具有热调节通道的流体系统部件的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月3日提交的名为traceforfluidsystemcomponent的美国临时专利申请序列号62/466,757的优先权和所有权益，所述专利申请的全部公开内容完全以引用的方式并入本文。

背景技术：

诸如阀、歧管和调节器的流动控制装置经常输送要保持在所需工艺温度的流体。为了维持这些所需的工艺温度，对流动控制装置的伴热或冷却往往是必需的。虽然许多不同的布置可以用于加热或冷却流动控制装置和其他流体系统部件，但是蒸汽管线或冷却剂管线的使用往往是成本有效的方法。然而，在许多应用中，难以实现蒸汽/冷却剂管线与流动控制装置的紧密接触，在装置主体(例如，阀体、歧管体块)相对笨重的情况下(例如，在被设计成承受较高压力等级的较大阀中)尤其如此。由这类难题导致的对装置主体的不均匀的加热/冷却可能会在流动控制装置中产生冷点，所述冷点会导致冻结、不期望的流体粘度或其他这类不利状况。

技术实现要素：

根据本申请的一个方面，诸如流动控制装置的主体的流体系统部件可以被产生为具有用于热调节，例如像蒸汽伴行或冷却剂处理的一个或多个内部通道，使得可以在紧密接近于穿过流体系统部件的系统流体之处提供热调节流体。

因此，在本申请的一个示例性实施方案中，一种流动控制装置包括主体，所述主体具有流动通道，所述流动通道沿着主轴线在第一端部端口与第二端部端口之间在轴向上延伸。流动通道在第一端部端口与第二端部端口之间限定中心腔，其中流动通道的内表面由主体的在轴向上延伸的周围侧壁限定。流动控制元件设置在中心腔中并且可移动来控制在第一端部端口与第二端部端口之间的流体流动。所述主体还包括热调节通道，所述热调节通道设置在侧壁内，与流动通道断开，并且在第一调节端口与第二调节端口之间延伸。热调节通道包括：第一部分，所述第一部分围绕流动通道的内表面的至少一部分在周向上延伸；第二部分，所述第二部分与第一部分在轴向上隔开并且围绕流动通道的内表面的所述部分在周向上延伸；以及第三部分，所述第三部分在热调节通道的第一部分与第二部分之间在轴向上延伸并且连接所述第一部分和所述第二部分，以在热调节通道中限定u形弯曲部。

在本申请的另一个示例性实施方案中，一种流动控制装置包括主体，所述主体具有：上部部分，所述上部部分限定流动通道，所述流动通道沿着主轴线在第一端部端口与第二端部端口之间在轴向上延伸，所述流动通道在第一端部端口与第二端部端口之间限定中心腔；以及下部部分，所述下部部分限定在轴向上延伸的第一热调节端口和在轴向上延伸的第二热调节端口。流动控制元件设置在中心腔中并且可移动来控制在第一端部端口与第二端部端口之间的流体流动。所述主体还包括热调节通道，所述热调节通道具有：第一竖直部分，所述第一竖直部分从第一热调节端口延伸到主体的上部部分中；周向部分，所述周向部分从第一部分围绕流动通道的至少一部分在周向上延伸；以及第二竖直部分，所述第二竖直部分从周向部分竖直地延伸到第二热调节端口。

在本申请的另一个示例性实施方案中，一种流动控制装置包括主体，所述主体具有流动通道，所述流动通道沿着中心轴线在第一端部端口与第二端部端口之间在轴向上延伸，所述流动通道在第一端部端口与第二端部端口之间限定中心腔，其中流动通道的内表面由主体的在轴向上延伸的周围侧壁限定。流动控制元件设置在中心腔中并且可移动来控制在第一端部端口与第二端部端口之间的流体流动。所述主体还包括热调节通道，所述热调节通道设置在侧壁内，与流动通道断开，并且在第一调节端口与第二调节端口之间延伸，所述热调节通道从第一调节端口朝向流动通道在径向上延伸到以下各者：第一分支部分，所述第一分支部分在第一周向方向上围绕流动通道的内表面的第一部分在周向上延伸；以及第二分支部分，所述第二分支部分在与第一周向方向相反的第二周向方向上围绕流动通道的内表面的第二部分在周向上延伸，所述第一分支部分和第二分支部分与第二调节端口流体连通。

附图说明

在结合附图考虑以下描述和所附权利要求之后，其他优点和益处对于本领域技术人员而言将是显而易见的，在附图中：

图1是根据本申请的示例性实施方案的具有整体式热调节通道的流动控制装置的示意性截面侧视图；

图2是根据本申请的示例性实施方案的具有整体式热调节通道的阀的透视图；

图3是图2的阀的截面侧视图；

图4是根据本申请的示例性实施方案的具有整体式热调节通道的阀的中心体块的透视图，所述中心体块以虚线示出来说明主体块的附加特征；

图4a是图4的主体块的热调节通道的透视图；

图5是根据本申请的另一个示例性实施方案的具有整体式热调节通道的阀的另一个中心体块的透视图，所述中心体块以虚线示出来说明主体块的附加特征；

图5a是图5的主体块的热调节通道的透视图；

图6是根据本申请的另一个示例性实施方案的具有整体式热调节通道的阀的另一个中心体块的透视图，所述中心体块以虚线示出来说明主体块的附加特征；

图6a是图6的主体块的热调节通道的透视图；

图7是根据本申请的另一个示例性实施方案的具有整体式热调节通道的阀的另一个中心体块的透视图，所述中心体块以虚线示出来说明主体块的附加特征；并且

图7a是图7的主体块的热调节通道的透视图。

具体实施方式

虽然本发明的各个创造性方面、概念和特征在本文中可以被描述和示出为体现于示例性实施方案的组合中，但是这些不同的方面、概念和特征可以单独地或以各种组合及其子组合用于许多替代实施方案中。除非本文明确排除，否则所有这类组合和子组合都意图处在本发明的范围内。另外，虽然本文可能描述了关于本发明的各个方面、概念和特征的各种替代实施方案--诸如替代材料、结构、配置、方法、电路、装置和部件、软件、硬件、控制逻辑、关于形式、装配和功能的替代品等等，但是这类描述并不意图成为可获得的替代实施方案的完整或详尽清单，无论是目前已知的还是以后开发的。本领域技术人员可以容易地将创造性方面、概念或特征中的一个或多个运用到在本发明的范围内的其他实施方案和使用中，即使这类实施方案在本文中并未明确地公开。另外，即使本发明的一些特征、概念或方面在本文中可以被描述为优选的布置或方法，但是除非如此明确说明，否则这种描述并不意图暗示这种特征是必需的或必要的。更进一步，可以包括示例性或代表性的值和范围以帮助理解本公开，但是这类值和范围不应以限制性意义进行解释，并且只有在如此明确说明的情况下才意图作为临界值或范围。更进一步，可以包括示例性或代表性的值和范围以帮助理解本公开，但是这类值和范围不应以限制性意义进行解释，并且只有在如此明确说明的情况下才意图作为临界值或范围。除非另有明确说明，否则标识为“近似”或“约”指定值的参数意图包括指定值和在指定值的10％以内的值两者。另外，应理解，本申请随附的图可以但不需要按比例绘制，并且因此可以理解为教导在图中显而易见的各种比率和比例。此外，虽然各个方面、特征和概念在本文中可以被明确识别为具有创造性或本发明的形成部分，但是这种识别并不意图是排他性的，而是可以存在本文中全面描述，而未如此明确识别或识别为特定发明的一部分的创造性方面、概念和特征，相反，在随附权利要求中阐述了本发明。除非如此明确说明，否则对示例性方法或过程的描述不限于包括在所有情况下都需要的所有步骤，也不限于呈现的或被解释为必需或必要的步骤的顺序。

具体实施方式仅描述了示例性实施方案，并且不意图以任何方式限制权利要求的范围。实际上，所要求保护的发明比示例性实施方案更宽泛且不受其限制，并且权利要求中使用的术语具有其完整的普通含义。例如，虽然本申请中的特定示例性实施方案描述了具有整合到阀体块中的在周向上延伸的热调节通道的球阀，但是本文描述的特征中的一个或多个可以另外地或可选地应用于其他类型的阀(例如，其他阀，诸如旋塞阀、波纹管阀或闸阀)、其他类型的流动控制装置(例如，歧管、调节器)、其他类型的流体系统部件(例如，配件、过滤器、样品圆筒)或热调节通道的其他布置(例如，轴向、横向或径向延伸通道)。另外，虽然本文描述的许多热调节通道的几何形状和布置使得其生产通过增材制造，诸如3-d印刷来促成，但是可以利用其他制造方法来提供如本文所述的热调节通道，例如像堆叠板组装、机械加工、焊接、钎焊和铸造(例如，熔模铸造、砂型铸造、脱蜡铸造)。

根据本申请的一个方面，流体系统部件的主体(例如，阀体)可以设置有与流体系统部件的系统流体流动通道分开或断开并在周围紧密接近于所述系统流体流动通道的热调节通道，使得经由热调节通道供应的热调节流体(例如，蒸汽、冷却剂)可以有效地加热或冷却流动通道以及在流动通道内或其附近的任何部件(例如，阀构件或其他流动控制装置)。与包裹在阀的外表面或其他流体系统部件周围或紧固到所述外表面或其他流体系统部件的常规的伴热管线相比较，这种布置可以提供更有效的热调节。

图1示意性地示出了流动控制装置10，所述流动控制装置10具有主体20，所述主体20包括整体式热调节通道25，所述热调节通道25接近于流体流动通道22延伸以在流动通道22处有效地加热或冷却装置10。在示例性流动控制装置10中，流动通道22沿着主轴线x从第一(例如，入口)端部端口21延伸到第二(例如，出口)端部端口23，以与工艺流体管线2连接，其中流动控制元件30设置在流动通道22的中心腔27中以控制通过流动通道22的流体流动(例如，关断、流动调节)。致动器36(例如，可手动操作的手柄或气动致动器)与流动控制元件30连接，并且从主体20的上部部分延伸以用于流动控制装置的用户操作。热调节通道25以与流体流动通道22分离或断开的形式从第一(例如，入口)端口24延伸到第二(例如，出口)端口26，以与热流体管线5连接。虽然热调节通道25的第一端口24和第二端口26可以各种位置和定向提供在主体20上，但是在一个实施方案中，热调节端口在轴向上定向并竖直地偏离流动端口21、23，并且处在主体的相对端上(例如，当流动控制装置以致动器向上延伸的方式定向时处于流动端口下方)，例如以有助于在装置10的上游和下游将热流体管线5与工艺流体管线2捆绑起来。因此，流动通道22以及第一端部端口21和第二端部端口23可以设置在主体20的上部部分中，并且第一调节端口24和第二调节端口26可以设置在主体的与致动器36相对的下部部分中。在其他实施方案(未示出)中，第一调节端口和第二调节端口可以在横向上、在径向上和/或竖直地定向，和/或可以与流体流动端口竖直地对准，和/或可以位于主体的同一侧上。

虽然流动控制装置的主体可以许多不同的合适的构造提供，但是在一个实施方案中，如图2和图3所示，阀100包括阀体120，所述阀体120由中心体块152形成，所述中心体块152(例如，通过主体紧固件159)紧固在限定第一工艺端口121与第二工艺端口123(例如，如所示的管接头连接，或任何其他合适的连接)的第一端部凸缘151与第二端部凸缘153之间，其中中心体块在端部凸缘下方延伸以限定阀体的下部部分，在轴向上延伸的第一调节端口124和第二调节端口126设置在所述下部部分中，竖直地偏离工艺端口121、123并且面向相反的方向。在其他实施方案中，第一调节端口和第二调节端口可以在横向上、在径向上和/或竖直地定向，和/或可以与流体流动端口竖直地对准，和/或可以位于主体的同一侧上(即，面向相同的方向)。图7示出了具有竖直地定向并向下延伸的调节端口124d、126d的阀体块152d的示例性实施方案。

如图3所示，中心体块152限定中心阀腔127，其中带端口的球构件130密封在阀座134之间，并且通过阀杆137与手动操作的手柄致动器136连接，所述手动操作的手柄致动器136延伸穿过主体块152中的杆孔157以实现球构件130的旋转致动(例如，围绕基本上垂直于阀轴线x的轴线y)。当致动器136处于关闭位置时，球通道131与阀座134不对准，所述阀座134抵靠球构件进行密封以关断通过阀100的流动。当致动器136旋转到打开位置时，球通道131与阀座134对准，以准许通过球构件130和在工艺端口121、123之间的流动。从第一调节端口124延伸到第二调节端口126的热调节通道125完全设置在中心体块152内，并且接近于中心阀腔127延伸以实现对工艺流体和/或阀部件的热调节(例如，加热或冷却)。在其他实施方案(未示出)中，热调节通道可以另外地或可选地设置在阀体的端部凸缘中的任一者或两者中。包括整体式蒸汽/冷却剂伴行通道允许经由阀实现伴行管线相对于流体通道的更紧密的定位，并且有助于这种系统的组装(例如，不需要焊接、绝缘、用管道或加热电缆包裹阀体，或对于蒸汽伴行安装而言常见的其他劳动密集型程序)。其他示例性益处包括在阀的底部处使用npt蒸汽连接(或其他所需连接)(例如，一个连接部面向一个方向)的能力、与蒸汽伴行管束一起使用，甚至加热/冷却阀体的能力；阀正常操作能力的提高；阀寿命的延长；高成本的不定期修理的减少以及减少的意料之外的关断。

虽然热调节通道在阀体内可以遵循任何数量的轮廓，但是在一些实施方案中，可能期望在接近于工艺流动路径的位置处提供热调节通道，所述热调节通道在轴向上(即，在流体流动方向上)延伸并且在周向上(即，围绕流动路径的周界)延伸，例如以在流体系统中的关键位置处，诸如越过阀关断或调整部件提供更均匀的热调节，其中极热条件可能会损害阀性能，和/或其中大的压降可能会导致温度的显著降低(以及系统部件的冻结)。热调节通道的路径可以被配置成例如通过选择在加热/冷却剂流体保持在有效温度的持续时间内将加热/冷却剂流体保持在通道中的伴行通道长度和直径来最大化中心流体通道的有效加热或冷却。在一个这样的实例中，伴行通道形成蛇形路径，例如以延长加热/冷却流体加热/冷却工艺流体的持续时间。

图4示出了用于阀(例如，图2和图3的阀)的示例性中心体块152a，其中工艺流动通道122a限定中心阀腔127a并且具有由主体块152a的在轴向上延伸的周围侧壁128a限定的内表面158a，并且热调节通道125a与流动通道122a断开，并且在第一调节端口124a与第二调节端口126a(例如，凹形npt螺纹端口，或任何其他合适的连接)之间延伸。在示例性实施方案中，如更清楚地示出于图4a中，热调节通道125a包括：第一偏移部分161a，所述第一偏移部分161a从第一调节端口121a(在阀体的下部部分中)在径向上或竖直地(如图4中所定向)延伸到第一周向部分162a(在阀体的上部部分中)，所述第一周向部分162a围绕流动通道122a的内表面158a的至少一部分在周向上延伸；第二周向部分163a，所述第二周向部分163a与第一部分在轴向上隔开并且围绕流动通道的内表面的所述部分在周向上延伸；以及第一连接部分164a，所述第一连接部分164a在热调节通道125a的第一周向部分162a与第二周向部分163a之间在轴向上延伸并且连接所述第一周向部分和第二周向部分，以在热调节通道中限定u形弯曲部。

热调节通道可以包括任何数量的连接的在周向上延伸的部分。在图4和图4a的示例性实施方案中，第二周向部分163a在主体块的与第一周向部分162a相对的横向侧上在横向上延伸超出偏移部分161a。第三周向部分165a与第二周向部分163a在轴向上隔开并围绕流动通道122a的内表面158a的所述部分在周向上延伸，并且第二连接部分166a在热调节通道125a的第二周向部分163a与第三周向部分165a之间在轴向上延伸并连接所述第二周向部分和第三周向部分，以在热调节通道中限定第二u形弯曲部。在所示实施方案中，第三周向部分165a通过第二偏移部分167a与第二调节端口126a连接，所述第二偏移部分167a从第三周向部分在径向上或竖直地(如图4中所定向)延伸到第二调节端口126a。为了防止流体滞留在第二周向部分163a中，可以提供排放通道169a，所述排放通道169a从第二周向部分的底部部分延伸到第二偏移部分167a。

虽然调节通道的周向部分可以围绕流动通道内表面的整个周界延伸，但是在一些实施方案中，调节通道可能不延伸到流动通道周界的一部分，例如以为阀杆和杆密封件提供间隙。在所示示例中，调节通道125a的周向部分围绕所述周界的下部部分和侧部部分延伸，其中u形弯曲部定位在流动通道的中心线上方，使得热调节通道围绕流动通道的周界的至少180°延伸，同时为主体块152a中的阀杆孔157a提供间隙。在其他实施方案(未示出)中，热调节通道可以接近于和/或围绕阀杆孔延伸，例如以加热阀杆区域以便防止阀杆填料的冻结并导致致动困难。

虽然细长而盘绕的蛇形热调节通道可以通过提供与调节流体的增加的表面接触来将有效的热传递提供到工艺流体，但是考虑到整个调节通道上的较大的压降，这种通道可能需要较大的调节流体压力(例如，蒸汽压力)。根据本申请的另一个方面，热调节通道可以设置有分支的周向部分，例如以提供增加的调节流体流和减小的压降，同时保持热调节流体与调节通道的增加的表面接触。

图5、图6和图7示出了用于阀(例如，图2和图3的阀)的示例性中心体块152b、152c、152d，其中工艺流动通道122b、122c、122d限定中心阀腔127b、127c、127d并且具有由主体块的在轴向上延伸的周围侧壁128b、128c、128d限定的内表面158b、158c、158d，并且热调节通道125b、125c、125d与流动通道断开，并且在第一调节端口124b、124c、124d与第二调节端口126b、126c、126d之间延伸。在示例性实施方案中，如更清楚地示出于图5a、图6a和图7a中，热调节通道包括第一偏移部分161b、161c、161d，所述第一偏移部分161b、161c、161d从第一调节端口121b、121c、121d(在阀体的下部部分中)在径向上或竖直地(如图中所定向)延伸到以下各者：第一周向部分162b、162c、162d，所述第一周向部分162b、162c、162d在第一周向方向上围绕流动通道122b、122c、122d的内表面158b、158c、158d的第一部分在周向上延伸；以及第二周向部分163b、163c、163d，所述第二周向部分163b、163c、163d在与第一周向方向相反的第二周向方向上围绕流动通道的内表面的第二部分在周向上延伸。在所示实施方案中，热调节通道125b、125c、125d包括第二偏移部分164b、164c、164d，所述第二偏移部分164b、164c、164d从第二调节端口126b、126c、126d(在阀体的下部部分中)在径向上或竖直地(如图中所定向)延伸到以下各者：第三周向部分165b、165c、165d，所述第三周向部分165b、165c、165d在第一周向方向上围绕流动通道122b、122c、122d的内表面158b、158c、158d的第一部分(例如，平行于第一周向部分162b、162c、162d)在周向上延伸；以及第四周向部分166b、166c、166d，所述第四周向部分166b、166c、166d在第二周向方向上围绕流动通道的内表面的第二部分(例如，平行于第二周向部分163b、163c、163d)在周向上延伸。第一连接部分167b、167c、167d在第一周向部分162b、162c、162d与第二周向部分165b、165c、165d之间在轴向上延伸并且连接所述第一周向部分和第二周向部分，以在热调节通道中限定第一u形弯曲部，其中第一周向部分和第三周向部分在调节通道中形成第一分支。第二连接部分168b、168c、168d在第二周向部分163b、163c、163d与第四周向部分166b、166c、166d之间在轴向上延伸并且连接所述第二周向部分和第四周向部分，以在热调节通道中限定第二u形弯曲部，其中第二周向部分和第四周向部分在调节通道125b、125c、125d中形成第二分支。

如本文所述和所示的整体式热调节路径可以设置有各种截面形状(例如，圆形、椭圆形形状、方形、矩形、菱形形状、梯形等)。根据本申请的一个方面，可以选择热调节通道的截面形状以通过以下方式来实现朝向工艺流动通道的增加的热传递：增加热调节通道的内表面的表面积，和/或增加通道的内表面中大体上面向(例如，与平行线成约90°以内，或与平行线成约60°以内，或与平行线成约45°以内角度)工艺流动通道的部分。例如，可以选择调节通道的截面形状，使得内表面的大体上面向工艺流动通道的部分为调节通道的总内表面的至少约35％至45％，或约43％，或使得内表面的直接面向工艺流动通道(即，与之平行地延伸)的部分为约20％至约45％。示例性的长型截面通道形状包括梯形、椭圆形形状和菱形形状截面。在图4和图4a的示例性实施方案中，热调节通道125a具有菱形形状的截面，对于所述截面，近一半的内表面可以大体上面向工艺流动通道。在图5和图5a的示例性实施方案中，热调节通道125b的周向部分具有基本上为矩形的截面，其中细长表面直接面向工艺流动通道。在图6、图6a、图7和图7a的示例性实施方案中，热调节通道125c、125d的周向部分具有平行四边形形状，其底表面直接面向工艺流动通道。

特别是对于如本文所示和所述的在弯曲周向路径中延伸，或形成u形弯曲部的热调节通道，流动控制装置的主体中的整体式热调节通道可能存在制造和/或组装挑战。根据本申请的示例性方面，主体的至少一部分(例如，如图2至图5所示的三件式阀体的中心体块)可以通过增材制造来产生以允许具有各种形状、轮廓、尺寸和位置的使用常规的制造方法(例如，机械加工、铸造或模塑)不易产生的整体式热调节通道。可以利用的增材制造技术的实例包括例如：粉末床激光熔融(直接金属激光烧结或“dmls”、选择性激光烧结/熔化或“sls/slm”、或分层增材制造或“lam”)、电子束粉末床熔融(电子束熔化或“ebm”)、超声波增材制造(“uam”)、或直接能量沉积(激光粉末沉积或“lpd”、激光熔丝沉积或“lwd”、激光工程化净成形或“lens”、电子束熔丝沉积)。

除了适应不同的截面形状和通道轮廓之外，流动控制装置的主体的调节通道部分的增材制造还可以有助于并入附加特征。作为一个实例，面向工艺流体通道的热调节通道的部分可以用具有较大热导率的材料层化，以有助于对所述主体的包围工艺流体通道的部分的热调节。

已经参考示例性实施方案描述了创造性方面。在阅读和理解本申请之后其他人会想到修改和更改。只要所有这类修改和更改落入随附权利要求或其等效形式的范围内，就意图包括所有这类修改和更改。