具有能量回收功能的控制閥的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制閥，即一種適于調(diào)節(jié)和/或改變管路內(nèi)流體的壓力或流量的流體動(dòng)力學(xué)裝置。這種流體可以處于液態(tài)、氣態(tài)、蒸汽態(tài)或二相態(tài)中。尤其是，形成本發(fā)明的主題的閥可以有用地使用在工業(yè)液壓回路中，尤其是使用在油類(油和天然氣)、化學(xué)制品、石化和能源工業(yè)中。
【背景技術(shù)】
[0002]已知技術(shù)的閥包括閥體，閥體具有入口和出口，流體從所述入口和出口輸送。一調(diào)節(jié)元件被放置在閥體內(nèi)，尤其是被放置在入口和出口之間，以便改變流體的流動(dòng)。尤其是，這種閥可用于調(diào)節(jié)和/或改變管路(閥沿該管路裝配)的中的流體的壓力和流量。
[0003]不利地，每當(dāng)必須急速地降低管路內(nèi)的壓力時(shí)，總是不可避免地消散一定量的能量，該能量甚至可能相當(dāng)高，對(duì)于低流量、高壓力變化以及高流量、受限壓力變化而言都是這樣。該能量消散通常以熱和振動(dòng)的形式發(fā)生。
[0004]此外，壓力罐中的壓力突然減小導(dǎo)致流體空化現(xiàn)象(對(duì)于液體)或扼流現(xiàn)象(對(duì)于氣體)。
[0005]這兩種結(jié)果都是不希望有的，因?yàn)樗鼈冊(cè)谝后w流動(dòng)中引入不規(guī)則流動(dòng)，例如振動(dòng)或湍流。此外，尤其是在發(fā)生空化的情況下，對(duì)管道和任何工業(yè)制品的磨損將顯著加速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本文中，構(gòu)成本發(fā)明基礎(chǔ)的技術(shù)目標(biāo)是提供一種消除現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷的閥。
[0007]尤其是，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種閥，所述閥能夠回收通過壓力降低而消散的能量。本發(fā)明的另一目標(biāo)是防止流體流動(dòng)中的空化現(xiàn)象以及通常的不規(guī)則流動(dòng)。
[0008]該技術(shù)問題是通過一種包括權(quán)利要求1的技術(shù)特征的閥解決的。阻塞件可以在流體中引入第一壓力變化，其對(duì)應(yīng)于所期望的總壓力變化的一部分。回收裝置通過從流體提取動(dòng)能和/或勢(shì)能而引入主壓力變化，并同時(shí)回收流體的一部分內(nèi)能，使之可再次使用。在本發(fā)明依照權(quán)利要求2的實(shí)施例中，流體的內(nèi)能由旋轉(zhuǎn)元件提取而作為機(jī)械功而不是作為熱能和振動(dòng)能。
【附圖說明】
[0009]本發(fā)明另外的特征和優(yōu)點(diǎn)從下面對(duì)附圖中所示的閥的優(yōu)選但非排他的實(shí)施例的說明性并且因而非限制性的描述中將變得更加顯而易見，其中:
[0010]圖1顯示了依照本發(fā)明的閥的局部截面透視圖；
[0011]圖2是圖1的閥的分解和局部截面圖；
[0012]圖3a和3b分別是依照第一實(shí)施例的圖1中閥的細(xì)節(jié)的截面圖和透視圖；
[0013]圖4a和4b分別是依照一替換實(shí)施例的圖3a和3b中所示的細(xì)節(jié)的截面圖和透視圖；
[0014]圖5和6是依照兩個(gè)相應(yīng)實(shí)施例的圖1中閥的另一細(xì)節(jié)的透視圖；
[0015]圖7是依照本發(fā)明的閥的另一實(shí)施例的截面圖；
[0016]圖8a和Sb是依照本發(fā)明又一實(shí)施例的閥分別在部分打開位置和關(guān)閉位置的截面圖；
[0017]圖9示出了依照本發(fā)明的閥的又一實(shí)施例；
[0018]圖10示出了依照本發(fā)明的閥的又一實(shí)施例；
[0019]圖11示出了依照本發(fā)明的用于閥的附加特征；
[0020]圖12示出了在第一優(yōu)選實(shí)施例中的圖11中所示的附加特征；
[0021]圖13以局部截面示出了閥的又一實(shí)施例的示意圖；
[0022]圖14示出了依照?qǐng)D13的閥在部分打開構(gòu)形的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]參照附圖，I標(biāo)記了依照本發(fā)明的控制閥。
[0024]閥I包括閥體2。該閥體具有用于輸送流體的入口 3和出口 4。
[0025]閥體2可以具有適于允許流體從入口 3流至出口 4的任何形狀。在圖1的實(shí)施例中，閥體具有大體管狀的形狀。在替換實(shí)施例(未顯示)中，閥體2可以具有更復(fù)雜的形狀。
[0026]請(qǐng)注意，所述和所示的全部實(shí)施例都具有單個(gè)入口 3和單個(gè)出口 4。具有任意數(shù)量的入口 3和出口 4的其他實(shí)施例(未顯示)也是可以的。有利地，流體在閥I內(nèi)可以不必沿一個(gè)方向流動(dòng)。
[0027]本發(fā)明包括放置在閥體2內(nèi)的阻塞件6。尤其是，阻塞件6被放置在入口 3與出口4之間。阻塞件6配置成根據(jù)所期望的方向和/或空間分布朝回收裝置5引導(dǎo)流體。阻塞件6還構(gòu)造成采取關(guān)閉構(gòu)形，在所述關(guān)閉構(gòu)形，阻塞件停止流體流動(dòng)并關(guān)閉閥I。換句話說，阻塞件6可以起到閥I的閥內(nèi)組件(trim)的作用。有利地，阻塞件6有助于限制和/或防止空化現(xiàn)象和/或扼流現(xiàn)象。在本說明書中，阻塞件6的不同、尤其是有利的實(shí)施例將詳細(xì)描述如下。
[0028]閥I包括回收裝置5，所述回收裝置構(gòu)造成將流體的動(dòng)能和/或勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械功并將該機(jī)械功傳送到閥體2之外。換句話說，回收裝置5從流體提取內(nèi)能并將其轉(zhuǎn)換成動(dòng)能尤其是機(jī)械功。由回收裝置5提取或回收的能量實(shí)際上轉(zhuǎn)化成流體的負(fù)載損失，這降低了流體的壓力。
[0029]回收裝置5被容納在閥體2內(nèi)，也就是說，回收裝置不需要與閥體2相聯(lián)的一獨(dú)立容納本體。這允許依照本發(fā)明的閥的總體尺寸被包含在現(xiàn)有控制閥的尺寸內(nèi)并允許該總體尺寸大體保持在現(xiàn)有控制閥的尺寸內(nèi)。
[0030]在優(yōu)選實(shí)施例中，回收裝置5包括放置在閥體2內(nèi)、尤其是阻塞件6下游的旋轉(zhuǎn)元件7。該旋轉(zhuǎn)元件7構(gòu)造成由在閥體2內(nèi)輸送的流體帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并且該旋轉(zhuǎn)元件具有旋轉(zhuǎn)軸線“A”。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)軸線“A”是固定的。
[0031]由于旋轉(zhuǎn)元件7布置在阻塞件6下游，除了由阻塞件6產(chǎn)生的任何局部湍流之外，流體沿大體恒定的方向沖擊旋轉(zhuǎn)元件7。旋轉(zhuǎn)元件7包括至少一個(gè)葉片8，所述葉片構(gòu)造成截?cái)嗔黧w的流動(dòng)并帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)元件7旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的上下文中，“葉片”可以是指適于與流體相互作用并允許形成能夠帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)元件7旋轉(zhuǎn)的氣動(dòng)/液動(dòng)力的任何元件。優(yōu)選地，如例如圖4a和5a中所示，旋轉(zhuǎn)元件7具有大體管狀以及筒狀結(jié)構(gòu)。換句話說，旋轉(zhuǎn)元件7具有外壁7a和中央部分7b。在外壁7a與中央部分7b之間限定一內(nèi)部區(qū)域7c，流體在該內(nèi)部區(qū)域中輸送。一個(gè)或多個(gè)葉片8被布置在這樣的內(nèi)部區(qū)域7c處。
[0032]在如圖4a和4b所示的第一實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)元件7、尤其是內(nèi)部區(qū)域7c預(yù)先設(shè)置成與流體流交叉，所述流體流大體平行于旋轉(zhuǎn)軸線“A”流動(dòng)。
[0033]在如圖3a和3b所示的第二實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)元件7、尤其是內(nèi)部區(qū)域7c構(gòu)造成沿著至少部分地橫向于旋轉(zhuǎn)元件7的旋轉(zhuǎn)軸線“A”的路徑引導(dǎo)流體。詳細(xì)地說，在該實(shí)施例中，流體遵循沿著徑向方向取向的路徑流動(dòng)至少一段距離。為此，中央部分7b具有開口，所述開口使所述內(nèi)部區(qū)域7c與中央部分7b的一內(nèi)部區(qū)域連通。一個(gè)或更多個(gè)葉片8可以定位在中央部分7b內(nèi)。有利地，該實(shí)施例更適合于較低流量和較高壓力變化的情況。
[0034]如圖8a、8b、9和10示意性所示，旋轉(zhuǎn)元件7可以根據(jù)閥I所要獲得的流體動(dòng)力性能而具有不同的尺寸。它可以包括各種管狀部分71、72 ;在這種情況下，顯示了兩個(gè)管狀部分，每個(gè)管狀部分設(shè)置有外葉片81、82。內(nèi)管狀部分71還可以設(shè)置有內(nèi)葉片83。各種管狀部分的存在增大了由旋轉(zhuǎn)元件所回收的能量的量，所述管狀部分均配備有外葉片和/或內(nèi)葉片。各種管狀部分的存在還允許調(diào)節(jié)由旋轉(zhuǎn)元件產(chǎn)生的壓降。朝著管狀部分或朝著各種管狀部分引導(dǎo)流體實(shí)際上能夠在流體中產(chǎn)生壓降，同時(shí)其與旋轉(zhuǎn)元件7交叉以進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0035]在包括旋轉(zhuǎn)元件7的實(shí)施例中，依照本發(fā)明的閥在流體中引起壓降，該壓降絕大部分轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)元件7本身的動(dòng)能。
[0036]由于其構(gòu)造，旋轉(zhuǎn)筒能夠有效地控制和限制閃蒸和空化現(xiàn)象(對(duì)于不可壓縮流體)以及扼流現(xiàn)象(對(duì)于可壓縮流體)。這有力地降低了閥的噪音。
[0037]葉片或多個(gè)葉片8的幾何形狀，即葉片相對(duì)于流體流具有的傾角以及葉片沿縱向方向的延伸長度允許確定流體的壓降和最大流量。
[0038]葉片8的傾角和縱向延伸長度允許閥I逐漸而不是突然產(chǎn)生所需的壓力變化，從而將其轉(zhuǎn)變成機(jī)械功。
[0039]旋轉(zhuǎn)元件7的結(jié)構(gòu)還允許盡可能多地限制振動(dòng)形式和熱量形式的損失，因?yàn)榕c流體的摩擦力有力地減小，因此盡可能高地轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。
[0040]為了將旋轉(zhuǎn)元件7的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，回收裝置5包括優(yōu)選與閥體2相聯(lián)并放置在旋轉(zhuǎn)元件7處的定子(未示出)。旋轉(zhuǎn)元件7本身限定與所述定子電磁親合的轉(zhuǎn)子。有利地，這允許獲得高的轉(zhuǎn)換效率且控制裝置的尺寸。
[0041]可替代地，回收裝置5包括放置在閥體2外面的發(fā)電機(jī)(未顯示)。機(jī)械傳動(dòng)裝置(未顯示)構(gòu)造成將動(dòng)能從旋轉(zhuǎn)元件7傳遞給發(fā)電機(jī)。有利地，這種構(gòu)造防止在閥I內(nèi)電磁耦合，并且這在閥I內(nèi)輸送的流體是易燃的情況下是優(yōu)選的。在本申請(qǐng)中不再對(duì)機(jī)械傳動(dòng)裝置進(jìn)行進(jìn)一步的描述，因?yàn)槠涫潜绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的。
[0042]在第一實(shí)施例中，阻塞件6至少包括橫向于旋轉(zhuǎn)元件7的旋轉(zhuǎn)軸線“A”放置的第一板10和第二板11。尤其是，第一板10和第二板11均具有至少一個(gè)通道開口 12。第一板10和第二板11相對(duì)于彼此可移動(dòng)，以從關(guān)閉構(gòu)形可逆地到達(dá)至少一個(gè)打開構(gòu)形，在所述關(guān)閉構(gòu)形，通道開口 12相對(duì)于彼此完全不對(duì)準(zhǔn)，以防止流體通過，在所述至少一個(gè)打開構(gòu)形，通道開口 12至少部分地重疊，以允許流體通過。
[0043]進(jìn)一步詳細(xì)來說，第一板10和第二板11優(yōu)選是圓形的并同軸地布置，以便能夠彼此之間旋轉(zhuǎn)。更詳細(xì)來說，第一板10和第二板11具有與旋轉(zhuǎn)元件7的旋轉(zhuǎn)軸線“A”大體重合的中心軸線。通道開口 13為大體扇形形狀。
[0044]請(qǐng)注意，第一板10優(yōu)選被固定到閥體2上，而第二板11可旋轉(zhuǎn)地與第一板10相聯(lián)。此外，第一板10和/或第二板11包括放置在通道開口 12處的格柵13。有利的是，格柵13可以完全地或部分地占據(jù)通道開口 12，以便實(shí)現(xiàn)特定應(yīng)用所需的流體流動(dòng)改變。更有利地，格柵13有助于在需要的地方防止流體在閥I內(nèi)產(chǎn)生空化。格柵13的又一優(yōu)點(diǎn)在于降低由流體在閥I內(nèi)通過引起的噪音。
[0045]依照?qǐng)D7和10中所示的本發(fā)明的替換實(shí)施例，阻塞件6包括與入口 3相聯(lián)的滑動(dòng)元件14?；瑒?dòng)元件14是可移動(dòng)的，從而離開/朝向入口 3移