CN104884907A - 用于直接流量测量的阀球 - Google Patents

Abstract

一种阀，包括主体，所述主体具有上游端口和下游端口，两端口相对于公共轴线配置，并且包括球，该球设置成相对于公共轴线在打开和关闭位置之间旋转，以允许流体流动/非流体流动。所述球具有带校准孔的校准构件，其具有流量系数；测压孔，所述测压孔位于校准孔的上游和下游并且分别与上游和下游端口流体连通，以在处于打开位置时，测量上游和下游压力，上游和下游测压孔相对于公共轴线成角度，因此流体流动的情况基于在处于打开位置时关于校准孔的流量系数的上游和下游测压孔之间的测量的压力差来确定。

Description

用于直接流量测量的阀球

技术领域

本发明涉及用于提供直接流量测量的技术；并且更具体地，本发明涉及一种被配置用于提供直接的流量测量的阀。

背景技术

目前，大多数流体流动的系统需要用于切断流动的隔离阀和用于检验系统流速的单独的流量测量装置。系统中的这些附加组件占用额外的空间并增加水头损失。另外，根据所使用的流量测量装置的类型，可能需要显著量的额外管道长度。

发明内容

根据一些实施例，本发明可以采取装置的形式，例如包括结合有阀球的阀体的阀。

阀体可被配置为具有用于允许上游压力被感测和/或测量的上游端口和用于允许下游压力被感测和/或测量的下游端口，上游端口和下游端口管于阀的公共轴线被配置。

阀球可以被配置在阀体内，以便关于公共轴线旋转，并可在打开和关闭位置之间操作以分别允许流体流动和非流体流动。阀球也可以被配置为具有：

校准构件，其被配置为形成校准孔以允许流体流动并具有流量系数，

上游测压孔，其位于校准孔上游并与上游端口流体连通，以便在阀球处于打开位置时，测量流体流动的上游压力，和

下游测压孔，其位于校准孔的下游并与下游端口流体连通，以便在阀球处于打开位置时，测量流体流动的下游压力，

使得可至少部分地基于当阀球基本上处于打开位置时关于校准孔的流量系统的上游测压孔和下游测压孔之间的测量压力差，来确定流体流动的情况。

本发明可以包括以下附加特征中的一个或多个：

例如，校准孔可以被配置为具有固定的校准内径并集成到阀球，或者作为单独的插入件被组装。

上游测压孔和下游测压孔可以被设置在阀球的相对两侧。

校准孔可以选自允许测量不同的流速和情况的一组单独的可互换孔插入件。

形成校准孔的校准构件可以是流量喷嘴。

该阀可以采取正截止位移阀的形式。

形成校准孔的校准构件可以包括用于流量测量的文丘里管或文丘里管配置。

上游测压孔被配置为关于公共轴线成角度，或者下游测压孔被配置为关于共同轴线成角度，或两个测压孔都被配置为成角度。

校准构件可被配置成在关闭位置和打开位置之间旋转，使得当校准构件被旋转到关闭位置时，流体流动通过校准孔，以便进行直接流量测量，并且使得当校准构件被旋转到打开位置时，流体围绕校准构件流动并且没有进行直接流量测量。

该装置还可以包括信号处理器，其可被配置成接收来自于上游测压孔传感器和下游测压孔传感器的信号，该信号包含关于感测的在阀内的流体流动的上游和下游流体压力信息；并至少部分地基于当阀球基本上处于打开位置时关于校准孔的流量系数的上游测压孔和下游测压孔之间的测量的压力差，，确定流体流动的情况。

根据本发明的一些实施例，该装置可以采取阀系统的形式，其包括阀、上游测压孔传感器和下游测压孔传感器的组合。该阀可包括阀体，其配置成具有用于允许上游压力被感测和测量的上游端口和用于允许下游压力被感测和测量的下游端口。上游端口和下游端口可以关于公共轴线配置。阀球可以被配置在阀体内以关于公共轴线旋转，并可在打开位置和关闭位置之间操作以分别允许流体流动和非流体流动。阀球也可以被配置成具有

校准构件，其被配置为形成校准孔以允许流体流动并具有流量系数，

上游测压孔，其位于校准孔上游，以便在阀球处于打开位置时，测量流体流动的上游压力，上游测压孔关于公共轴线成角度，和

下游测压孔，其位于校准孔的下游以便在阀球处于打开位置时，测量流体流动的下游压力，下游测压孔关于公共轴线成角度。

上游测压孔传感器可关于上游测压孔被配置，以便响应于上游压力并提供包含关于上游压力的信息的信号。

下游测压孔传感器可关于下游测压孔被配置，以便响应于下游压力并提供包含关于下游压力的信息的信号。

该阀系统还可以信号处理器，其被配置成接收来自于上游和下游测压孔传感器的关联信号，并至少部分地基于当阀球基本上处于打开位置时关于校准孔的流量系数的上游和下游测压孔之间的测量的压力差，确定流体流动的情况。

可替代地，也可以设想这样的实施例，其中用户被允许例如至少部分地基于被包含在所接收的关联信号内的信息，进行上游和下游测压孔之间的压力差的手动计算。例如，上游和下游测压孔的读数可以从接收到的关联信号被显示，并且用户可以至少部分地基于所显示的读数，进行上游和下游测压孔之间的压力差的手动计算。

本发明的一个优点是，它提供了一个特征，使直接流量测量能够通过密封体或正截止隔离阀的阀球在任何存在流体流动的系统内获得。本发明在密封体或隔离阀的阀球内并入直接流量测量，减少了系统中所需的组件的总数量，并在确定整个系统的压头损失要求时，提供一个压头损失位置和正截止。

附图说明

附图包括以下附图，未按比例绘制：

图1a是根据本发明的一些实施例的呈正截止隔离阀形式的装置的示意图。

图1b是根据本发明的一些实施例的图1a所示的正截止隔离阀的部分的示意图。

图1c是根据本发明的一些实施例，可形成该装置的部分的信号处理器的示意图。

图2是根据本发明的一些实施例，类似于图1a所示的具有保持环的正截止隔离阀的部分的示意图。

图3是根据本发明的一些实施例，类似于图1a所示的具有广义喷嘴的正截止隔离阀的部分的示意图。

图4是根据本发明的一些实施例，类似于图1a所示的具有流量喷嘴的正截止隔离阀的部分的示意图。

图5是根据本发明的一些实施例，具有流量喷嘴的正截止隔离阀的示意图。

图6是根据本发明的一些实施例，类似于图1a所示的具有文丘里管形阀球的正截止隔离阀的部分的示意图。

图7a至7d是根据本发明的一些实施例，类似于图1a所示的但具有旋转校准构件或板的正截止隔离阀的示意图；包括图7a，其示出了在关闭位置中旋转，用于取得直接流量测量的校准板；图7b，其示出了在打开位置中旋转的校准板；图7c，其示出了通过图7a中的处于关闭位置的校准板的流动；和图7d，其示出了围绕图7b中的处于打开位置的校准板的流动。

图8a是根据本发明的一些实施例，具有设置在其内的高和低压力探针或探针组件的阀的示意图。

图8b是根据本发明的一些实施例的压力探针或探针组件的示意图。

图9是根据本发明的一些实施例的压力传感器和/或信号处理器的示意图。

具体实施方式

图1a，1b以装置10的形式示出了本发明，该装置10例如是阀或正截止隔离阀(positive shut-off isolation valve)，其具有与阀球14组合的阀体12。正截止隔离阀10还具有用于将阀球14转动到打开或关闭位置的手柄15。在图1a、1b中，阀球14在打开位置被示出，使得流体流过阀体14。当手柄15被在任一方向上转动或旋转约90°时，阀球14将处于关闭位置，使得没有流体流过阀体14。

阀体12可被配置成具有上游端口12a，以允许上游压力被感测和测量；和下游端口12b，以允许下游压力被感测和测量。上游端口12a和下游端口12b可以关于公共轴线A配置。

阀球14可被配置在阀体12内以关于公共轴线A旋转，并可在打开位置和关闭位置之间操作，以分别允许流体流动和非流体流动。以举例的方式，流体流动在由箭头F所指示的方向上。阀球14也可以被配置成具有整体由箭头14a表示的校准孔，上游测压孔14b和下游测压孔14c。校准孔14a可以通过校准构件14a'配置或形成，其被确定尺寸为具有允许流体流动F，以具有预定的流量系数的中央开口。校准构件14a'可以采取环状结构的形式。与图7b中所示相一致，使得该校准孔14a采取形状为圆形的中央开口的形式。然而，本发明的范围旨在包括被配置成具有其它类型或种类的结构并具有包括其他类型或种类的相应形状的中央开口的校准构件14a'，所述中央开口的相应形状包括椭圆形、正方形、三角形，其中所述形状至少部分地基于预定系数流动。

上游测压孔14b可位于校准孔14a的上游，并与上游端口12a流体连通，以在阀球12处于打开位置时，感测和测量流体流动F的上游压力。上游测压孔14b也可以关于共同轴线A成角度，如图所示。下游测压孔14c可以位于校准孔14a的下游，并与下游端口12b流体连通，以便当阀球12处于打开位置时，感测和测量流体流动的下游压力。下游测压孔12b也可以关于共同轴线A成角度，如图所示。在操作中，流体流动F的情况，可以至少部分地基于当阀球12基本上处于打开位置并且流体F正流过阀体14时关于校准孔14a的预定流量系数的在上游和下游测压孔14b、14c之间感测到的测量的压力差，确定流体流动F的情况。

在图1a中，上游测压孔14b被示出为形成集成端口阀杆组件13的将阀球14联接到手柄15的部分。

在操作中，通过阀杆组件13和阀体12内的附加端口12b所限定的集成端口12a将允许操作者容易地确定流过正截止隔离阀10的流体的情况，这与本文所述相一致。在阀球或密封体球14内的上游和下游测压孔14a、14b将允许通过阀杆组件13和阀体12内的端口12a、12b来测量内部阀的情况。阀密封体球14可在分别允许流体流动和非流动的打开位置和关闭位置之间操作。

通过校准孔14a和测压孔14a、14b的引入，流量测量可以发生在隔离阀10的阀球14内。校准孔14a可以具有固定的校准内径，并且可以是集成到正截止隔离阀10的所谓校准阀球14或形成其一部分，或可以作为一个单独的插入件被组装。测压孔14a，14b可贴近地位于阀球14内的校准孔14a的上游和下游，并将分别用于测量上游和下游压力。在集成端口阀杆组件13内的集成端口12a被配置成允许测压孔14b被检测和测量。与集成端口阀杆13相对的相应集成端口12b将允许其他测压孔14c被感测和测量。流动通过当阀球14处于完全打开位置时关于校准孔14a的流量系数应用上游和下游测压孔之间的测量的压力差来确定。本发明的范围旨在包括使用单独的可互换孔插入件，以允许测量不同的流速和情况。

阀10还可以包括联接到上游和下游端口12a，12b的上游和下游测压孔传感器18a，18b，其被配置成感测流体压力并提供含有关于流体压力的信息的信号以用于通过如图1c所示的信号处理器16处理。

图1a和1b中的阀10也可以包括不形成下面的发明的部分的其它组件，例如，包括上和下阀体密封件21a，21b，用于提供旋转密封功能的O形环23a，23b，23c，23d，以及集成端口阀杆内的其他组件，当手柄被转动时允许其旋转，允许来自于上游端口的流体压力被提供和感测及测量。此外，为了减少图中的杂乱，不是每个图中的每个元件都被标记。

图1c：信号处理器16

根据本发明，装置10还可以包括图1c所示的信号处理器16，其可被配置成接收来自于上游和下游测压孔传感器18a，18b的信号(也参见图9)，并至少部分地基于当阀球14基本上处于打开位置时，关于校准孔14a的流量系数的上游和下游测压孔14b，14c之间的测量的压力差，确定流体流动的情况。信号处理器16还被配置为至少部分地基于当阀球14基本上处于打开位置时，关于校准孔14a的流量系数的上游和下游测压孔14b，14c之间的测量的压力差，提供包含关于流体流动的情况的信息的对应信号。信号处理器16也可以被配置成具有处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器装置，所述至少一个存储器装置和计算机程序代码被配置为，与所述至少一个处理器一起，使信号处理器至少实现以上提到的装置的信号处理功能。本领域技术人员将理解并了解如何实施这样的信号处理器来执行上述信号处理功能，而无需过度的实验。

通过示例的方式，信号处理器16的功能可以使用硬件、软件、固件或其组合来实现。在一个典型的软件实施方式中，信号处理器16将包括一个或多个基于微处理器的架构，其具有至少一个微处理器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出装置和控制，以及连接它们的数据和地址总线。本领域技术人员将能够对这样的基于微控制器(或微处理器)的实施方式进行编程，以执行本文所描述的功能，而无需过度的实验。本发明的范围并不意在限于使用现在已知或者将来开发的技术的任何特定实施方式。

图2

图2示出了本发明的一个实施例，其中保持环18被配置在阀球14内位于校准构件14a'的上游，以便为校准构件14a'提供一些保持功能。在图2中，与图1a，1b中所示类似的元件被提供有类似的附图标记。

图3-5

图3-5示出了本发明的实施例，其中通过隔离阀10的阀球14的流量测量也可以使用整体表示为22的广义流量喷嘴(图3)发生，代替由校准构件14a'形成的固定校准孔14a，或整体表示为24的流量喷嘴也可以具有同样的效果。在图5中，上游测压孔14b被示出，其相对于上游端口12a基本上对准(即不成角度)。

在图3-5中，与图1a，1b中所示相似的元件被提供有相似的附图标记。

图6

图6示出了本发明的一个实施例，其中可被配置在阀球140内的文丘里管也可被用于流量测量。如图所示，阀球140被配置成具有三部分140a，140b和140c。部分140a是宽部分，部分140b是相对于宽部分140a的收缩部分，而部分140c是相对于部分140a和140b的中间部分。文丘里效应被理解为当流体从宽部分140a通过收缩部分140b并流到阀球140的中间部分140c时所导致的流体压力的降低。流量将被与流量系数类似地计算，所述流量系数变化以适合孔、喷嘴或阀球内配置的文丘里管的设计。测压孔14b，14c可以被配置或设置在阀球140上的任何取向。根据本发明的一些实施例，所述设计也可应用到耳轴型球阀。

图7a-7d

图7a-7d示出了根据本发明的整体表示为100的阀的一个替代实施例，其包括组合有阀球114的阀体112(又名阀密封体)。阀球114包括用于流量测量的校准孔板114a，如果需要，其可由操作者旋转出流动路径。图7a和7c中示出了处于关闭位置的校准孔板114a，而图7b和7d示出了处于关闭位置的校准孔板114a。

操作者可以选择以将孔板114a旋转出流动路径来增加通过阀100的流量，如图7a和7c所示；或者，操作者可以选择以将孔板114a旋转进入流动路径，以使用阀100作为流量测量的瞬时装置，如图7b和7d所示。校准孔板114a将通过沿着与阀球114相同的旋转轴线A经由枢轴114d被安装在阀球114内。在阀100的一侧，手柄115可被配置成控制阀球114的旋转。在阀100的另一侧，单独的手柄或刻度盘119可被配置成控制孔板阀杆117的转动，这反过来将控制孔板114a的位置。用于与上游测压孔114b协作并确定流体流量所需的上游压力端口112a可以被配置或包含在集成球阀或端口阀杆113内，如图所示。与用于流体流量测量的下游测压孔114c协作所需的下游压力端口112b可被配置或包含在孔板阀杆117内，如图所示。

在图7a至7c中的阀100包括不形成下面的发明的部分的其它组件，例如，包括上、下阀体密封件121a，121b，用于提供旋转密封功能的O形环123a，123b，123c，123d，123e，123f，123g，123h，以及集成端口阀杆内的其他组件，当手柄被转动时允许其旋转，允许从上游端口提供流体压力以便被感测和测量。

图8a和8b

图8a示出了根据本发明的一些实施例，整体表示为200的阀，其具有设置在其中的高压和低压探针或探针组件202a，202b。阀200与图7a和7b中所示的阀100具有许多类似的部件和组件。在图8a中，非重复部件或组件被标识和描述。例如，高压和低压探针或探针组件202a、202b分别关于图7a，7b中所示的端口例如112a，112b设置，并具有电缆204a，204b，其穿过和从所示的阀200的顶部和底部通过到达例如图9所示的压力传感器和/或信号处理器280。设想这样的实施例，其中电缆204a，204b被配置为电子电缆，用于提供电信号给例如图1c或图9所示的信号处理器。在这种类型的实施例中，高压和低压探针或探针组件202a，202b可以包括，或采取某种基于压电(PZT)的传感器的形式，其被配置成响应于流体压力并提供含有关于流体压力的信息的合适的电信号。或者，设想这样的实施例，其中电缆204a，204b被配置为中空电缆，用于提供流体压力给例如图9所示的压力传感器，其中流体压力被感测和测量，并且含有关于流体压力的信息的合适的电信号被提供以用于随后的信号处理。

高压和低压探针或探针组件例如元件202a，202b是本领域已知的，并且本发明的范围并不意在限于其现在已知或者将来开发的任何特定类型或种类。以举例的方式，图8b示出了根据本发明的一些实施例，总体表示为250的一个这样的压力探针或探针组件，其具有针和装配组件252，用于接收流体流的中空探针部254，套圈螺母256，保持环258和与中空探针部254流体连通的通道或通路260，用于提供来自于压力探针或探针组件250的流体流动。

图9

图9示出了根据本发明的一些实施例，整体表示为180的装置，其可采取压力传感器和/或信号处理器的形式或实现为压力传感器和/或信号处理器。该装置180被从图8a所示的阀200联接到电缆204a，204b。

在一种类型的实施例中，压力传感器180可以被实施，以便例如在电缆204a，204b中响应于流体流动的流体压力，并提供包含关于流体压力的信息的信号。信号将以与例如图1c中所示相一致的方式被处理，以确定高压和低压探针或探针组件202a，202b之间的压力差。

可替代地，在另一类型的实施例中，信号处理器180可以采取与图1c所示相一致的形式，或实现为与图1c所示相一致，以便提供信号处理功能，来确定高压和低压探针或探针组件202a，202b之间的压力差。

本发明的范围

应该理解的是，除非本文中另有说明，关于本文的特定实施例所述的任何特征、特性、替代方式或修改也可以被应用、使用，或与本文描述的任何其它实施例相结合。另外，本文的附图不按比例绘制。

虽然本发明通过示例的方式关于离心泵被描述，本发明的范围旨在包括使用相对于现在已知或将来开发的其他类型或种类的泵相同的泵。

虽然本发明已经相对于其示例性实施例被描述和示出，也可以在其中和其上进行前述的和各种其它的添加和省略，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种装置，所述装置包括阀，所述阀具有：

阀体，其配置成具有用于允许上游压力被测量的上游端口，和用于允许下游压力被测量的下游端口，所述上游端口和所述下游端口关于公共轴线被配置；和

阀球，其被配置在所述阀体内以关于所述公共轴线旋转，并能在打开位置和关闭位置之间操作，以分别允许流体流动和非流体流动，并且还配置成具有

校准构件，其被配置为形成校准孔以允许所述流体流动并具有流量系数，

上游测压孔，其位于所述校准孔的上游并且与所述上游端口流体连通，以便当所述阀球处于所述打开位置时测量所述流体流动的上游压力，和

下游测压孔，其位于所述校准孔的下游并且与所述下游端口流体连通，以当所述阀球处于所述打开位置时测量所述流体流动的下游压力，

使得所述流体流动的情况至少部分地基于信号来确定，所述信号包含与当所述阀球基本上处于所述打开位置时关于所述校准孔的所述流量系数的所述上游和下游测压孔之间的测量的压力差有关的信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述校准孔被配置为具有固定的校准内径且集成到所述阀球，或者作为单独的插入件被组装。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述上游测压孔和所述下游测压孔被布置在所述阀球的相对两侧。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述校准孔选自允许测量不同的流速和情况的一组单独的可互换孔插入件。

5.根据权利要求1所述的装置，其中形成所述校准孔的所述校准构件是流量喷嘴。

6.根据权利要求1所述的装置，其中形成所述校准孔的所述校准构件包括用于流量测量的文丘里管。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述阀是正截止位移阀。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括上游和下游测压孔传感器，其被配置成响应于关于所述上游和下游测压孔感测的流体压力，并提供包含关于所述流体压力的信息的信号。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述装置包括信号处理器，其被配置成从所述上游和下游测压孔传感器接收信号，并至少部分地基于在所述阀球基本上处于所述打开位置时关于所述校准孔的所述流量系数的所述上游和下游测压孔之间的所述测量的压力差确定所述流体流动的情况。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述上游测压孔关于所述公共轴线成角度，或所述下游测压孔关于所述公共轴线成角度，或者两个测压孔都成角度。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述校准构件被配置为在关闭和打开位置之间旋转，使得当所述校准构件处于所述关闭位置时，流体流过所述校准孔，以便进行直接流量测量，并使得当所述校准构件处于所述打开位置时，所述流体围绕所述校准构件流动，并且没有进行直接流量测量。

12.一种装置，所述包括阀系统，所述阀系统包具有：

阀，其包括：

阀体，其配置成具有用于允许上游压力被测量的上游端口，和用于允许下游压力被测量的下游端口，所述上游端口和所述下游端口关于公共轴线被配置；和

阀球，其被配置在所述阀体内以关于所述公共轴线旋转，并能在打开和关闭位置之间操作，以分别允许流体流动和非流体流动，并且还配置成具有

校准构件，其被配置为形成校准孔以允许流体流动并具有流量系数，

上游测压孔，其位于所述校准孔的上游，以便当所述阀球处于所述打开位置时测量所述流体流动的上游压力，所述上游测压孔关于所述公共轴线成角度，和

下游测压孔，其位于所述校准孔的下游，以便当所述阀球处于所述打开位置时测量所述流体流动的下游压力，所述下游测压孔关于所述公共轴线成角度，

上游测压孔传感器，其被关于所述上游测压孔配置以响应上游压力并提供含有关于所述上游压力的信息的信号；和

下游测压孔传感器，其被关于所述下游测压孔配置以响应下游压力并提供含有关于所述下游压力的信息的信号。

13.根据权利要求12所述的装置，其中形成所述校准孔的所述校准构件被配置为具有固定的校准内径且集成到所述阀球，或者作为单独的插入件被组装。

14.根据权利要求12所述的装置，其中所述上游测压孔和所述下游测压孔被布置在所述阀球的相对两侧。

15.根据权利要求12所述的装置，其中形成所述校准孔的所述校准构件选自允许测量不同的流速和情况的一组单独的可互换孔插入件。

16.根据权利要求12所述的装置，其中形成所述校准孔的所述校准构件是流量喷嘴。

17.根据权利要求12所述的装置，其中形成所述校准孔的所述校准构件包括用于流量测量的文丘里管。

18.根据权利要求12所述的装置，其中所述阀是正截止位移阀。

19.根据权利要求12所述的装置，其中所述校准构件被配置为在关闭和打开位置之间旋转，使得当所述校准构件被旋转到所述关闭位置中时，流体流过所述校准孔，以便进行直接流量测量，并使得当所述校准构件被旋转到所述打开位置中时，所述流体围绕所述校准构件流动，并且没有进行直接流量测量。

20.根据权利要求12所述的装置，其中所述装置包括信号处理器，其被配置成从上游和下游测压孔传感器接收关联信号，并至少部分地基于当所述阀球基本上处于所述打开位置时关于所述校准孔的流量系数的上游和下游测压孔之间的测量的压力差，确定所述流体流动的情况。