專利名稱：具有線性流動特性的流體減壓裝置的制作方法
本申請是以于1998年1月28遞交的、申請?zhí)枮?0/072,836的臨時申請作為在先申請的。
本發(fā)明涉及流體能量耗散裝置，尤其涉及一種對氣流具有低聲學轉換率的流體減壓裝置以及對液流具有抗氣穴能力因而具有低噪聲特性的裝置。
背景技術：
在例如油和氣體管道系統(tǒng)以及化學加工等工業(yè)生產(chǎn)的流體控制中，經(jīng)常需要對流體減壓。通常采用例如流量控制閥和流體調節(jié)器之類的可調限流裝置以及例如擴散器、消聲器和其它背壓裝置之類的其它固定流體限制裝置來實現(xiàn)此目的。流體控制閥和/或特定場合下的其它流體限制裝置的目的是控制流速或其它過程變量，但是該限制會產(chǎn)生一種作為其流體控制功能之副產(chǎn)品的減壓現(xiàn)象。
目前，可從市場上買到包含有閥調整件(trim)的流體控制閥，該閥調整件采用形成流體減壓裝置的層疊圓盤的形式。在具有此類滑動柱流體控制閥的情況下，較理想的是，隨著閥的打開，流量以大致線性的方式連續(xù)增加。在一種采用具有層疊圓盤的閥籠形式的所推薦的閥調整件中，交替設置兩種不同的圓盤。在這種結構中，第一流動圓盤具有與通風(plenum)圓盤中的通風槽相配合的輸入和輸出槽，以使每一個其它的圓盤不具有當閥的流體控制件通過層疊圓盤從閉合位置移至打開位置時、允許流體流過的輸入口。因此，就會在針對這些已有的閥調整件層疊圓盤結構的流量特性中形成一種“階梯狀”效應，而不是所需的、流量隨著閥的打開大致線性增加的特性。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的原理，本發(fā)明提供了一種采用層疊圓盤結構的流體減壓裝置，其中隨著流量控制件露出大部分層疊圓盤的流量輸入口，流量以大致線性的方式持續(xù)增加。
在本發(fā)明的流體減壓裝置中，提供了一種包含有交替設置的通風圓盤和流動圓盤的多個層疊圓盤。每一個流動圓盤包含有環(huán)繞圓盤的空心中心部延伸的流體輸入槽和環(huán)繞流動圓盤的周邊部延伸的流體輸出槽。每一個通風圓盤包含有位于通風圓盤內、且相對流動圓盤在層疊圓盤組件內設置成與相鄰的流動圓盤中的輸入槽和輸出槽流體相通的通風槽。每一個通風圓盤還包含有一空心中心部，其中環(huán)繞圓盤的內腔設有旁路槽。每一條旁路槽與下一個流動圓盤中的流體輸入槽對齊，以使流體能連續(xù)地流入到通風槽內、并接著通過輸出槽流出層疊圓盤，由此消除了流量中的“死區(qū)”地帶。
旁路槽的尺寸大小和形狀是可改變的。拱形可將由過程壓力所產(chǎn)生的應力減至最小，當然，旁路槽還可采用任何一種可使流體流到下一個流動圓盤中的輸入槽的形狀。旁路槽的尺寸大小(面積)是可改變的，并且應當最優(yōu)化，以便獲得最線性化的流量特性。但是，倘若旁路槽作得過大，則由于這樣將會使下一個輸入槽上出現(xiàn)過多的流量，因此“階梯狀”效應又將重現(xiàn)。
在采用本發(fā)明的最初的原型中，旁路槽被設計成利用在下一個流動圓盤的輸入槽的最小的開口中的面積的50％～60％。某些工藝和應用可能需要其它的流動特性，例如等百分比流動特性，其中存在著少量的流量朝著流體控制件的底部行進，進而隨著閥的進一步打開，流量按指數(shù)律增加。這可通過控制流動圓盤中的輸入和輸出槽的數(shù)量來得以實現(xiàn)。在等百分比流動特性的情況下，流動圓盤中槽的數(shù)量在閥籠組件的底部是較少的，在其中部開始增加，而在組件的頂部時則具有所有數(shù)量的槽?？捎霉絹肀硎敬隧椉夹g，以獲得針對不同的工藝要求所必需的面積量。旁路槽將再次消除“階梯形”效應，并產(chǎn)生更為線性的流動特性曲線。在這種布置中，在閥籠組件中存在著明確的頂部和底部。然而，可在通風圓盤中采用所有數(shù)量的旁路槽，并且當它們必須位于流動圓盤上時，也無須增加其數(shù)量。多余的旁路槽將成為“死端”，并且使流量無法流出閥籠組件。
在本發(fā)明的另一種實施例中，在通風圓盤上設有多條旁路槽，其中第一組旁路槽位于通風圓盤上，并且與緊挨于通風圓盤上方的流動圓盤中的輸入槽對齊。另外，該通風圓盤包含有與緊挨于該通風圓盤下方的流動圓盤中的輸入槽對齊的第二組旁路槽。該實施例提供了這樣一個優(yōu)點，即流動特性的線性化改進將與位于閥籠內的層疊與打破頂部/底部定向無關。這樣的話，由于此時閥籠內的層疊圓盤的頂部至底部是對稱的，因此就無須再于組裝期間保持閥籠的特殊定向。另外，可設置槽來消除涉及通風圓盤的任何特殊定向?？蓪⑺鼈冊O計成在通風圓盤上始終存在著直接位于流動圓盤上的輸入槽下方的旁路槽，而與流動圓盤或通風圓盤的定向無關。
在又一種實施例中，旁路槽可被簡化成一條橫跨通風圓盤的整個內徑、且與處于該通風圓盤上方和下方的流動圓盤中的輸入槽流體相通的連續(xù)的槽。這樣就能提供有助于流動特性的線性化改進的旁路流動，同時還消除了以往制造中的定向問題。然而，由于所采用的、相對于輸入槽面積的旁路槽的面積大小會直接影響到上述特性改進的效能，因而此項技術須要極其嚴密的控制。
附圖簡介在所附的權利要求中特別對本發(fā)明的新穎特征進行了闡述。通過參閱下文中結合附圖所作的描述可最好地理解本發(fā)明，其中，各圖中相同的標號表示相同的要素，在這些附圖中

圖1是一種包含有閥調整件的流體控制閥的側視圖，其中該閥調整件采用了形成本發(fā)明流體減壓裝置的層疊圓盤的形式；圖2是一種流動圓盤的平面圖，其中該流動圓盤是圖1所示的層疊圓盤中的其中一種交替圓盤；圖3是一種通風圓盤的平面圖，其中該通風圓盤是圖1所示的層疊圓盤中的另一種交替圓盤；圖4是由四個圓盤層疊成圖1所示的層疊圓盤的立體圖，其中圖2所示的流動圓盤與圖3所示的通風圓盤交替設置；以及圖5是具有另一種實施例的通風圓盤的分解圖，其中該通風圓盤具有附設的旁路槽，以便提供一種對稱的圓盤層疊結構。
詳述現(xiàn)在請參閱圖1，圖中示出的是根據(jù)本發(fā)明原理所構筑的一種流體減壓裝置，該裝置采用具有多個層疊圓盤的、并安裝在流體控制閥12內的閥籠10的形式。該流體控制閥12包括閥體14，該閥體包含有流體入口16、流體出口18和穿過該閥體的連接通道20。
座圈22安裝在閥體通道20內，它與閥操作件24協(xié)同工作，用以控制流入和流出閥籠10的流體流量。閥籠10可以借助諸如以已知方式與閥的閥罩部分相接合的閥籠保持件26和安裝螺栓28之類的傳統(tǒng)安裝裝置保持在閥內。位于閥籠10的外側上的一系列焊縫30將諸圓盤牢固地保持在一組合式層疊體中，在本發(fā)明所構筑的一較佳實施例中，在每一個獨立的圓盤上均涂有一層鎳。這些涂鎳圓盤被組裝成一層疊體，該層疊體放置在一裝置中，并經(jīng)受適當?shù)寞B加負載和溫度以使各個獨立的涂鎳圓盤彼此熔合。對于較大的圓盤而言，可利用一系列螺栓或其它類型的機械緊固件來牢固地保持層疊圓盤組件。
閥籠10包含有多個層疊圓盤，這些圓盤構成一種由圖2所示的流動圓盤32和圖3所示的通風圓盤34交替構成的圓盤結構。該流動圓盤32包含有一空心中心部36和一環(huán)形周邊部38。多條流體輸入槽40分別自圓盤的中心部36向圓盤的周邊部38局部延伸。多條流體輸出槽42分別自圓盤的周邊部38向圓盤的中心部36局部延伸。
在圖3所示的通風圓盤34上設有整個地在圓盤內、在圓盤的空心中心部46與圓盤周邊部48之間延伸的一條或多條通風槽44。每一條通風槽44在接近空心中心部46的圓盤內側部分50與終止于圓盤周邊部48的圓盤外側部分52之間延伸。
每一個通風圓盤34還包含有多個旁路槽54，這些旁路槽位于圓盤內側部分50內、且鄰接空心中心部46。每一條旁路槽54自空心中心部46在圓盤內側部分50內向圓盤外側部分52延伸。
現(xiàn)在請參閱圖4，圖中示出的是由四個圓盤層疊而成的一層疊體的立體圖，其中該層疊體自其底部至頂部具有流動圓盤32a、通風圓盤34a、流動圓盤32b和通風圓盤34b。在圖4所示的圓盤層疊結構中，流動圓盤32相對通風圓盤34設置成使流動圓盤32中的每一條流體輸入槽40與相鄰的通風圓盤34中的通風槽44流體相通。同樣，通風圓盤34中的每一條通風槽44與相鄰的流動圓盤32中的多條流體輸出槽42相通。于是，流體可從圖4中所示的層疊圓盤的中心部56通過流動圓盤32中的流體輸入槽40流向相鄰的通風圓盤34中的通風槽44以及流動圓盤中的多個流體輸出槽42。因此，流體的流動路徑被分成為兩個最初的軸向方向，接著分到具有多個徑向流動方向的多條通風槽44內，然后分布到其中至少一個流動圓盤32中的多條輸出槽42中。
另外，從圖4中可以看到，每一條旁路槽54與下一個相鄰的流動圓盤32中的輸入槽40對齊。在圖4中，例如，通風圓盤34a中的旁路槽54a與下一個相鄰的流動圓盤32b中的輸入槽40b對齊。因此，流體還可從圖4中所示的圓盤層疊結構的中心部通過旁路槽54a流入到輸入槽40b內，接著又流入到上述流體相通的通風槽和多條輸出槽之中。
采用與相應的輸入槽40對齊的旁路槽54往往會使閥調整件10的流量特性平滑或線性化。這樣就將對包含有如圖2和3所示的流動圓盤和通風圓盤結構(但不含有旁路槽54)的已有的閥調整件的打開有影響的“階梯狀”流量減至最小。
在圖5所示的分解圖中，每一個流動圓盤32與圖2中所示的流動圓盤32相同。應當注意的是，最頂部以及最底部的流動圓盤32被標記為B，而置于中間的流動圓盤32則被標記為A。每一個通風圓盤57與圖3中所示的通風圓盤34相似，只是該通風圓盤57還包含有與旁路槽54交替設置的第二組旁路槽58。為方便起見，在圖5中，將旁路槽54標記為A，而將旁路槽58標記為B。
旁路槽54被設置成與緊挨于上方的流動圓盤32的輸入槽40的底部對齊。同樣，附設的旁路槽58則與緊挨于通風圓盤57下方流動圓盤32的輸入槽40的頂部對齊。于是，為便于圖示，通風圓盤57中的、標記為A的旁路槽54與標記為A的流動圓盤32的輸入槽40對齊。同樣，標記為B的旁路槽58與標記為B的流動圓盤32的輸入槽40對齊。于是，通風圓盤57中的旁路槽同時位于流動圓盤32的輸入槽的上方和下方。這樣便于層疊圓盤的制造，以及圓盤在閥籠結構中的組裝和定向。
或者，可將旁路槽54和58簡化為一條環(huán)形旁路槽，該槽使通風圓盤的整個內徑擴大，以使該環(huán)形槽同時位于相鄰的流動圓盤的輸入槽的上方和下方。
要意識到的是，本發(fā)明的旁路槽特點可與其它不同于本文中所述的第一圓盤中的輸入/輸出槽和第二圓盤中的通風槽的圓盤結構一起使用。例如，具有輸入通道的第一圓盤和具有交疊的輸出通道的第二圓盤可含有根據(jù)本發(fā)明的原理所構筑的第二圓盤中的旁路槽。
應當理解，以上的描述僅僅是為了便于理解，并無任何不必要的限制，對本技術領域中的熟練技術人員而言，在此基礎上的變型是很顯然的。
權利要求
1．一種流體減壓裝置，它包括順著縱軸排列的、具有周邊部和空心中心部的多個層疊圓盤；所述層疊圓盤包含有交替設置的第一和第二圓盤；所述第一圓盤具有(a)自圓盤中心部向圓盤周邊部局部延伸的流體輸入階段槽，和(b)自圓盤周邊部向圓盤中心部局部延伸的流體輸出階段槽；所述第二圓盤具有(c)至少一條延伸穿過所述圓盤的通風槽，和(d)自圓盤中心部向圓盤周邊部局部延伸、且與相鄰的第一圓盤中的所述流體輸入階段槽對齊的旁路槽；以及所述諸圓盤可選擇地設置在所述層疊體中，以使流體從所述圓盤中心部流向一個圓盤中的所述流體輸入階段槽，并從相鄰的第二圓盤中的所述旁路槽流向所述一個圓盤中的所述流體輸入階段槽，接著又流向相鄰圓盤中的所述通風槽以及至少所述一個圓盤中的所述流體輸出階段槽，其中，所述流體的流動路徑被分成為兩個最初的軸向方向，接著分到有著多個徑向流動方向的所述諸通風槽內，然后分布到至少所述一個圓盤中的多條輸出階段槽中。
2．如權利要求1所述的流體減壓裝置，其特征在于，所述旁路槽與位于所述第二圓盤的相對側上的相應的所述相鄰的第一圓盤的輸入階段槽對齊。
3．如權利要求1所述的流體減壓裝置，其特征在于，所述旁路槽各自形成為半月形的輪廓。
4．一種流體減壓裝置，它包括順著縱軸排列的、具有周邊部和空心中心部的多個層疊圓盤；所述層疊圓盤包含有交替設置的流動圓盤和通風圓盤；所述流動圓盤具有(a)自流動圓盤中心部向流動圓盤周邊部局部延伸的流體輸入階段槽，和(b)自流動圓盤周邊部向流動圓盤中心部局部延伸的流體輸出階段槽；所述通風圓盤具有(c)至少一條延伸穿過所述通風圓盤的通風槽，和(d)自通風圓盤中心部向通風圓盤周邊部局部延伸、且與位于所述通風圓盤的相對側上的相應的所述相鄰的流動圓盤中的所述流體輸入階段槽對齊的旁路槽；以及所述諸圓盤可選擇地設置在所述層疊體中，以使流體從所述圓盤中心部流向一個流動圓盤中的所述流體輸入階段槽，并從相鄰的通風圓盤中的所述旁路槽流向位于所述一個流動圓盤中、且位于所述通風圓盤的相對側上的相應的所述相鄰的流動圓盤中的所述流體輸入階段槽，接著又流向相鄰圓盤中的所述通風槽以及至少所述一個圓盤中的所述流體輸出階段槽，其中，所述流體的流動路徑被分成為兩個最初的軸向方向，接著分到有著多個徑向流動方向的所述諸通風槽內，然后分布到至少所述一個圓盤中的多條輸出階段槽中。
5．如權利要求4所述的流體減壓裝置，其特征在于，所述旁路槽形成為半月形的輪廓。
全文摘要
一種具有層疊圓盤(32,34)的流體減壓裝置。具有輸入階段槽(40)和輸出階段槽(42)的流動圓盤(32)與具有通風槽(44)和旁路槽(54)的通風圓盤(34)交替設置。該旁路槽與輸入階段槽對齊,因而當使用在流量控制閥中、且閥流量控制件露出了大部分層疊圓盤的流量輸入口的情況下,流量以大致線性的方式持續(xù)增加。
文檔編號F15B13/00GK1289394SQ99802433
公開日2001年3月28日 申請日期1999年1月25日 優(yōu)先權日1998年1月28日
發(fā)明者W·E·韋爾斯, M·W·麥卡蒂 申請人:費希爾控制產(chǎn)品國際公司