CN114144609A - 快速圆顶加载先导阀 - Google Patents

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Abstract

一种用于阀的流动装置可以包括多个流动控制部件(140、142)，所述流动控制部件能够相对于彼此移动并且限定从压力源到泄压阀(22)的圆顶(33)的流动路径的至少一部分。流动控制部件(140、142)能够响应于***压力而相对于彼此可移动以选择性地增加或减小流动路径的流动能力，包括在圆顶(33)的初始加载期间。

Description

快速圆顶加载先导阀
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年7月24日提交的、发明名称为“快速圆顶加载先导阀(QuickDome Loading Pilot Valve)”的美国临时专利申请第62/878,047号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
先导式泄压阀可以用于各种工业、商业和其他环境中以在过压事件期间从***释放压力。与直接作用式泄压阀不同，常规的先导式泄压阀包括用于控制泄压排放的主阀和用以控制主阀操作的先导阀。在一些布置中，主阀具有“圆顶”，所述“圆顶”由从压力源(通常从正被保护的***)流动通过先导阀的流体加压，使得主阀上方和下方的压力在正常操作期间(例如，在圆顶初始加载之后)基本相等。先导阀可以配置成提供特定的设定压力阈值，使得如果正被保护的***中的压力超过设定压力，则先导阀中的圆顶排放流动路径打开以从圆顶排放流体。这降低了圆顶中的压力，从而允许主阀打开以从***管线排出多余压力。一旦***管线压力充分降低到设定压力以下，圆顶排放流动路径可以关闭，并且先导阀可以适当地引导来自***管线的流动以重新加压(即重新加载)圆顶。
与直接弹簧式泄压阀相比，先导式泄压阀在尺寸上可以更小并且通常能够以更接近于设定压力的方式进行操作。先导式泄压阀可以用于具有挑战性的应用并且可以提供有各种附件。
发明内容
一些实施例提供了一种待布置在压力源和泄压阀的圆顶之间的控制阀。流动装置可以包括第一流动控制部件和第二流动控制部件。第一流动控制部件和第二流动控制部件可以限定从压力源到圆顶的流动路径的至少一部分，并且第一流动控制部件或第二流动控制部件中的至少一个能够沿着第一流动控制部件或第二流动控制部件中的另一个在第一配置和第二配置之间可移动。第一配置可以限定流动路径的至少一部分的第一流动区域，并且第二配置可以限定流动路径的至少一部分的小于第一流动区域的第二流动区域。
一些实施例提供了一种先导阀，用于控制具有圆顶的泄压阀，先导阀与压力源流体连通并选择性地提供从压力源到圆顶的流动路径。先导阀可以包括第一流动控制部件和第二流动控制部件。流动路径可以在第一流动控制部件和第二流动控制部件之间从入口区域延伸到出口区域。第一流动控制部件和第二流动控制部件能够相对于彼此从第一配置可移动到第二配置。第一流动控制部件和第二流动控制部件从第一配置到第二配置的相对移动可以减小流动路径的流动能力。
一些实施例提供了一种先导阀，用于控制具有圆顶的泄压阀以控制主阀活塞相对于主阀座的移动，先导阀与在主阀入口上游的压力源流体连通并选择性地提供从压力源到圆顶的流动路径。先导阀可以包括外阀芯和入口喷嘴，所述入口喷嘴配置成与反馈活塞一起相对于外阀芯移动。入口喷嘴和外阀芯可以同心地布置以在其间限定在入口区域和出口区域之间延伸的环形区域。入口喷嘴或外阀芯中的至少一个可以包括至少一个凹部，所述至少一个凹部配置成当外阀芯和入口喷嘴处于第一配置时在入口区域处暴露，但在外阀芯和入口喷嘴处于第二配置时不暴露。
一些实施例提供了一种先导阀，用于控制泄压阀组件中的主阀，主阀具有圆顶以控制主阀活塞相对于主阀座的移动。先导阀可以配置成与在主阀座上游的压力源流体连通并选择性地提供从压力源到圆顶的流动路径，并且可以包括多个流动控制部件，例如外阀芯和入口喷嘴，所述入口喷嘴配置成与反馈活塞一起相对于外阀芯移动。流动控制部件可以同心地布置以在其间限定在入口区域和出口区域之间延伸的界面区域，例如环形区域。流动控制部件中的至少一个可以包括凹部或端口中的一个或多个，所述凹部或端口至少部分地沿着环形区域延伸并且配置成：当流动控制部件处于第一配置时，相对于入口区域或出口区域中的一个或多个处于第一位置；以及当流动控制部件处于第二配置时，相对于入口区域或出口区域中的一个或多个处于第二位置。当处于第一位置时，与第二位置相比，凹部或端口中的一个或多个可以为沿着界面区域的流动提供增加的流动能力。
在一些实施例中，当处于第一位置时，流动控制部件上的凹部或端口中的一个或多个的一个或多个端部可以暴露于两个或更多个流动控制部件之间的界面区域的外部，邻近其入口区域或出口区域中的一个或多个。在一些实施例中，当处于第二位置时，流动控制部件上的凹部或端口中的一个或多个的一个或多个端部可以不暴露于两个或更多个流动控制部件之间的界面区域的外部。
在一些实施例中，当处于第一位置时，流动控制部件上的凹部或端口中的一个或多个的一个或多个端部可以相对于从压力源到圆顶的流动设置在两个或更多个流动控制部件之间的界面区域的入口区域的上游。在一些实施例中，当处于第二位置时，流动控制部件上的凹部或端口中的一个或多个的一个或多个端部可以相对于从压力源到圆顶的流动设置在两个或更多个流动控制部件之间的界面区域的入口区域的下游。
在一些实施例中，流动控制部件上的凹部或端口中的一个或多个可以包括在界面区内沿着流动控制部件延伸的多个凹部。
在一些实施例中，流动控制部件上的凹部或端口中的一个或多个可以包括至少一个端口，所述至少一个端口沿着环形区域从至少一个端口开口延伸通过流动控制部件，至少一个端口开口在其端部上。在一些实施例中，当至少两个流动控制部件处于第二配置时，至少一个端口开口可以由相对的流动控制部件至少部分地阻塞。
在一些实施例中，第一流动控制部件(例如，入口喷嘴)可以包括较小直径上游部分和较大直径下游部分。第二流动控制部件(例如，外阀芯)可以包括与第一流动控制部件的较小直径上游部分重叠以提供用于流动的第一间隙的较小直径上游部分，以及与第一流动控制部件的较大直径下游部分重叠以提供大于第一间隙的用于流动的第二间隙的较大直径下游部分。环形界面区域和凹部或端口中的一个或多个可以沿着第一流动控制部件或第二流动控制部件中的至少一个的较小直径上游部分布置。
一些实施例提供了一种用于控制压力源和泄压阀组件中的主阀的圆顶之间的流动的阀(例如，先导阀)。阀可以包括第一流动控制部件和第二流动控制部件。第一流动控制部件和第二流动控制部件可以配置成限定从压力源到圆顶的流动路径的至少一部分，并且第一流动控制部件或第二流动控制部件中的至少一个可以沿着第一流动控制部件或第二流动控制部件中的另一个在第一配置和第二配置之间可移动。在第一配置中，第一流动控制部件和第二流动控制部件可以配置成限定流动路径的至少一部分的第一流动区域，并且在第二配置中，第一流动控制部件和第二流动控制部件可以配置成限定流动路径的至少一部分的小于第一流动区域的第二流动区域。
在一些实施例中，阀的流动控制部件的第一配置可以对应于用于通过来自压力源的流动加载圆顶的加载配置。在一些实施例中，阀的流动控制部件的第二配置可以对应于以比第一配置中更高的压力用压力源操作阀。在一些实施例中，加载配置可以是启动或低压加载配置，并且与处于第二配置相比，处于第一配置的第一流动控制部件和第二流动控制部件可以为沿着由流动控制部件限定的流动路径的至少一部分的流动提供更大的流动能力。
在一些实施例中，第一流动控制部件可以是径向外部流动控制部件(例如，先导阀的入口喷嘴)。在一些实施例中，第二流动控制部件是径向内部流动控制部件(例如，先导阀的外阀芯)。
在一些实施例中，第一流动控制部件和第二流动控制部件可以布置用于轴向相对移动(例如，在相对于流动路径的上游和下游方向上)。
在一些实施例中，由第一流动控制部件和第二流动控制部件分别在第一配置和第二配置中限定的第一流动区域和第二流动区域可以是环形流动区域。
在一些实施例中，第一流动控制部件或第二流动控制部件中的至少一个可以包括朝向第一流动控制部件或第二流动控制部件中的至少一个中的另一个敞开的至少一个凹部(例如，一个凹部或多个凹部)。在一些实施例中，至少一个凹部可以配置为方形凹槽。
在一些实施例中，至少一个流动控制部件上的至少一个凹部的位置在至少一个流动控制部件的第一配置和第二配置之间的相对差异可以提供由至少一个流动控制部件分别在第一配置和第二配置限定的第一流动区域和第二流动区域之间的差异的至少一部分。
在一些实施例中，由流动控制部件限定的流动路径的至少一部分可以沿着第一流动控制部件和第二流动控制部件之间的界面区延伸。在一些实施例中，至少一个流动控制部件上的至少一个凹部可以沿着界面区延伸并且可以具有等于或大于界面区长度的长度。在一些实施例中，至少一个凹部可以在第一配置中延伸超过界面区的第一端部和第二端部。在一些实施例中，至少一个凹部可以在第二配置中延伸超过界面区的第一端部或第二端部中的仅一个。
在一些实施例中，在多个凹部的相邻凹部之间的第一流动控制部件的一部分可以配置成接触第二流动控制部件以引导第一流动控制部件和第二流动控制部件的相对移动(例如，轴向相对移动)。
在一些实施例中，第一流动控制部件或第二流动控制部件中的至少一个可以包括多个不同的流动控制件。
一些实施例提供了一种用于控制具有圆顶的泄压阀的先导阀。先导阀可以配置成与压力源流体连通并选择性地提供从压力源到圆顶的流动路径，并且可以包括第一流动控制部件和第二流动控制部件。流动路径可以沿着第一流动控制部件和第二流动控制部件之间的区域从入口区域延伸到出口区域。第一流动控制部件和第二流动控制部件可以在第一配置和第二配置之间相对于彼此可移动。第一流动控制部件和第二流动控制部件从第一配置到第二配置的相对移动可以减小入口区域和出口区域之间的流动路径的流动能力。
在一些实施例中，第一配置可以是用于通过来自压力源的流动加载圆顶的启动或低压加载配置。在一些实施例中，第二配置可以对应于用压力源以比第一配置(例如，启动或低压加载配置)中更高的压力操作先导阀以将压力从压力源传递到圆顶的配置。
在一些实施例中，第一流动控制部件和第二流动控制部件可以配置用于从第一配置通过第二配置到第三配置的连续相对移动，在第三配置中第一流动控制部件或第二流动控制部件中的至少一个关闭从压力源流向圆顶的流动路径。
在一些实施例中，第一流动控制部件或第二流动控制部件中的至少一个可以包括至少一个凹部，所述至少一个凹部朝向第一流动控制部件或第二流动控制部件中的至少一个中的另一个敞开。在一些实施例中，在第一配置中，至少一个凹部可以沿着流动路径在上游方向上延伸超过第一流动控制部件和第二流动控制部件之间的区域的入口区域。在一些实施例中，在第二配置中，至少一个凹部可以完全设置在第一流动控制部件和第二流动控制部件之间的区域的入口区域的下游，以减小沿着该区域延伸的流动路径的流动能力。在一些实施例中，在第一配置和第二配置中，至少一个凹部可以沿着第一流动控制部件和第二流动控制部件之间的流动路径在下游方向上延伸超过流动路径的出口区域。
在一些实施例中，多个凹部可以围绕第一流动控制部件或第二流动控制部件中的至少一个的周边排列。
附图说明
并入并形成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明内容一起用于解释本发明实施例的原理：
图1a至图3b是常规的先导式泄压阀的示意图；
图4是根据本发明实施例的控制阀的流动控制部件的等距部分视图，部件中的一个以部分截面图示出；
图5是图4的流动控制部件的横截面等距部分视图；
图6a和图6b是对应于图4的流动控制部件的部分示意图。
图7是根据本发明实施例的控制阀的部分横截面图。
图8a和图8b是根据本发明实施例的流动控制装置的示意图。
图9a和图9b是根据本发明实施例的流动控制装置的示意图。
具体实施方式
给出以下的讨论内容以使本领域技术人员能够制造和使用本发明的实施例。对图示示例的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，本文的一般原理可以应用于其他示例和应用而并不背离本发明的实施例。因此，本发明的实施例不应理解为受限于所示的示例，而是要符合与本文公开的原理和特征相一致的最宽范围。将参考附图解读以下的详细描述，其中不同附图中的相同元件具有相同的附图标记。不一定按比例绘制的附图示出了选定的示例并且不应理解为限制本发明实施例的范围。熟练的技术人员将认识到本文提供的示例具有许多有效的替代方案并且落入本发明实施例的范围内。
在详细解释任何示例之前，应当理解的是本发明在其应用上不限于以下说明内容中阐述或附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或执行。此外，应当理解，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应被视为限制。例如，本文使用的“包括”、“包含”或“具有”及其变体意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。
如本文所用，除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”、“固定”和“联接”及其变体在参考物理连接使用时被广义地使用并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和联接。此外，除非另有说明或限制，否则“连接”、“附接”或“联接”不限于物理或机械的连接、附接或联接。
如本文所用，除非另有说明或限制，否则“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”以及类似的其他短语旨在表示A或B或C，或者A、B和/或C的任意组合。因此，该短语和类似的其他短语可以包括A、B和/或C的单个或多个实例，并且在A、B和/或C中的任何一个指示要素类别的情况下，可以包括A、B和/或C类别中的任何要素的单个或多个实例。
常规的先导式阀可以提供实质性的好处，例如上面描述的那些。但常规设计有时也不会在圆顶的加载期间(例如，在***启动期间)保持关闭。例如，先导阀的内部部件通常可以在***管线和圆顶之间提供一定程度上受限的流动通道，例如可能适合于遵守某些设计约束。然而，由于流体必须穿过这些受限的通道来填充主阀圆顶，因此圆顶中的压力有时可能滞后于***压力，特别是在圆顶的初始加载或其他的低压操作期间。尽管本文讨论的一些示例也可以用于气体应用，但是由于液体几乎不可压缩的性质，因此该问题在液体应用中也可能特别显著。此外，由于该压力滞后，因此***压力的快速增加可能会导致主阀在圆顶压力足以保持主阀关闭之前多次打开和关闭。这可能会导致不良影响，包括水锤、或者主阀的快速循环，这可能会导致管线流体的意外排出，甚至可能会损坏主阀座或其他阀部件。
鉴于这些问题和其他问题，因此可能有效的是提供控制阀，例如，配置成控制另一阀的操作的阀(例如用于先导式泄压阀的先导阀)，其可以比常规设计的控制阀更快地加载主阀圆顶。本发明的实施例尤其可以提供这样的益处。正如下面进一步讨论的那样，一些示例在先导式泄压阀的背景下可能特别有用。然而，在一些情况下，本文公开的原理可以与具有类似布置的圆顶和先导阀的其他阀一起使用。
在图1a至图3b中示出了常规先导式泄压阀组件21内的流动控制部件在操作的各阶段期间的相对位置。图1a和1b示出了当***压力(即，主阀入口23处的流体压力)低于先导阀24的设定压力时的主阀22(其通常也可以称为泄压阀)。***压力经由管道35从入口23传递到先导阀入口27，具体地如图1b中所示，其通过内阀芯38中的中心纵向通道43和反馈活塞41中的径向通道30流体地联接到先导阀感测室32。在图1a和1b所示的状态下，感测室32中的流体压力明显小于先导阀24的设定点。在该状态下，入口喷嘴40的上部部分45与入口座28间隔开，从而允许流体通过入口喷嘴40和外阀芯42之间的环形通道46传输。在图1a和1b所示的配置中，环形通道46流体地联接到先导圆顶端口29，所述先导圆顶端口经由管道37联接到主阀圆顶33(参见图1a)。因此，在***压力低于先导阀设定点的所示状态下，先导阀24将***压力引导至圆顶33。入口23和圆顶33处的基本相等的压力与阀活塞34的重量相结合导致在泄压阀活塞34和泄压阀座39之间保持密封接触以防止流体在入口23和出口25之间流动。
图2a和2b示出了当***压力略高于先导阀设定压力时的主阀22。这里，感测室32中***压力的增加已导致反馈活塞41和连接的入口喷嘴40向上移动，所述向上移动导致入口喷嘴40的上部部分45和入口座28之间的密封接触。入口喷嘴40和入口座28之间的该密封接触相应地阻塞环形通道46，由此防止流体从先导阀入口27传输到圆顶33并将圆顶33与两个先导阀入口27隔离。类似地，出口座26和出口喷嘴48之间的密封接触也将圆顶33与出口端口11隔离。
在主阀22处于图2a和2b所示状态的情况下，***压力的进一步增加导致反馈活塞41和连接的入口喷嘴40进一步向上移动，这导致出口座26和出口喷嘴48之间的分离。这样的分离经由入口喷嘴40和外阀芯42之间的环形通道50以及内阀芯38和出口喷嘴48之间的环形通道52流体地联接圆顶端口29和出口端口31。圆顶端口29和出口端口31之间的流体联接使圆顶33通向出口端口31，所述出口端口通常经由管道连接到出口25。圆顶压力的排出导致泄压阀活塞34上的压力不平衡(即，入口23处的***压力和圆顶33中的压力之间的压力不平衡)，使得***压力将泄压阀活塞34提升离开泄压阀座39，并将***压力从入口23释放到出口25。通过先导阀24的该操作，主阀22相应地调节(例如，在关闭位置和完全打开位置之间浮动)以排出消除过压状况所需的最少流体。
然而，如果***压力继续增加，则主阀可以完全打开，如图3a和3b中所示。这通过从圆顶33(即，经由圆顶端口29和出口端口31之间的流体联接)排出附加的流体压力直到泄压阀活塞34实现“完全提升”来实现，正如在过压事件需要全部的阀释放能力的情况下可能需要的那样。一旦***压力降低到充分地低于先导阀设定点(被称为复位压力)的水平，先导阀可以复位以允许***压力从入口23进入圆顶33，从而重新加载圆顶33并且复位主阀22(例如，如图1a和1b中所示)。
如图1a-3b中所示，由入口喷嘴40和外阀芯42共同限定的环形通道46在主阀入口23(和受保护***)以及主阀圆顶33之间提供相对受限流动路径。这可以对一些操作条件有帮助。例如，受限流动路径可以帮助防止由于***压力的峰值导致圆顶压力的快速升高或降低，否则这可能导致主阀22快速关闭(例如，可能导致水锤效应)或不适当地循环。然而，同样如上所述，通过环形通道46的受限流动路径可能会导致圆顶33的加压相对缓慢，特别是在启动条件期间或者释放事件之后(例如，在阀完全提升之后)的重新加载操作期间，这可能会导致主阀的不良循环或其他不利影响。
本发明的一些实施例提供了一种可以解决在其他方面与先导阀24类似配置的先导阀中所包括的这些问题或其他问题的控制阀。在一些示例中，在操作期间，包括当压力源从低于控制阀设定压力的压力到等于或高于控制阀设定压力的压力波动时，控制阀的一个或多个流动控制部件(例如，阀芯或喷嘴)可以沿着控制阀的一个或多个其他部件(例如，喷嘴或阀芯)移动。为了帮助在这些压力波动期间提供不同的流体流速，(一个或多个)流动控制部件可以配置成在压力源和主阀圆顶之间限定流动路径，所述流动路径根据(一个或多个)流动控制部件的相对位置具有不同的流体流动限制。特别地，例如，(一个或多个)流动控制部件可以配置成使得相关流动路径在圆顶的加载期间限制较少(例如，具有较大的横截面积)并且在圆顶已被适当加压(例如，相对于***压力被部分加载或完全加载)时限制较多(例如，具有较小的横截面积)。
在一些示例中，流动控制部件上的结构轮廓可以根据流动控制部件的位置提供不同的流动限制。例如，流动控制部件上的凹槽或端口可以配置成根据流动控制部件相对于一个或多个其他部件的位置为特定流动路径提供不同的有效流动区域。
在这方面，图4和图5示出了根据本公开的一方面的改型的外阀芯142，其可以与类似于入口喷嘴40的入口喷嘴140一起使用。在某些方面，外阀芯142和入口喷嘴140类似于如图1a-3b中所示的外阀芯42和入口喷嘴40，并且外阀芯142和入口喷嘴140可以容易地替代外阀芯42和入口喷嘴40以用于在先导阀24(或其他先导阀)内使用。然而，在某些方面，外阀芯142不同于外阀芯42。例如，不同于外阀芯42，外阀芯142包括多个凹部166，所述凹部用于根据外阀芯142相对于入口喷嘴140的位置提供不同的有效流动区域(因此对于给定的压力差提供不同的流速)。
如图4中所示，入口喷嘴140和外阀芯142同心地布置以用于相对的轴向平移运动，其中入口喷嘴140布置为径向外部流动控制部件，而外阀芯142布置为径向内部流动控制部件。在其他示例中，根据本文公开的原理，可以使用其他类型的流动控制部件，也可以使用入口喷嘴和外阀芯的其他配置。类似地，在不同的示例中，入口喷嘴140和外阀芯142或其他类似的流动控制部件可以与多种其他部件一起用于多种不同的阀组件中。
还参考图6a和6b，界面区168由入口喷嘴140和外阀芯142之间的重叠区域限定。在所示的示例中，界面区168由于入口喷嘴140和外阀芯142的形状和相对布置而形成为环形区域，但其他配置也是可行的。界面区168可以具有入口端部174和出口端部176，它们限定入口流动区域178和出口流动区域180。对于所示配置，入口流动区域178和出口流动区域180限定可供用于流体分别流入和流出界面区168的横截面积。尽管界面区168在图8a和8b中示出为具有恒定长度，但在一些示例中，界面区可以根据相关流动控制部件的相对位置呈现不同的长度。同样，尽管入口流动区域178和出口流动区域180的形状基本为环形，但考虑到入口喷嘴140和外阀芯142的形状，其他几何配置也是可行的(例如，平面流动控制表面之间的矩形流动区域)。此外，在一些示例中，界面区可以仅对应于两个(或更多个)流动控制部件的重叠区域的一部分，其可以根据流动控制部件的相对取向而受到不同程度的流动限制。
在操作中，当入口喷嘴140和外阀芯142响应于***压力的变化而相对于彼此移动时(例如，当外阀芯142沿着入口喷嘴140移动时，正如类似地相对于先导阀24描述的那样)，凹部166可以为流过界面区168的流动提供不同程度的流动限制。例如，在可以对应于***压力显著低于控制阀的设定压力(例如，在初始圆顶加载期间)的第一配置中，入口喷嘴140和外阀芯142如图4-5和图6a中所示布置。在该配置中，凹部166的上游端和下游端“暴露”到界面区168的外部，即，凹部166的端部延伸超出界面区168的入口端部174和出口端部176或者以其他方式向界面区168的外部敞开。因此，穿过入口喷嘴140和外阀芯142之间的界面区168的流动在凹部166的端部处不受局部限制(参见图6a)并且入口流动区域178和出口流动区域180(参见图6a)相对较大。因此，由于凹部166的端部的相对位置，入口喷嘴140和外阀芯142可以促进在入口喷嘴140和外阀芯142之间沿着界面区168的相对快速的流动，以及主阀圆顶的相应快速加载。例如，在圆顶的初始启动加载、泄压事件之后圆顶的重新加载、或者其他低压条件(即相关设定压力为40％以下的条件)期间，这可能是有帮助的。然而，尽管在某些情况下低压操作可能特别值得注意，但一些示例在较高压力下也可能有效，包括帮助避免在突然压力涌动的情况下不希望的阀打开。
在所示的示例中，在流动相对于图6a和图6b大致沿向下方向通过的情况下，由于凹部166的第一端部在界面区168的入口端部174处暴露，因此入口流动区域178在第一配置中不是局部流动限制流动区域。类似地，由于凹部166的第二(相对)端部在界面区168的出口端部176处暴露，因此出口流动区域180在第一配置中也不是局部流动限制流动区域。相反地，对于给定的压力，通过界面区168的流动通常受到入口喷嘴140和外阀芯142之间沿界面区168的平均间隔的限制。
相比之下，在图6b中示出了第二配置，其可以对应于高于可对应于第一配置(如上所述)的压力范围但低于控制阀的设定压力(例如，***设定压力的60％的压力)的***压力。在第二配置中，由于增加的***压力，入口喷嘴140已沿着外阀芯142平移(即，从图4-6b的视角看为向上)。尽管入口喷嘴140的移动尚未关闭入口喷嘴140和外阀芯142之间的流动路径(例如，在图3b中可比较地示出)，但它已经将界面区168的入口端部174移位成与凹部166不对准。换句话说，对于所示的示例，凹部166的端部不再在界面区168的入口端部174处暴露于界面区168的外部。因此，与第一配置中的入口流动区域178相比(参见图6a)，入口流动区域178已经减小，因此在入口流动区域178处产生有效的收缩，即在入口流动区域178处的相关流动路径的配置使得流体在不通过局部流动限制的情况下不能进入界面区168。因此，与第一配置(参见图6a)相比，沿着入口喷嘴140和外阀芯142之间的界面区168的流动路径的总流动能力已经减小。因此，与第一配置相比，流体从压力源(即，主***)进入主阀圆顶13的流动可以减慢。还是如上所述，例如，这对于防止主阀入口处的压力峰值的不利影响可能是有效的。
如图6b中所示，在第二配置中，凹部166在界面区168的入口端部174处未暴露，即，凹部166的端部不延伸超出界面区168的入口端部174。结果，入口流动区域178相对于第一配置有所减小并且在第二配置中用作局部流动限制流动区域，这取决于入口喷嘴140和外阀芯142的相对位置。
然而，在一些示例中，出口流动区域或入口和出口流动区域之间的中间流动区域可以用作局部流动限制流动区域。例如，无论入口喷嘴和外阀芯(或其他流动控制部件)的相对位置如何，一些凹部可以在界面区的入口端部处暴露，同时基于入口喷嘴和外阀芯的相对位置在界面区的出口端部处暴露或不暴露。例如，这样的布置可以与图6a和6b中所示的布置有些相反地操作，并且在界面区的出口端部处的流动相对限制对较大***的该部分的总流动能力具有相应的影响。作为另一示例，界面区内的特征(例如，不在其入口端部或出口端部处)可以移动到与其他特征对准或不对准，以便基于不同流动控制部件的相对位置选择性地限制通过界面区的流动。例如，界面区内的脊或凹槽可以通过流动控制部件的运行时移动而移动到与其他脊或凹槽对准或不对准，以便改变由流动控制部件限定的界面区的流动能力。此外，一些配置可以包括在界面区的相对端部处的不同限制，包括如图6b中虚线所示配置的入口喷嘴140可能发生的情况。
在这方面，也如下面所讨论的那样，应当认识到界面区、流动区域和流动限制特征不一定必须布置为环形特征或环形阵列。类似地，流动控制部件可以不必是同心或环形部件并且例如可能导致界面区上的流动能力改变的流动控制部件的移动不需要是轴向移动。
值得注意的是，在一些示例中，流动控制部件在第一配置和第二配置之间移动以改变由流动控制部件限定的流动路径的流动能力通常仍然可以允许流动沿着流动路径继续进行，使得相关圆顶可以接收来自压力源的压力信号。然而，在一些情况下，流动控制部件的进一步移动最终会完全关闭流动路径的流动(尽管是暂时的)。例如，从图6b所示的配置可知，主阀入口处持续加压(即，***压力持续增加)至控制阀的设定压力以上可能会导致入口喷嘴140相对于外阀芯142进一步平移，直至达到第三配置。在第三配置(未明确示出但对应于图2a和2b中所示的配置)中，入口喷嘴140可以接触附接到外阀芯142的入口座(以与外阀芯42相同的方式)，使得主阀入口和主阀圆顶之间的流动路径关闭。此后，根据***压力，入口喷嘴140和外阀芯142可以一起移动以打开通往先导排放的路径(例如，正如关于图3a和3b类似地示出和描述的那样)，这可以允许高于主阀圆顶的压力排出，导致主阀打开并且释放多余的***压力。
在不同的示例中，不同类型的凹部(或其他结构)可以用于根据流动控制部件的相对位置提供流动区域的变化。例如，与图4和图5中一样，特别地，凹部166是方形凹槽，其围绕外阀芯142的周边布置成阵列。此外，特别地如图5中所示，凹部166布置在外阀芯142的较小直径上游部分142a的径向外表面上，面对入口喷嘴140的较小直径上游部分140a的径向内表面。因此，凹部166布置成沿着界面区选择性地提供增加的流动能力，所述界面区沿着入口喷嘴140和外阀芯142之间的相对小的间隙190的区域延伸，而不是沿着入口喷嘴140和外阀芯142的较大直径部分140b、142b之间的相对大的间隙192的区域延伸。因此，凹部166即使在呈现相对较小的总深度时也可以提供相对较大百分比的流动能力变化。
然而，在其他示例中，其他配置是可行的。例如，可以在各种其他部件上构建凹槽或其他凹部。例如，对于在其他方面大体类似于图4和图5的配置，一些示例可以包括入口喷嘴的内表面上的凹部，面向外阀芯的外表面，其本身可以包括或不包括任何凹部。或者可以在完全不同的流动控制部件上提供凹部，以达到类似的效果。类似地，在一些示例中，凹部可以形成为圆化凹槽或者以有助于控制入口喷嘴和外阀芯或其他相关流动控制部件之间的流动路径所用的流动区域的其他几何配置形成。
在一些示例中，用于改变流动能力的凹部或其他部件可以对应于具有其他目的的结构部件。例如，在每个凹部166之间，入口喷嘴140包括形成为非凹陷部段179的接触部分。部段179相对于凹部166向外延伸并且可以在操作期间接触外阀芯142以引导入口喷嘴140在其沿外阀芯142移动时轴向平移。然而，在一些示例中，可以使用接触部分的不同配置(或者根本没有接触部分)。
还是如上所述的那样，凹部或其他流动控制特征的空间范围也可以在不同示例之间变化。例如，图4至图6b示出了凹部166，其长度足以轴向延伸超过界面区168的入口端部174和出口端部176并且连续地沿着界面区168在端部174、176之间延伸。在一些示例中，凹部可以配置成具有不同的长度或总体取向，以便仅延伸超过界面区的入口端部或出口端部中的一个，这取决于给定先导阀应用中的流体流动的方向和流动控制部件的预期相对移动。在一些示例中，凹部可以仅延伸超过界面区的入口端部或出口端部中的一个，而不管流动控制部件的相对位置如何，但可以在入口端部或出口端部中的另一个处暴露或阻塞，这取决于流动控制部件的相对位置。类似地，尽管界面区168被示出为在入口喷嘴140的特定表面的全长上延伸，但一些界面区168可以仅在一个或多个相关流动控制部件的表面的一部分上延伸。
作为又一示例，在一些示例中，流动控制部件之间的流动路径的流动能力的变化可以通过突起而不是凹部或通过各种其他特征来实现。例如，沿着界面区的内部突起可以配置成移动到与沿着界面区的其他特征对准或不对准，以根据相关流动控制部件的相对取向选择性地改变沿着界面区的流动能力。
在一些情况下，相关流动控制部件可以包括阀组件的多个部件。因此，在一些布置中，控制阀可以包括多个界面区，这些界面区可以配置成限定扩大或减小的流动能力(例如，通过在界面区的一个或多个入口处限定扩大或减小的流动区域)，这取决于可能由***压力变化引起的流动控制部件的相对移动。
图7示出了控制阀的示例，其中多个流动控制部件件配置成根据部件的相对取向(即，由***压力的变化控制)组合地提供扩大的流动区域。在所示的示例中，为控制阀提供流动装置262，所述控制阀配置为先导式泄压阀的先导阀。流动装置262包括入口喷嘴264、杆268和保持器270。在控制阀的操作期间，入口喷嘴264根据***压力相对于杆268和保持器270移动，以控制从主阀入口3到主阀圆顶13的流体流动。因此，入口喷嘴264、杆268和保持器270或所有的这三者可以配置成具有在一种配置中(例如，在低***压力下)提供增加的流动能力并且在其他配置中(例如，随着***压力朝向设定压力增加)提供减小的流动能力的特征。因此，例如入口喷嘴264、杆268和保持器270可以协作以在一些压力条件下(例如，在启动期间)提供主阀圆顶(在图7中未示出)的较快加载并且在其他时间提供主阀圆顶的较慢加载。
在不同的示例中，不同的配置可以实现所提到的流动控制。在一些示例中，入口喷嘴264、杆268或保持器270中的一个或多个可以包括一个或多个凹部(例如，类似于图4-6b的凹部166)，其可以在主阀圆顶的初始加载期间在界面区267的入口或出口处选择性地产生扩大的流动区域。例如，在所示的示例中，一个凹部266a可以形成在杆268中，而另一凹部266b可以形成在入口喷嘴264中。在其他示例中，其他布置是可行的，例如在界面区267处的流动能力根据保持器270、入口喷嘴264和杆268的相对取向以其他方式改变的布置。类似地，在不同的示例中，多个凹部可以形成在单个流动控制部件上，可以在多个流动控制部件的每一个上形成单个凹部，或者可以在多个流动控制部件的每一个上形成多个凹部。
在其他示例中，其他配置是可行的。例如，尽管上述一些示例包括凹部以选择性地提供通过两个或更多个流动控制部件之间的界面区的扩大流动区域，但也可以设想压力源和目标室之间的更通用的流动装置。例如，图8a和8b示意性地示出了具有沿着压力源和圆顶之间的流动路径布置的流动控制部件273、274的通用流动装置272，部件273、274中的一者或两者配置成相对于(例如，沿着)另一个移动。取决于流动控制部件273、274相对于彼此的相应位置，流动控制部件273、274之间的流动能力可以更大或更小(例如，经由相关流动区域的增加)，正如由图8a和8b之间的界面区275之间的比较所示的那样，对于给定的***压力，压力源和圆顶之间的流体流动速率相应增加或减小。在一些示例中，流动控制部件273、274的特定实施方式可以为环形，例如图4和5中所示，但其他配置是可行的。类似地，在一些示例中，流动能力的增加或减小可能是由凹部或其他特征的暴露或收缩(例如，局部阻塞)引起的，这取决于流动控制部件273、274的相对位置，或以其他方式。
在一些示例中，包括在包括端口而不是凹部或其他流动控制特征的情况下，流动能力的选择性增加和减小可以通过端口的暴露或收缩(例如，局部阻塞)来实现。例如，如图9a和9b中所示，流动装置282包括流动控制部件283、284，例如可以布置在压力源和圆顶之间(例如，作为先导阀的一部分)。流动控制部件283包括一个或多个端口285(仅示出一个)，所述端口从入口端口开口285a通过流动控制部件283延伸到出口端口开口285b，大体上与***流动方向平行。在所示的示例中，入口端口开口285a在流动控制部件283的径向内表面上，而出口端口开口285b在流动控制部件283的轴向外壁上，但其他配置也是可行的。通常，诸如一个或多个端口285的端口可以配置成根据相关流动控制部件的相对位置选择性地阻塞或暴露，使得端口可以在一些配置中提供增加的流动能力，但在其他配置中则不能。因此，例如，端口的操作可以大体上类似于上述各种讨论的凹部，以选择性地提供泄压阀圆顶的更快速加载。
在不同的示例中，能够以多种方式配置端口。在所示的示例中，端口285形成为完全内部的通道，所述通道在流动装置282处于第一配置(参见图9a)的情况下从流动控制部件283、284之间的界面区287延伸到流动控制部件283的轴向外壁288。在一些实施方式中，外壁288可以是流动装置282的下游壁，并且在其他配置中，外壁288可以是流动装置282的上游壁。在第一配置中，如图9a中所示，流动控制部件284沿着界面区287与端口285重叠以经由端口285的部分阻塞和流动装置282的相应受限的总流动能力来产生收缩。相比之下，在第二配置中，如图9b中所示，流动控制部件283、284中的一者或两者沿着另一个的相对移动导致端口285暴露在界面区287之外，并且流动装置282的总流动能力相应增加。在一些示例中，正如上面类似地讨论的那样，第一配置(参见图9a)可以对应于圆顶已经加载的操作压力，使得相对受限的流动能力可以有助于泄压阀的有效操作。类似地，第二配置(参见图9b)可以对应于圆顶的初始加载(或重新加载)，使得较大的有效流动区域可以增加压力源和圆顶之间的总流动能力并允许更快地加载圆顶。
因此，所公开的发明的实施例可以提供对常规阀组件(包括常规的先导式泄压阀组件)的改进。例如，一些实施例提供了一种控制阀，例如用于先导式泄压阀的先导阀，其具有流动控制部件，所述流动控制部件可以提供主阀圆顶的更快速加载(例如，在***启动期间)，同时在正常操作期间适当限制流向圆顶的流动。
提供所公开示例的先前描述以使任何的本领域技术人员能够制造或使用本发明。对这些示例的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且本文限定的一般原理可以应用于其他实施例而不背离本发明的精神或范围。因此，本发明不应理解为受限于本文所示的示例，而是要符合与本文公开的原理和新颖特征以及所附权利要求相一致的最宽范围。

Claims (14)

1.一种用于控制压力源和泄压阀组件(21)中的主阀(22)的圆顶(33)之间的流动的阀，所述阀包括：
第一流动控制部件(142)；以及
第二流动控制部件(140)，
其中所述第一流动控制部件和第二流动控制部件(142、140)配置成限定从所述压力源到所述圆顶(33)的流动路径的至少一部分，并且所述第一流动控制部件或第二流动控制部件(142、140)中的至少一个能够沿着所述第一流动控制部件或第二流动控制部件(142、140)中的另一个在第一配置和第二配置之间移动；并且
其中，在所述第一配置中，所述第一流动控制部件和所述第二流动控制部件配置成限定所述流动路径的所述至少一部分的第一流动区域(178、180)，并且在所述第二配置中，所述第一流动控制部件和所述第二流动控制部件配置成限定所述流动路径的所述至少一部分的第二流动区域(178、180)，所述第二流动区域小于所述第一流动区域(178、180)。
2.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀配置为用于控制所述泄压阀组件中的主阀的先导阀；
其中所述第一流动控制部件(142)是外阀芯；并且
其中所述第二流动控制部件(140)是入口喷嘴，所述入口喷嘴配置成与反馈活塞(41)一起相对于所述外阀芯(142)移动；
其中所述入口喷嘴(140)和所述外阀芯(142)同心地布置以在其间限定环形区域(168)，所述环形区域包括所述流动路径的所述至少一部分并且在对应于入口流动区域(178)的入口端部(174)和对应于出口流动区域(180)的出口端部(176)之间延伸；并且
其中所述入口喷嘴(140)或所述外阀芯(142)中的至少一个包括凹部(166)或端口(285)中的一个或多个，所述凹部或端口中的所述一个或多个至少部分地沿着所述环形区域延伸并且配置成：
当所述外阀芯(142)和所述入口喷嘴(140)处于所述第一配置时，相对于所述入口端部(174)或所述出口端部(176)中的一个或多个处于第一位置；并且
当所述外阀芯(142)和所述入口喷嘴(140)处于所述第二配置时，相对于所述入口端部(174)或所述出口端部(176)中的所述一个或多个处于第二位置；
其中，当处于所述第一位置时，与所述第二位置相比，所述凹部(166)或所述端口(285)中的所述一个或多个为沿着所述环形区域(168)的流动提供增加的流动能力。
3.根据权利要求2所述的阀，其中，在所述第一位置，所述凹部(166)或所述端口(285)中的所述一个或多个的一个或多个端部暴露于所述环形区域(168)的外部，邻近所述入口端部或所述出口端部中的所述一个或多个；并且
其中，在所述第二位置，所述凹部(166)或所述端口(285)中的所述一个或多个的所述一个或多个端部不暴露于所述环形区域(168)的外部，并且可选地或优选地，在所述第一位置，所述一个或多个端部设置在所述入口端部(174)的上游，并且在所述第二位置，相对于从所述压力源到所述圆顶的流动，所述一个或多个端部设置在所述入口端部(174)的下游。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的阀，其中所述凹部(166)或所述端口(285)中的所述一个或多个包括以下中的一个或多个：
至少一个端口，所述至少一个端口沿着所述环形区域(168)从至少一个端口开口延伸通过所述入口喷嘴(140)或所述外阀芯(142)中的所述至少一个，其中所述一个或多个端部包括所述至少一个端口开口；或
多个凹部，所述多个凹部沿着所述入口喷嘴(140)或所述外阀芯(142)中的所述至少一个在所述环形区域(168)内延伸。
5.根据权利要求4所述的阀，其中当所述入口喷嘴(140)和所述外阀芯(142)处于所述第二配置时，所述至少一个端口开口由所述入口喷嘴(140)或所述外阀芯(142)中的所述至少一个中的另一个至少部分地阻塞。
6.根据前述权利要求中任一项所述的阀，其中所述第一流动控制部件(140)是径向外部流动控制部件，并且所述第二流动控制部件(142)是径向内部流动控制部件；
其中所述第一流动控制部件和所述第二流动控制部件(142)布置成用于轴向相对移动；并且
其中所述第一流动区域和所述第二流动区域是环形流动区域。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的阀，其中所述第一流动控制部件(140)是入口喷嘴(140)，并且所述第二流动控制部件(142)是外阀芯(142)；
其中所述入口喷嘴(140)包括较小直径上游部分(140a)和较大直径下游部分(140b)；
其中所述外阀芯(142)包括与所述入口喷嘴(140)的较小直径上游部分(140a)重叠以提供用于流动的第一间隙(190)的较小直径上游部分(142a)，以及与所述外阀芯(142)的较大直径下游部分(140b)重叠以提供大于所述第一间隙(190)的用于流动的第二间隙(192)的较大直径下游部分(142b)；并且
其中所述环形区域(168)和所述凹部(166)或所述端口(285)中的所述一个或多个沿着所述入口喷嘴(140)或所述外阀芯(142)中的所述至少一个的较小直径上游部分布置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的阀，其中所述阀配置为先导阀；
其中所述第一配置对应于用于通过来自所述压力源的流动加载所述圆顶(33)的加载配置；并且
其中所述第二配置对应于用所述压力源以比所述第一配置中更高的压力操作所述阀，并且可选地或优选地，其中所述加载配置是启动或低压加载配置，并且与处于所述第二配置相比，处于所述第一配置的所述第一流动控制部件和所述第二流动控制部件(142、140)为沿着所述流动路径的所述至少一部分的流动提供更大的流动能力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的阀，其中所述第一流动控制部件或所述第二流动控制部件(142、140)中的至少一个包括至少一个凹部(166)，所述至少一个凹部朝向所述第一流动控制部件或所述第二流动控制部件(142、140)中的所述至少一个中的另一个敞开；并且
其中所述第一配置和所述第二配置之间的所述至少一个凹部(166)的位置的相对差异提供所述第一流动区域和所述第二流动区域之间的差异的至少一部分，并且可选地或优选地，其中所述至少一个凹部(166)配置为方形凹槽。
10.根据权利要求9所述的阀，其中所述流动路径的所述至少一部分沿着所述第一流动控制部件和所述第二流动控制部件(142、140)之间的界面区(168)延伸；并且
其中所述至少一个凹部(166)的长度等于或大于所述界面区(168)的长度。
11.根据权利要求10所述的阀，其中所述至少一个凹部(166)在所述第一配置中延伸超过所述界面区(168)的第一端部(174)和第二端部(176)；并且
其中所述至少一个凹部在所述第二配置中延伸超过所述界面区的所述第一端部或所述第二端部(174、176)中的仅一个。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的阀，其中所述至少一个凹部(166)包括多个凹部；并且
其中在所述多个凹部中的相邻凹部(166)之间的所述第一流动控制部件或所述第二流动控制部件(142、140)中的所述至少一个的一部分(179)配置成接触所述第一流动控制部件或所述第二流动控制部件(142)中的所述至少一个中的另一个以引导所述第一流动控制部件和所述第二流动控制部件(142、140)的轴向相对移动。
13.根据前述权利要求中任一项所述的阀，其中所述第一流动控制部件和所述第二流动控制部件(142、140)配置成用于从所述第一配置通过所述第二配置到第三配置的连续相对移动，在所述第三配置中所述第一流动控制部件或所述第二流动控制部件(142、140)中的至少一个关闭从所述压力源到所述圆顶(33)的所述流动路径。
14.根据前述权利要求中任一项所述的阀，其中所述第一流动控制部件或所述第二流动控制部件(142、140)中的至少一个包括多个不同的流动控制件。
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