專利名稱：流體能量降低設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體能量降低設(shè)備和一種閥或調(diào)節(jié)器，其中流過上述設(shè)備的流體的壓力下降并且能量降低。
解決上述問題的一般方法是將通過設(shè)備的流體流分成多股分離的流，每個(gè)分離流是一條曲折的通路形式。由于通路壁之間的摩擦、流體方向迅速改變以及擴(kuò)大或者縮小腔體而產(chǎn)生損耗，所以沿此通路部分地消除了流體壓力和流體能量。
在流體控制閥中，上述控制設(shè)備通常為一疊圓盤或者多個(gè)同心圓柱形套筒的形式。在前者的設(shè)計(jì)中，流體通路為曲折的通道，所述通道機(jī)械加工成一個(gè)或兩個(gè)相鄰圓盤的相面對(duì)的表面。在后者的設(shè)計(jì)中，套筒徑向打孔，相鄰套筒的孔相互偏移，從而使流體在曲折的通路中流動(dòng)。套筒可以用中間的環(huán)形通道分隔開，所述中間環(huán)形通道使得流過它的流體在而后必須收縮以便流過下一個(gè)套筒的孔之前膨脹。
上述這種流體控制設(shè)備的實(shí)例在US-RE-32,197，GB-A-2335054和US-A-5390896中有所披露。
上述這種閥一般裝備有一個(gè)在中心圓柱腔內(nèi)可以移動(dòng)的柱塞，中心圓柱腔限定在圓盤內(nèi)或者同心套筒的最內(nèi)層。柱塞在腔內(nèi)可以軸向移動(dòng)，以便關(guān)閉或者打開到流體通路的出口，從而根據(jù)使用者所要求的流動(dòng)特征改變用于流體流動(dòng)的通路數(shù)目。
盡管這種流體控制設(shè)備非常有效，但是它們的結(jié)構(gòu)及制造和裝配比較復(fù)雜并且價(jià)格昂貴。另外，具有突然彎曲的曲折通路增加了在流體流動(dòng)中由于存在小顆粒(例如灰塵、沙子、沙礫和其它碎石)而引起阻塞和浸蝕的趨勢(shì)。
本發(fā)明的目的是消除或者減少上述缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面提出了一種流體能量降低設(shè)備，包括被多個(gè)堆疊的板分隔開的流入口和流出口，在相鄰對(duì)的所述堆疊的板之間限定了流體流動(dòng)通路，其中至少一個(gè)通路被多排不連續(xù)的、間隔開的流動(dòng)阻塞件分成次通路，所述流動(dòng)阻塞件在相鄰的板之間延伸。
利用流動(dòng)阻塞件，流體具有幾條交替的通路并且具有流體再循環(huán)面積的單條曲折通路的不存在減少或者消除了流體流動(dòng)中由于碎石而產(chǎn)生的侵蝕問題。
盡管在優(yōu)選實(shí)施例中，流體流動(dòng)通路中的阻塞件至少部分表面為弧形，以便使得流體流動(dòng)的平滑通道圍繞著阻塞件，但是流動(dòng)阻塞件的截面可以是任何適合的形狀，并且其橫過板的形狀可以改變。間隔開并且不連續(xù)的流動(dòng)阻塞件用于將入射流體分成分離的流，然后所述分離的流在當(dāng)入射到下一排阻塞件上而再被分開之前圍繞阻塞件流過并在下游匯聚。伴隨著摩擦阻力效應(yīng)的流的分離和匯聚導(dǎo)致了流體內(nèi)平滑的壓力下降及由此造成的能量減少。通過增加排數(shù)，反復(fù)的分離和匯聚可以實(shí)現(xiàn)較大的壓降。
在優(yōu)選實(shí)施例中，一排流動(dòng)阻塞件在流體流動(dòng)方向上橫向偏移其相鄰排的流動(dòng)阻塞件。這種排列設(shè)計(jì)是為了確保流體的下游流體流從一排直接射向下一排的阻塞件。
流動(dòng)阻塞件可以在每個(gè)板的表面上成形并且可以與所述板成為一體。在另一個(gè)實(shí)施例中，板和流動(dòng)阻塞件由伸長元件構(gòu)成的組件限定，所述組件結(jié)構(gòu)包括板元件，所述板元件由流動(dòng)阻塞件沿伸長元件的長度軸向插入。當(dāng)上述伸長元件組裝起來時(shí)，相鄰伸長元件的板元件結(jié)合形成上述的板。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，流動(dòng)阻塞件的截面通常為圓形，并且在從入口到出口的流體流動(dòng)方向上截面面積一排排地降低。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，流動(dòng)阻塞件從入口到出口的截面面積增加。
每個(gè)板上可以具有多條限定在其上的間隔開的流動(dòng)通路。
在優(yōu)選實(shí)施例中，板為環(huán)形并且具有中心圓孔。流動(dòng)阻塞件排為環(huán)形并且布置成同心結(jié)構(gòu)。板可以分成多個(gè)成角度間隔開的徑向延伸的流動(dòng)通路。
本發(fā)明的第二方面提出一種流體控制閥，包括上述這種流體降能裝置和往復(fù)設(shè)置在上述設(shè)備中的閥控制件。
在入口管11和出口管12之間，殼體大致限定了圓形的中心室，中心室里可移動(dòng)地容納了整齊堆疊13。堆疊13放在閥座14上并且由多個(gè)同軸的同尺寸板狀圓盤15組成(在下面加以說明)，每個(gè)圓盤15都具有一個(gè)中心圓孔16。閥蓋17用螺栓18固定到閥體10上，從而關(guān)閉中心室并使堆疊13保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?br> 堆疊的圓盤結(jié)合限定出圓柱孔19，往復(fù)柱塞件20可滑動(dòng)地放在圓柱孔里。柱塞件20固定到伸長桿21的一端，所述伸長桿21通過閥蓋17中的鉆孔22向上延伸經(jīng)過導(dǎo)向密封件23，并且通過與伸長桿21的另一端以及連接到閥蓋17的外部相連的致動(dòng)器(未示出)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
柱塞件20在完全打開位置和關(guān)閉位置之間可以在軸向上選擇性移動(dòng)，在完全打開位置，從入口管11到出口管12流過閥的流體經(jīng)過整齊堆疊13，在關(guān)閉位置，其與閥座14鄰接并阻塞流體通過堆疊13。在完全打開位置和關(guān)閉位置之間，柱塞件20通過只允許預(yù)定量流體流過由此決定閥性能的特性而起節(jié)流閥作用。
圖2具體示出整齊堆疊13。堆疊圓盤15固定在上部整齊堆疊板24和下部整齊堆疊板25之間，所述上部整齊堆疊板24和下部整齊堆疊板25與閥座14和閥體10的相應(yīng)接合面配和。
如圖3所示，堆疊13中的每個(gè)圓盤15具有多個(gè)圍繞圓盤表面等角度間隔開的徑向流動(dòng)通道26。每個(gè)通道26為切入圓盤15表面內(nèi)的直線導(dǎo)管形式并。多個(gè)不連續(xù)的間隔開的圓柱體27從管道的底部表面伸出，并且在成同心環(huán)形排28的圓盤15中一體形成。在圖3所示的實(shí)施例中，圓柱體27的截面為圓形并且截面面積在流體流動(dòng)的方向(用箭頭示出)上一排排依次減小。圓柱體27這樣交錯(cuò)排列，即任意特定排28的圓柱體27從前一排到其后一排圓周偏移，圓盤15可以機(jī)械加工或澆鑄形成這種形狀。
如圖4所示，流入整齊堆疊13的流體入射到每個(gè)通道26中第一排28的圓柱體27上，然后被分成多個(gè)小流動(dòng)通路29，所述多個(gè)小流動(dòng)通路29在相鄰的圓柱體27之間流過。當(dāng)流體流到隨后的排28時(shí)，當(dāng)其圍繞圓柱體27的前面通過時(shí)又被強(qiáng)制分開。然而，在圓柱體27的下游具有小流動(dòng)通路29的匯集。相鄰排之間的圓柱體的交錯(cuò)設(shè)計(jì)成將下游流體流從一排圓柱體之間直接到引到下一排圓柱體的通路內(nèi)。這種持續(xù)的流體流分離、隨后的再次結(jié)合以及在流體和圓柱體27的彎曲表面之間的摩擦阻力起到降低能量以及在各階段內(nèi)流體壓力的作用，并由此提供穿過整齊堆疊13的平穩(wěn)的壓力下降。
可以聯(lián)想到整齊堆疊圓盤15的特殊設(shè)計(jì)可以根據(jù)特定應(yīng)用，所需的流向和流動(dòng)特征加以改變。圖5和圖6分別示出具有四個(gè)和六個(gè)徑向通道的圓盤。在必須增加通過流動(dòng)通道26的流體流動(dòng)面積的應(yīng)用中，圓柱體27之間的空間可以一排排地增加。
圖7和圖8示出圓盤表面形狀的另一個(gè)實(shí)施例，其中與圖3和圖4中相對(duì)應(yīng)的部分用同樣的附圖標(biāo)記加上100來表示，除了在此范圍內(nèi)不同于對(duì)應(yīng)部分以外，其它不再加以說明。在此實(shí)施例中流體的流向相反。圓盤115的表面不被分成分離的通道，柱狀物127放在圓盤115的整個(gè)表面的上面。柱狀物127的截面形狀一排接一排128變化，并且在圓周方向上朝著圓盤115的外圍逐漸加長(形成菱形)。柱狀物127的排列及其變形設(shè)計(jì)成能保持經(jīng)過整齊堆疊113的所要求的流動(dòng)面積和阻力。
現(xiàn)在參照

圖1-圖3，當(dāng)閥塞20在中心孔19中上下移動(dòng)時(shí)，其蓋上或打開每個(gè)圓盤15中的流體通道26，從而增加或減少在入口管11和出口管12之間的流體傳送。
圖9-圖11為另一個(gè)實(shí)施例，其中整齊堆疊中的每個(gè)流動(dòng)通道都由多個(gè)機(jī)械加工的棒形成。與圖3和圖4對(duì)應(yīng)的那些部分用同樣的附圖標(biāo)記加上200來表示，除了在此范圍內(nèi)不同于對(duì)應(yīng)部分以外，不再加以說明。每個(gè)棒200包括垂直排列的多個(gè)六邊形片段201，圓柱體227交替插入六邊形片段201。當(dāng)棒200組成組時(shí)，對(duì)于給定的一列堆疊213，每個(gè)棒200上給定垂直水平面上的六邊形片段201結(jié)合形成流體通道管226的底壁，圓柱體227所起的作用和圖3-圖6中圓柱體的作用相同。每個(gè)六邊形片段201的厚度和上述的流動(dòng)通道26處的圓盤15的厚度相同。成組的棒200裝配形成矩形塊202，金屬實(shí)心圓柱形片段203交替插入矩形塊202，從而完成整齊堆疊213的裝配。整個(gè)組件通過一個(gè)殼體(未示出)保持在一起。
可以聯(lián)想到，上述設(shè)計(jì)可以進(jìn)行各種變形而不超出權(quán)利要求所限定的發(fā)明范圍。例如，盡管相應(yīng)附圖中所述的整齊堆疊通常為圓柱形，但是也可以使用其它形狀。另外，任一實(shí)施例中的柱狀物的截面可以是任何合適的形狀，并且可以分成任意數(shù)目的分離通道。每個(gè)圓盤上的柱狀物的排數(shù)由經(jīng)過整齊堆疊的所需的壓力下降決定，所需的壓力下降越高，則在整齊堆疊內(nèi)需要的用于安全地消耗能量的排數(shù)越多。柱狀物不是必須和圓盤成為一體，但是柱狀物可以另外由在圓盤表面中的通孔或封閉孔里放置的銷或栓組成。單個(gè)銷或栓可以穿過一個(gè)或者多個(gè)圓盤形成柱狀物，為堆疊中的一個(gè)或者多個(gè)圓盤所共有。
權(quán)利要求
1.一種流體能量降低設(shè)備，包括流入口和流出口，所述流入口和流出口被多個(gè)堆疊的板分隔開，在相鄰對(duì)的所述堆疊板之間限定出了流體流動(dòng)通路，其中至少一個(gè)所述通路被多排不連續(xù)的、間隔開的流動(dòng)阻塞件分成次通路，所述流動(dòng)阻塞件在相鄰的板之間延伸。
2.按照權(quán)利要求1所述的流體能量降低設(shè)備，其中一排中的阻塞件在流體流動(dòng)通路的方向上橫向偏離其相鄰排的阻塞件。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的流體能量降低設(shè)備，其中在流體流動(dòng)通路中阻塞件的至少部分表面為弧形，以便允許其周圍平滑的流體流動(dòng)通道。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的流體能量降低設(shè)備，其中阻塞件的截面通常為圓形。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的流體能量降低設(shè)備，其中阻塞件的截面面積從入口到出口橫過所述排增加。
6.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的流體能量降低設(shè)備，其中阻塞件的截面面積從入口到出口橫過所述排減少。
7.按照前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的流體能量降低設(shè)備，其中流動(dòng)阻塞件形成在每個(gè)板的表面上。
8.按照權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的流體能量降低設(shè)備，其中板和流動(dòng)阻塞件由伸長元件構(gòu)成的組件限定，每個(gè)伸長元件沿其長度都具有板元件，所述板元件被所述流動(dòng)阻塞件隔開，當(dāng)所述伸長件組裝起來時(shí)，相鄰伸長件的板元件結(jié)合形成所述板。
9.按照權(quán)利要求8所述的流體能量降低設(shè)備，其中伸長件平行組裝。
10.按照前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的流體能量降低設(shè)備，其中每個(gè)板都具有限定在其上的多個(gè)間隔開的流動(dòng)通路。
11.按照前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的流體能量降低設(shè)備，其中板為環(huán)形并且具有中心圓孔。
12.按照權(quán)利要求11所述的流體能量降低設(shè)備，其中板被分成多個(gè)成角度間隔開的徑向延伸的流動(dòng)通路。
13.一種流體控制閥，所述流體控制閥包括按照權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的流體能量降低設(shè)備和往復(fù)設(shè)置在流體能量降低設(shè)備中的閥控制件。
14.一種實(shí)質(zhì)上結(jié)合附圖1-5，附圖1-6，附圖1、2、7和8，或者附圖1和8-11所述的流體能量降低設(shè)備。
15.一種實(shí)質(zhì)上結(jié)合附圖1-5，附圖1-6，附圖1、2、7和8，或者附圖1和8-11所述的流體控制閥。
全文摘要
一種特別用于流動(dòng)控制閥的流體能量降低設(shè)備，具有流入口(11)和流出口(12)，流入口(11)和流出口(12)被多個(gè)以整齊堆疊的形式堆疊的板(13)分隔開。每個(gè)堆疊板(15)具有多排不連續(xù)的、間隔的柱狀物，延伸到堆疊中的板的上面。流過整齊堆疊的流體被柱狀物阻塞，被迫分成多個(gè)次流動(dòng)通路。柱狀物排交錯(cuò)排列，第一排柱狀物的流體向下液流直接入射到下一排柱狀物上。這種排列可以實(shí)現(xiàn)平滑的壓力下降以及能量降低，在流體中沒有空穴、噪音或者振動(dòng)。
文檔編號(hào)F16K47/08GK1427931SQ01808850
公開日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2001年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月16日
發(fā)明者卡倫·瑪格麗特·莫頓, 喬納森·馬丁·洛奇 申請(qǐng)人:霍普金森有限公司