流体流动控制装置以及相关的系统和方法与流程

工程元件,部件;绝热;紧固件装置的制造及其应用技术流体流动控制装置以及相关的系统和方法1.相关申请的交叉引用2.本技术要求于2020年1月15日提交的美国临时专利申请，申请号为62/961,582、题为“fluid flow control devices and related systems and methods(流体流动控制装置以及相关的系统和方法)”的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。技术领域3.本公开总体上涉及流体流动控制装置。例如，本公开的实施方式涉及被构造成使穿过控制阀的流体的至少一种特征和/或特性(例如，压力)改变的装置以及相关的系统、组件和方法。背景技术：4.在许多工业领域中，通常需要使管路或阀内的流体(液体和气体两者)的压力和能量降低。为此目的，可以采用一个或更多个控制装置。已经提出了用于控制装置的各种设计。例如，装置可以被用于将通过装置的流动划分成多个独立的流，这些独立的流被构造为装置内的多个曲折的流体流动路径，这些流体路径可以是互连的或独立的。在流体穿过曲折的流体流动路径时，流体会多次改变方向。此外，在流体行进通过曲折的流体流动路径时，流体流动路径的总横截面积可以增大以提供流体在流动路径内的速度的减小。由于路径的壁之间的摩擦、流体方向的快速变化以及膨胀室或收缩室所导致的损失，流体的流体压力和能量沿这些路径部分地耗散。这些装置可以包括通常被称为曲折路径修整装置的装置。5.流体流动控制装置通常被设置在诸如控制阀之类的阀的本体内，该阀具有通常被构造成将流体从进口朝向中空筒形流体流动控制装置引导的本体。该阀还可以被构造成将穿过流体流动控制装置的流体朝向流体出口引导至该阀的外部。该阀可以包括活塞、球状件、盘状件、或构造成被插入到阀的中央区域以将通过阀的流体流中断并且关闭该阀的其他装置。6.加压流体包含所储存的机械势能。流体流动控制装置通过降低流体的压力和速度来耗散这种能量。在流体流动通过流体通路时，流体流可能是湍流的。湍流流体具有相关联的压力和速度波动，这些波动作用于流体流动的管道和流体控制装置的结构元件。压力和速度波动可能伴随有诸如腐蚀、噪声、振动和气蚀之类的其他问题，这通常是由流体压降引起的。在许多应用中，这些伴随的问题是流体流动控制装置的不期望的或不可接受的特征。常规的流体流动控制装置没有充分地限制与和流体相关联的压力和速度波动相关联的问题。技术实现要素：7.本公开的各种实施方式包括克服常规的流体流动控制装置的许多问题并提供操作益处的流体流动控制装置、系统和方法。本公开描述了包括流体路径的流动控制装置的实施方式，这些流体路径被构造成更好地控制与流动控制相关联的气蚀、振动和其他问题。8.在一些实施方式中，流体流动控制装置可以包括：本体，该本体限定有至少一个流体入口、至少一个流体出口、以及流体流动通道的一部分，该流体流动通道将至少一个流体入口与至少一个流体出口连接；以及插塞件，该插塞件被至少部分地定位在本体内，并且限定有穿过塞的至少一个孔口，该插塞件的至少一个孔口对流体流动通道的另一部分进行限定。其中，在插塞件的第一位置中，至少一个孔口被构造成与流体流动通道对准，以对至少一个流体入口与至少一个流体出口之间的至少部分曲折的路径进行限定；以及在插塞件的第二位置中，至少一个孔口被构造成至少部分地阻挡流体流动通道，以至少部分地对沿着流体流动通道的流体流进行抑制。9.在一些实施方式中，流体流动控制系统包括：流体入口；流体出口；以及阀，该阀具有被定位在流体入口与流体出口之间的流体流动控制装置。流体控制装置对流体入口与流体出口之间的流体通路进行限定。流体流动控制装置包括：壳体，该壳体具有被限定在壳体中的至少一个连接过道(connecting passageway)；以及插塞件，该插塞件被至少部分定位在壳体内。其中，在插塞件的第一位置中，插塞件中的一个或更多个开口和壳体中的至少一个连接过道被构造成对流体入口与流体出口之间的流体通路进行限定；以及，在插塞件的第二位置中，插塞件被构造成至少部分地对沿着流体入口与流体出口之间的流体通路的流体流进行抑制。10.附加的实施方式包括用流体流动控制装置来将流体压力降低的方法。该方法包括：将插塞件在壳体中定位在第一关闭位置中，以至少部分地对通过流体流动控制装置的流体流进行抑制；以及将插塞件在壳体中定位在第二打开位置中，以使流体流能够通过流体流动控制装置。将插塞件在壳体中定位在第二打开位置中包括：将流体流引导通过流体流控制装置中的进口；将流体流引导通过插塞件中的孔口；将流体流的方向改变；以及将流体流引导通过流体流动控制装置中的出口。附图说明11.图1是包括根据本公开的实施方式的流体流动控制装置的系统的示意图。12.图2是根据本公开的实施方式的流体流动控制装置的局部横截面图。13.图3是根据本公开的实施方式的流体流动控制装置的侧视图。14.图4是根据本公开的实施方式的流体流动控制装置的一部分。15.图5是根据本公开的实施方式的流体流动控制装置的侧视图。16.图6是根据本公开的实施方式的流体流动控制装置的局部横截面图。17.图7是根据本公开的实施方式的流体流动控制装置的局部横截面图。18.图8是根据本公开的实施方式的流体流动控制装置的压力分布的图形表示。具体实施方式19.在某些情况下，本文中呈现的图示不是任何特定流体流动控制装置或相关系统或部件的实际视图，而仅仅是被用于描述本公开的理想化表示。在下面的详细描述中，参考了附图，这些附图形成了详细描述的一部分，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实施本公开的具体实施方式。对这些实施方式进行了足够详细的描述，以使本领域的普通技术人员能够实施本公开。然而，可以使用其他实施方式，并且可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构、逻辑和电气上的改变。20.本文中呈现的图示并不意味着是任何特定装置或系统的实际视图，而仅仅是被用于描述本公开的实施方式的理想化表示。本文中呈现的附图不一定是按比例绘制的。此外，附图之间共有的元件可以保持相同或具有相似的附图标记。21.如本文中所使用的，诸如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”等之类的相关术语通常用于清楚和方便地理解本公开和附图，并且不暗示或取决于任何特定的优先、取向或顺序，除非上下文另有明确说明。22.如本文中所使用的，术语“和/或”意指并包括相关联的所列项目中的一个或更多个所列项目的任意组合和全部组合。23.如本文中所使用的，术语“竖向”和“侧向”指的是图中描绘的取向。24.如本文中所使用的，关于给定参数的术语“基本上”或“大约”意指并包括本领域技术人员将理解给定参数、特性或条件以小的变化程度、诸如在可接受的制造公差范围内来满足的程度。例如，基本上满足的参数可以是至少90％满足、至少95％满足、至少99％满足、或者甚至100％满足。25.如本文中所使用的，术语“流体”可以意指并且包括任何类型和成分的流体。流体可以采取液态形式、气态形式、或它们的组合，并且在一些情况下，流体可以包括一些固态材料(例如，微粒)。在一些实施方式中，流体可以在如本文中所述的冷却过程或加热过程期间在液态形式与气态形式之间转换。在一些实施方式中，术语流体包括气体、液体以及/或者液体和固体的可泵送混合物。26.本公开的各种实施方式包括可以使流动通过装置的流体的至少一种特征(例如，压力、流动速度或其他流动特征、温度、物理状态等)改变的流体流动控制装置、系统和方法。例如，该装置可以提供压降(例如，多级压降)，可选地具有一个或更多个扩大过道。27.图1是包括流体流动控制装置102的系统100的示意图。如图1中所示，系统100可以包括用于向控制装置102提供流体和/或从控制装置102接纳流体的一个或更多个部件。例如，系统100可以包括上游流体进口部件104(例如，用于提供高压流体的部件，该高压流体例如来自精炼过程、电力过程或石油生产过程)和/或下游流体出口部件106(例如，用于接纳低压流体的部件，例如，流体排放口)。在一些实施方式中，上游流体进口部件104和下游流体出口部件106可以是系统100的阀的进口和出口，其中，流体流动控制装置102包括阀，或作为整个阀的单独部件被放置在阀中。28.通过流体流动控制装置102的流动可以由致动器108(例如，手动致动器、电子致动器、液压致动器等)来调节，该致动器可选地联接至控制系统。流体流动控制装置102可以使从流体进口部件104通过控制装置102流动至流体出口部件106的流体的至少一个特征和/或特性(例如，压力、流动速度/流动速率或其他流动特征、温度、物理状态等)改变。例如，控制装置102可以用于使从流体进口部件104行进至流体出口部件106的流体中的压力降低。29.图2是流体流动控制装置200的局部横截面图，该流体流动控制装置200可以类似于和/或包括本文中所讨论的任何其他流体控制装置的任何各种部件，并且被用在流体流动系统(例如，系统100(图1))中。如图2中所示，控制装置200可以包括具有流体进口205和流体出口206的阀202。阀202可以包括本体或壳体204(例如，外壳体)，该本体或壳体204可以包括至少部分地被外衬套210包围的内壳体208(例如，该外衬套210可以收缩配装在内壳体208上)。阀元件或插塞件212可以设置在壳体204中(例如，在内壳体208内)并且可以相对于壳体204是可移动的(例如，可旋转的、可平移的、它们的组合等)。例如，示例，插塞件212可以相对于壳体204旋转选定的量(例如，大致60度、90度、180度等)。30.插塞件212可以包括用于与致动装置(例如，致动器108(图1))联接的上部部分(例如，杆213)。在一些实施方式中，一个或更多个密封件(例如，o形环、衬垫、填料)可以被定位成围绕插塞件212(例如，靠近杆213和/或流体出口206)，从而提供插塞件212与壳体204之间的密封，以至少部分地防止流体泄漏。31.在一些实施方式中，流体进口205和/或出口206可以包括坐置部或密封件214，该坐置部或密封件214用于抵靠上游部件、下游部件和/或插塞件212(例如，流体进口部件104(图1)和插塞件212)进行密封。例如，由于坐置部214穿过外衬套210和内壳体208延伸至插塞件212，因此坐置部214可以对流体进口205进行限定。在一些实施方式中，坐置部214可以包括外部分(例如，坐置部环)和内部分(例如，坐置部环衬垫)，该外部分用于抵靠相邻的外部部件(例如，流体进口部件104)进行密封，该内部分用于抵靠插塞件212进行密封。32.如所描述的，在插塞件212的第一打开位置中，壳体204和插塞件212可以对在壳体204内伸长的流体通路216(例如，曲折的通路、迂曲的通路、迷宫的通路、之字形通路等)进行限定。例如，插塞件212可以包括位于插塞件212中(例如，沿轴线、例如插塞件212的纵向轴线l212叠置)的一个或更多个孔口218(例如，孔、开口、腔、槽等)。由于插塞件212向后且向前行进，因此流体通路216可以在多个位置处跨越插塞件212的纵向轴线l212。33.孔口218中的一个或更多个孔口可以包括通孔，该通孔完全延伸穿过插塞件212(例如，穿过插塞件212的宽度或在横向于或垂直于插塞件212的纵向轴线l212的侧向方向上)。例如，孔口218可以在插塞件212的任一侧向侧上敞开，其中中央孔连接侧向开口。如所描述的，孔口218中的一个或更多个孔口(例如，最下部孔口218)可以在侧向方向上不完全延伸穿过插塞件212，但可以改变方向以延伸至与插塞件212的纵向轴线l212相交的开口(例如，在向下方向上延伸以与流体出口206连接)。34.每个孔口218可以连接至壳体204的一个或更多个相邻的流体过道(例如，与沿着插塞件212并围绕插塞件212交错的通道或过道220连接)。例如，插塞件212的第一最上部的孔口218可以将流体进口205与壳体204的内壳体208中的第一连接过道220连接(例如，在所描述的打开位置中)。35.第一连接过道220可以沿轴线(例如，插塞件212的纵向轴线l212)延伸，以将第一孔口218(例如，如图2中描述的最上部的孔口218)连接至塞212中的一个或更多个相邻的孔口218(例如，图2中描述的第二最上部的孔口218)。36.第二最上部的孔口218可以将第一连接过道220连接至第二连接过道220(例如，被定位成与第一连接过道220在插塞件212的相反侧上侧向相对)。37.在一些实施方式中，在第一孔口218与第二孔口218之间的间隔可以大于其余孔口218(例如，以有利于定位坐置部214)。38.第三孔口218可以将第二连接过道220连接至第三连接过道220(例如，被定位成与第一连接过道220对准并且与第二连接过道220在插塞件212的相反侧上侧向相对)。39.第三连接过道220可以将第三孔口218连接至第四最下部孔口218(例如，对流体出口206的一部分进行限定的最下部孔口218)。40.插塞件212中的孔口218中的每个孔口和壳体204中的连接过道220可以限定一级(例如，压降级)。虽然图1的装置102包括七个级，但其他实施方案可以包括更多或更少的级，更多或更少的级包括如应用所规定的孔口218的数量和连接过道220的数量的变化(例如，三个或更多个级、六个级、八至十五个级，或多或少等)。41.如所描述的，并且如以下在图3、图5和图6中更详细地示出的，连接过道220可以均完全延伸穿过内壳体208，以在内壳体208的最外表面处限定侧向开口。外衬套210可以用于包围连接过道220的最外部分并且可以可选地被密封至内壳体208(例如，经由收缩配装和/或其他o形环、衬垫、密封件、填料等)，以至少部分地防止流体泄漏。42.如所描述的，壳体204的一部分(例如，外衬套210)可以将插塞件212容纳在整个壳体204内(例如，以限制插塞件212沿插塞件212的纵向轴线l212在一个或更多个方向上的移动)。43.在一些实施方式中，壳体204的一部分(例如，外衬套210)可以对流体出口206进行限定。如所描述的，在流体出口206从插塞件212的最下部部分延伸时，流体出口206可以增大尺寸(例如，横截面积)。44.在一些实施方式中，插塞件212中的孔口218和壳体204中的连接过道220可以均包括基本上环形的形状(例如，圆形、扁圆形、椭圆形、卵形等)，以对具有基本上倒圆的形状(例如，通常为环形的横截面)的流体通路216进行限定。在另外的实施方式中，孔口218和/或连接过道220可以包括其他横截面形状(例如，正方形、矩形、多边形等)。45.图3是流体流动控制装置300的侧视图，该流体流动控制装置300可以类似于和/或包括本文中所讨论的任何其他流体控制装置的任何各种部件，其中，为了清楚起见，相关联的外衬套(例如，外衬套210(图2))被去除。如图4中所示，流体流动控制装置300被定位在至少部分关闭和/或至少部分打开的位置中，其中，插塞件312中的孔口318仅部分地与过道320连通(例如，暴露于过道320)，而孔口318的其余区域被壳体304(例如，被内壳体308的内表面)阻挡。46.如下所讨论的，这种构型可以在级之间(例如，在每个孔口318与相邻的过道320之间)提供不同大小的压降。例如，行进到插塞件312中的流体受到孔口318的仅部分地被暴露的侧向开口的限制。流体在孔口318内时可以膨胀，以填充孔口318的中央部分。流体的流速或流量再次受到孔口318的另一侧向开口的限制，并且然后流体可以再次膨胀到相邻的下游连接过道320中。因此，取决于流体的特性，流体可以在过渡到孔口318中的过渡部和/或过渡到连接过道320中的过渡部处经历压降。47.如所描述的，孔口318中的全部或一些孔口可以包括基本上环形的形状(例如，圆形、扁圆形等)并且可以不同于相邻的孔口318。此外，尽管图2的实施方式包括基本上圆形横截面的孔口218，但是孔口318中的一些或全部孔口可以具有不同的横截面(例如，扁圆形、椭圆形、卵形)。这种构型可以使用户能够更好地控制通过孔口218的流动，因为与圆形横截面相比，扁圆形横截面可以提供更少的流动。48.如上所述，过道320均完全延伸穿过内壳体308，以在内壳体308的最外表面处限定侧向开口。相关联的外衬套(例如，类似于上面讨论的外衬套210)可以包围连接过道320的最外部分并且可以可选地被密封至内壳体308，以至少部分地防止流体泄漏。49.图4是流体流动控制装置的一部分(例如，插塞件412和坐置部414)。如图4中所示，插塞件412可以与坐置部414抵接(例如，在流体进口405处施加至坐置部414的流体压力下)，以在插塞件412与坐置部414之间形成密封。如所描述的，坐置部414可以具有一个侧部，该侧部具有扇形边的或类似的切口形状以与插塞件412紧密配装。在插塞件412旋转时，孔口418可以与坐置部414接触，以使流体能够从进口405流动到插塞件412的孔口418中，或孔口418可以与坐置部414不接触，以用于由插塞件412的坚固外表面422抑制的流动。50.图5是流体流动控制装置500的侧视图，该流体流动控制装置500可以类似于和/或包括本文中所讨论的任何其他流体控制装置的任何各种部件，其中，为了清楚起见，相关联的外衬套(例如，与壳体504的内壳体508互补的至少部分渐缩的外衬套)被去除。图6是流体流动控制装置500的局部横截面图。51.如图5和图6中所示，流体流动控制装置500可以对流体通路516进行限定，在流体通路516于流体进口505与流体出口506之间(例如，从流体进口505至流体出口506)延伸或行进时，该流体通路516的尺寸(例如，横截面积、直径、侧向方向或纵向方向等)增大。在流体沿着流体进口505与流体出口506之间的流体通路516行进时，这种构型可以用于逐渐改变流体的一种或更多种特性(例如，压降、流体流动特征的变化等)。在这种实施方式中，流体进口505(例如，横截面积)可以小于流体出口506(例如，横截面积)。52.如所描述的，流体流动控制装置500的基部可以大于流体流动控制装置500的上部部分，使得流体流动控制装置500呈现出锥形或渐缩的形状。在一些实施方式中，流体流动控制装置500的端部中的一个或更多个端部可以包括非渐缩(例如，筒形)截面。例如，两个端部可以包括非渐缩的端部截面，其中渐缩截面在端部截面之间延伸(例如，如图5中所描述的)。53.流体流动控制装置500中的插塞件512可以具有互补的锥形或渐缩的形状(例如，不包括插塞件512的保持均匀横截面的上部部分)。在流体流动控制装置500中的插塞件512中的孔口518和连接过道520可以均在尺寸(例如，横截面面积)上逐渐减小，以对沿着流体通路516的在流体进口505与流体出口506之间的长度而在尺寸(例如，横截面面积)上减小的流体通路516进行限定。54.图7是流体流动控制装置700的局部横截面图，该流体流动控制装置700可以类似于和/或包括本文中所讨论的任何其他流体控制装置的任何各种部件，其中，为了清楚起见，相关联的外衬套(例如，与壳体704的内壳体708互补的至少部分台阶状的外衬套)被去除。如图7中所示，在流体通路716在流体进口705与流体出口706之间(例如，从流体进口705至流体出口706)延伸或行进时，流体流动控制装置700可以以与图5和图6的流体流动控制装置类似的方式对尺寸增大(例如，横截面面积、直径、侧向方向或纵向方向等)的流体通路716进行限定。然而，流体流动控制装置700可以呈现出阶状形状而不是锥形或渐缩的形状，其中，插塞件712中的孔口718中的一个或更多个孔口和流体流动控制装置700中的连接过道720包括不同的阶状部724。例如，流体流动控制装置700的对连接过道720进行限定的部分可以具有阶状部724。插塞件712可以是如上所述的渐缩的或筒形的，或者，如所描述的，可以包括类似的阶状部726(例如，与壳体704的阶状部724的内部分互补地接合)。55.在流体沿着流体进口705与流体出口706之间的流体通路716行进并且在阶状部724中的每个阶状部处暴露于流体通路716的较大横截面区域(例如，以基本上渐进的方式，其中在阶状部724附近可能出现较大的压降)时，这种阶状部724和流体通路716的增大尺寸可以用于改变流体的一种或更多种特性(例如，压降、流体流动特性的变化等)。56.图8是流体流动控制装置800的压力分布的图形表示。如图8中所示，在流体进口体积或部件805至流体出口体积或部件806之间延伸的流体通路816中的压力可以从指示相对较高流体压力的较暗颜色逐渐减小至指示相对较低流体压力的较浅颜色。57.在操作中，流体流动控制装置或系统的实施方式(例如，诸如上面讨论的实施方式)可以被用于使行进通过流体流动控制装置或系统的流体的特征和/或特性改变。例如，可以通过将壳体中的插塞件定位在第一关闭位置中以至少部分地抑制通过流体流动控制装置的流体流来用流体流动控制装置而使流体中的压力降低。然后，可以将插塞件部分地或全部地移动至第二打开位置，以使流体能够从进口流动通过流体流动控制装置并且流动通过插塞件中的孔口(例如，孔口从第一侧向侧部完全穿过插塞件延伸至插塞件的第二相反侧向侧部)。58.如上所讨论的，当在部分打开位置中时，压降可能存在于装置中的每一级之间。在完全打开位置中，可以提供压降和/或速度降低(例如，经由在流体流动控制装置的连接过道中提供的相对较大的体积，经由在流体流动控制装置的限定流体过道的部分中逐渐扩大的横截面，它们的组合等)。59.除了行进通过插塞件之外，流体流的方向可以(例如，在插塞件的任一侧部上通过壳体中的连接过道)被改变。在将流体流重新定向一次或更多次之后(例如，沿着曲折的流体通路)，流体流可以被引导通过流体流控制装置中的出口。60.在一些实施方式中，上面所讨论的各种部件可以是由任何合适的材料形成的，诸如金属材料，例如钢、铬、铁、金属颗粒基质复合材料、合金(例如，镍合金，诸如不锈钢)、陶瓷、复合材料、它们的组合等。61.本公开的实施方式可以特别用于在流体穿过流体流动控制装置时提供对流体的一种或更多种特性和/或特征的修改，该流体流动控制装置可以是阀、或被定位在阀中的部件。这种修改可以包括多级压降，其中气蚀潜力和相关联的噪声通过渐进和/或阶式流体流动过程而被显着降低。通过向流体流动控制装置添加更多级，可以进一步降低气蚀的风险。此外，曲折的流体路径可以被用于降低流体中的湍流、剪切力和流体速度。62.在一些实施方式中，曲折的流体路径(例如，由孔口和连接过道限定)可以具有能够可靠地处理单相或多相过程流体和浆液中产生的固体或颗粒的内部尺寸(例如，横截面面积)。一些实施方式可以实现对行进通过流体流动控制装置的高压流体的严格操作控制，以在改变流体的压力时至少部分地防止和/或基本上减少意外流体(例如，气体)被释放的机会(例如，以确保符合排放控制)。63.尽管在附图中已经描述和示出了某些实施方式，但是这种实施方式仅仅是说明性的而不是限制本公开的范围，并且本公开不限于示出和描述的特定构造和布置，因为对所描述的实施方式的各种其他添加和修改以及从所描述的实施方式的删除对于本领域普通技术人员来说将是明显的。因此，本公开的范围仅受所附权利要求的文字语言和法律等同物的限制。









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