的外部边缘174和/或从第二阀笼环172的外部边缘176径向向内凹陷。在某些实施例中，网格结构160可以以半径或圆角连接到第一阀笼环170和第二阀笼环172。该半径减少了网格结构160与第一阀笼环170和第二阀笼环172之间的应力。

在其它实施例中，例如在图4中，过滤器180可以邻近网格结构160进行设置。过滤器180位于网格结构160的上游侧，以防止可能损坏网格结构160的任何大的颗粒进入网格结构160。在图4的实施例中，过滤器180位于径向地向网格结构的内部。过滤器180包括多个开口182。多个开口182中的开口小于网格结构160中的开口162。在图4的实施例中，由3D打印技术将过滤器180印制(print)为邻近网格结构160。

在其它实施例中，例如在图5中，过滤器180可以邻近网格结构160而被插入在阀笼130中。过滤器180延伸到第一阀笼环170和第二阀笼环172中。更具体地，过滤器184的第一端部可以位于在第一阀笼环170中形成的通道186内，并且过滤器188的第二端部可以位于第二阀笼环172的通道190内。通道186、188将过滤器180可靠地保持在阀笼130内。

在另外的其它实施例中，网格密度和/或网格密度梯度可以被定制以用作流动特征控制和过滤器。

现在转到图6，在一个实施例中，网格结构160可以包括结构元件166，它们被定向为垂直于阀笼130的纵向轴线A以及平行于阀笼130的纵向轴线A。在图6的实施例中，网格结构具有均匀的网格密度。换句话说，开口162的尺寸和形状是均匀的，并且开口162关于网格结构160均匀地被间隔。

现在转到图7，在一个实施例中，网格结构160可以包括非均匀的网格密度。更具体地，网格密度从内表面191变化到外表面192(即，沿着网格结构160的厚度、从阀笼130的内部径向地延伸到阀笼130的外部)。在图7的实施例中，网格结构160在内表面191处是最致密的(即，具有每平方毫米最小开口面积)，并且网格结构160在外表面192处是最不致密的(即，具有每平方毫米最大开口面积)。例如，在一个实施例中，网格结构160可以在内表面191处具有每平方毫米约0.3毫米开口面积的密度，并且在外表面192处具有每平方毫米约0.60毫米开口面积的密度。对于该示例，基于百分比，网格结构160可以在内表面191处具有约30％的开口面积的密度和在外表面192处具有约60％的开口面积的密度。在图7所示的实施例中，网格密度在离散部分进行变化。在第一部分193中，网格密度约为30％。在第二部分195中，网格密度约为37.5％。在第三部分197中，网格密度约为45％。在第四部分198中，网格密度约为52.5％。在第五部分199中，网格密度约为60％。

尽管图7中示出了某些网格密度，但是其它实施例中的网格结构160可以包括1％至99％之间的任何范围的网格密度。尽管在图7中示出在离散部分变化的网格密度，但是在其它实施例中，网格密度可以从内表面191连续地且平滑地变化到外表面192。尽管图7中示出的网格密度将在内表面191附近是最致密的，并且在外表面192附近是最不致密的，但是在其它实施例中，网格密度可以是在内表面191附近是最不致密的，并且在外表面192附近是最致密的。在另外的其它实施例中，网格密度可以跨越网格结构160的厚度增加和减少一次或多次。例如，网格密度在内表面191和外表面192之间的某个位置处可以是最致密的。

跨越网格结构160的网格密度梯度可以是线性的或非线性的。图7的实施例，具有非均匀的网格密度，比目前的阀笼更有效地减少了气穴，因为非均匀的网格密度同时以三种不同的方式减少气穴。首先，非均匀的网格密度通过减少压力来减少气穴。第二，非均匀的网格密度通过控制尾流行为来减少气穴。第三，非均匀网格密度通过触发核形成来减少气穴。因此，网格结构160在减少气穴方面非常有效。

现在转到图8，在一个实施例中，网格结构160可以包括非均匀的网格密度，类似于图7的实施例。然而，图8的实施例包括在轴向(纵向)方向B中的非均匀网格密度。例如，网格密度从底部边缘194变化到顶部边缘196(即，沿着网格结构160的高度，从底部变化到顶部)。在图8的实施例中，网格结构160在底部边缘194附近是最致密的(即，具有每平方毫米最小开口面积)，并且网格结构160在顶部边缘196附近是最不致密的(即，具有每平方毫米最大开口面积)。

其它实施例中的网格结构160可以包括1％到99％之间的任何范围的网格密度。尽管在图8中示出连续地且平滑地变化的网格密度，但是在其它实施例中，网格密度可以在离散部分中从底部边缘194变化到顶部边缘196。尽管图8中示出的网格密度将在底部边缘194附近是最致密的并且在顶部边缘196附近是最不致密的，但是在其它实施例中，网格密度可以在底部边缘194附近是最不致密的并且在顶部边缘196附近是最致密的。在另外的其它实施例中，网格密度可以跨越网格结构160的高度增加和减少一次或多次。例如，网格密度在底部边缘194和顶部边缘196之间的某个位置处可以是最致密的。

针对与图7的实施例相同的原因，图8的实施例比常规阀笼更有效地减少气穴。然而，图8的实施例，基于阀塞的位置(例如，如何打开或关闭阀)产生不同的流动特征。

现在转到图9，在一个实施例中，网格结构160可以包括非均匀的网格密度，类似于图7和图8的实施例。然而，图9的实施例包括既在轴向方向B和又在径向方向(内侧)的非均匀的网格密度。例如，网格密度从底部边缘194变化到顶部边缘196(即，沿着网格结构160的高度，从底部变化到顶部)以及还从内部表面191变化到外部表面192。在图9的实施例中，网格结构160在底部边缘194和内表面191的交叉处附近是最致密的(即，具有每平方毫米最小开口面积)，并且网格结构160在顶部边缘196和外表面192的交叉处附近是最不致密的(即，具有每平方毫米最大开口面积)。

在其它实施例中的网格结构160可以包括1％到99％之间的任何范围的网格密度。尽管在图9示出连续地且平滑地变化的网格密度，但是在其它实施例中，网格密度可以在离散部分中从底部边缘194变化到顶部边缘196以及从内表面191变化到外表面193进行。尽管图9中示出的网格密度将在底部边缘194附近和内表面191附近处是最致密的，并且在顶部边缘196附近和外表面192附近处是最不致密的，但是在其它实施例中，网格密度可以在底部边缘194附近和内表面191附近处是最致密的且在顶部边缘196附近和外表面192附近处是最不致密的。在另外的其它实施例中，网格密度可以跨越网格结构160的高度和半径增加和减少一次或多次。例如，网格密度在底部边缘194和顶部边缘196之间的某个位置处以及在内部表面191和外部表面192之间的某个位置处可能是最致密的。

针对与图7和图8的实施例相同的原因，图9的实施例比传统的阀笼更有效地减少了气穴。然而，图9的实施例，结合了图7的实施例和图8的实施例的优点。

虽然本文已经描述了某些示例性方法、装置和制品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖了不论是字面上还是在等同原则下完全落入修正后的权利要求的范围的所有方法、装置和制品。

Claims

1.一种流体阀，包括：

阀主体，所述阀主体具有流体入口和流体出口；

流体通道，所述流体通道将所述流体入口与所述流体出口进行连接；

内件组件，所述内件组件位于所述流体通道内，所述内件组件与控制构件相配合以控制通过所述流体通道的流体流动，所述内件组件包括阀笼，所述阀笼具有由网格结构分开的第一阀笼环和第二阀笼环，所述网格结构形成阀笼壁的部分，所述网格结构从所述第一阀笼环的外部边缘和从所述第二阀笼环的外部边缘径向向内凹陷，

其中，过滤器在所述网格结构的上游处设置在所述阀笼壁中，所述过滤器包括多个开口，所述过滤器的多个开口小于所述网格结构中的多个开口。

2.根据权利要求1所述的流体阀，其中，所述网格结构中的多个开口由多个结构元件形成。

3.根据权利要求2所述的流体阀，其中，所述开口是菱形的开口和正方形的开口中的一种。

4.根据权利要求2所述的流体阀，其中，所述结构元件被定向为垂直于所述阀笼的纵向轴线以及平行于所述阀笼的所述纵向轴线。

5.根据权利要求2所述的流体阀，其中，所述结构元件被定向在相对于所述阀笼的纵向轴线成45度角。

6.根据权利要求1所述的流体阀，其中，所述网格结构具有均匀的网格密度。

7.根据权利要求1所述的流体阀，其中，所述网格结构具有非均匀的网格密度。

8.根据权利要求7所述的流体阀，其中，所述网格结构具有沿着所述阀笼的纵向轴线变化的网格密度。

9.根据权利要求7所述的流体阀，其中，所述网格结构具有沿着所述阀笼壁的厚度、在径向方向上变化的网格密度。

10.根据权利要求1所述的流体阀，其中，所述过滤器被印制为邻近所述网格结构。

11.根据权利要求1所述的流体阀，其中，所述过滤器被插入在所述网格结构的邻近处，所述过滤器延伸到所述第一阀笼环和所述第二阀笼环中。

12.一种用于流体控制阀的内件组件，所述内件组件包括：

阀笼，所述阀笼具有由网格结构分开的第一阀笼环和第二阀笼环，所述网格结构形成阀笼壁的部分，所述网格结构从所述第一阀笼环的外部边缘和从所述第二阀笼环的外部边缘径向向内凹陷，以及

阀座，所述阀座位于所述阀笼的邻近处，

其中，所述网格结构包括多个结构元件，所述多个结构元件形成开口的图案，并且过滤器在所述网格结构的上游处设置在所述阀笼壁中，所述过滤器包括多个开口，所述过滤器的多个开口小于所述开口的图案中的多个开口。

13.根据权利要求12所述的内件组件，其中，所述开口是菱形的开口和正方形的开口中的一种。

14.根据权利要求12所述的内件组件，其中，所述结构元件被定向为垂直于所述阀笼的纵向轴线以及平行于所述阀笼的所述纵向轴线。

15.根据权利要求12所述的内件组件，其中，所述结构元件被定向为相对于所述阀笼的纵向轴线成45度角。

16.根据权利要求12所述的内件组件，其中，所述网格结构具有均匀的网格密度。

17.根据权利要求12所述的内件组件，其中，所述网格结构具有非均匀的网格密度。

18.根据权利要求17所述的内件组件，其中，所述网格结构具有沿着所述阀笼的纵向轴线变化的网格密度，或者具有沿着所述阀笼壁的厚度、在径向方向上变化的网格密度。