专利名称：一种流动路径的流动特性的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及改变通过例如包括球阀的流体控制设备中的流动路径的流体流动，并且尤其涉及一种改变这种流体控制设备的流体流动特性的装置及方法。
背景技术：
在多种类型的流体系统中，调节或者以另外的方式控制通过流体回路的流体流动是必须的。例如，建筑物的供热通风以及空气调节(HVAC)系统典型地包括多个向建筑物内的热交换器提供加热或者冷却水的流体回路。这些回路中的流体流动通常由每个流体回路内的一个或者多个阀调节，来向这些将使得建筑物内部保持所需温度的热交换器提供流体的流动。上述阀以可操作的方式与诸如温度调节装置的控制设备连接，并且由该控制设备控制。
作为选择特定流体系统使用的控制阀的一部分过程，控制阀相对于开口程度的有效流动区域之间的关系被称为“阀特性”。对于HVAC系统使用的阀来说，所典型希望的就是在流体流动的期望范围内具有所谓的“等百分比”的阀特性。在显示等百分比特性的阀中，阀开口程度(如百分比)相对于在前给出的开口程度的变化将使得在前给出的开口程度处的流体流动中的等百分比的流体流动变化。例如，如果使阀多打开10％会导致流体流量相应增加10％时，该阀表现出等百分比特性。当阀最初准备打开时，具有等百分比流动特性的阀以非常低的速度增加流体流量，接着，随着开口程度越来越大，开口递增的增加所带来的流体流量的增加速度也越来越大。
本领域技术人员应当明白，虽然理想的理论目标是使用一种具有真正的等百分比阀特性的阀，但是大多数实际的控制阀在其整个运行范围内都不会固有地呈现这种特性。例如，虽然由于可靠性、尺寸小以及相对低的成本等多种原因，通常希望在这种HVAC系统中使用球阀，但是球阀的阀特性一般不能从本质上很好地适用于HVAC系统。
典型的球阀包括一个通常为球状物的阀部件，该阀部件可旋转地设置在阀壳体内的两个密封件之间。阀壳体限定一条从阀部件开始向上游延伸和向下游延伸的流动路径，而阀部件包括一个从阀部件贯通的孔，该孔可以选择性地与流动路径对准以调节通过该流动路径的流体流动。
贯穿阀部件的孔和壳体内的流动路径都典型地具有圆形的横截面。当阀部件旋转90度角时，孔从全开位置移动到全闭位置，处于全开位置时，孔与流动路径完全对准，处于全闭位置时，孔垂直延伸至流动路径，孔的两端位于两个密封件之间，因此流体不能流动通过球状物。当孔打开时，孔的前缘形成球状物外表面的一个控制边缘，其在阀部件从全闭位置向全开位置移动时，横向地移动穿过流动路径。
流动路径内的控制边缘的横向位置限定流动路径的一个有效的轴向开口区域，该开口区域在横截面上显示为一般的“橄榄球形状”，其具有两个相对的、与一对相对的向外弯曲的边缘连接的尖端，该向外弯曲的边缘所形成形状的中间比尖端处宽。当控制边缘横向地移动到流动路径时，橄榄球形状的区域以相当快的速度打开，并且当球状物旋转时，尤其当阀首次打开时，该区域以相当快的速度闭合。
虽然区域的这种快速变化是开关型应用中使用的球阀的理想特性，这种应用中，球阀只是简单地从全开位置移动到全闭位置，但是这种横截面区域的快速变化不是诸如HVAC系统的应用中所典型希望的，后一种应用中的球阀是用来调节阀在部分打开位置时的流体流动。该区域的这种快速变化也不能在球阀处于全开和全闭位置之间的任何一部分运行范围内获得理想的等百分比流动特性，这使得球阀在本质上很难被选择用作HVAC系统的调节阀。
但是这些年来，球阀的制造商们已经意识到，通过在球阀阀部件的相邻位置处、或者在阀部件的孔内增加一个流动特性设备，球阀的固有流动特性可得到修正，这样用作HVAC系统的调节控制阀的球阀的性能得到显著改善。通过使用这种流动特性设备，可至少在球阀的一部分运行范围内不时地提供等百分比的阀特性。
现有的流动特性设备通常包括一个贯穿流动路径的壁，其具有一个能构成为与阀部件外表面近似一致的表面。该壁包括一个特定形状的、限定流体流动的横截面区域的开口，该开口小于流动路径和阀部件内的孔对准程度所应当固有呈现的开口，以这种方式，球阀快速打开以及闭合的特性得到修正以提供一种更类似于理论的等百分比流动特性的流动特性，或者提供另外一些流动特性，对于特定应用来说，其相比较那些不包括流动特性设备的球阀的固有的快速打开以及闭合的特性来说，更令人满意。
这些年来，现有的流动特性设备已经使用一个或者多个开口，这些开口为宽排列形状，其大小能贯穿壁。所希望的是，在阀运行的至少一部分范围内提供等百分比特性，通常使用的是一个单独的细长开口，该细长的开口从位于控制边缘全闭位置附近处的一个顶点(也就是说，阀部件的孔首次开始打开的点，或者该孔完全闭合的点)开始横向地贯穿流动路径，到达该细长开口的一个相对的、颇宽的、位于控制边缘全开位置附近处的端部。
这些年来，现有的阀特性设备中，细长开口在该顶点和相对端部之间的侧壁呈现出多种形状。在早期的方法中，如授予Bentley-Leek的美国专利US3,563,511所举例说明的，其使用的是一种具有一般三角形形状开口的流动特性插入物，该开口类似于图1A所显示的开口。在后来的、至今仍在使用方法中，Worcester Controls提出一条“特征定位(Seat)的阀”的线，其中，球阀的一个密封包括一个壁，该壁使细长孔限定为如图1B-F所示的、包括贯穿流动路径的槽、孔和/或倾斜边的多种形状中的一个，和多种形状的组合。更近代的其他方法提出使用具有侧壁的细长孔，这些侧壁形成简单抛物线或者如图1E所示并由授予Marandi的美国专利US5,937,890举例说明的其他弯曲形状。
在更近代的现有方法中，如图1F-H所示，并由属于Carlson等的美国专利申请号为US2001/0030309A1，以及授予Tuttle等的美国专利US6,109,591所举例说明的，流动特性设备为插入物或者轴承的形式，其所包括的开口具有从狭窄顶点或者尖端延伸的复杂弯曲形状的侧壁，当流动特性设备安装在球阀外表面附近时，该顶点或者尖端设置在控制边缘的全闭位置附近。在这些装置中，典型地，开口在顶点附近狭小，然后以光滑曲线快速地变大以在相对于顶点的开口端部的附近提供相当宽的开口区域。
通过数十年后，流动特性设备的开口形状以及复杂性的持续发展预示着设计和制造具有能提供理想阀特性的开口形状的特性设备中涉及的实际困难，该理想的阀特性在某些情况下可以包括近似等百分比特性的至少一部分。
尤其在希望获得等百分比阀特性的场合，有几个因素使得这种孔的设计困难。除希望在至少受控流动的希望范围内获得等百分比特性的阀特性外，通常所希望的是，球阀在阀部件全开位置处获得理想的阀系数(CV)，并且希望阀能在阀部件全闭位置处完全切断流动。通常，所希望的是，阀能在80％或者更大的开口处供给差不多全部的流动，并且在阀开口在0％-80％之间时，阀能提供精确的流动控制，优选依照HVAC系统中用来控制流动的阀的等百分比特性。
实际上，为了同时满足单个理论的等百分比特性曲线的所有需求，设计者很难典型地利用修正的、在全开的10％-80％区域内使用的特性曲线，该特性曲线在全开的80％-100％的区域内具有不同递增的阀开口百分比。由于实际的等百分比曲线决不会从任何阀打开时的启动点开始完全减少到零，因此设计者为了使阀的开口范围低于诸如10％的低值，也必须典型地以某种方式修正理论的特性曲线以使得阀完全地关闭。如上边参照的、授予Carlson等的美国专利申请所举例说明的，通过一种“具有大约ea(h/100-1)的横截面区域，其中a大约在2-5之间，并且h为阀轴线位置，但是通过修正，该横截面区域在h为零时为零”的设备，描述这种修正的等百分比曲线的数学曲线改进起来很复杂。
即使通过设计者改进这种复杂的数学描述，许多实际的困难还是存在，这使得实际上制造一种依照理论曲线实施的流动特性设备很困难。在现有的特性设备中，开口的顶点附近所需要的这种非常小、窄的开口制造了相当大的困难。典型地需要复杂的制造工艺，诸如使用计算机导向激光或者EDM(放电加工机床)的切削，来精确地使复杂成形的开口尺寸的公差保持在足够密封的限制内，以获得设计者改进的理论特性曲线所预测的性能。在一些现有的方法中，如上边参照的、授予Tuttle等的美国专利所举例说明的，其建议阀座应当构成为重叠的两半，以使得它们以精确的相互装配的关系紧紧地安装在一起并且固定在一起，同时孔的相应部分在这两半的每一半中形成。
Carlson等提供了如下内容对于非常小的流动来说，开口在顶点附近趋于非常窄，这导致一种风险，即脏颗粒或者其他污染物会积累并干扰阀的运行。Carlson指出在顶点上方设置一个盖或者“帐篷”，但是向外展开的端部不需覆盖，这样盖阻止流体直接从圆盘的一侧流向相反的一侧。可替换的是，流体必须向一边流动来寻找未被覆盖的开口部分。在流体通过圆盘之前，其必须流动相对长的路程。因此，按照Carlson所述，该盖可使较大的开口用在顶点附近，同时保持所需的流动特性。Carlson还声称，顶点附近的开口越大，颗粒通过就越容易，并且在使颗粒积累减少到最小的同时，该盖保持所需的流动特性。但是，Carlson没有公开，为了当球状物内的孔定位成只与孔的覆盖部分交换流体时能提供流动控制而希望的盖的形状和顶点附近的开口形状，因此，通过圆盘的所有流动必须通过孔的覆盖部分。
除保持细长开口的尺寸所需的精确公差涉及的问题外，现有的阀也需要在流动特性设备的壁的内表面和阀部件外表面之间有紧密的一致性。如上边引用的、属于Carlson等的美国申请陈述的那样，“方便地是，面向球状物的圆盘表面为凹形结构，并且基本上与阀内部的球状物或者塞子的球形表面对应。优选地是，将圆盘和其凹形表面设置成固定在球状物或者塞子上，更优选地是，将圆盘和其凹形表面非常靠近于球状物或者塞子设置。优选地是，圆盘和球状物或者塞子之间的空间空着，这样就使得圆盘和球状物或者塞子之间流动的流体最小化(即旁路流动)，进一步使得圆盘不与球状物或者塞子干涉，并且使得阀平稳的运行。最优选地是，该空间的范围为大约0.0005-0.0015英寸，而优选地为大约0.001英寸”。满足这种一致性的严格要求的流动特性设备的制造和安装是一项困难的制造任务。
因此，所需要的就是一种改进的、提供一种流体控制阀的流动特性设备的装置和方法，其满足上述需求，并克服与上述现有技术有关的一个或者多个问题。也希望以一种形式提供这种改进的装置和方法，该种形式减小了在球阀中重新定位阀部件所需的扭矩。由于降低扭矩的需求允许使用较小的传动机构，所以特别本质的是，球阀具有一个与阀部件连接、用于重新定位阀部件的驱动电动机。通常来讲，与较大的传动机构相比，较小的传动机构的制造费用较低，并且所需的输入功率较少，因此减少了传动机构的原始成本和运行费用。
发明内容
本发明提供一种改进的装置及方法，其通过将分段的特性通道和控制边缘布置在流动路径内，并调节分段特性通道和控制边缘彼此之间的相对位置，来使用分段特性通道和与分段特性通道相邻设置的控制边缘来控制通过流动路径的流体流动。分段的流动特性通道和控制边缘中的一个或者两个可相互之间选择性的移动。
依照本发明的一个方面，通过将分段的特性通道和控制边缘布置在流动路径内，并调节分段特性通道和控制边缘彼此之间的相对位置，来通过分段特性通道和与分段特性通道相邻设置的控制边缘控制通过流动路径的流体流动，该流动路径限定流动路径的纵向轴线。分段的流动特性通道包括其三个或者更多的离散段，至少其中一个是通孔。三个或者更多离散段的至少两个或者更多沿着横向延伸至流动路径纵向轴线的通道轴线，与通孔流体连通地连接，至少两个或者更多段的每一个都包括一个基本上轴向面对的壁，该壁横向延伸至流动控制设备的中心线，以至于当控制边缘被对准时，由至少两个或者更多的离散段的每一个提供的流动区域是横向面对的、用来控制通过流动路径的流体流动的流动区域。至少控制边缘和分段流动特性通道中的一个沿着通道轴线可选择性的移动。
由于不需要依赖于限定和制造现有的特性设备的特性开口时需要的复杂公式，因此使用这种包括三个或者更多离散段的流动特性通道在很大程度上方便了理想流动特性曲线的理论设计，也方便制造依照理想流动特性曲线被成形以改变流体流动的流动特性设备。
当安装在与流动特性设备相邻的流动路径内的阀部件控制边缘与流动特性通道的三个或者多个离散段的一个或者多个对准时，通过使用流动特性设备，本发明提供一种改进的、改变阀特性的装置及方法，该流动特性设备上具有分段的流动特性通道，该通道包括其三个或者更多的离散段，至少其中一个是通孔，以改变通过安装有流动特性设备的流动路径的流体流动。
在本发明的一个形式中，提供一种流动特性设备，其适合布置在可移动阀部件附近的流动路径内以改变通过流动路径的流体流动，但不包括阀部件或者流动路径，其中，流动路径限定其纵向轴线，并且阀部件包括其外表面，外表面具有沿着横向延伸至纵向轴线的路径可选择性地在流动路径内的阀部件的全开位置和全闭位置之间移动的控制边缘。流动特性设备包括本体，该本体限定流动特性设备的纵向中心线，当流动特性设备安装在流动路径时，该中心线基本上与流动路径的纵向轴线一致地延伸。本体还限定流动特性设备的横向轴线，当流动特性设备安装在流动路径时，横向轴线基本上与控制边缘的路径一致地延伸。该本体还限定流动特性设备的基础面以及流动特性设备的内表面和外表面，该基础面在流动特性设备安装在流动路径时与阀部件的外表面对应，而流动特性设备的内表面和外表面沿着流动特性设备的中心线以间隔的关系布置。
流动特性设备的内表面限定其分型面，分型面与基础面的一部分一致，并且其被成形为抵靠阀部件的外表面，以在分型面和阀部件的外表面之间形成一个基本上液密密封。分型面上可包括一个或者更多的凹陷区域，这些区域与基础面间隔一间隙距离，因此减少了分型面和阀部件之间的摩擦阻力。
流动特性设备的内表面上还限定一个分段的流动特性通道，该通道至少部分地受分型面和基础面的限制，并且该通道包括三个或者更多的离散段，至少其中一个离散段是通过本体延伸、用来在流动特性设备的内表面和外表面之间提供流体传送的通孔。这三个或者更多的离散段的其他两个与通孔流体连通地连接，每一个离散段开口穿过基础面。当阀部件的控制边缘与其中一个离散段对准时，该段提供一个独特大小的、离散的、至少受基础面部分限制的流动区域，以控制通过流动路径的流体流动。
其他两个或者更多离散段中的至少一个可以包括一个横向延伸至流动控制设备中心线的壁，以至于当控制边缘被对准时，由其他两个或者更多的离散段的至少一个提供的流动区域是用来控制通过流动路径的流体流动的、横向面对的流动区域。可选择地是，分段流动控制通道可以包括多个段，这些段具有横向延伸至流动控制设备中心线的壁。
分段的流动特性通道可定位成沿着流动特性设备的横向轴线延伸，通孔基本上设置在通道的一端，至少一个段具有横向延伸至中心线的壁，该段设置在通道的相对端。分段的流动特性通道可以包括第一段和第二段，第一段设置在通道的相对端，分段的流动特性通道还包括一个流动特性表面，该表面具有相邻的第一和第二部分，这些部分至少部分地贯穿流动路径，并且具有离散的前缘与后缘，前缘和后缘在流动特性通道的第一和第二段的结合点处形成突变，这种突变被构成为具有可选择性对准的控制边缘。
流动特性表面的第一和第二段以距基础面不同的距离设置。第一和第二段可形成各自不同大小的横向面对的第一和第二流动区域，因此在第一和第二段的结合点处的横向面对的流动区域内提供阶形变化。第二横向面对的流动区域可大于第一横向面对的流动区域。
在本发明的一些形式中，通孔可以包括相邻的第一和第二离散段，第一和第二离散段之间没有分离壁，并且都具有在结合点处彼此间断连接的离散侧壁，结合点被构成为具有沿着横向轴线、在预定位置处与可选择对准的控制边缘。通孔的第一和第二段可形成各自不同大小的第一和第二轴向面对的流动区域，因此在第一和第二段的结合点处的轴向面对的流动区域内提供阶形变化。
这些离散段可按照串连流体回路的关系彼此定位，其大小为当阀部件的控制边缘与这些段中的指定一个对准时，基本上通过流动路径的所有流体流动都将会通过由指定段提供的、独特大小、离散的流动区域，并受该区域控制。可选择地是，三个或者更多段的两个或者更多的指定段按照并联流体回路的布置彼此定位，以至于当阀部件的控制边缘同时与所有的指定段对准时，基本上通过流动路径的所有流体流动都将通过由所有以并列流体流动关系动作的指定段提供的、独特大小、离散的流动区域，并受该区域控制。这些指定段也可以按照与流动特性通道内的通孔并-串联的流体关系定位，以至于通过这些指定段的所有流动都通过该通孔。
在本发明的其他形式中，三个或者更多段的两个或者更多的指定段可以按照并联流体回路的布置彼此定位，以至于当阀部件的控制边缘与两个或者多个指定段的任何一个对准时，基本上通过流动路径的所有流体流动都将通过由所有以并联流体流动关系动作的指定段提供的、独特大小、离散的流动区域，并受该区域控制。
本发明的某些形式可以包括通过将分型面的一部分与阀部件表面间隔开来形成一个段，因此可形成将流体流动横向引导至阀部件表面的并联路径。
流动特性设备还可以包括在流动路径内支撑阀部件的轴承面。可选择地是，流动特性设备可构成为一个插入物，该插入物与支撑阀部件的轴承一起安装在流动路径内。
流动特性设备包括一个轴承面，该轴承面上可包括一个凹槽，在轴承面和阀部件外表面之间，该凹槽可构成为容纳诸如油脂的润滑剂。轴承面可由流动特性设备的分型面的一部分形成。
由于本发明分段流动特性通道的结构，沿着横向路径，在阀部件控制边缘的任何指定位置处，流动路径内的流体流动的有效区域可以很容易地计算出，其基本上是下列一个或者多个的算术总和(a)当控制边缘的一部分与指定位置处的控制边缘对准时，至少部分地受分段表面的一部分限制的、横向面对的流动区域；(b)在指定位置处，受阀部件外表面的控制边缘的一部分以及流动特性设备的一部分限制的、轴向面对的流动区域，该流动特性设备的一部分在控制边缘接近全闭位置时，从与阀部件的控制边缘相邻的流动路径的壁向外延伸至处于指定位置处的控制边缘；(c)当控制边缘的一部分在指定位置处与控制边缘对准时，由与阀部件外表面间隔开的分型面的一部分至少部分限制的、横向面对的流动区域。
由于通过由依照本发明不同形式的流动特性设备提供的横向面对以及轴向面对的流动区域的简单算术总和来考虑计算有效流动区域，因此不需要为了计算阀部件指定位置的有效区域对限定开口的复杂曲线进行积分，而这是使用现有流动特性设备时需要做的。
本发明可应用于三通球阀以及二通球阀内的流动特性。
本发明还可以表现为结合依照本发明的流动特性设备的球阀，或者表现为用来设计和/和制造依照本发明的流动特性设备或者阀的方法。本发明还可以表现为改变流动路径内的流体流动的方法。
从下列详细的描述以及附图中将会明白本发明其他的方面、目的和优点。
图1A-1L示意性地举例说明了现有技术的流动特性插入物和轴承。
图2是本发明第一示范性实施方式的横截面侧视图，其呈现为球阀，该球阀具有依照本发明的流动特性轴承，并且所显示的球阀阀部件处于全开位置。
图3是图2所示的同一球阀的横截面侧视图，其球阀的阀部件处于全闭位置。
图4A-4P是依照本发明流动特性设备的第一示范性实施方式的透视插图和横截面插图，其提供0.74Cv的最大流动等级以及一副图，该图显示了结合流动特性设备的第一示范性实施方式的阀的性能。
图5A-5F是依照本发明流动特性设备的第二示范性实施方式的透视插图和横截面插图，其提供4.7Cv的最大流动等级以及一幅图，该图显示了结合流动特性设备的第二示范性实施方式的阀的性能。
图6A-6E是依照本发明流动特性设备的第三示范性实施方式的透视插图和横截面插图，其提供7.4Cv的最大流动等级以及一副图，该图显示了结合流动特性设备的第三示范性实施方式的阀的性能。
图7A-7D是依照本发明的全流量轴承的透视插图和横截面插图。
图8A-8C是图1和图2球阀的示意性横截面顶视图，其阀部件旋转到全开、全闭以及中间的角位置。
图8D-8F是沿着图8A-8C各自指示的线获得的示意性横截面端视图，其显示了不使用本发明流动特性设备的情况下通过流动路径的流动区域，并举例说明了阀部件的控制边缘，该流动路径应当在图8A-8C所相应举例说明的每一幅图中提供。
图9是沿着阀部件的旋转轴线看去而得到的三通混合阀的水平剖面图，依照本发明，该三通混合阀具有A、B和AB孔，该图显示了阀部件被设置成完全阻断从B孔到AB孔的流动，但允许从A孔到AB孔的最大额定流动。
图10是沿着阀部件的旋转轴线看去而得到的图9的三通混合阀的水平剖面图，该图显示了阀部件被设置成完全阻断A孔到AB孔的流动，但允许B孔到AB孔的最大流动。
图11A和11B分别是流动特性轴承的内侧和外侧的透视图，依照本发明，该流动特性轴承用于图9和图10的三通阀的B孔内，同时图4A-4P的具有0.74Cv的流动特性轴承安装在A孔内。
图12是显示图9和图10的三通阀性能的图表，这些三通阀的A孔和B孔内分别安装有图4A-4P以及11A-11B的流动特性轴承。
如13A和13B分别是流动特性轴承的内侧和外侧的透视图，依照本发明，该流动特性轴承用于图9和图10的三通阀的B孔内，同时A孔内安装有图5A-5F的具有4.7Cv的流动特性轴承。
虽然本发明结合一定的优选实施方式进行描述，但是本发明并不受限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所有包括在随后权利要求所限定的本发明范围和本质内的替换物、修正以及等同物。
具体实施例方式图2和图3显示了本发明第一示范性的实施方式，依照本发明其形式为球阀10。球阀10包括阀壳体12、远端延伸通过壳体12的阀杆17、以及安装在全流量轴承16和形式为流动特性轴承100的第一实施方式的流动特性设备之间的阀部件14。
虽然图2显示了如图4A-4P更为详细显示的第一实施方式的流动特性轴承100，但是如图5A-5F以及6A-6E显示的第二和第三实施方式的流动特性轴承200、300也会在下文中描述以举例说明本发明的各个方面。应当理解的是，任何一个第一、第二或者第三实施方式的流动特性轴承100、200、300都能用于示范性实施方式的球阀10中。还应当理解的是，这三个示范性实施方式的流动特性轴承100、200、300都为了举例说明的目的进行选择。在本发明的实践中，依照本发明的特性轴承可在随后权利要求的范围内具有许多其他形式，特定的流动特性轴承结构的选择考虑了理想的阀特性。
阀壳体12包括第一部分18和第二部分20，这两个部分通过螺纹连接件22连接以限定贯穿壳体12的流动路径24。
如图2和3所示，球阀10的示范性实施方式的阀部件14安装在特性轴承100和全流量轴承16之间，并且阀部件14以可操作的方式与阀杆17连接以有选择地绕着旋转轴线34旋转。阀部件14的示范性实施方式一般为球形形状的球状物，该球状物具有基本上球形的外表面26。当阀部件14旋转到图2所举例说明的位置时，通孔28贯穿阀部件14以提供全开位置的球阀10，孔28的中心线30基本上与流动路径24的纵向中心线32对准。
流动特性轴承100和全流量轴承16都设置在阀部件14与阀壳体12之间的流动路径内，并且都通过一对环形密封圈36与阀壳体12密封地连接。通过第二对环形密封圈38，阀杆17以可旋转的方式密封到阀壳体12上，阀杆17的内端以可操作的方式连接到阀部件14，而阀杆17的远端暴露在阀壳体12的外部以与传动机构或者把手等相连，因此阀部件14可绕着旋转轴线34旋转到一个理想的角位置。
如图7A-D所示，并尤其如图7C所示，全流量轴承16包括一个通常为环形形状的本体40，当阀部件14以及全流量轴承16安装在流动路径24内时，该本体限定一个适于抵靠阀部件14的外表面26上的轴承面42。轴承面42包括一个位于其上的凹槽44，该凹槽将轴承面42分成第一轴承面46和第二轴承面48，当阀部件14和全流量轴承40安装在阀壳体12内时，这两个轴承面都抵靠阀部件14的外表面26。第一轴承面46和第二轴承面48提供了一个基本上使阀部件14的外表面26不泄漏流体的密封，凹槽44优选地适于容纳诸如硅润滑脂的润滑剂，以减少阀部件14外表面26和全流量轴承16的第一以及第二轴承面46、48之间的摩擦。全流量轴承16的本体40也包括一对径向相对的安装突片54，该突片被构成为通过诸如铆接(staking)或者粘接结合的方式附接在阀壳体12上。
全流量轴承16的本体40还限定全流量轴承16的内径50，如图7C所示，该内径尺寸小于阀部件14内的通孔28的直径52。由于这种设置，全流量轴承16的内径50限定的区域应当构成流量路径24的最小有效区域，当阀部件14处于图2所示的全开位置时，不会出现依照本发明的流动特性轴承100、200、300，下边会说明这些内容。
如图8A-8F所举例说明的，当阀部件14从图8A所示的全开位置旋转到图8C所示的全闭位置时，由阀部件14的通孔28的边缘形成的角56和阀部件14的外表面26一起形成了外表面26的控制边缘56。控制边缘56沿着路径58(图8B和8E所示)移动，路径58横向延伸至流动路径24的纵向轴线32。当控制边缘56沿着横向路径58移动时，穿过流动路径24的开口区域应当由沿着横向路径58的控制边缘56的角位置限定。从下文解释中可明白，控制边缘56与依照本发明的分段流动特性轴承100、200、300的离散部件之间的交叉被用于改变通过流动路径24的流动，以提供理想的阀特性。
图4A-4D是依照本发明的流动特性设备100的第一实施方式的放大图。特别地是，图4A-4D举例说明了以依照本发明的流动特性轴承100为形式的流动特性设备，其用于具有直径大约为1/2至3/4英寸的流动路径的球阀内，以提供0.74Cv的流量系数，其中，流量系数由等式Cv=Q/ΔP]]>定义，ΔP＝压力降(例如磅每平方英寸)，Q＝全开位置时的容积流量(例如加仑每分钟)。
依照本发明的流动特性轴承的第一实施方式包括一个本体102，本体102限定流动特性设备100的纵向中心线104以及横向轴线106，当流动特性设备100安装在流动路径24内时，纵向中心线104基本上与流动路径24的纵向轴线32一致地延伸，当流动特性轴承100安装在流动路径24内时，横向轴线106基本上与阀部件14的控制边缘56的路径58一致地延伸。流动特性轴承100的本体102也限定流动特性轴承100的一个基础面108，当流动特性轴承安装在流动路径24内时，该基础面对应阀部件14的外表面26。流动特性轴承100的本体102还限定流动特性轴承100的内表面110和外表面112，沿着流动特性轴承100的纵向中心线104，这两个表面被设置成彼此隔开。
流动特性轴承100的内表面110限定它的一个分型(land)面114，分型面114与基础面108的一部分一致，其轮廓形成为抵靠阀部件14的外表面26，这样就在分型面114和阀部件14的外表面26之间形成一个基本上液密密封。
流动特性设备100的内表面110也限定一个位于其内的分段流动特性通道116，以及一对凹部117。通道116由图4C中的暗色轮廓举例说明，当阀部件14的外表面26抵靠分型面114时，这对凹部117都没有与流动特性通道连接以进行流体传送。所提供的凹部区域117减少了阀部件14的外表面26与流动特性轴承100的分型面114之间的接触面积，以此减少摩擦和相对于特性轴承100来安装阀部件14所需的扭矩。
流动特性轴承100的分段流动特性通道116至少部分地受分型面114和基础面108限制。如图4E所示，第一示范性实施方式的特性轴承100的分段流动特性通道116包括多个离散的段118A-118U，这些段沿着横向轴线106延伸，并且每一个离散段118A-118U都开口穿过流动特性轴承100的基础面108。从图4A-40中应当可以看出，段118A形成了流动特性通道116的一个顶点119，随着远离顶点119，每一个相邻段都限定一个关于流动特性轴承100的基础面108的、稍微大于前一段的流动区域，下文将在某种意义上参照附图4F至40详细描述这些内容。
段118A-118U包括形成通孔120的部分，该通孔贯穿本体102以在流动特性轴承100的内表面110和外表面112之间提供流体传送。当球阀10被构成为流动控制阀时，流动特性通道116的顶点119沿着控制表面56的横向路径58设置在靠近阀10的起始开口位置处，并且通孔102沿着控制表面56的横向路径58设置在靠近阀10的全开位置处。相反地是，当球阀10被构成为直角回转的开关阀时，流动特性通道116的顶点119沿着控制表面56的横向路径58设置在靠近阀10的全开位置处，并且通孔120沿着控制边缘56的横向路径58设置在靠近阀10的起始开口位置处。
应当注意地是，如图4B所示，特性轴承100的本体102包括一对安装突片121、123，这两个突片被设置成完全相对，并从本体102的外表面112延伸，以按照上边所述和全流量轴承16的安装突片54相同的方式将特性轴承100附接在阀壳体12上。流动特性轴承100的安装突片121、123优选地具有诸如图4B所示的那些彼此不同的结构，以便于将阀10安装到阀壳体12内部以构成为流动控制阀或者开关阀的过程中定位流动特性轴承100。
如图4A-4E所示，分段的流动特性通道116的段118A-118T包括具有基本上轴向面向、横向延伸的壁段的部分。这些壁段共同形成一个分段的、基本上轴向面对的流动特性表面122，沿着纵向的中心线104，该表面从流动特性通道116的顶点119开始横向延伸至通孔120。如图40在很大程度上放大显示的那样，流动特性表面122的相邻部分124、126具有其离散的前缘和后缘128、130、132，这些缘在共同的结合点130处形成一个突变(discontinuity)，共同的结合点由第一部分124的后缘以及第二部分126的前缘形成。
如上所述，在流动特性轴承100的第一实施方式中，从顶点119开始，每一个相邻的段相对于一个关于流动特性轴承100的基础面108的、稍微大点的流动区域。这可以在段118A-118T的一部分中实现，这些段具有横向延伸的壁，这些壁以任一方法或者两种方法形成分段的流动特性表面122的一部分。对于形成流动特性表面的段118A-118T中任意两个指定的相邻段来说，第二部分126是比第一部分124更远离顶点119设置的那部分，形成流动特性表面122的第二部分126的横向延伸壁可设置成比流动特性表面122的第一部分124更远离于基础面108，这样当阀部件14的控制边缘56与第二部分126的后缘132对准时，所产生的第二横向面对的流动区域大于阀部件14的控制边缘56对准时、阀部件对准第二部分126后缘132时所产生的第一横向面对的流动区域。可选择地是，或者除了将第二部分126设置在比第一部分124更远离基础面108的位置的情况外，形成第二部分126的段中的通道116的宽度可大于形成流动特性通道116的第一部分124的段的厚度。
从图4A-4K的一个测试中可以得出，在依照本发明的流动特性轴承100的第一示范性实施方式的分段流动特性通道116中，在沿着流动特性通道116从顶点119到通孔120的移动方向上，宽度和到基础面的距离都以不连续的增量增加。如图4F-4I所示，当控制边缘56处于图4F和4G用“A”位置指示的第一角位置时，控制边缘56和第一段118A一起限定一个分段流动特性通道116的第一横向面对的流动区域134，该流动区域具有小的横截面区域，并且具有宽度w1和在基础面108和阀部件14的外表面56之间测量得到的高度h1。上述第一角位置基本上与形成顶点119的段118A的某些部分对准，尤其按照显示的那样与第一段118A的后缘对准。
如图4F、4G、4J和4K所示，当控制边缘56处于图4F和4G用“B”位置指示的第二角位置时，控制边缘56和段118G一起限定一个分段流动特性通道116的第二横向面对的流动区域136，第二横向面对的流动区域136具有较大的横截面区域，并且具有比第一横向面对的流动区域134更宽的宽度w2和更高的高度h2。上述第二角位置基本上与流动通道116的段118G的某些部分对准，并尤其按照显示的那样与段118G的后缘对准。
从前述解释中应当了解到，为了以任一方向流动通过阀10的流动路径24，通过第一或第二横向面对的流动区域134、136其中一个而流动通过阀10的所有流体必然以横向方向流动通过位于阀部件14的外表面56的一部分和流动特性表面122之间的分段流动特性通道116。还应当了解的是，流动特性通道116的分段结构极大地方便了流动特性轴承100的设计以及制造。
如图4F、4G以及4L至4N所示，当控制边缘56处于图4F和4G用“C”位置指示的第三角位置时，控制边缘56和段118S一起限定一个混合流动控制区域，该区域既具有横向面对的流动区域也具有轴向面对的流动区域，并且其总的有效流动区域大于第一或者第二横向面对的流动区域134、136中的任何一个。上述第三角位置基本上与流动通道116的段118S的某些部分对准，并尤其按照显示的那样与段118S的后缘对准。
特别地是，段118S处的混合流动控制区域包括一对第三横向面对的流动区域138、140，如图4G、4L、4M以及4N所示，一个在轴向开口的流动区域142将这一对第三横向面对的流动区域138、140彼此分开。
对于使用第一和第二横向面对的流动区域134、136的情形，通过如图4M所示的第三横向面对的流动区域138、140的宽度w3和高度h3乘积的和可以很容易地计算出第三横向面对的流动区域的有效区域。当控制边缘设置在如图4N、4E以及4G所举例说明的“C”角位置时，由段118P-118T的轴向开口部分形成的轴向面对区域的总和就得到了轴向面对的流动区域142的大小。段118P-118T部分的各个轴向面对区域的面积可容易地通过主要涉及二维平面几何的简单计算计算得出。
从前述描述中应当了解到，由于流动特性轴承100的第一示范性实施方式的段118A-118U被构成为基本上彼此串连的流体回路关系，所以所有的横向面对流动区域，或者由控制边缘56与段118A-118U中的指定一个对准而限定的混合流动控制区域将产生一个控制流动的有效孔口区域，或者换句话说，在分段的流动特性通道116内形成一个“收缩点(pinch point)”，该点的有效流动区域小于与控制边缘对准的段的任何一侧的流动区域。因此，通过本发明的实施，不需要求复杂等式的积分来限定控制边缘的指定角位置处的理想或者实际流动区域，而这在设计现有技术的流动特性设备时需要。
依照本发明，设计和生产能提供理想阀特性曲线的流动特性设备是一个相对简单的迭代过程。
例如，为了设计和构造如上所述的特性轴承100以在1/2英寸的球阀的阀开口的10％-80％的理想控制范围内提供等百分比的阀特性，优选使用下列依照本发明的方法。上述阀在100％开口位置时具有0.74Cv的阀系数。
首先，为了使阀的可调范围最大化，假设从阀开口的0％至10％的流动应当近似为线性关系，而不是等百分比关系。按照和球形阀相同的方式，还假设阀应当在阀开口的80％处供应尽可能多的流动，并且在阀开口的10％和80％之间，阀特性应当提供稳定而相对小的、大约0.6的实际等百分比值。
然后，最初选择这些段的理想数量，以用来改善曲线并且制造流动特性设备中的分段通道。大多数情况下，在大致限定曲线之后才细化这些段的最初选择数量。理想的是，在最后曲线内具有足够多数量的段，以提供良好的控制的可调范围，但是实际中，段太多而减少了可控性，因此使得设计和制造更困难。在以下的实例中，最初选择十个段，并详细说明下列表格表1
应当注意，表1的数值考虑了以下事实具有球形球状物的球阀典型地直到旋转大约13度时才开始打开。这种特性由以下事实造成为了确保阀部件内的孔与阀的密封/轴承完全咬合以避免通过阀的泄漏，该孔必须典型地旋转大约13度以通过最初闭合点。
接下来改进表1所显示的大致曲线以更详细地划分某些最初选择的增量。由于希望使阀基本上处于阀开度80％以上的全开，因此对应于100％和90％开度的第一和第二段将不再得到细化。这些能被接收是因为80％-100％的范围超出了全开的10％-80％的理想控制范围，因此不要求80％开度以上具有等百分比特性。
接下来对应于60％-80％开口的三个段应当每一个都划分成2-4个附加段，这是因为阀通常不会用来在这个百分比开口范围内调节流量。对于指定的理想Cv以及阀的尺寸来说，最初选择的十个段中、接下来对应于10％-50％开口的四个段应当被进一步细分成与实际能获得的段一样多的数量，这是因为该范围内阀在大多数时间内被用来调节流量。由于最初假设这个范围将提供线性的流动特性，因此在最初选择的十个段中、从全开的0-10％的最后几个段不用为流量控制的原因被进一步划分。但是为了在靠近通道顶点处提供改进的流动特性通道的轮廓外形，该区域将被分成2-3个段。
依照上述关于大致曲线细化的那些段落中得出的结论，下列等式用来细化表1中、希望保持等百分流动特性的那些段的粗略值。
KR＝KB(1/n) 其中，n＝用来细化最初选择段中的指定一个所需的新段的数量，该n总是至少等于2；KB＝表1中用于指定段的等百分比数；以及KR＝细化的指定段中、新段的新等百分比数。
但是，最初选择的从0-10％开口的段使用线性划分，这是因为当该范围内尝试提供等百分比特性时，阀的性能将得到衰减。
按照上述描述的方式来细化初始曲线，会得到图4P中实线所示的阀特性，其具有20个段，这些段的旋转角度从13-90度，对应于上述流动特性轴承100的第一示范性实施方式的段118A-118U。图4P虚线的含义将在下边说明。
一旦每一个段的Cv值得到细化，每一个段的轮廓就得到限定，并且利用标准的几何和数学计算，利用诸如阀部件14的通孔28的实际直径和阀部件14外表面26的轮廓作为计算的基础，特性轴承100的三维图得到改善。然后，流动特性设备通过诸如加工或者成形的方法得到制造。
进行这些计算以及制造流动特性设备中使用的精确的度数取决于诸如阀部件物理尺寸、所期望的流动控制的准确性的因素，以及诸如在制造特性设备的过程中保持的公差的实际因素。在本文所描述的具有1/2英寸通称直径阀的示范性实施方式的附图中的插图被极大地放大。应当理解的是，在制造这种小零件时，拥有特征之间的精确尺寸关系是非常重要的。本领域技术人员将认识到，依照本发明的流动特性设备的分段通道结构很容易作为整块通过成形来制造，因此允许相当大的准确度以及公差的精确控制。
为了具有球形的外部球表面的球阀的最大准确度，如本文示范性实施方式所公开的，优选地将任何指定流动特性通道的横向延伸表面成形为双层弯曲表面，该表面的半径基本上等于球状物外侧球半径的算术总和，并且当阀部件的控制边缘与此对准时，横向面对的流动区域的高度“h”由指定的段限定。同样优选的是，这些段之间的交叉应当弯曲，并形成有点椭圆的形状以在球状物旋转到与此段的前缘或者后缘的控制边缘对准的角位置时能紧密地顺着控制边缘的曲线。进一步优选的是，在阀的最后结构中，在每一部分处限定的流动区域包括任何的角半径或者脱模角等，其由流动特性通道和阀部件中的一个或者两个来限定。
但是在本发明的大多数实施方式中，预期的是，为了提供理想的阀特性不会需要采用这些极端的测量手段。典型可接受的是利用平面的表面而不是精确的双层弯曲表面，以及省略一些角半径和脱模角来实现理想的阀特性。依照本发明的流动特性通道的分段结构也极大地促进了为了获得理想阀特性而必须对这些段的形状进行的调整。由于每一个段都基本上是流经阀的“收缩点”，因此当控制边缘与此对准时，在微调分段流动控制通道的形状的过程中，每一段的尺寸都可以相对地独立于其他段进行改变。在流动控制设备按照整块成形的地方，机床的调整工具可以很容易地得到微调，并且此后可形成自始一致精确的零件。
图5A-5D显示了依照本发明的流动特性设备200的第二示范性实施方式，其在图1和2的球阀内提供4.7Cv等级的最大流量。通常，第二流动特性设备200按照和上述关于图4A-4P所描述的第一流动特性轴承100相同的方式成形，只有一个主要区别。
在第二流动特性设备200中，如图5C粗线所概述的分段流动特性通道202包括一个分段的流动特性表面204，该表面具有由分型面208的凹陷部分形成的第一段206。凹陷部分206留出一个远离基础面210的距离“g206”，其由第二流动特性轴承200的分型面208的其余部分限定，分段流动特性表面204的其他段212留出不同的、远离基础面210的距离“g212”，距离“g206”比“g212”小。因此在阀部件14的全开角位置处，第一段206提供一个附加的横向面对的流动区域214，并且作为可控制的“泄漏余隙”运行。可预期的是，第一段206或许能在例如1/2英寸或者3/4英寸的球阀中远离基础面210留出0.008英寸的距离g206，因此其能在分型面206和阀部件14之间提供余隙，而该余隙远大于现有技术中在特性设备和阀部件之间典型使用的0.0005-0.0015的紧密公差。
还应当注意到，按照比较图4G和5C所得出的，由第二流动特性轴承200的轴向面对、横向延伸、分段的流动特性表面204的第二以及随后段212形成的顶点216，以该距离从流动特性通道202的外圆周径向向内地设置，当阀10首次打开时，控制边缘位于如图5所示的位置A处，流经阀10的所有流动流经附加的横向面对的流动区域214。以这种方式，阀的性能在0-20度的角开口范围内得到改善。
位于阀部件14的小角位置时，在阀部件14每旋转角度的流动区域内的变化主要是固定距离g206和延伸到分段的流动特性通道202上的控制边缘506的弧长之间的乘积。为了简化，附加的横向面对的流动区域214内的变化是延伸到分段的流动特性通道202上的控制边缘506的弧长的函数，也就是说，图5C所示的粗线圆内的控制边缘56的长度的函数。
当阀部件14进一步从全闭位置旋转到顶点216内侧位置时，该内侧位置例如图5C的B指示的位置，流动区域是下列的区域算术总和位于与阀部件14的控制边缘56对准的位置处的、附加的横向面对的流动区域214，以及通过与控制边缘56对准的段212在附加区域214以下形成的分段通道202的横向面对区域。当阀部件仍进一步从全闭位置旋转到例如图5C的C指示的位置时，流动特性通道202的通孔部分222的轴向面对的流动区域220暴露，而总的流动区域就变成了轴向面对的流动区域220，附加的横向面对的流动区域214，和分段通道202的横向面对区域的总和。附加的横向面对的流动区域214位于与阀部件14的控制边缘56对准，但不包括穿过轴向面对的流动区域220的控制边缘56的弧长的位置处。在附加区域214以下、轴向面对的流动区域222的轴向凸出部的外侧处，由与控制边缘56对准的段212的部分形成上述的分段通道202的横向面对区域。
发明者已经发现，例如在提供大于全孔Cv的大约45％的全流量等级的阀中，由分型面的凹陷部分提供的可控制泄漏路径按照依照本发明描述的方式通常在阀性能上提供一定的优势。除提高了阀在0-20度之间的可旋转角的可调范围外，如上所示，这些优点包括减少旋转阀部件所需的扭矩。如图5F所示，对于4.7Cv的全流量阀来说，如虚线所示的、具有0.008英寸的可控制间隙的流动特性设备的特性曲线几乎和如实线所示的、没有0.008英寸的可控制间隙的流动特性设备的特性曲线相同，但是在小旋转角度以及使阀部件复位所需的、明显小的扭矩下提供显著改进的性能。
但是，如图4P的虚线所示，对于小于全孔Cv的大约25％的阀尺寸来说，例如以上关于依照本发明第一流动特性设备100讨论的0.74Cv的阀，其按照上述关于第二特性轴承200所描述的方式包括由分型面的凹陷部分提供的可控制泄漏路径，并会根据阀所需的操作有害地影响阀性能。对于提供全流量Cv的大约50％至25％之间的全流量等级的阀来说，依照本发明的可控制泄漏的路径也许可以、或者也许不能根据阀的特定需求提供优点。
图6A-6D举例说明了依照本发明的流动特性设备300的第三示范性实施方式，其在图1和2的球阀中提供7.4Cv的最大流动等级。通常，第三流动特性设备300按照和如上关于图4A-4P以及5A-5E所描述的第一和第二流动特性轴承100、200相同的方式成形。
按照第二流动特性设备200的情形，如图6C粗线所概述的分段流动特性通道302也包括一个分段的流动特性表面304，该表面具有由分型面308的凹陷部分形成的第一段306，该段留出一个远离基础面310的、比分段流动特性表面304的其他段312所留出距离小的距离，其由第三流动特性轴承300的分型面308的其余部分限定。按照如上所述的第二流动特性轴承200的情形，能预期的是，第三流动特性轴承300的第一段306或许在例如1/2英寸或者3/4英寸的球阀中远离基础面210留出0.008英寸的距离，因此其能在分型面306和阀部件14之间提供余隙，而该余隙远大于现有技术中在特性设备和阀部件之间典型用来安装的0.0005-0.0015的紧密度容限。
图6E用图表的形式举例说明了第三流动特性轴承300提供的流动特性。本领域技术人员应当注意到，第三特性轴承只在从全闭位置开始旋转的大约20-50度角的范围内提供真正的等百分比流动。这就是第三特性轴承的7.4Cv的全开流动能力的结果，其大于在描述的示范性实施方式中所使用的、1/2-3/4英寸直径的球阀的10.0Cv的全流量等级的50％。
更简单地说，在现有技术以及依照本发明中，任何一个流动特性设备的理想全开Cv等级占指定通称直径的流动路径的全流量Cv等级的相当大的百分比，在流动特性设备的操作中可得出如下观点当特性设备的通孔部分变得很大时，与流动路径的通称直径相比，特性设备不再能够以产生等百分比流动特性的方式来限制流动。因此，如果希望在特性曲线的很大一部分范围内获得等百分比特性，就必须增加流动路径的通称直径，以使得特性设备的理想全开Cv等级小于流动路径全孔Cv的大约50％。在需要这种设计的场合，依照本发明的装置和/或方法在帮助设计以及促进提供理想的流动特性曲线的特性设备的生产上提供了现有技术以外的显著优势。
如上述特性插入物300的第三示范性实施方式所特定举例说明的那样，特定设备的全开Cv等级大于流动路径的全流量Cv等级的50％，经验表明，按照上述方式，为了在特性表面和阀部件之间提供可控制的泄漏间隙而使分型面的一部分凹陷，会方便制造、改善阀的性能、并能减少特性轴承中旋转阀部件所需的扭矩。
本领域技术人员应当认识到，虽然上述的特定示范性实施方式都是二通球阀，但是本发明也可以例如按照图9和10显示的形式作为三通球阀实施，此处的流动路径包括A通道、AB通道以及B通道，阀部件的外表面包括阀部件的A面、AB面以及B面，每一个面具有各自的控制边缘。这种三通阀可例如包括依照本发明的第一流动特性设备，以及依照本发明的第二流动特性设备，第一流动特性设备附接在与阀部件A、B或者AB面其中一个相邻的壳体上，而第二流动特性设备附接在与阀部件A、B或者AB面中另外一个相邻的壳体上。
例如，图11A和11B所显示的依照本发明的特性轴承400，其用于图9和图10所示的通称直径为1/2-3/4英寸的混合阀的B孔内，与其一起使用的是安装在A孔内的0.74Cv的第一特性轴承100，以及如上所述安装在AB孔内的全流量轴承16。在这种混合阀中，所希望的是，在B孔处于如图11所示的全闭的、阀部件1014的角位置处，AB孔应当提供等百分比流动特性，并且在B孔处于如图10所示的全开或者部分打开，以及将流体供应给阀1000的角位置处，或者在接近如图10所示的、B孔处于至少部分打开位置的中间角位置处，AB孔应当提供稳定的流动速度。
如图12所示，依照本发明改进的、特性轴承400的分段的锁眼形状的开口402，和第一特性轴承100一起提供了理想的混合阀性能，该性能为在B孔全闭的阀部件1014的角位置处，AB孔具有等百分比流动特性，在B孔完全或者部分打开并向阀1000供应流体的角位置处，AB孔具有稳定的流动速度。
图13A和图13B分别是依照本发明的另一个流动特性轴承500的实施方式的内部透视图以及外部透视图，其提供了图9和10的混合阀的理想流动性能，并具有4.7Cv的全开流量等级，在阀1000的B孔内安装有特性轴承500，而第二流动特性轴承200安装在阀1000的A孔内。图13A和13B所显示的特性轴承500具有不同于特性轴承400的特定形状的开口502，特性轴承400被用来提供具有0.74Cv的全开等级的阀。特别地是，图13A-13B轴承500的开口502的开口区域大于图11A-11B所示的特性轴承402的开口402的开口区域，因此轴承500能提供更高的4.7Cv的全开流动等级。
本领域技术人员还应当认识到，虽然本发明已经关于修正球阀的阀特性进行了描述，但是通过固定于阀流动路径的分段流动特性通道，以及关于分段的流动特性通道进行选择性移动的控制边缘的使用，本发明还可以应用于通过与球阀内的流动路径显著不同的流动路径的特性流动。本领域技术人员还应当认识到，在实施本发明的过程中，分段流动特性通道和控制边缘的一个或者两个可选择性地在流动路径内互相相对地移动。
除非本文另外指出或者通过上下文明显矛盾，在描述本发明的上下文中(尤其在随后权利要求的上下文中)使用的术语“一个”和“这个”以及类似的对象是用来解释包括单数和复数。除非另外注明，术语“包含”、“具有”、“包括”都解释为不受限制的术语(也就是说，意味着“包括但不限制于”)。除非本文另外指出，本文数值范围的复述只是意在作为一种单独提到落在该范围内的每一个单独数值的速记方法，并且说明书引入每个单独的数值就如同它在本文单独叙述一样。除非本文另外指出或者在另外通过上下文明显矛盾，本文描述的所有方法都可以按照任何适当的顺序进行。本文提供的任何和所有的实例，或者示范性的语言(举例来说，“诸如”)只是意在更好地举例说明本发明，而不会造成本发明范围的限制，除非另外要求。说明书中的描述和发明的实施一样重要，不应当解释成指示任何未要求的元素。
本文描述的优选实施方式包括发明者已知的用来实现发明的最好模式。本领域技术人员在阅读在前描述以后可以显而易见的获得这些优选实施方式的变形。发明者希望本领域的技术人员能适当地应用这些变形，并且发明者希望以别的方式而不是本文所描述的特定方式实施本发明。因此，本发明包括由适用法律允许的于此附加的权利要求叙述主题的所有修正以及等同物。此外，除非本文另外指出，或者另外通过上下文明显矛盾，上述元素在其所有可能变化内的任何组合都包含在本发明内。
权利要求
1.一种流动特性设备，该流动特性设备适合布置在可移动阀部件附近的流动路径内以改变通过流动路径的流体流动，但该流动特性设备不包括阀部件或者流动路径，其中，流动路径限定其纵向轴线，并且阀部件包括其外表面，外表面具有沿着横向延伸至纵向轴线的路径可选择性地在流动路径内的阀部件的全开位置和全闭位置之间移动的控制边缘，该流动特性设备包括本体，该本体限定流动特性设备的纵向中心线以及流动特性设备的横向轴线，当流动特性设备安装在流动路径时，该中心线基本上与流动路径的纵向轴线一致地延伸，而横向轴线基本上与控制边缘的路径一致地延伸，该本体还限定流动特性设备的基础面以及流动特性设备的内表面和外表面，其中基础面在流动特性设备安装在流动路径时与阀部件的外表面对应，内表面和外表面沿着流动特性设备的中心线以间隔的关系布置；流动特性设备的内表面限定分型面，分型面与基础面的一部分一致，并且其被成形为抵靠阀部件的外表面，以在分型面和阀部件的外表面之间形成一个基本上液密密封；流动特性设备的内表面在其上还限定一个分段的流动特性通道，该通道至少部分地受分型面和基础面的限制，并且该通道包括三个或者更多的离散段，至少其中一个离散段是贯穿本体的用来在流动特性设备的内表面和外表面之间提供流体连通的通孔，而该三个或者更多的离散段的其他两个与通孔流体连通地连接，每一个离散段开口穿过基础面，并且当阀部件的控制边缘被对准时，每一个离散段提供一个独特大小的、离散的、至少部分地受基础面限制的流动区域，以控制通过流动路径的流体流动。
2.如权利要求1所述的流动特性设备，其中，其他两个或者更多离散段中的至少一个包括一个基本上轴向面对的壁，该壁横向延伸至流动控制设备的中心线，以至于当控制边缘被对准时，由其他两个或者更多的离散段的至少一个提供的流动区域是用来控制通过流动路径的流体流动的、横向面对的流动区域。
3.如权利要求2所述的流动特性设备，其中，其他两个或者更多离散段中的至少两个包括基本上轴向面对的壁，该壁横向延伸至流动控制设备的中心线。
4.如权利要求1所述的流动特性设备，其中，这些离散段按照串连流体回路的关系彼此定位，并且大小为当流动特性设备安装在流动路径内，并且阀部件的控制边缘与这些段中的指定一个对准时，基本上通过流动路径的所有流体流动都将通过由指定段提供的、独特大小、离散的流动区域，并受该区域控制。
5.如权利要求1所述的流动特性设备，其中，三个或者更多段的两个或者更多的指定段按照并联流体回路的布置彼此定位，以至于当流动特性设备安装在流动路径内，并且阀部件的控制边缘同时与所有的指定段对准时，基本上通过流动路径的所有流体流动都将通过由所有以并列流体流动关系动作的指定段提供的、独特大小、离散的流动区域，并受该流动区域控制。
6.如权利要求5所述的流动特性设备，其中，这些指定段与流动特性通道内的通孔按照并-串联的流体关系定位，以至于通过这些指定段的所有流动都通过该通孔。
7.如权利要求1所述的流动特性设备，其中，三个或者更多段的两个或者更多的指定段按照并联流体回路的布置彼此定位，以至于当流动特性设备安装在流动路径内，并且阀部件的控制边缘与两个或者多个指定段的任何一个对准时，基本上通过流动路径的所有流体流动都将通过由所有以并联流体流动关系动作的指定段提供的、独特大小、离散的流动区域，并受该流动区域控制。
8.如权利要求7所述的流动特性设备，其中，两个或者更多的指定段的至少一个包括一个基本上轴向面对的壁，该壁横向延伸至流动控制设备的中心线，以至于当流动特性设备安装在流动路径内，并且控制边缘被对准时，由两个或者更多的指定段的至少一个提供的流动区域提供一个横向面对的流动区域以控制通过流动路径的流体流动。
9.如权利要求1所述的流动特性设备，其中，其他两个或者更多的离散段的至少一个包括一个基本上轴向面对的壁，该壁横向延伸至流动控制设备的中心线，以至于当控制边缘被对准时，由其他两个或者更多的离散段的至少一个提供的流动区域提供一个横向面对的流动区域以控制通过流动路径的流体流动；并且分段的流动特性通道沿着流动特性设备的横向轴线延伸，通孔基本上设置在通道的一端，并且基本上轴向面对的、横向延伸至中心线的壁的至少一个段设置在通道的相对端。
10.如权利要求9所述的流动特性设备，其中分段的流动特性通道包括其第一段和第二段，权利要求9所述的一个段形成第一段；并且分段的流动特性通道还包括一个基本上轴向面对的流动特性表面，该表面具有相邻的第一和第二部分，这些部分至少部分地流动路径，并且具有离散的前缘与后缘，前缘和后缘在流动特性通道的第一和第二段的结合点处形成突变，第一和第二段被构成为具有可选择性对准的控制边缘。
11.如权利要求10所述的流动特性轴承，其中，流动特性表面的第一和第二部分以距基础面不同的距离设置。
12.如权利要求10所述的流动特性设备，其中，第一和第二段形成各自不同大小的第一和第二横向面对的流动区域，因此在第一和第二段的结合点处的横向面对的流动区域内提供阶形变化。
13.如权利要求12所述的流动特性设备，其中，第二横向面对的流动区域大于第一横向面对的流动区域。
14.如权利要求1所述的流动特性设备，其中，通孔包括相邻的第一和第二离散段，第一和第二离散段之间没有分离壁，并且都具有在结合点处彼此间断连接的离散侧壁，结合点被构成为具有沿着横向轴线、在预定位置处可选择对准的控制边缘。
15.如权利要求14所述的流动特性设备，其中，通孔的第一和第二段形成各自不同大小的第一和第二轴向面对的流动区域，因此在第一和第二段的结合点处的轴向面对的流动区域内提供阶形变化。
16.如权利要求1所述的流动特性设备，其中，当阀部件和流动特性设备安装在流动通道内时，本体还限定一个适合抵靠阀部件外表面的轴承面。
17.如权利要求16所述的流动特性设备，其中，轴承面由分型面的一部分形成。
18.如权利要求16所述的流动特性设备，其中，轴承面上包括一个凹槽，当阀部件和特性设备安装在壳体内时，凹槽将轴承面分成抵靠阀部件外表面的第一和第二轴承面。
19.如权利要求18所述的流动特性设备，其中，当阀部件和特性设备安装在壳体内时，第一和第二轴承面对阀部件的外表面提供一个基本上液密的密封。
20.如权利要求19所述的流动特性设备，其中，凹槽适合用来容纳润滑剂以减少阀部件外表面和特性设备的第一和第二轴承面之间的摩擦。
21.如权利要求1所述的流动特性设备，其中，分型面在其上包括一个或者更多的凹陷区域，这些区域与基础面间隔一间隙距离，因此减少了分型面和阀部件之间的摩擦阻力。
22.一种球阀，其包括阀壳体，其限定流动路径以及流动路径的纵向轴线；阀部件，其安装在流动路径内，以选择性的绕贯穿流动路径纵向轴线的旋转轴线旋转，该阀部件具有限定控制边缘的外表面，当阀部件绕着旋转轴线旋转时，控制边缘沿着基本上横向延伸至纵向轴线和旋转轴线的路径，选择性地在流动路径内的阀部件的全开位置和全闭位置之间移动；以及流动特性设备，其附接在与阀部件相邻的流动路径的阀壳体上，用来改变通过流动路径的流体流动，该流动特性设备包括本体，该本体限定流动特性设备的纵向中心线以及流动特性设备的横向轴线，该中心线基本上与流动路径的纵向轴线一致地延伸，而横向轴线基本上与控制边缘的路径一致地延伸，该本体还限定流动特性设备的基础面以及流动特性设备的内表面和外表面，该基础面与阀部件的外表面对应，而流动特性设备的内表面和外表面沿着流动特性设备的中心线以间隔的关系布置；流动特性设备的内表面限定其分型面，分型面与基础面的一部分一致，并且其被成形为抵靠阀部件的外表面，以在分型面和阀部件的外表面之间形成一个基本上液密密封；流动特性设备的内表面上还限定一个分段的流动特性通道，该通道至少部分地受分型面和基础面的限制，并且该通道包括三个或者更多的离散段，至少其中一个离散段是通过本体延伸、用来在流动特性设备的内表面和外表面之间提供流体传送的通孔，而这三个或者更多的离散段的其他两个与通孔流体连通地连接，每一个离散段开口穿过基础面，并且当阀部件的控制边缘被对准时，每一个离散段提供一个独特大小的、离散的、至少部分地受基础面限制的流动区域，以控制通过流动路径的流体流动。
23.如权利要求22所述的球阀，其中，至少流动特性设备的其他两个或者更多离散段中的至少一个包括一个基本上轴向面对的壁，该壁横向延伸至流动控制设备的中心线，以至于当控制边缘被对准时，由其他两个或者更多的离散段的至少一个提供的流动区域是用来控制通过流动路径的流体流动的、横向面对的流动区域。
24.如权利要求23所述的球阀，其中，至少流动特性设备的其他两个或者更多离散段中的至少两个包括基本上轴向面对的壁，该壁横向延伸至流动控制设备的中心线。
25.如权利要求22所述的球阀，其中，流动特性设备的这些离散段按照串连流体回路的关系彼此定位，并且大小为当阀部件的控制边缘与这些段中的指定一个对准时，基本上通过流动路径的所有流体流动都将通过由指定段提供的、独特大小、离散的流动区域，并受该区域控制。
26.如权利要求22所述的球阀，其中，流动特性设备的三个或者更多段的两个或者更多的指定段按照并联流体回路的布置彼此定位，以至于当阀部件的控制边缘同时与所有的指定段对准时，基本上通过流动路径的所有流体流动都将通过由所有以并列流体流动关系动作的指定段提供的、独特大小、离散的流动区域，并受该区域控制。
27.如权利要求26所述的球阀，其中，流动特性设备的这些指定段按照与流动特性通道内的通孔并-串联的流体关系定位，以至于通过这些指定段的所有流动都通过该通孔。
28.如权利要求22所述的球阀，其中，流动特性设备的三个或者更多段的两个或者更多的指定段按照并联流体回路的布置彼此定位，以至于当阀部件的控制边缘与两个或者多个指定段的任何一个对准时，基本上通过流动路径的所有流体流动都将通过由所有以并列流体流动关系动作的指定段提供的、独特大小、离散的流动区域，并受该区域控制。
29.如权利要求28所述的球阀，其中，流动特性设备的两个或者更多的指定段的至少一个包括一个基本上轴向面对的壁，该壁横向延伸至流动控制设备的中心线，以至于当控制边缘被对准时，由两个或者更多的指定段的至少一个提供的流动区域提供一个横向面对的流动区域以控制通过流动路径的流体流动。
30.如权利要求22所述的球阀，其中流动特性设备的其他两个或者更多的离散段的至少一个包括一个基本上轴向面对的壁，该壁横向延伸至流动控制设备的中心线，以至于当控制边缘被对准时，由其他两个或者更多的离散段的至少一个提供的流动区域提供一个横向面对的流动区域以控制通过流动路径的流体流动；并且分段的流动特性通道沿着流动特性设备的横向轴线延伸，通孔基本上设置在通道的一端，并且具有基本上轴向面对的、横向延伸至中心线的壁的至少一个段设置在通道的相对端。
31.如权利要求30所述的球阀，其中流动特性设备的分段流动特性通道包括第一段和第二段，权利要求30所述的一个段形成第一段；并且流动特性设备的分段流动特性通道还包括一个基本上轴向面对的流动特性表面，该表面具有相邻的第一和第二段，这些段至少部分地贯穿流动路径，并且具有离散的前缘与后缘，而前缘和后缘在流动特性通道的第一和第二段的结合点处形成突变，并且前缘和后缘被构成为具有可选择性对准的控制边缘。
32.如权利要求31所述的球阀，其中，流动特性设备的流动特性表面的第一和第二部分按照距基础面的不同距离设置。
33.如权利要求31所述的球阀，其中，流动特性设备的第一和第二段形成各自不同大小的第一和第二横向面对的流动区域，因此在第一和第二段的结合点处的横向面对的流动区域内提供阶形变化。
34.如权利要求33所述的球阀，其中，第二横向面对的流动区域大于第一横向面对的流动区域。
35.如权利要求22所述的球阀，其中，流动特性设备的通孔包括相邻的第一和第二离散段，第一和第二离散段之间没有分离壁，并且都具有离散的侧壁，这些侧壁在结合点处彼此不连续地连接，并被构成为具有沿着横向轴线的预定位置处可选择对准的控制边缘。
36.如权利要求35所述的球阀，其中，流动特性设备的通孔的第一和第二段形成各自不同大小的第一和第二轴向面对的流动区域，因此在第一和第二段的结合点处的轴向面对的流动区域内提供阶形变化。
37.如权利要求22所述的球阀，其中，流动特性设备的本体还限定一个适合抵靠阀部件外表面的轴承面。
38.如权利要求37所述的球阀，其中，流动特性设备的轴承面由分型面的一部分形成。
39.如权利要求37所述的球阀，其中，流动特性设备的轴承面上包括一个凹槽，凹槽将轴承面分成抵靠阀部件外表面的第一和第二轴承面。
40.如权利要求39所述的球阀，其中，流动特性设备的第一和第二轴承面对阀部件的外表面提供一个基本上液密的密封。
41.如权利要求40所述的球阀，其中，凹槽适合用来容纳润滑剂以减少阀部件外表面和特性设备的第一和第二轴承面之间的摩擦。
42.如权利要求22所述的球阀，其中，流动特性设备的分型面上包括一个或者更多的凹陷区域，这些区域与基础面间隔一间隙距离，因此减少了分型面和阀部件之间的摩擦阻力。
43.如权利要求22所述的球阀，其中，球阀是一种具有流动路径的三通阀，该流动路径包括A通道、AB通道以及B通道，并且阀部件的外表面包括阀部件的A面、AB面以及B面，每一个面都具有各自的控制边缘，并且球阀还包括第一流动特性设备，其依照权利要求22所述，并附接在与阀部件的A、B、或者AB面的其中一个相邻的壳体上；以及第二流动特性设备，其依照权利要求22所述，并附接在与阀部件的A、B、或者AB面的另外一个相邻的壳体上。
44.如权利要求43所述的球阀，其中A孔适合与第一流体源连接，而B孔适合与第二流体源连接；第一特性设备安装在A孔内，而第二特性设备安装在B孔内；并且第一和第二特性设备都被构成为，在B孔全闭的阀部件角位置处，能从AB孔内提供一个基本上等百分流动特性，以及在B孔完全或者部分打开的阀部件角位置处，能从AB孔提供一个基本上不变的流动速度。
45.一种改变通过在其上具有阀部件的流动路径的流体流动的方法，其中，流动路径限定纵向轴线，而阀部件包括外表面，该外表面具有沿着横向延伸至纵向轴线的路径可选择性地在流动路径内的阀部件的全开位置和全闭位置之间移动的控制边缘，该方法包括将流动特性设备插入到与阀部件相邻的流动路径内，其中，流动特性设备包括本体，该本体限定流动特性设备的纵向中心线以及流动特性设备的横向轴线，当流动特性设备安装在流动路径时，该中心线基本上与流动路径的纵向轴线一致地延伸，而横向轴线基本上与控制边缘的路径一致地延伸，该本体还限定流动特性设备的基础面以及流动特性设备的内表面和外表面，该基础面在流动特性设备安装在流动路径时与阀部件的外表面对应，而流动特性设备的内表面和外表面沿着流动特性设备的中心线以间隔的关系布置；流动特性设备的内表面限定其分型面，分型面与基础面的一部分一致，并且其被成形为抵靠阀部件的外表面，以在分型面和阀部件的外表面之间形成一个基本上液密密封；流动特性设备的内表面上还限定一个分段的流动特性通道，该通道至少部分地受分型面和基础面的限制，并且该通道包括三个或者更多的离散段，至少其中一个离散段是通过本体延伸、用来在流动特性设备的内表面和外表面之间提供流体传送的通孔，而这三个或者更多的离散段的其他两个与通孔流体连通地连接，每一个离散段开口穿过基础面，并且当阀部件的控制边缘被对准时，每一个离散段提供一个独特大小的、离散的、至少部分地受基础面限制的流动区域，以控制通过流动路径的流体流动。
46.一种改变通过流动路径的流体流动的方法，该流动路径限定其纵向轴线，该方法包括通过将分段的特性通道和控制边缘放置在流动路径内，并且调节分段特性通道和控制边缘彼此之间的相对位置，来使用分段特性通道和与分段特性通道相邻设置的控制边缘来控制通过流动路径的流体流动；分段的流动特性通道包括其三个或者更多的离散段，至少其中一个是通孔，三个或者更多离散段的至少两个或者更多沿着横向延伸至流动路径纵向轴线的通道轴线，与通孔流体连通地连接，至少两个或者更多段的每一个都包括一个基本上轴向面对的壁，该壁横向延伸至流动控制设备的中心线，以至于当控制边缘被对准时，由至少两个或者更多的离散段的每一个提供的流动区域是横向面对的、用来控制通过流动路径的流体流动的流动区域；控制边缘和分段流动特性通道中的至少一个沿着通道轴线可选择性的移动。
47.一种改变通过流动路径的流体流动的装置，该流动路径限定其纵向轴线，该装置包括在流动路径内设置的分段特性通道，以及在与分段特性通道相邻的流动路径内设置的控制边缘；分段流动特性通道包括三个或者更多的离散段，其中至少一个是通孔，三个或者更多离散段的至少两个或者更多沿着横向延伸至流动路径纵向轴线的通道轴线，与通孔流体连通地连接，至少两个或者更多段的每一个都包括一个基本上轴向面对的壁，该壁横向延伸至流动控制设备的中心线，以至于当控制边缘被对准时，由至少两个或者更多的离散段的每一个提供的流动区域是横向面对的、用来控制通过流动路径的流体流动的流动区域；至少控制边缘和分段流动特性通道中的一个沿着通道轴线可选择性的移动。
全文摘要
本发明提供一种改变诸如阀特性的流动特性的装置和方法。通过使用其上具有分段流动特性通道的流动特性设备来改变通过流动路径的流体流动，该流动通道包括三个或者更多的离散段，这些段的至少一个是通孔，其中，当在与流动特性设备相邻的流动路径内安装的控制边缘与流动特性通道的三个或者更多的离散段的一个或更多对准时，安装流动特性设备。流动特性通道和控制边缘的一个或者两个都彼此相对地选择性移动。
文档编号F16K5/12GK101091080SQ200680001597
公开日2007年12月19日 申请日期2006年1月9日 优先权日2005年1月26日
发明者M·H·奥 申请人:茵文塞斯建筑系统公司