KR102489924B1

KR102489924B1 - 유체 유동 제어 장치 및 시스템과 이들을 통해 유체를 유동시키는 방법

Info

Publication number: KR102489924B1
Application number: KR1020227008706A
Authority: KR
Inventors: 제프 패리쉬; 브래드포드 헤인즈; 지포드 데커
Original assignee: 플로우서브 매니지먼트 컴퍼니
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2023-01-19
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: WO2014143073A1; HUE065747T2; EP3623682B1; EP3623682C0; KR20150130447A; EP4299959A2; KR20210031779A; HUE047891T2; CN111692421A; US20220170568A1; US10941878B2; BR112015021581A2; US20140264132A1; KR20190093702A; KR102229998B1; BR112015021581B1; CA3074295C; CN105164457A; EP2971925A4; KR20200043498A

Abstract

본 발명의 유체 유동 제어 장치는, 종방향 축을 따라 연장하고 측벽을 갖는 원통형 몸체를 포함한다. 원통형 몸체는 측벽을 따라 종방향으로 연장하는 제1 채널과 측벽을 따라 종방향으로 연장하는 제2 채널을 갖는다. 상기 적어도 하나의 제1 채널 및 상기 적어도 하나의 제2 채널 중 하나의 적어도 일부는 채널을 통한 유체의 유동 특성을 개선하기 위한 채널의 패턴을 형성하도록 종방향 축에 대해 경사진 각도로 종방향으로 연장한다.

Description

유체 유동 제어 장치 및 시스템과 이들을 통해 유체를 유동시키는 방법{FLUID FLOW CONTROL DEVICES AND SYSTEMS, AND METHODS OF FLOWING FLUIDS THERETHROUGH}

본 출원은 발명의 명칭을 "유체 유동 제어 장치 및 시스템과 유체를 유동시키는 방법(Fluid Flow Control Devices and Systems, and Methods of Flowing Fluids)"로 하여 2013년 3월 15일 출원된 미국 가특허 출원 번호 13/840,906의 출원일의 이익을 청구한다.

본원의 개시는 일반적으로 유체 유동 제어 장치에 관한 것이다. 구체적으로는, 본원의 개시의 실시예는 통과하는 유체의 압력 및 에너지를 감소시키도록 구성된 장치에 관한 것이다.

많은 산업 분야에서는, 종종 파이프라인 또는 밸브 내에서 유체(액체 및 기체 모두)의 압력 및 에너지를 감소시킬 필요가 있다. 하나 이상의 제어 장치가 이러한 목적을 위해 채용될 수 있다. 제어 장치를 위한 다양한 설계가 본 기술 분야에서 제공되었다. 예컨대, 장치 내에 복수의 사행형 유체 유동 경로로서 구성된 복수의 개별 스트림으로 장치를 통과하는 유동을 분할하는 장치가 채용될 수 있다. 유체가 사행형 유체 유동 경로를 통과함에 따라, 유체는 많은 회수에 걸쳐 방향을 변경한다. 또한, 유체가 사행형 유체 유동 경로를 통해 이동할 때, 유동 경로 내에서의 유체의 속도의 감소를 제공하기 위해 유체 유동 경로의 전체 단면적이 증가될 수 있다. 유체의 유체 압력 및 에너지는 이러한 경로를 따라 부분적으로 소산되는데, 이는 상기 경로의 벽들 사이의 마찰, 유체 방향의 급격한 변화 및 팽창 또는 수축 챔버에 의해 유발되는 손실의 결과이다. 이러한 장치는 통상적으로 "사행형 경로 트림 장치(tortuous path trim devices)"로 지칭되는 것을 포함할 수 있다.

유체 유동 제어 장치는 종종, 유체를 유입구로부터 중공의 원통형 유체 유동 제어 장치를 향해 안내하도록 일반적으로 구성된 몸체를 갖는, 제어 밸브와 같은 밸브의 몸체 내에 제공된다. 또한, 상기 밸브는 외부를 향해 유체 유동 제어 장치를 통과하는 유체를 유체 유출구를 향해 안내하도록 구성될 수도 있다. 상기 밸브는 피스톤, 볼, 디스크, 또는 상기 밸브를 통과하는 유체 유동을 차단하고 밸브를 폐쇄하기 위해 밸브의 중앙 영역에 삽입되도록 구성된 다른 장치를 포함할 수 있다.

가압된 유체는 저장된 기계적 포텐셜 에너지를 포함한다. 유체 유동 제어 장치는 유체의 압력 및 속도를 감소시킴으로써 이 에너지를 소산시킨다. 유체가 유체 경로를 통해 유동함에 따라, 유체 유동은 난류화될 수 있다. 난류 유체는 유체가 유동하고 있는 파이프 및 유체 제어 장치의 구조적 요소에 작용하는 관련 압력 및 속도 변동을 갖는다. 이러한 압력 및 속도 변동은 일반적으로 부식, 소음, 진동 및 캐비테이션과 같은 다른 문제를 수반한다.

많은 용례에서, 이러한 수반 문제는 유체 유동 제어 장치의 원하지 않는 또는 허용될 수 없는 특성이다. 종래의 유체 유동 제어 장치는 유체와 연관된 압력 및 속도 변동에 관한 문제를 적절하게 제한하지 못하였다.

본원 개시의 다양한 실시예는 종래의 유체 유동 제어 장치의 문제 중 많은 부분을 극복한 유체 유동 제어 장치를 포함한다. 본원의 개시는 캐비테이션, 진동 및 유체 유동 제어와 관련된 다른 문제를 더욱 양호하게 제어하도록 구성된 유체 경로를 포함하는 유동 제어 장치의 실시예를 기술한다.

하나 이상의 실시예에서, 유체 유동 제어 장치는 종방향 축을 따라 연장하고 측벽을 갖는 실질적으로 원통형인 몸체를 포함할 수 있다. 상기 원통형 몸체는 측벽을 따라 종방향으로 연장하는 적어도 하나의 제1 채널과, 측벽을 따라 종방향으로 연장하는 적어도 하나의 제2 채널을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 제1 채널 및 상기 적어도 하나의 제2 채널 중 하나의 적어도 일부는 상기 채널들을 통과하는 유체의 유동 특성을 향상시키기 위한 채널 패턴을 형성하기 위해 종방향 축에 대해 경사진 각도로 종방향으로 연장한다.

다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1 채널 및 상기 적어도 하나의 제2 채널은 원통형 몸체의 제1 단부로부터 원통형 몸체의 제2 단부로 적어도 실질적으로 종방향으로 연장한다. 다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1 채널 및 상기 적어도 하나의 제2 채널은 교차한다. 또 다른 실시예에서, 원통형 몸체는 제1 원통형 몸체이고, 유체 유동 제어 장치는 제1 원통형 몸체의 내부 원통형 공동 내에 동심으로 위치된 제2 원통형 몸체를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 추가의 원통형 몸체는 다른 원통형 몸체의 내부 원통형 공동 내에 동심으로 각각 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 원통형 몸체 및 제2 원통형 몸체 각각은 제1 원통형 몸체 및 제2 원통형 몸체가 실질적으로 구형인 볼 밸브를 형성하도록 만곡된 측벽을 갖는다.

유동 제어 장치의 다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1 채널은 복수의 다른 채널과 교차한다. 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1 채널 및 상기 적어도 하나의 제2 채널은 제1 채널 및 제2 채널을 통과하는 물질의 캐비테이션을 제어하기 위해 패턴 내에서 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 적어도 하나의 제1 채널 및 상기 적어도 하나의 제2 채널은 측벽 상에 오프셋 브릭 패턴을 형성할 수 있거나, 또는 상기 적어도 하나의 제1 채널 및 상기 적어도 하나의 제2 채널은 측벽 상의 다이아몬드 패턴을 형성한다. 다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1 채널 및 상기 적어도 하나의 제2 채널 중 적어도 하나는 지그재그 패턴으로 측벽을 따라 종방향으로 연장한다. 다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1 채널 및 적어도 하나의 제2 채널은 교차하지 않는다.

다양한 실시예에서, 채널은 다양한 형상 및 크기로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 채널 및 제2 채널 중 적어도 하나는 둥근 내부 표면을 갖는다. 다른 실시예에서, 제1 채널 및 제2 채널 중 적어도 하나는 저부 표면에 실질적으로 직교하도록 형성된 2개의 벽 표면을 갖는 정사각 내부 표면을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 제1 채널 및 제2 채널 중 적어도 하나는 소정의 각도로 교차하는 2개의 벽 표면을 포함하는 각이 형성된 내부 표면을 갖는다. 특정 실시예에서, 제1 채널 및 제2 채널 중 적어도 하나는 측벽의 표면에 대해 가변 깊이를 갖는다. 다른 실시예에서, 제1 채널 및 제2 채널 중 적어도 하나는 종방향 축을 따라 가변 깊이를 갖는다. 다른 실시예에서, 원통형 몸체는 플러그로서 구성되고, 유체 유동 제어 장치는 플러그 주변에 위치된 시트 링을 더 포함한다.

추가의 실시예는 유체 유동 제어 장치를 형성하기 위한 방법을 포함한다. 그러한 방법의 하나 이상의 실시예에서, 상기 방법은, 적어도 하나의 실질적으로 원통형인 몸체의 표면에 적어도 하나의 제1 홈을 형성하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 제1 홈은 상기 적어도 하나의 실질적으로 원통형인 몸체를 따라 종방향으로 연장하는, 제1 홈 형성 단계와, 상기 적어도 하나의 실질적으로 원통형인 몸체의 표면에 적어도 하나의 제2 홈을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 홈 및 상기 적어도 하나의 제2 홈 중 하나의 적어도 일부는 종방향 축에 대해 경사진 각도로 종방향으로 연장한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 복수의 실질적으로 원통형인 몸체를 동심 조립체로 조합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 종래의 유체 유동 제어 장치의 문제 중 많은 부분을 극복한 유체 유동 제어 장치를 제공한다.

도 1은 적어도 하나의 실시예에 따른 유체 유동 제어 장치의 사시도를 도시한다.
도 2는 하나 이상의 실시예에 따른 플러그 및 시트 링으로 구성된 도 1의 유체 유동 제어 장치의 사시 절결도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 원통형 몸체를 포함하는 채널의 다이아몬드 패턴을 갖는 동심 조립체의 절결 사시도이다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 복수의 채널 유형의 사시 단면도이다.
도 5는 적어도 하나의 실시예에 따른 유체 유동 제어 장치의 사시도이다.
도 6은 적어도 하나의 실시예에 따른 채널의 오프셋 브릭 패턴을 갖는 동심 조립체의 사시도이다.

본 명세서 전체에 걸쳐 용어 "하나의 실시예", "일 실시예", 또는 유사한 용어는 실시예와 관련하여 기술된 특정한 구성, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 어구 "하나의 실시예에서", "일 실시예에서" 및 유사한 어구의 출현은 반드시 그러한 것은 아니지만, 모두 동일한 실시예를 지칭할 수 있다.

본원에 제공된 도시는 일부의 경우에 임의의 특정한 유체 유동 제어 장치, 시트 보유부(seat retainer) 또는 제어 밸브의 실제의 조망이 아니라, 단지 본원의 개시를 설명하기 위해 채용된 이상적인 표현이다. 후속하는 상세한 설명에서는, 본원의 일부를 이루며 도시로써 본 발명이 실시될 수 있는 구체적 실시예가 도시된 첨부 도면이 참조된다. 이러한 실시예는 본 기술 분야의 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있게 하기에 충분히 상세하게 기술되었다. 하지만, 다른 실시예가 이용될 수 있으며, 구조적, 논리적 및 전기적 변화가 본 발명의 범주 내에서 이루어질 수 있다. 본원에 제공된 도시는 임의의 특정한 장치 또는 시스템의 실제 조망이라는 것을 의미하는 것이 아니라, 단지 본 개시의 실시예를 설명하기 위해 채용된 이상적인 표현이다. 본원에 제공된 도면은 반드시 비례에 맞춰 도시되지 않았다. 또한, 도면 사이에 공통된 요소들은 동일한 도면 부호를 유지하거나 유사한 도면 부호를 갖는다.

본원의 개시의 다양한 실시예는 유체 유동 제어 장치를 포함한다. 도 1은 측벽(112)을 가지며 종방향 축(103)을 따라 연장하는 사실상 원통형인 몸체(102)를 갖도록 구성된 유체 유동 제어 장치(100)의 일 실시예의 사시도를 도시한다. 도시된 실시예에서, 측벽(112)은 채널(104, 106, 108, 110)의 패턴(114)이 위치되는 원통형 몸체(102)의 외부 표면이다. 다른 실시예에서, 채널은 원통형 몸체(102)의 내부 표면 상에 형성될 수 있다. 본원의 개시에 따르면, 채널 경로의 다양한 패턴이 유체의 캐비테이션을 방지하거나 또는 채널(104, 106, 108, 110)을 통과하는 유체의 유동을 향상시키기 위해 측벽(112) 상에 형성될 수 있다.

일반적으로, 채널(104, 106, 108, 110)의 패턴(114)은 관련 하류 요소를 제공할 뿐만 아니라 제어 밸브를 위한 압력 감소 요소로 작용하도록 원통형 몸체(102) 주위에 맵핑될 수 있다. 채널(104, 106, 108, 110)의 기하학적 형상은 소음을 감소시키기 위해 유체(예컨대, 액체 및/또는 기체) 내의 캐비테이션을 제어하도록 작용할 수 있다. 원통형 튜브의 긴 길이는 난류, 전단 및 유체 속도를 감소시키는데 사용될 수 있다. 슬러지 및 단일 상 또는 다중 상 공정 유체 내에 비말동반된 고체를 처리하도록 구성된 일부 실시예가 이용될 수도 있다. 원통형 몸체(102)는 통과하는 유체의 유동을 제어하는 동심 조립체를 형성하도록 동심 방식으로 추가의 원통형 몸체들(도 3 참조)과 조합될 수 있다. 다른 실시예에서, 동심 조립체의 원통형 몸체들은 볼 밸브, 글로브 밸브 등과 같은 구형 유동 제어 요소의 형성을 가능하게 하기 위해 볼 또는 구 형상으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 원통형 몸체(102)는 하류 블로우 다운(blow down) 및 초크 튜브 요소로 이용될 수 있다. 하류 요소로서, 원통형 몸체들의 동심 조립체는, 선형 또는 회전 방식으로 밸브, 매니폴드 또는 플러그를 포함할 수 있는 상류의 스로틀링 요소와 함께 또는 온/오프 구성으로 압력 강하 제어를 생성하는데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 유체 유동 제어 장치(100)는 소정의 유체 유동 제어 특성을 제공하도록 구현될 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 제1 채널(104)은 원통형 몸체(102)의 측벽(112)을 따라 종방향으로 연장한다. 또한, 채널은 홈으로 본원에서 지칭될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 제1 채널(104)은 원통형 몸체(102)의 종방향 축(103)에 대해 경사진 각도로 종방향으로 연장한다. 이는 원통형 몸체(102)의 외부 표면 주위에 나선형으로 형성된 채널을 초래한다. 제2 채널(106)은 원통형 몸체의 종방향 축(103)에 대해 경사진 각도로 종방향으로 유사하게 연장할 수 있다. 제2 채널(106)은 제1 채널(104)의 각도에 대향하는 각도로 연장하도록 형성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 제3 채널(108) 및 제4 채널(110)도 구현될 수 있다. 하지만, 측벽(112)을 따르는 채널의 수와 채널의 구성은 각각의 요구되는 용도에 따라 변경될 수 있다. 도시된 실시예에서, 제1 채널(104), 제2 채널(106), 제3 채널(108) 및 제4 채널(110)은 원통형 몸체(102) 주위를 연장함에 따라 서로 교차한다.

채널 경로 및 채널 교차부의 조합은 측벽(112) 상에 패턴(114)을 형성한다. 채널(104, 106, 108, 110)의 패턴(114)은 채널(104, 106, 108, 110)을 통해 유동하는 유체의 캐비테이션 특성이 형성되는 것을 돕는다. 적어도 하나의 실시예에서, 채널의 패턴(114)은 통과하는 액체의 캐비테이션을 감소시키도록 형성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 다이아몬드 패턴이 원통형 몸체(102)의 측벽(112) 상에 형성된다. 다른 실시예에서는, 오프셋 브릭 패턴, 그리드 패턴, 지그재그 패턴 등을 포함하는 다른 패턴이 고려된다. 또한, 패턴(114)은 채널 공간이 원통형 몸체(102)의 길이를 따라 일정하게 유지되도록, 일정한 분리부를 갖도록 구성될 수 있거나, 일부 실시예에서는 채널 공간이 원통형 몸체(102)의 길이를 따라 변화되거나 또는 변경되도록 팽창 분리부를 갖도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 채널(104, 106, 108, 110)은 원통형 몸체(102)의 사실상 전체 길이를 횡단할 수 있다. 다른 실시예에서, 채널(104, 106, 108, 110)은 원통형 몸체(102)의 길이 중 일부만을 횡단할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 원통형 몸체(102)는 내부 원통형 공동(116)을 갖도록 형성될 수 있다. 내부 원통형 공동(116)은, 복수의 채널이 관통 연장하는 원통형 몸체들의 동심 조립체를 형성하도록 내부에 추가의 원통형 몸체들을 수납하게 구성될 수 있다.

원통형 몸체(102)는 세라믹, 금속 및 플라스틱과 같은 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 물론, 다른 재료도 용도에 따라 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 적어도 하나의 실시예에서, 원통형 몸체(102)는 채널(104, 106, 108, 110)을 평탄한 시트 상에 형성하고 상기 평탄한 시트를 원통으로 만듦으로써 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 시트는 시트 상에 형성된 채널이 스크롤로 롤링될 수 있어서, 시트 상에 형성된 채널은 롤링된 스크롤의 각각의 인접한 표면 사이에 채널의 패턴을 제공한다. 다른 실시예에서, 원통형 몸체(102)는 원통으로 형성될 수 있으며, 채널(104, 106, 108, 110)은 기계 가공과 같은 수단을 통해 원통의 측벽(112) 상에 형성될 수 있다.

도 2는 플러그(202)로 형성되고 시트 링(204) 내로 삽입되는 원통형 몸체(102)의 일 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 복수의 채널(206)은 플러그(202)의 길이를 따라 형성된다. 플러그의 외부 측벽(208)은 시트 링(204)의 내부 벽(210)과 접촉하여 위치될 수 있다. 도시된 실시예에서, 채널(206)은 플러그(202)의 길이를 따라 단지 부분적으로 연장한다. 이는 플러그(202)로 하여금, 플러그(202)가 시트 링(204) 내로 완전히 삽입될 때(도시 생략), 시트 링(204)의 내부 벽(210)과 플러그(202)의 외부 측벽(208) 사이의 유체 유동을 방지할 수 있게 한다. 반대로, 플러그(202)가 시트 링(204)으로부터 부분적으로 착좌되지 않았을 때, 채널(206)은 시트 링(204)의 내부 벽(210)과 플러그(202)의 외부 측벽(208) 사이에서 유체가 유동하는 경로를 제공한다. 개시된 바와 같이, 채널(206)에 의해 형성된 패턴은 향상된 캐비테이션 특성을 제공하며, 난류, 전단 및 유체 속도를 감소시키는데 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서는, 다이아몬드 패턴이 사용된다.

일 실시예에서는, 플러그(202) 및 시트 링(204)이 스로틀링될 수 있는 단일 경로 다중-스테이지 압력 강하 제어를 제공하도록 사용될 수 있다. 이는 예컨대, 미국 특허 출원 번호 12/473,007에 개시된 적층식 디스크 보유부와 조합하여 독립적으로 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 유동 제어 장치는 밸브 조립체에 합체될 수 있다. 제어 밸브로 특징을 지어질 수도 있는 밸브 조립체는, 사용시 밸브 조립체로 그리고 밸브 조립체로부터 유체를 운반하는 파이프에 연결될 수 있는 유체 유입구 및 유체 유출구를 형성하는 밸브 몸체를 포함할 수 있다. 플러그 챔버가 상기 유입구와 상기 유출구 사이에 위치될 수 있으며, 플러그 헤드가 그 내부에 배치될 수 있다. 플러그 헤드는 샤프트에 결합될 수 있으며, 완전히 개방된 위치와 폐쇄 위치 사이에서 플러그 챔버 내를 이동하도록 구성될 수 있다. 개방 위치에서, 플러그 헤드는 유체 유입구와 유체 유출구 사이의 유체 소통을 제공하기 위해 후퇴될 수 있어서, 유체가 유체 유입구로부터 플러그 챔버로 그리고 유체 유출구 내로 유동하는 것을 허용한다. 폐쇄된 위치에서, 플러그 헤드는 밸브 시트와 접촉하여, 유체 유입구와 유체 유출구 사이의 유체 소통을 물리적으로 방해하는 밀봉부를 형성하고, 밸브 몸체를 통한 유체 유동을 효과적으로 차단한다.

샤프트는, 샤프트에 제어 가능하게 결합되고 플러그 헤드의 위치를 제어하도록 구성된 액추에이터를 포함할 수 있다. 액추에이터는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 적절한 액추에이터를 포함할 수 있다. 또한, 위치 설정부(positioner)가 액추에이터에 작동식으로 결합될 수 있다. 위치 설정부는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이 선택된 액추에이터와 함께 사용하기에 적합한 임의의 종래 위치 설정부를 포함할 수 있다.

도 3은 유체의 유동을 제어하기 위한 동심 조립체(300)의 일 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 복수의 원통형 몸체(302, 304, 306, 308)가 관통하는 복수의 채널(310)을 갖는 동심 조립체(300)를 형성하기 위해 하나의 몸체가 다른 몸체 내에 수용되도록 동심으로 구성된다. 본 실시예에서, 원통형 몸체(302)는 약간 더 큰 다른 원통형 몸체(304)의 내부 원통형 공동(312) 내에 위치된다. 적어도 하나의 실시예에서, 하나의 원통형 몸체(302)의 외부 측벽은 다른 원통형 몸체(304)의 내부 측벽과 접촉하여, 채널(310)이 유체가 그들 사이에서 이동하는 통로를 형성한다. 마찬가지로, 더욱 큰 원통형 몸체(306)가 내부 원통형 공동(314) 내에 2개의 제1 원통형 몸체(302, 304)를 수납한다. 추가적인 원통형 몸체(302)가 소정의 크기 및 수의 원통형 몸체가 도달될 때까지 추가될 수 있다. 일 실시예에서, 외부 쉘(316)이 원통형 몸체(302, 304, 306, 308)의 각각을 수납하도록 구성될 수 있어서, 동심 조립체를 완성한다. 외부 쉘(316)은 상부에 형성된 채널(310)을 갖거나 갖지 않도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 외부 쉘(316)은 파이프를 포함할 수 있으며, 상기 파이프 내에 동심 조립체(300)가 파이프를 통과하는 유체의 유동을 제어하기 위해 위치된다. 일부 실시예에서, 동심 조립체(300) 및/또는 원통형 몸체(102)는 함께 수축 끼움(shrink fitted)될 수 있다. 다른 실시예에서, 동심 조립체(300) 및/또는 원통형 몸체는 보유 링 또는 플랜지를 이용하여 파이프 또는 하우징 내에 함께 보유되거나 위치될 수 있다.

도 4는 본원의 개시에 따라 고려된 다양한 채널 유형의 사시도 및 단면을 도시한다. 하지만, 본원에 도시되지 않은 다른 채널 구조 및 형상도 고려된다. 도 4는 3개의 상이한 채널 유형(502, 504, 506)을 도시한다. 도시된 제1 채널 유형(502)은 둥근 내부 표면을 가져서, 채널의 단면은 반원 또는 반타원 형상으로 표시된다. 도시된 제2 채널 유형(504)은 정사각 내부 표면(505)을 가져서, 채널의 단면은 반정사각 또는 반직사각으로 표시된다. 정사각 내부 표면(505)은 저부 표면(512)에 실질적으로 직교하도록 형성된 2개의 벽 표면(508, 510)을 갖는다. 도시된 제3 채널 유형(506)은 각을 형성하는 내부 표면(514)을 갖는다. 각을 형성하는 내부 표면(514)은 삼각형 단면을 형성하도록 소정 각도로 교차하게 형성된 2개의 벽 표면(516, 518)을 갖는다.

각각의 상이한 채널 유형은 대응하는 채널을 통과하는 유체의 유동에 영향을 주는 가변 속성 및 특성을 갖는다. 따라서, 채널 유형은 채널의 요구되는 기능을 달성하기 위해 용도에 따라 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 채널 유형은 일정한 깊이 또는 폭에 제한되지 않으며, 깊이와 폭 양자 모두 또는 하나가 변경될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 채널의 깊이 및/또는 폭은 채널이 원통형 몸체(102)의 길이를 따라 연장함에 따라 증가 또는 감소될 수 있다. 다른 실시예에서, 채널의 깊이 및/또는 폭은 각 채널의 유동 특성을 추가로 규정하기 위해 채널 경로를 따라 변동될 수 있다.

도 5는 원통형 몸체(604)의 표면 상의 하나의 대안적 채널 패턴(602)을 도시한다. 도시된 패턴(602)은 오프셋 브릭 패턴을 형성하도록 서로 교차하는 복수의 채널(606)에 의해 형성된다. 상술된 바와 같이, 다이아몬드 패턴, 지그재그 패턴, 치형 패턴 또는 소정의 사행형 경로를 형성하는 다른 채널 패턴도 본원에서 고려된다. 예컨대, 적어도 하나의 실시예에서, 하나 이상의 채널이 지그재그 패턴을 형성하기 위해, 전방 및 후방 지그재그 형태로 원통형 몸체(604)의 측벽을 따라 종방향으로 연장한다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 지그재그 채널은 서로 교차될 수 없지만, 상기 지그재그 패턴을 통해 분리된 유체 경로를 각각 제공하도록 구성될 수 있다.

도 6은 원통형 몸체(604)들의 동심 조립체(700)를 도시하는데, 상기 몸체 각각은 표면에 형성된 채널의 오프셋 브릭 패턴(602)을 갖는다. 이러한 조립체는 하류 블로우 다운 및 초크 튜브 요소 및 다른 관련 하류 요소와 같은 용도로 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 본원에 기술된 동심 조립체 및/또는 원통형 몸체는 파이프의 내부와 같은 유체 경로 내로 삽입될 수 있다.

본원의 개시의 다른 실시예는 유체 유동 제어 장치를 형성하는 방법을 포함한다. 이러한 방법의 실시예는 도 1 내지 도 6을 참조하여 기술된다. 상술된 바와 같이, 본원의 개시의 유체 유동 제어 장치(102)의 적어도 일부 실시예는 동심 조립체(300)를 형성하도록 동심으로 구성될 수 있는 하나 이상의 원통형 몸체(102)를 포함할 수 있다. 원통형 몸체(102)는 실질적으로 원통형인 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 내부에 형성된 중앙 원통형 공동(116)을 포함할 수 있다. 원통형 몸체(102)의 두께는 특정 용도에 따라 선택될 수 있다.

채널(104, 106, 108, 110) 형태인 유체 통로가 원통형 몸체(102)의 표면 상에 형성될 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 채널(104, 106, 108, 110)은 원통형 몸체(102) 내로 채널을 절단하기 위한 커터를 이용하여 형성될 수 있다. 예로써 그리고 비제한적으로, 커터는 궁형 채널을 형성하는데 적합할 수 있는 원통톱 또는 실질적으로 선형인 채널을 형성하는데 적합할 수 있는 회전 톱을 포함할 수 있다. 커터는 원통형 조립체의 표면을 완전히 절단하지 않고 소정의 깊이까지 원통형 몸체(102) 내로 일부분 밀어 넣어질 수 있다.

채널(104, 106, 108, 110)의 깊이는 원통형 몸체(102)의 두께 및 특정 용도에 따라 변경될 수 있다. 예컨대, 더 얇은 원통형 몸체(102)는 더 얇은 채널만을 고려할 것이지만, 상대적으로 두꺼운 원통형 몸체(102)는 더 두꺼운 채널을 고려할 것이다. 채널(104, 106, 108, 110)의 폭도 특정 용도에 따라 변경될 수 있다. 통상적으로, 채널(104, 106, 108, 110)의 폭은 채널(104, 106, 108, 110)을 형성하는데 이용된 커터의 두께에 의해 결정될 수 있다. 하지만, 커터의 두께보다 더 넓은 채널(104, 106, 108, 110)이 거의 동일한 위치에서 원통형 몸체(102)의 표면 내로 2회 이상 커터를 밀어 넣음으로써 형성될 수 있다.

각 원통형 몸체(102)는 동심 조립체(300)를 형성하도록 다른 원통형 몸체(102)의 내부 공동(116) 내에서 동심으로 배치될 수 있다. 채널(104, 106, 108, 110)은 동심 조립체의 동심 원통형 몸체(102)의 표면들 사이에 유체 통로를 제공하도록 구성된다. 적어도 하나의 실시예에서, 원통형 몸체(102)는 함께 수축 끼움된다. 다른 실시예에서, 원통형 몸체들은 플랜지 또는 다른 체결 장치에 의해 함께 보유된다.

이러한 방법은 일부 실시예에서 더 적은 단계 또는 도시된 것과 다른 순서로 실행될 수 있다. 상기 바람직한 실시예에 대한 많은 추가, 삭제 및 변경이 이하에서 청구되는 바와 같이 본 발명의 범주 내에서 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명은 그 사상 또는 필수적 특성 내에서 다른 특정 형태로 구현될 수 있다. 기술된 실시예는 단지 도시를 위해 그리고 비제한적으로 모든 측면에서 고려되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범주는 상기 기술에 의해서가 아니라 첨부된 청구항에 의해 지시된다. 청구항의 균등물의 의미 및 범위 내에 있는 모든 변경은 그 범주 내에 포함된다.

특정 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었지만, 이러한 실시예는 단지 도시적인 것이며 본원의 개시의 범주를 제한하지 않으며, 기술된 실시예에 대한 다양한 다른 추가 및 변경 그리고 기술된 실시예로부터의 삭제가 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확할 것이기 때문에, 본원의 개시는 도시 및 기술된 특정 구성 및 배열에 제한되지 않는다. 따라서, 본원의 개시의 범주는 후속하는 청구항의 글귀 자체 및 법률적 균등물에 의해서만 제한된다.

102: 원통형 몸체
106: 채널

Claims

유동 제어 장치 조립체를 사용하는 방법이며,
개방 위치에서, 밸브 시트로부터 플러그를 부분적으로 착좌 해제시키는 단계로서, 플러그는 플러그의 종방향 축을 횡단하는 방향으로 플러그의 외부 측벽을 따라 연장하는 하나 이상의 채널을 구비하는, 단계와,
개방 위치에서, 유체가 플러그의 외부 측벽과 밸브 시트의 내부 벽 사이에서 유동하도록 플러그의 하나 이상의 채널에 의해 형성되는 경로를 통해 플러그와 밸브 시트 사이에서 유체를 유동시키는 단계와,
폐쇄 위치에서, 플러그와 밸브 시트 사이의 유체 소통을 물리적으로 방해하는 밀봉부를 형성하도록, 플러그의 플러그 헤드를 밸브 시트와 접하게 하는 단계로서, 하나 이상의 채널이 플러그 헤드로부터 이격되고 플러그의 길이를 따라 오직 부분적으로 연장하여, 플러그가 밸브 시트 내로 선택된 거리만큼 삽입될 때, 플러그의 외부 측벽과 밸브 시트의 내부 벽 사이의 유체의 유동이 방지되는, 단계를 포함하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제1항에 있어서, 상기 경로를 통해 유체를 유동시키는 단계를 더 포함하고,
하나 이상의 채널은 적어도 2개의 교차하는 채널을 포함하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제1항에 있어서, 개방 위치에서, 밸브 시트의 내부 벽을 플러그의 외부 측벽의 적어도 일부와 계속하여 접촉시키는 단계를 더 포함하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제1항에 있어서, 개방 위치에서, 밸브 시트의 축방향 단부에 형성된 환형 개구를 통해 유체를 유동시키는 단계를 더 포함하고, 밸브 시트의 내부 벽은 환형 개구에서 플러그의 외부 측벽으로부터 분리되어, 유체가 플러그의 외부 측벽과 밸브 시트의 내부 벽 사이에서 이동 가능하게 하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제4항에 있어서, 폐쇄 위치에서, 환형 개구를 포위하도록 플러그 헤드를 밸브 시트에 접하게 함으로써 환형 개구를 통한 유체 유동을 제한하는 단계를 더 포함하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제1항에 있어서, 플러그 외부 측벽 상의 다이아몬드 패턴, 플러그 외부 측벽 상의 오프셋 브릭 패턴, 또는 플러그 외부 측벽 상의 지그재그 패턴을 형성하도록 하나 이상의 채널을 선택하는 단계를 더 포함하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제1항에 있어서, 개방 위치에서, 2개의 채널을 포함하는 하나 이상의 채널을 통해 유체를 유동시키는 단계를 더 포함하고, 2개의 채널의 각 단부는 2개의 채널에 대한 유체 입구에서 교차하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제1항에 있어서, 개방 위치에서, 가변 폭 또는 가변 깊이 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 채널을 통해 유체를 유동시키는 단계를 더 포함하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제1항에 있어서, 개방 위치와 폐쇄 위치 양자 모두에서 플러그의 외부 측벽을 밸브 시트의 내부 벽과 접촉시키는 단계를 더 포함하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
유동 제어 장치 조립체를 사용하는 방법이며,
교차하는 채널을 포함하는 플러그와 밸브 시트 사이에서 유체 소통을 제공하도록 플러그의 플러그 헤드를 후퇴시키는 단계와,
유체 제어 장치 조립체를 개방 위치에 배치하기 위해 플러그의 외부 측벽과 밸브 시트의 내부 벽 사이에서 교차하는 채널을 통해 유체가 유동하는 경로를 제공하도록 플러그 헤드를 밸브 시트로부터 부분적으로 착좌 해제시키는 단계와,
개방 위치에서, 밸브 시트의 축방향 단부에 형성되 환형 개구를 통해 유체를 유동시키는 단계로서, 밸브 시트의 내부 벽은 환형 개구에서 플러그의 외부 측벽으로부터 분리되어, 유체가 플러그의 외부 측벽과 밸브 시트의 내부 벽 사이에서 이동 가능하게 하는, 단계와,
폐쇄 위치에 유동 제어 장치 조립체를 배치하기 위해 플러그와 밸브 시트 사이에서 유체 소통을 물리적으로 방해하는 밀봉부를 형성하도록 플러그 헤드를 밸브 시트와 접하게 하는 단계와,
폐쇄 위치에서, 환형 개구를 포위하도록 플러그 헤드를 밸브 시트와 접하게 함으로써 환형 개구를 통한 유체 유동을 제한하는 단계와,
플러그가, 플러그 헤드로부터 이격되어 있고 플러그의 길이를 따라 오직 부분적으로 연장되는 교차하는 채널과 함께 밸브 시트 내로 삽입될 때에, 플러그의 외부 측벽과 밸브 시트의 내부 벽 사이에서 유체 유동을 방지하는 단계를 포함하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제10항에 있어서, 동심 조립체 내에 복수 개의 원통형 몸체를 포함하는 플러그를 통해 유체를 유동시키는 단계를 더 포함하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제10항에 있어서, 개방 위치와 폐쇄 위치 양자 모두에서 플러그의 외부 측벽을 밸브 시트의 내부 벽과 접촉시키는 단계를 더 포함하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제10항에 있어서, 개방 위치에서 밸브 시트 내에 잔류하는 플러그의 외부 측벽의 일부가 밸브 시트의 내부 벽과 계속하여 접촉하도록 플러그를 구성하는 단계를 더 포함하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제10항에 있어서, 개방 위치에서, 교차하는 채널을 통해 유체를 유동시키는 단계를 더 포함하고, 교차하는 채널의 각 단부는 교차하는 채널에 대한 유체 입구에서 교차하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.
제10항에 있어서, 폐쇄 위치에서, 밀봉부를 형성하도록 플러그의 플러그 헤드를 밸브 시트에 접하게 함으로써 유체로부터 환형 개구를 격리시키는 단계를 더 포함하는
유동 제어 장치 조립체의 사용 방법.