KR102713690B1

KR102713690B1 - 제어 밸브용 3차원 구불구불한 경로 흐름 요소

Info

Publication number: KR102713690B1
Application number: KR1020227027178A
Authority: KR
Inventors: 댄 왓슨; 스티븐 프리타스; 유자일 아메드; 레이 뉴튼
Original assignee: 아이엠아이 크리티컬 엔지니어링 엘엘씨
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2024-10-11
Anticipated expiration: 2041-01-07
Also published as: CN115427719A; AU2021205238A1; KR102713690B9; KR20220143827A; WO2021142094A1; EP4088054A1; EP4088054A4; US11703147B2; US20210207741A1; AU2021205238B2

Abstract

흐름 제어 요소는 단일 구조로 형성되고 본체 축 주위에 배치된 요소 본체를 포함한다. 요소 본체는 제1 면, 제1 면에 대해 이격된 제2 면, 및 제1 면과 제2 면 사이에서 연장되고 본체 축을 따라 연장되는 중심 보어를 정의하는 내주면을 포함한다. 요소 본체는 내주면에 대해 이격된 관계로 제1 면과 제2 면 사이에서 연장되는 외주면을 추가로 포함한다. 복수의 통로가 내주면과 외주면 사이에 연장되고, 각각의 통로는 일반적으로 서로 대향하는 관계로 연장되는 한 쌍의 측면 및 한 쌍의 측면 중 각각의 측면으로부터 서로를 향해 연장되는 한 쌍의 경사면을 갖는다.

Description

제어 밸브용 3차원 구불구불한 경로 흐름 요소

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2020년 1월 8일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 62/958,437에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 여기에 참조로 명시적으로 포함된다.

성명서 RE: 연방 지원 연구/개발

해당 없음

본 개시는 일반적으로 흐름(flow, 유량) 제어 요소에 관한 것으로, 보다 구체적으로 적층 제조를 통해 형성되고 고유하게 윤곽이 형성된 복수의 흐름 제어 통로가 내부에 형성되어 있는 흐름 제어 요소에 관한 것이다.

제어 밸브의 멀티-스테이지 트림(multi-stage trim)은 제어 밸브를 통해 흐르는 유체의 압력 강하를 촉진하는 데 사용된다. 이러한 제어 밸브에 대한 이전 설계에는 구불구불한 유로(tortuous flow paths)를 형성하는 교대 종방향 및 횡방향 요소가 있는 연결 유로가 있는 일련의 적층 플레이트 내에서 이동하는 왕복 트림 요소의 사용이 포함된다. 흐름 경로의 기하학적 구조는 각 흐름 경로가 플레이트 내의 자체 체적 공간으로 분할되어야 할 수 있다. 결과적으로, 플레이트는 원하는 수의 스테이지 및 유량 용량을 제공하기 위해 일반적으로 큰 외부 직경 및 수직 높이 또는 밸브 스트로크를 가질 수 있다.

스택 플레이트 디자인에는 두 가지 기존 스타일이 있다. 한 스타일에서 흐름 경로는 플레이트에서 평면 내 굽힘을 절단하여 생성된다. 다른 스타일에서 흐름 경로는 슬롯에서 슬롯으로 위아래로 구부러지거나 구부러지는 흐름 경로를 정의하기 위해 두 개의 결합 플레이트에서 일련의 오프셋 슬롯을 절단하여 생성된다. 오프셋 스타일은 인접한 유로를 분리하기 위해 세 번째 플레이트를 사용할 수 있다. 두 스타일 모두에서 플레이트는 브레이징을 통해 함께 결합될 수 있다.

적층 플레이트 설계가 원하는 흐름 경로를 생성하는 데 효과적일 수 있지만 이와 관련된 몇 가지 결함이 있을 수 있다. 예를 들어, 기존의 적층 플레이트 디자인을 만들기 위한 재료 활용도는 상대적으로 높을 수 있다. 이러한 라인을 따라, 각 흐름 경로는 제조 중 및 밸브의 디스크 스택 어셈블리로 조립될 때 구조적 지지를 제공하기 위해 인접한 블랭크 재료가 필요할 수 있다. 결과적으로 흐름 경로를 포함하는 재료는 흐름을 제어하고 작동 압력을 견디는 데 필요한 재료를 훨씬 초과한다.

적층 플레이트 설계에서는 디스크 스택이 밸브 내부의 압축 상태로 유지되어야 할 수도 있다. 압축은 주변 밸브 하우징의 보닛 볼트 하중의 일부를 디스크 스택으로 전달하여 달성할 수 있다. 볼트로 고정된 보닛이 있는 밸브에서 밸브 본체와 트림 구성요소의 값비싼 정밀 가공은 적층 플레이트의 압축을 유지하기 위해 필요할 수 있다. 가압식 보닛 씰이 있는 밸브의 경우 적층 플레이트의 압축을 유지하기 위해 추가 기계 장치가 적용될 수 있다.

따라서, 디스크 스택으로부터 형성되지 않는 개선된 다중 경로 흐름 제어 요소에 대한 기술이 필요하다. 본 개시의 다양한 양태는 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이 이러한 특정 요구를 다룬다.

본 개시는 적층 제조 방법에 최적화된 다단계, 다중 경로 흐름 제어 트림 요소에 관한 것이다. 흐름 제어 요소는 기존 디스크 스택에 비해 제어 요소의 외경 및/또는 높이를 약 30% 줄일 수 있는 중첩된 흐름 경로를 포함한다. 그 결과, 제어 요소와 제어 밸브 모두의 크기와 비용이 감소될 수 있다.

본 개시내용의 일 실시예에 따르면, 단일 구조로서 형성되고 본체 축 주위에 배치된 요소 본체를 포함하는 흐름 제어 요소가 제공된다. 요소 본체는 제1 표면, 제1 표면에 대해 이격된 제2 표면, 및 제1 표면과 제2 표면 사이에서 연장되고 본체 축을 따라 연장되는 중심 보어를 정의하는 내주면을 포함한다. 요소 본체는 내주면에 대해 이격되어 제1 표면과 제2 표면 사이에서 연장되는 외주면을 추가로 포함한다. 복수의 통로는 내주면과 외주면 사이에 연장된다. 각각의 통로는 일반적으로 서로 대향하는 관계로 연장하는 한 쌍의 측면과, 한 쌍의 측면 중 각각의 측면으로부터 서로를 향해 연장되는 한 쌍의 경사면을 갖는다.

복수의 통로는 복수의 축방향 어레이로 배열될 수 있으며, 각각의 어레이는 본체 축에 평행하다. 각각의 통로는 외주면에 개구를 포함할 수 있으며, 인접한 어레이의 통로의 개구는 본체 축에 평행한 방향으로 서로에 대해 오프셋된다.

각 통로는 적어도 2개의 축을 따라 연장될 수 있다. 각각의 측면은 정점을 정의하기 위해 서로 인접한 적어도 2개의 각진 세그먼트를 포함할 수 있다. 한 쌍의 측면은 공통 축을 따라 정렬된 제1 세트의 정점을 갖는 제1 측면을 포함할 수 있다. 한 쌍의 측면은 또한 공통 축을 따라 정렬된 제2 세트의 정점을 갖는 제2 측면을 포함할 수 있다.

각 통로는 폭을 한 쌍의 측면 사이의 수직 거리로 정의할 수 있으며, 각 통로는 폭이 통로를 따라 변하도록 구성된다.

다른 실시예에 따르면, 흐름 제어 요소를 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 재료의 연속적인 층으로 요소 본체를 형성하는 단계를 포함하며, 각 층은 하부 층과 일체로 형성된다.

본 개시는 첨부된 도면과 함께 읽을 때 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이다.

본 명세서에 개시된 다양한 실시예의 이들 및 다른 특징 및 이점은 다음의 설명 및 도면과 관련하여 더 잘 이해될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 형성된 흐름 제어 요소의 상부 사시 단면도이며, 흐름 제어 요소는 유체 제어 밸브에 통합된다.
도 2는 도 1에 도시된 흐름 제어 요소의 상부 사시도이다.
도 3은 도 2의 흐름 제어 요소의 상부 사시도, 단면도이다.
도 4는 도 3의 흐름 제어 요소의 상부 사시도, 부분 확대도이다.
도 5는 도 4의 라인 5-5를 따라 취해진 흐름 제어 요소의 일부의 단면도이다.
도 6은 흐름 제어 요소에 포함된 한 쌍의 통로의 평면도이다.
도 7은 통로의 예시적인 구성의 상부 사시도이다. 그리고
도 8은 도 7에 도시된 통로의 저면도이다.

도면 및 상세한 설명에서는 동일한 구성요소를 나타내기 위해 공통 참조번호를 사용하였다.

첨부된 도면과 관련하여 아래에 설명된 상세한 설명은 흐름 제어 요소의 특정 실시예에 대한 설명으로 의도되며 개발되거나 활용될 수 있는 유일한 형태를 나타내도록 의도되지 않는다. 설명은 예시된 실시예와 관련하여 다양한 구조 및/또는 기능을 설명하나, 동일하거나 동등한 구조 및/또는 기능이 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된 상이한 실시예에 의해 달성될 수 있음을 이해해야 한다. 제 1 및 제 2 등과 같은 관계 용어의 사용은 그러한 엔티티(entity) 사이의 실제 그러한 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 암시하지 않고 하나의 엔티티를 다른 엔티티와 구별하기 위해 단독으로 사용된다는 것이 더 이해된다.

이제 도면을 참조하면, 도면은 본 개시내용의 바람직한 실시양태를 예시하기 위한 것이며 이를 제한하기 위한 것이 아니라, 적층 제조 방법을 위해 특별히 최적화될 수 있는 복수의 3차원 구불구불한 흐름 통로(12)를 갖는 흐름 제어 요소(10)가 도시되어 있다. 흐름 통로(12)의 구성은 흐름 제어 요소(10)의 적층 제조 동안 흐름 제어 요소(10)에 대한 지지를 제공하도록 구성될 수 있다. 흐름 통로(12)는 주어진 흐름 제어 요소(10) 내의 흐름 통로(12)의 수를 최대화할 수 있는 중첩된 구성으로 흐름 제어 요소(10) 내에 배열될 수 있다. 흐름 제어 요소(10)의 고유한 구성은 흐름 제어 요소(10)의 외경 및/또는 높이의 크기를 기존 장치에 비해 약 30% 감소시킬 수 있다. 따라서, 흐름 제어 요소(10)는 물론, 흐름 제어 요소(10)를 수용하는 대응하는 제어 밸브의 전체 크기 및 비용의 감소가 달성될 수 있다. 이와 같이, 흐름 제어 요소(10)는 더 작은 흐름 제어 시스템 또는 공간 제한이 있는 흐름 제어 시스템에서 사용하기에 적합할 수 있다.

이제 구체적으로 도 1을 참조하면, 흐름 제어 요소(10)는 밸브 본체(16)를 갖는 예시적인 제어 밸브(14)에 통합되어 도시되어 있다. 밸브 본체(16)는 입구(18), 출구(20), 및 입구(18)와 출구(20) 사이에 위치한 갤러리(gallery)(22)를 포함한다. 흐름 제어 요소(10)는 유체가 입구(18)에서 출구(20)로 흐를 때 유체가 흐름 제어 요소(10)를 통과하도록 갤러리(22)에 위치된다. 밸브 플러그(24)는 흐름 제어 요소(10)를 통과할 수 있는 유체의 양, 따라서 출구(20)를 통해 흐를 수 있는 유체의 양을 제어하기 위해 흐름 제어 요소(10)에 대해 왕복으로 위치될 수 있다. 도 1에 도시된 제어 밸브(14)에 포함된 플러그(24)는 흐름 제어 요소(10) 내부에 위치되고 유체 흐름을 허용하도록 흐름 제어 요소(10)에 형성된 통로(12)를 노출시키도록 상승된다. 플러그(24)는 유체 흐름을 차단하기 위해 흐름 제어 요소(10)에 형성된 통로(12)를 덮도록 플러그(24)에 대해 낮아질 수 있다. 따라서, 플러그(24)를 올리거나 내림으로써, 흐름 제어 요소(10)를 통과할 수 있는 유체의 양이 제어될 수 있다. 밸브 플러그(24)는 흐름 제어 요소(10)에 대한 밸브 플러그(24)의 선택적인 상승 및 하강을 용이하게 하기 위해 축방향 왕복 밸브 스템(26)에 연결될 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 흐름 제어 요소(10)는 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 단일 구조로서 형성될 수 있는 요소 본체(28)를 포함한다. 요소 본체(28)는 본체 축(30)을 정의하고 이에 따라 배치되는 일반적으로 환형 구조일 수 있다. 요소 본체(28)는 제1(상부) 표면(32) 및 대향하는 제2(하부) 표면(34)을 갖는다. 요소 본체(28)는 제1 및 제2 표면(32, 34) 사이에서 연장되는 내주면(34) 및 외주면(36)을 추가로 포함한다. 내주면(34)은 본체 축(30)을 따라 연장되는 중앙 보어를 정의하며, 즉 축(30)은 일반적으로 원형 단면 프로파일을 갖는 중앙 보어(bore)에 공통이다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 예시적인 제어 밸브(14)에서, 전술한 플러그(24)는 요소 본체(28)의 중앙 보어 내에서 왕복 운동할 수 있다.

요소 본체(28)에 형성된 복수의 통로(12)는 내주면(34)과 외주면(36) 사이에서 연장된다. 각 통로(12)는 내주면(34)의 내부 개구(38)와 외주면(36)의 외부 개구(40)를 형성한다. 각각의 통로(12)는 또한 내부 개구(38)와 외부 개구(40) 사이에 구불구불한 구성을 정의할 수 있고, 따라서 적어도 2개의 축을 따라 또는 평행하게 연장될 수 있다. 구불구불한 구성은 내부 및 외부 주변 표면(34, 36) 사이의 각 통로(12)의 일련의 굽힘 또는 비틀림을 초래한다.

통로(12)는 흐름 제어 요소(10) 상의 공간을 최적화하는 방식으로 배열될 수 있으며, 동시에 그의 적층 제조(예를 들어, 층별 방식으로 흐름 제어 요소(10)의 형성)도 허용한다. 일 실시예에서, 통로(12)는 복수의 축방향 어레이로 배열될 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 통로(12)는 흐름 제어 요소(10)의 둘레 주위에 축방향 수직 어레이로 정렬된다. 다시 말해, 도 2에 도시된 관점에서 볼 때, 통로(12)는 요소 본체(28)의 둘레에 걸쳐 있는 일반적으로 수직 열의 어레이로 제공되며, 따라서 이러한 각 열의 통로(12)는 서로 수직으로 정렬된다. 이들 열 각각은 본체 축(30)에 일반적으로 평행한 각각의 열 축을 따라 연장된다. 이와 관련하여, 통로(12)의 주어진 어레이 또는 열에 관하여, 어레이 상의 각 통로(12)의 내부 개구(38)는 열 축 및 축(30) 모두에 일반적으로 평행한 공통 내부 축을 따라 놓여 있다. 유사한 방식으로, 어레이 상의 각 통로(12)의 외부 개구(40)는 열 축과 축(30) 모두에 일반적으로 평행한 공통 외부 축을 따라 놓여 있다. 이와 같이, 각각의 어레이 또는 축에서, 통로(12)는 서로의 상부에 적층될 수 있다. 어레이 구성을 설명하기 위해 도 2에 도시된 실시예에서, 제1 어레이는 제1 열 축(42)과 정렬되고 제2 어레이는 제2 열 축(44)과 정렬된다. 알 수 있는 바와 같이, 어레이는 서로 이격되어 있으며 요소 본체(28)의 전체 원주 둘레에 위치된다.

하나의 어레이 또는 열에서 통로(12)의 배열은 인접한 어레이 또는 컬럼에서 통로(12)의 배열에 비해 약간 이격되거나, 오프셋되거나, 엇갈릴 수 있는 것으로 고려된다. 다시 말해, 인접한 어레이의 통로(12)는 본체 축(30)에 평행한 방향으로 서로에 대해 약간 오프셋될 수 있다. 이와 관련하여, 본체 축(30)에 수직인 주어진 원주방향 축은 오프셋 배열로 인해 인접한 통로(12)를 통과하지 않고 하나의 통로(12)를 통과할 수 있다. 통로(12)의 오프셋 구성은 통로(12)가 도 2-4에 도시된 관점에서 볼 때와 같이 일반적으로 나선형 또는 나선형 어레이로 제공되는 결과를 초래할 수 있다. 다시 말해서, 통로(12)의 오프셋 또는 비틀림은 통로(12)가 요소 본체(28) 주위로 연장되는 나선형 축을 따라 정렬되는 결과를 초래할 수 있다.

인접한 어레이에서 통로(12)의 오프셋 또는 비틀림은 밸브 플러그(24)가 밸브(14) 내에서 열리거나 닫힐 때 동일 평면 갭 및 데드 밴드를 제거하거나 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 플러그(24)가 흐름 제어 요소(10)의 중앙 보어 내에서 상승 또는 하강함에 따라, 인접한 어레이의 통로(12)는 동시에 덮이거나 덮이지 않는 것이 아니라 순차적으로 덮이거나 덮이지 않을 수 있다.

흐름 제어 요소(10)의 예시적인 실시예가 전술한 방식으로 오프셋되거나 엇갈린 통로(12)를 포함하지만, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예에서, 인접한 어레이 또는 열의 통로(12)는 도 2에 도시된 것과 같은 관점에서 볼 때, 그것들은 축(30)을 둘러싸는 각각의 공통 원주 축을 따라 연장되는 일반적으로 원형 행의 적층된 시리즈로 제공된다. 따라서, 이 대안적인 배열에서, 그리고 다시 도 2에 도시된 투시도를 참조하면, 통로(12)는 공통 열의 통로와 수직으로 정렬되고 공통 주변 행의 통로와 추가로 수평으로 정렬된다.

도 3은 공통 수직 열 또는 어레이를 따라 정렬된 통로(12)의 내부 구성을 예시하기 위한 요소 본체(28)의 수직 단면도이고, 점선 화살표는 각각의 통로(12)를 통한 예시적인 유체 흐름을 나타내며, 유체는 반경 방향 외향으로 흐른다.

도 4는 흐름 제어 요소(10)의 일부의 부분 상부 사시도로서, 요소 본체(28) 내의 통로(12)의 내부 중첩 및 배열을 나타내기 위해 다양한 통로(12)가 점선으로 도시되어 있다. 통로(12)는 흐름 제어 요소(10) 내에 끼워질 수 있는 통로(12)의 수를 최대화하기 위해 통로(12)가 서로 옆에 포개질 수 있도록 구성이 동일하거나 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 하나의 통로(12)는 인접한 통로(12)의 안쪽으로 연장되거나 오목한 부분 내에 중첩되는 돌출 또는 볼록한 부분을 포함할 수 있다.

이제 도 5-8을 참조하면, 각각의 통로(12)는 그것을 통해 흐르는 유체의 원하는 유체 특성의 달성을 용이하게 하고 통로(12)가 적층 제조 기술을 통해 형성된 구조에서 함께 중첩되게 하는 구성을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 그리고 도 2-4 및 6에 도시된 참조의 관점/프레임에 따르면, 각 통로(12)는 베이스 표면(46), 한 쌍의 측면(48, 50) 및 한 쌍의 경사 표면(52, 54)을 포함한다. 베이스 표면(46)은 일반적으로 평면일 수 있고 본체 축(30)에 대해 수직으로 연장될 수 있다. 한 쌍의 측면(48, 50)은 모두 서로에 대해 일반적으로 대향하는 관계로 베이스 표면(46)으로부터 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 측면(48, 50)은 확인이 유사하고 일반적으로 서로 평행하다. 도 6에 도시된 바와 같이, 흐름 제어 요소(10)의 제조를 용이하게 하기 위해 사용되는 바람직한 적층 제조 공정에 따르면, 베이스 표면(46)과 측면(48, 50)의 각각의 것 사이의 접합부는 날카로운 90도 코너에 의해 정의되지 않을 것이다. 오히려, 각 과도 영역은 아치형 또는 반경 프로파일을 갖는다.

경사면(52, 54)은 각각의 측면(48, 50)으로부터 연장된다. 경사면(52, 54)은 경사면(52, 54)의 교차점에서 피크를 정의하기 위해 서로를 향해 연장된다. 도 6에 추가로 도시된 바와 같이, 흐름 제어 요소(10)의 제조를 용이하게 하기 위해 사용되는 바람직한 적층 제조 공정에 따르면, 경사진 표면(52, 54) 사이의 접합부는 날카로운 90도 코너에 의해 정의되지 않을 것으로 고려된다. 오히려, 앞서 언급한 과도기 영역 또는 피크는 아치형 또는 반경 프로파일을 가질 것이다. 경사진 표면(52, 54)의 형상 및 배열은 특히 흐름 제어 요소(10)의 제조 공정 동안에 대응하는 통로(12)에 강도 및 구조적 완전성을 제공하는 것을 도울 수 있다. 또한, 경사진 표면(52, 54)은 흐름 제어 요소(10)의 상부 통로(12)에 구조 지지를 제공할 수 있다.

측면(48, 50)은 양 측면(48, 50)에 수직인 방향으로 측면(48, 50) 사이의 거리로서 통로(12)의 폭(W)을 정의할 수 있다. 통로(12)의 폭(W)은 원하는 유체 특성을 용이하게 하기 위해 좁은 부분과 넓은 부분을 포함하도록 통로(12)를 따라 변할 수 있다. 도 8에 도시된 예시적인 실시예에서, 폭은 유체 팽창을 제어하기 위해 내부에서 외부로(즉, 내주면(34)의 내부 개구(38)에서 외주면(36)의 외부 개구(40)까지) 증가한다. 이와 관련하여, 통로(12)는 내부 개구(38)에서 제1 폭(W1) 및 외부 개구(40)에서 더 큰 제2 폭(W2)을 규정할 수 있다. 그러나, 흐름 제어 요소(10)가 통합되는 제어 밸브(14)를 통한 유체 흐름의 방향에 따라, 폭이 외부에서 내부로(즉, 외주면(36)의 외부 개구(40)에서 내주면(34)의 내부 개구(38)까지) 증가하는 반대 구성이 사용될 수 있음이 고려된다.

이제 구체적으로 도 8을 참조하면, 위에서 나타낸 바와 같이, 각각의 통로(12)는 제1 측면(48) 및 제2 측면(50)에 의해 부분적으로 정의된다. 제1 측면(48)은 폭(W1)을 갖는 단부 개구(내측 또는 외측)에 근접한 내부 세그먼트(56) 및 폭(W2)을 갖는 단부 개구(내측 또는 외측)에 근접한 외측 세그먼트(62)를 포함한다. 내부 세그먼트(56)와 외부 세그먼트(62) 사이에는 복수의 중간 세그먼트(60)가 연장되어 있다. 공통 기준 축(64)에 대해, 내부 세그먼트(56)는 그와 일치하는 반면, 중간 및 외부 세그먼트(60, 62)는 각각 그에 대해 규정된 각도로 연장된다. 중간 세그먼트(60)의 인접한 쌍은 일련의 정점(apexes)(A_1-3)과 골(valleys)(V_1-4)을 정의할 수 있다. 즉, 정점 A_1-3 및 골 V_1-4 각각은 중간 세그먼트(60)의 인접한 쌍에 의해 정의된다. 정점(A_1-3)은 공통 축(64)에 상주하도록 위치될 수 있는 제1 세트를 정의한다. 골(V_1-4) 각각은 공통 축(64)으로부터 각각의 거리(d)만큼 이격될 수 있다. 특히, 골(V₁)은 공통 축(64)으로부터 거리(d1)만큼 이격되고, 골(V₂)은 공통 축(64)으로부터 거리(d2)만큼 이격되고, 골(V₃)은 공통 축(64)으로부터 거리(d3)만큼 이격되고, 골(V₄)은 거리(d4)만큼 공통 축(64)으로부터 이격된다. d1의 크기는 d4보다 작은 d3보다 작은 d2보다 작다. 이와 관련하여, 공통 축(64)으로부터 골(V_1-4)의 분리 거리는 폭(W1)의 단부 개구(내부 또는 외부)로부터의 분리 거리가 증가함에 따라 증가한다.

제2 측면(50)은 제1 측면(48)과 유사하다. 특히, 제2 측면(50)은 폭(W1)을 갖는 단부 개구(내측 또는 외측)에 근접한 내부 세그먼트(66) 및 폭(W2)을 갖는 단부 개구(내측 또는 외측)에 근접한 외측 세그먼트(70)를 포함한다. 내부 및 외부 세그먼트(66, 70) 사이에는 복수의 중간 세그먼트(68)가 연장되어 있다. 공통 기준 축(64)에 대해, 내부 세그먼트(66)는 그에 대해 일반적으로 평행한 관계로 이격되어 연장되는 반면, 중간 및 외부 세그먼트(68, 70)는 각각 그에 대해 규정된 각도로 연장된다. 중간 세그먼트(68)의 인접한 쌍은 일련의 정점(_A4-7)과 골(V_5-7)을 정의할 수 있다. 즉, 정점(A_4-7) 각각과 골(V_5-7) 각각은 중간 세그먼트(68)의 인접한 쌍에 의해 정의된다. 정점(A_4-7)은 공통 축(64)에 상주하도록 위치될 수 있는 제2 세트를 정의한다. 골(V_5-7) 각각은 공통 축(64)으로부터 각각의 거리(d)만큼 이격될 수 있다. 특히, 골(V₅)은 공통 축(64)으로부터 거리(d5)만큼 이격되고, 골(V₆)은 공통 축(64)으로부터 거리(d6)만큼 이격되고, 골(V₇)은 공통 축(64)으로부터 거리(d7)만큼 이격되어 있다. d5의 크기는 d7보다 작은 d6보다 작다. 이와 관련하여, 공통 축(64)으로부터 골(V_5-7)의 분리 거리는 폭(W1)의 단부 개구(내부 또는 외부)로부터의 분리 거리가 증가함에 따라 증가한다.

양쪽 측면(48, 50)의 모든 정점(A_1-7)이 공통 축(64) 상에 존재하도록 통로(12)를 구성함으로써, 유체가 통로(12)의 중앙을 통해 일정한 선형 경로로 흐르는 것이 방지된다. 따라서, 통로(12)를 통해 흐르는 전체 유체는 구불구불한 구성을 통해 흐를 때 경로를 변경하도록 강제되어 유체에서 원하는 압력 강하를 촉진한다. 당업자는 각각의 통로(12)가 구불구불하지만, 그 폭이 d1-d7 사이에 변동이 없도록 그 전체 길이를 따라(즉, 이에 의해 정의된 내부 및 외부 개구 사이) 일정하도록 대안적으로 구성될 수 있음을 인식할 것이다.

통로(12)의 폭(W)의 변화에 더하여, 통로(12)의 높이 변화는 또한 통로(12)를 통해 흐르는 유체의 원하는 유체 특성을 용이하게 하기 위해 흐름 제어 요소(10)에 통합될 수 있음이 고려된다. 통로(12)의 높이(H)는 경사면(52, 54)에 의해 정의되는 정점(55)과 베이스 표면(46) 사이의 거리를 나타낼 수 있다. 통로(12)의 높이(H)는 원하는 유체 특성을 용이하게 하기 위해 낮은 부분과 높은 부분을 포함하도록 통로(12)를 따라 변할 수 있다. 도 7에 도시된 예시적인 실시예에서, 높이(H)는 유체 팽창을 제어하기 위해 내부에서 외부로(즉, 내주면(34)의 내부 개구(38)에서 외주면(36)의 외부 개구(40)까지) 증가한다. 이와 관련하여, 통로(12)는 내부 개구(38)에서 제1 높이(H1) 및 외부 개구(40)에서 더 큰 제2 높이(H2)를 규정할 수 있다. 하지만, 흐름 제어 요소(10)가 통합되는 제어 밸브(14)를 통한 유체 흐름의 방향에 따라, 높이 H가 외부에서 내부로(즉, 외주면(36)의 외부 개구(40)에서 내주면(34)의 내부 개구(38)까지) 증가하는 반대 구성이 사용될 수 있음이 고려된다.

흐름 제어 요소(10)의 구성은 통로(12)를 포함하는 데 사용되는 재료의 양을 상당히 감소시킴으로써 디스크 스택으로 형성된 종래의 흐름 제어 요소에 비해 흐름 제어 요소(10)의 전체 크기를 감소시킬 수 있다. 이와 관련하여, 흐름 제어 요소(10)를 수용하는 제어 밸브(14)의 크기는 감소될 수 있다. 또한, 감소된 크기는 해양 플랫폼 및 해양 선박과 같이 공간 제약이 심한 시설에 구불구불한 경로 밸브의 설치를 용이하게 할 수 있다.

전술한 것은 적층 제조를 통해 형성될 수 있는 흐름 제어 요소(10)의 다양한 실시예를 설명하고, 이는 3차원 인쇄, 레이저 소결, 또는 당업자에 의해 알려지거나 나중에 개발되는 다른 층별 제조 기술을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 이러한 노선을 따라, 흐름 제어 요소(10)의 제조를 용이하게 하기 위해 잠재적으로 사용될 수 있는 성형 기술은 예를 들어, 그 개시 내용이 본원에 참조로 포함되는 출원인의 미국 특허 제8,826,938호에 설명되어 있다.

본 명세서에 도시된 세부사항은 단지 예시적인 논의의 목적을 위한 것이며, 본 개시내용의 다양한 실시예의 원리 및 개념적 측면의 가장 유용하고 쉽게 이해되는 설명을 제공하기 위해 제시되지 않는다. 이와 관련하여, 다양한 실시예의 상이한 특징의 근본적인 이해를 위해 필요한 것보다 더 많은 세부사항을 보여주려는 시도는 없으며, 도면과 함께 취해진 설명은 이들이 실제로 어떻게 구현될 수 있는지를 당업자에게 명백하게 한다.

Claims

제1면;
제1면에 대해 이격된 제2면;
제1면과 제2면 사이에서 연장되고 본체 축을 따라 연장되는 중심 보어를 정의하는 내주면;
내주면에 대해 이격되어 제1면과 제2면 사이에서 연장되는 외주면; 및
각각의 통로가 서로 대향하는 관계로 연장되는 한 쌍의 측면 및 한 쌍의 측면 중 각각의 측면으로부터 서로를 향해 연장되는 한 쌍의 경사면을 갖는, 내주면과 외주면 사이에서 연장되는 복수의 통로 - 복수의 통로 중 적어도 2개는 본체 축에 평행한 방향으로 오프셋되어 있음 - ;를 갖는
단일 구조로 형성되고 본체 축을 중심으로 배치되는 요소 본체:를 포함하는, 흐름 제어 요소.
제1항에 있어서,
복수의 통로는 복수의 축방향 어레이로 배열되고, 각각의 어레이는 본체 축에 평행한, 흐름 제어 요소.
제2항에 있어서,
복수의 통로중 각각은 외주면에 개구를 포함하고, 인접한 어레이의 통로의 개구는 본체 축에 평행한 방향으로 서로에 대해 오프셋되는, 흐름 제어 요소.
제1항에 있어서,
복수의 통로중 각각은 적어도 2개의 축을 따라 연장되는, 흐름 제어 요소.
제4항에 있어서,
한 쌍의 측면 각각은 서로 인접하고 그 사이에 정점을 정의하는 적어도 2개의 각진 중간 세그먼트를 포함하는, 흐름 제어 요소.
제5항에 있어서,
한 쌍의 측면 각각은 공통 축을 따라 정렬된 제1 세트의 정점을 갖는 제1 측면을 포함하는, 흐름 제어 요소.
제6항에 있어서,
한 쌍의 측면 각각은 공통 축을 따라 정렬된 제2 세트의 정점을 갖는 제2 측면을 포함하는, 흐름 제어 요소.
제1항에 있어서,
복수의 통로중 각각은 한 쌍의 측면 사이의 수직 거리로서 폭을 정의하고, 복수의 통로중 각각은 폭이 통로를 따라 변하도록 구성되는, 흐름 제어 요소.
유체 입구 및 유체 출구를 갖는 밸브 하우징;
유체 입구와 유체 출구 사이의 밸브 하우징 내에 배치되고 단일 구조로 형성되고 중심축 주위에 배치되는 흐름 제어 요소로서, 흐름 제어 요소는:
제1면;
제1면에 대해 이격된 제2면;
제1면과 제2면 사이에서 연장되고 본체 축을 따라 연장되는 중심 보어를 정의하는 내주면;
내주면에 대해 이격되어 제1면과 제2면 사이에서 연장되는 외주면; 및
각각의 통로가 서로 대향하는 관계로 연장되는 한 쌍의 측면 및 한 쌍의 측면 중 각각의 측면으로부터 서로를 향해 연장되는 한 쌍의 경사면을 갖는, 내주면과 외주면 사이에서 연장되는 복수의 통로;를 포함하는, 유체 제어 밸브.
제9항에 있어서,
복수의 통로는 복수의 축방향 어레이로 배열되고, 각각의 어레이는 본체 축에 평행한, 유체 제어 밸브.
제10항에 있어서,
복수의 통로중 각각은 외주면에 개구를 포함하고, 인접한 어레이의 통로의 개구는 본체 축에 평행한 방향으로 서로에 대해 오프셋되는, 유체 제어 밸브.
제9항에 있어서,
복수의 통로중 각각은 적어도 2개의 축을 따라 연장되는, 유체 제어 밸브.
제12항에 있어서,
한 쌍의 측면은 각각 서로 인접하고 그 사이에 정점을 정의하는 적어도 2개의 각진 중간 세그먼트를 포함하는, 유체 제어 밸브.
제13항에 있어서,
한 쌍의 측면 각각은 공통 축을 따라 정렬된 제1 세트의 정점을 갖는 제1 측면을 포함하는, 유체 제어 밸브.
제14항에 있어서,
한 쌍의 측면 각각은 공통 축을 따라 정렬된 제2 세트의 정점을 갖는 제2 측면을 포함하는, 유체 제어 밸브.
제9항에 있어서,
복수의 통로중 각각은 한 쌍의 측면 사이의 수직 거리로서 폭을 정의하고, 복수의 통로중 각각은 폭이 통로를 따라 변하도록 구성되는, 유체 제어 밸브.
제1면;
제1면에 대해 이격된 제2면;
제1면과 제2면 사이에서 연장되고 본체 축을 따라 연장되는 중심 보어를 정의하는 내주면;
내주면에 대해 이격되어 제1면과 제2면 사이에서 연장되는 외주면; 및
내주면과 외주면 사이에서 연장되는 복수의 통로 - 각각의 통로는 내주면에 내부 개구를 갖고 외주면에 외부 개구를 가지며, 통로는 수직 기둥의 배열로 존재하되, 각각의 수직 기둥의 통로는 서로 수직 정렬되어 있고 본체 축과 평행한 기둥 축을 따라 위치하며, 수직 기둥 중 어느 하나의 통로는 본체 축에 평행한 방향으로 수직 기둥 중 어느 하나의 통로에 대해 오프셋되어 통로가 요소 본체 주위에 나선형 배열로 제공됨 -;를 포함하는
단일 구조로 형성되고 본체 축을 중심으로 배치되는 요소 본체:를 포함하는, 흐름 제어 요소.
제17항에 있어서,
각각의 통로가 적어도 2개의 축을 따라 연장되는, 흐름 제어 요소.
제17항에 있어서,
각각의 통로가 서로 대향하여 연장되는 한 쌍의 측면과, 한 쌍의 측면 중 각각의 측면으로부터 서로를 향해 연장되는 한 쌍의 경사면을 갖는, 흐름 제어 요소.
제19항에 있어서,
각각의 통로는 한 쌍의 측면 사이의 수직 거리로서 폭을 정의하고, 각각의 통로는 폭이 통로의 길이를 따라 변하도록 구성되는, 흐름 제어 요소.