CN101535696B

CN101535696B - 旋转阀

Info

Publication number: CN101535696B
Application number: CN2007800414876A
Authority: CN
Inventors: K·W·金贝克; J·W·斯坦纳
Original assignee: Siemens Building Technologies AG
Current assignee: Siemens Water Technologies Holding Corp; Siemens Industry Inc
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: WO2008057596A2; US20100275702A1; EP2084438A4; CA2668896A1; EP2084438A2; CN101535696A; WO2008057596A3

Abstract

公开了一种计量流量的系统及方法。阀总体上可包括节流孔板和布置为邻近该节流孔板的盘。该盘相对于该节流孔板的定向可调整以便调节穿过该阀的流体流率。可操纵该节流孔板中孔口的有效面积来调整该流体流率。在一些构造中，阀可提供声速流量控制或差压调节。在一些应用中，控制器可调整盘相对于节流孔板的定向，以便维持经过节流孔板的大致常值压降以确定穿过阀的流体流率。

Description

旋转阀

技术领域

本发明总体上涉及流体力学领域，且更具体地涉及计量流体流量的系统及方法。

背景技术

通过总体上打开、关闭和部分阻塞流体通道，阀起作用以调节流体进给系统中的流体流量。可获得适合多种应用的多种不同类型的阀。阀典型地包括容纳可移动构件的阀本体，可改变所述可移动构件的位置来控制流量。针形阀是由节流孔(orifice)可缩回地接收螺纹柱塞的一种阀。类似地，旋塞阀包括由互补(complimentary)节流孔竖直接收的圆柱形或圆锥形塞来调节流量。当期望有准确的控制时，常规阀通常需要精确的反馈。例如，可能需要附加装置，例如确定可移动构件相对于节流孔的方位的位移电位计(motion pot)以及校验流率的转子流量计。除了准确度之外，阀的成本和可靠性也都是重要的设计考虑因素，尤其在新兴低容量气体进给领域。

发明内容

本发明的方面及实施例总体上涉及计量流体流量的系统及方法。

根据一个或更多实施例，旋转阀可包括构造为利于流体流过该阀的节流孔板和布置为邻近该节流孔板的盘，该盘构造并设置为与该节流孔板协作来调节穿过该阀的流体流率。

根据一个或更多实施例，一种计量流体流量的方法可包括：将流体源流体地连接到阀上，该阀包括节流孔板和布置为邻近该节流孔板的盘；以及调整盘相对于节流孔板的定向，以便建立穿过阀的预定流体流率。

根据一个或更多实施例，流体流率测量机构可包括构造为利于流体流过该机构的节流孔板、布置为邻近该节流孔板的盘以及控制器，该盘构造并设置为与节流孔板协作来维持经过节流孔板的大致常值压降，所述控制器构造为基于盘相对于节流孔板的定向来检测穿过该机构流体流率。

将在后文详细讨论其它方面、实施例和这些示范性方面和实施例的益处。而且应当理解，前述信息和后述详细说明都仅仅是不同方面和实施例的描述性实例，且旨在提供用于理解要求保护的方面和实施例的本质和特征的综述或框架。包括附图以便提供不同方面和实施例的描述和进一步理解，且附图并入该说明书并构成说明书的一部分。附图与该说明书的其余部分一起用于解释所描述和要求保护的方面和实施例的原理和操作。

附图说明

参考附图，讨论了至少一个实施例的不同方面。在并不旨在以实际比例画出的附图中，在不同附图中描述的每个一致或近似一致的构件采用同样的附图标记表示。为了清楚起见，不是每个构件都在各个附图中标出。提供附图以便描述和解释，而不旨在作为本发明的限制。在附图中：

图1是根据一个或更多实施例的旋转阀的分解图；

图2是根据一个或更多实施例与节流孔板机械地协作的盘的透视图；

图3A和图3B代表根据一个或更多实施例的阀的截面图，各阀具有不同的流体流通道；

图4是根据一个或更多实施例的旋转阀盘的透视图；

图5是根据一个或更多实施例、构造为提供声速流量调节的旋转阀的透视图；

图6是根据一个或更多实施例、构造为提供差压调节的旋转阀的透视图；和

图7是根据一个或更多实施例、包含在流率测量机构内的旋转阀的透视图。

具体实施方式

一个或更多方面和实施例总体上涉及计量流体流量的系统及方法。文中描述的系统及方法可应用于需要流率控制和/或监测的很多行业中。有益地，一个或更多方面可用提高的分辨率和准确度提供宽范围流率的可预测操作性。在一些方面，在不需要系统反馈的情况下即可实现线性流体流量控制。计量系统及方法还可提供在设计、便于制造和成本方面的显著益处。

应当理解，文中讨论的系统和方法的实施例不限于应用于后文说明阐述或附图描述的构件的构造和设置的细节。所述系统和方法可在其它实施例中实施并以不同的方式实践或实现。文中提供的特定实施例的实例仅用于描述目的，且不旨在限制。特别地，与任何一个或更多实施例一起讨论的动作、元件和特性并不旨在排除任何其它实施例的类似作用。同样，文中使用的名词和术语是为了描述目的，而不应被认为是限制性的。文中使用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“具备”及其变型的意思是包括其后列出的项、及其等同物以及附加项。

所公开的系统和方法的实施例和方面通常可包括构造为计量流体流量的阀。阀通常可布置在流体进给管线上。在一些方面，阀可布置为接近流体源。在一些实施例中，阀可以期望流率提供流体。例如阀可建立和/或维持预定流率。在其它实施例中，阀可利于确定和/或监测流体流率，如进一步讨论的那样。

阀通常可包括具有端口的阀本体或壳体，端口包括但不局限于入口和出口。入口可流体地连接到将要进给或计量的任何流体源上，例如液体或气体。在一些非限制性实施例中，流体可为气体，例如氯、二氧化碳或二氧化硫。阀及其构件可由任何材料制成，但应当与和预定应用相关的环境条件相容，环境条件例如可能接触阀的任何化学物(包括要由阀计量的流体)的温度、压力和特性。在一些实施例中，阀可由聚氯乙烯(PVC)或其它类似材料制成。

根据一个或更多方面，阀通常可限定流体流通道，流体沿着所述流体流通道行进穿过阀。阀的一个或更多特征或元件通常可构造为便于流体沿着通道流过阀。在一些实施例中，例如阀可包括板，例如节流孔板，所述板构造为便于流体沿着流体通道流过阀。更具体地，节流孔板通常可包括一个或更多孔口，流体流可行进穿过所述一个或更多孔口。孔口的尺寸、数量、几何形状和定向取决于预定应用而不同。例如，孔口可为大致圆形、方形、三角形或任何其它几何形状。在至少一个实施例中，孔口可具有大致等边三角形的形状。如在后文更详细讨论的那样，孔口的一个或更多特性(例如其几何形状)通常可利于穿过阀的流体流量控制的线性化。在一些方面，选择几何形状可变化以利于线性化的孔口是有益的。在一些实施例中，如后文进一步讨论的那样，可基于期望流率范围或分辨率选择具有特定孔口尺寸的节流孔板。因此，节流孔板可定尺寸为适合特定流率范围或峰值流率。节流孔板可与阀壳体整体形成或可为分立阀构件。节流孔板可布置在沿着阀的流体流通道的任何点处。在一些实施例中，阀可包括多个节流孔板。

可采用多种方法建立、调节和/或控制穿过阀的流体流率，例如通过在阀的上游或下游操作。在一些实施例中，阀自身可构造为建立和/或调整流体流率。根据一个或更多实施例，阀可包括构造为调节穿过阀的流体流率的一个或更多特征或元件。在一些方面，流体流率可为期望或预定的流率，例如可基于预定应用。流体流率可为常值或可在一定范围的值内变化。在一些非限制性实施例中，流率可为从约0至约10000ppd(0-190Kg/h)的范围。在一些实施例中，流率可为从约0至约500ppd(0-10Kg/h)的范围。在至少一个实施例中，流率可为从0至约3ppd(0-60g/h)的范围。

根据一个或更多实施例，阀可包括构造为与节流孔板协作来调节穿过阀的流体流率的一个或更多特征或元件。例如，参考图1，阀100可包括盘110，所述盘110构造并设置为与节流孔板120协作来调节穿过阀的流体流率。盘110通常可布置为邻近节流孔板120。在一些方面，盘110可密封地联接到节流孔板120上，以便大体上抑制流体泄漏。阀可包括多种其它元件，例如垫片、螺母、帽、密封件和其它公知的阀构件。在一些实施例中，弹簧可将盘110倚靠节流孔板120保持到位。

根据一个或更多实施例，盘相对于节流孔板的定向或位置可调整，以便调节穿过阀的流体流率。在一些方面，盘和节流孔板相对于彼此通常可旋转或枢转。例如，一个或更多枢轴或其它固定点可利于调整盘相对于节流孔板的定向。枢转点相对于阀横截面可大致对中或可在任何其它位置处。在至少一个实施例中，盘和节流孔板中的一个可固定，而另一个是可移动的。例如，盘相对于固定节流孔板是可旋转的。可替换地，盘和节流孔板均是可移动的。根据一些方面，节流孔板和盘中的一个或两个与轴或类似机构机械连通，以总体上利于调整它们的相对定向。在至少一个实施例中，盘和/或节流孔板可自由移动，例如可自由旋转。在其它实施例中，可建立固定的移动范围。通过非限制性实例，盘可构造为相对于节流孔板旋转达90°，180°或360°。因此，在一些实施例中，阀通常可指单转阀(single turn valve)。

有些实施例和方面总体上可包括建立、操纵和/或调整节流孔板中孔口的有效面积，以便调节穿过阀的流体流量。参考图2，如上文讨论的那样，节流孔板120通常可包括孔口125，以利于流体流过阀。孔口125的全部潜在面积可由节流孔板120的几何形状限定。孔口125的全部潜在面积根据一个或更多实施例可调整或修改，从而产生孔口的有效面积。例如，如在下文将更详细讨论的，盘110可用于调整孔口125的有效面积。在一些方面，孔口的有效面积总体上可限定或影响穿过阀的流体流通道。继而，流体流通道的特性和/或尺寸可影响或改变穿过阀的流体流率。例如，具有大有效面积的孔口总体上可提供受较少阻碍的流体流路，因而促进更高的流体流率。另一方面，具有相对小有效面积的孔口总体上可提供受较大阻碍的流体流路，因而妨碍更高的流体流率。孔口125的有效面积总体上可在从其全部潜在面积的0至100％的范围内，全部潜在面积例如可由节流孔板120的几何形状来限定。零流率通常可与零有效孔口面积相关联，而峰值流率可与任何给定孔口的最大有效面积相关联。因而，对于给定的节流孔板孔口，通过调整孔口的有效面积可实现流率的范围。如在下文将更详细讨论的，流率相对于有效孔口面积可有益地线性化，用于提高流率控制的准确度和分辨率。在一些方面，不同节流孔板可适合不同流率范围，这可基于其孔口的大小。可基于期望流率范围或期望流率分辨率来选择节流孔板。

可采用多种方法来操纵孔口的有效面积。在一些方面，盘110可与节流孔板120协作来修改或调整孔口125的有效面积。例如，盘110相对于节流孔板120的定向可被调整，以便修改孔口125的有效面积。在一些实施例中，如图2所示并将在下文更详细讨论的，盘110相对于节流孔板120可旋转(反之亦然)以便调整孔口的有效面积。在至少一方面，三角形孔口的有效面积可通过改变三角形有效高度来调整。

盘110通常可为任何形状、大小和构造。在一些方面，盘110的形状或几何形状通常本质是变化多样的。在一些实施例中，盘110可包括构造为调整或操纵节流孔板孔口125的有效面积的边缘、部段、元件或特征115。例如盘部段115可与节流孔板孔口125的至少一部分接合或协作，以建立孔口125的有效面积(见图2)。在至少一个实施例中，盘部段115通常可重叠、阻挡或阻碍孔口125的至少一部分，以调整其有效面积。在一些实施例中，部段115在效果上可用作孔口125的边界，例如孔口125周边的一部分。例如，在孔口125是大致三角形的一些非限制性实施例中，部段115可形成三角形的一边。在一些方面，部段115可为孔口125的可移动边界，通常能够调整其有效面积。因此，通过操纵盘110相对于节流孔板120的定向，例如通过旋转，可影响盘部段115相对于节流孔板孔口125的定向，以便调整孔口125的有效面积。通过调整孔口125的有效面积，继而可调整穿过阀的流体流率。

在一些实施例中，盘110可与节流孔板120相一致或相似。例如，盘110和节流孔板120均可包括孔口。盘110和节流孔板120相对于彼此的定向可调整或操纵，以便控制流率。在一些方面，盘110和/或节流孔板120可旋转以调整其孔口的定向，以便控制或调节流率。更具体地，例如节流孔板120的孔口可至少部分地接合盘110的孔口，以便合并为单个有效孔口，可操纵该单个有效孔口的大小以便调节流量。盘110和节流孔板120相对于彼此可旋转，以便调整单个有效孔口的大小，从而调节流量。增大单个有效孔口的大小则通常与增大流率相关，而减小单个有效孔口的大小通常与降低流率相关。

因此在操作中，可调整盘110相对于节流孔板120的定向，以便当期望增大流体流率时增大孔口125的有效面积，或当期望降低流体流率时减小孔口125的有效面积。在一些方面，根据一个或更多实施例，阀通常可被认为是二维阀，因为盘110相对于节流孔板120的定向通常可操纵流体流率。在一些实施例中，如上文讨论的那样，阀可为单转旋转阀，其中通过360°旋转可实现与给定节流孔板相关的流率全范围。例如，图3A通常可与比图3B更高的流体流率相关。图3A可代表峰值流率。图3B可代表相对更低的流体流率，由于阀的流体通道至少部分地被阻碍，例如通过盘相对于节流孔板的旋转。图3A和图3B各描述孔口125的不同有效面积。

在至少一个实施例中，盘110和节流孔板120可包括大致互补的几何形状，以利于协作调节穿过阀的流体流率。例如，盘110和节流孔板120之间的互补几何形状可利于调整节流孔板120中孔口125的有效面积，以便调节穿过阀的流体流率。在一些非限制性实施例中，孔口125的几何形状总体上可为如图2所示的三角形。如上文讨论的那样，盘110可包括部段115，例如可移动到期望位置以便限定三角形孔口125边界的边缘或楔块，因而建立其有效面积。在一些方面，孔口125的有效面积可通过相对于节流孔板120旋转盘110来调整，以便调整穿过阀的流率。可采用根据一个或更多实施例的其它几何形状。

根据一个或更多实施例，盘110可具有由多个邻近并减小的半径限定的外周边。在一些方面，围绕盘110的周边的位置可从最大半径降低至最小半径。在至少一个实施例中，盘110可包括凹口或凹部。该凹口总体上可由盘110的几何形状或周边限定。在一些方面，凹口的一边可由最大盘半径的至少一部分限定。盘110可与节流孔板120协作来调节流体流率。盘110可绕节流孔板120旋转以便调整节流孔板120中孔口125的有效面积。在一些方面，盘110可在一个方向旋转，以便推进逐步增大半径，以减小孔口125的有效面积，因而降低流体流率。当盘110的最大半径接合孔口125时，孔口的有效面积大致为零，这与基本上无流体流量相对应。类似地，盘110可在一个方向旋转以便推进逐步减小半径，以增大孔口125的有效面积，因而最大流体流率。当盘110的最小半径接合孔口125时，孔口的有效面积可为孔口的全尺寸，这与节流孔板110定尺寸的峰值流率相对应。减小的盘半径通常可与增大的流体流率相对应，而增大的盘半径通常可与减小的流体流率相对应。

图4描述了阀盘210的一个非限制性实施例。盘210通常可包括邻近最小半径214的最大半径212。盘210也可包括多个中间半径216。在一些方面，各个中间半径216可在每一侧邻近另一个中间半径。中间半径216在一侧可邻近相对更大中间半径，在另一侧可邻近相对更小中间半径。因而，盘210通常可包括多个邻近并减小的半径(从最大半径212至最小半径214的范围内)。在一些方面，盘210通常可包括凹口或凹部218，其中凹口218的一侧具有等于至少一部分最大半径212的长度。

在一些实施例中，具有减小半径的盘110相对于节流孔板120可旋转360°。盘110相对于节流孔板120的角度位置可与穿过阀的流体流率相关联。例如，0°或360°的角度位置可与峰值流率或零流率相关联。0°至360°的角度位置范围可与零至峰值流率之间的流率范围相关联。在一些方面，角度位置可与有效孔口面积或有效孔口高度相关联。例如，可基于角度位置的最小盘半径可与最大孔口面积或高度相关联，而可基于角度位置的最大盘半径可与最小孔口面积或高度相关联。孔口面积或高度的范围可与在零和峰值流率之间的流率范围相关联。不同的节流孔板可与不同的峰值和/或低流率相关联。

在一个实施例中，盘可具有围绕其周边的多个短直线，例如可体现步进式半径变化而不是持续变化半径。在一些方面，当盘例如通过使用步进马达相对于节流孔板步进式旋转时，该盘可提供线性流率调整。沿着其外周边的平直边缘的数量可指示可实现的流率变化分辨率。更多平直边缘可与增大的可实现流率控制和/或变化相关联。

在有些方面，穿过阀的流体流率相对于盘关于节流孔板的定向而言可大致呈线性关系。例如，盘和节流孔板的几何形状可使得它们的相对定向相对于穿过阀的流率产生线性关系。在一些方面，穿过阀的流体流率相对于节流孔板孔口的有效面积可呈线性关系。优选地，可选择节流孔板和盘的互补几何形状，使得调整它们相对于彼此的定向能建立相对于流率和/或有效面积(可被线性化)的衰减关系(fall-off)。这可有益地提供在流率控制中的可预测性、准确度和分辨率。在一些非限制性实施例中，流率相对于有效孔口面积、有效孔口高度或盘相对于节流孔板的角度位置中的任何一个或更多可呈线性关系。

根据一个或更多实施例，可基于公知流体力学原理(包括但不局限于伯努利定律(Bernoulli’s Law))来建立理论线性关系。预期操作条件和将要计量的流体属性可作为因数纳入理论线性关系的开发。例如，当使用三角形孔口时，可建立将流率与三角形孔口的有效面积或高度相关的线性关系。然后可基于理论线性关系制备盘。例如可制备能与节流孔板协作以利于基于线性关系调整三角形有效有效面积或高度的盘，以便调节流率。然后可使用实际测量值和实验值来校正任何非理想因素，例如可能由于系统的几何形状，以便调整并完善线性关系。在一些方面，借助于包括逐步变化半径的盘110，三角形孔口125有效面积的一边技术上可弯曲，这可能由于被盘110至少部分地阻碍，但这在确定线性关系中可忽略和/或忽视。可对盘进行变动以便校正非理想因素，且根据公知的方法(例如模切、铸模以及其它工艺)然后可产生并容易地复制主盘。基于建立好的线性关系，通过将盘相对于节流孔板在相应公知位置定向可实现期望的流率。因此，在一些方面，阀输出关于盘相对于节流孔板的角度位置总体上是线性的。例如，在至少一个实施例中，50％的旋转可得到约为50％设计峰值流率的流率，而25％的旋转可得到约为25％设计峰值流率的流量。

可手动建立盘相对于节流孔板的定向。可替换地，可自动作出调整。例如，盘和/或节流孔板可由马达例如步进马达相对于彼此移动。在至少一个实施例中，盘可与步进马达机械连通，例如通过附接轴。在一些实施例中，马达可与控制器电连通。

根据一个或更多方面，控制器用建立好的线性关系或利于确定线性关系的信息编程。例如，可建立线性关系使得步进马达的各个增量或步长可与公知流体流率相关。在一些方面，该线性关系可包括流体流率与盘和节流孔板的相对定向之间的关系。在其它方面，该关系通常可描述为流体流率与节流孔板孔口的有效面积之间的关系。在一些非限制性实施例中，可将期望流率输入到控制器中，可将控制信号发送给步进马达，以便通过自动调整盘相对于节流孔板的位置或通过自动调整节流孔板孔口的有效面积来建立期望的流率。该步进马达可包括任何数量的步长。在一些实施例中，步进马达可包括至少约50个步长。在至少一个实施例中，步进马达可包括至少约100个步长。在一些方面，步进马达可包括500或更多个步长。因而，可建立至少约100∶1的调节比。例如，当10∶1的调节比时，相对于阀位置的流体控制可为线性，降至约10％的峰值流率。

根据一个或更多实施例，所公开的阀可为更大流体进给系统的一部分，例如在其中需要计量流量的气体进给系统。在至少一个实施例中，包括所公开的阀的气体进给系统可在真空条件下工作。例如，在非限制性实施例中，可将阀包括在氯化器中，例如用于气体消毒，用作废物处理系统的一部分。该气体进给器通常可包括真空调节器、喷射器和文中公开的阀。除了其它特征之外，该上游真空调节器通常可将气体供给压力减小至真空，并用作无真空时的截止阀。下游喷射器通常可提供工作真空。

根据一个或更多实施例，包含所公开的阀的气体进给器可在声速流量调节的原理下工作，如图5所示。通过将上游真空调节器与下游喷射器相结合可维持常压真空，以产生声速条件，从而获得穿过阀100的大致稳定的流体流率。当经过阀或节流孔的压差足以将流体加速至声速时，声速流量通常可发生。步进马达130可与盘110机械连通。步进马达130通常可调整盘110相对于节流孔板120的定向，例如通过旋转，以便调节穿过阀110的流体流率。步进马达130可与控制器140电连通。控制器140可将例如基于输入或预定流率的信号发送给步进马达130，以便调整盘110相对于节流孔板120的定向。

可替换地，包含所公开的阀的气体进给器可在差压调节的原理下工作，如图6所示。可沿阀100使用差压调节器150，以便维持稳定的流体流率。有益地，通过维持经过阀或节流孔的常值压降，差压调节器150通常可将系统中真空变化或波动的影响最小化，以便提供穿过阀的稳定流体流率。如前所述，步进马达130可与盘110机械连通。步进马达130通常可调整盘110相对于节流孔板120的定向，例如通过旋转，以便调节穿过阀110的流体流率。步进马达130可与控制器140电连通。控制器140可将例如基于输入或预定流率的信号发送给步进马达130，以便调整盘110相对于节流孔板120的定向。

根据有些方面的阀可包含在多种应用中。例如，在图7描述的气体流量测量机构例如转子流量计200中，可采用所公开的阀的原理。机构200在确定和/或监测穿过所包含的阀100的流体流率方面总体上是有效的。阀100可包括构造为利于流体流过机构200的节流孔板120，以及布置为邻近节流孔板120的盘110。在有些方面，盘110可被构造和设置为与节流孔板120协作，以便维持经过节流孔板120的大致常值压降。可调整节流孔板120相对于盘110的定向，以便维持该大致常值压降。例如，盘110可相对于节流孔板120旋转，以便维持该大致常值压降。机构200通常可响应在流体流率中的变化，以便维持大致常值压降，这继而可用于量化和/或监测流率。

差压单元160可与控制器140连通以便检测经过节流孔板120的压降。如前所述的步进马达130可构造为调整盘110相对于节流孔板120的定向，以便维持经过节流孔板120的大致常值压降。控制器140通常可传送和/或发送控制信号给步进马达130，以便操纵其相对定向。例如，控制器140可响应于检测压降变化的差压单元160发送控制信号给步进马达130。

控制器140通常可基于盘110相对于节流孔板120的定向来检测穿过机构200的流体流率。在一些方面，控制器140可构造为基于节流孔板120中孔口的有效面积来检测流体流率。在某些方面，相对定向可大体上限定有效孔口面积。如前所述，流体流率关于盘110相对于节流孔板120的定向大致呈线性关系。例如，流率相对于盘110和节流孔板120的相对位置的公知或建立好的线性关系可利于确定穿过机构200的流率。线性关系可输入至控制器140中以利于流率检测和/或监测。在一些方面，控制器140可响应来自差压单元160的输入，以便通过调整盘110相对于节流孔板120的定向来恢复预定压降。这种定向的改变通常可与流率的改变相关。线性关系可利于基于这种定向来确定流率。

可选择将要维持的任何期望压降，但是应当总体上与流体流率不冲突(unabtrusive)，且表示机构200整个操作压力的一小部分。通过避免与低压降相关联的问题，维持最佳压降可利于在更宽范围的流率上的准确度。例如，可实现低至满标度(full scale)流量的1％(100∶1调节比)的流率准确度。在一些方面，可实现低至满标度流量的0.1％(1000∶1调节比)的流率准确度。可使用阀来检测宽范围的流率，例如从零至与所使用的节流孔板相关联的峰值流率。当期望有不同的流率范围或分辨率时，可替换阀的一个或更多构件，例如节流孔板或盘。常规差压流量计通常在约为全流量的20％(调节比为5∶1)时丧失其线性和准确度。由于经过节流孔的压降总体上与流率的平方成比例，在低流量时压差的分辨率与更高流量时的压差相比变得困难。例如，在全流量或峰值流量的20％时，压降将仅为全流量时测得压降的约4％。

所公开的阀可应用于新设施、替代品和改造市场中。一旦建立相对文中讨论的流体流率的线性关系，就可开发主盘。根据一个或更多实施例的阀可容易地制造，例如通过从主盘简单地铸模和和模切。与产品更低成本相关联的节约可有益地传递至最终用户。此外，可容易地实现设计用于一个应用或流率范围的盘和/或节流孔板与另一个的交换。

从下文的预计实例中将能更全面地理解这些及其它实施例的功能和益处。该预计实例在本质上旨在是说明性的，而不应当认为限定文中讨论的系统和方法的范围。

预计实例

将建立用于根据一个或更多公开实施例及方面的阀的线性关系，以利于调节穿过阀的流体流率。确定用于阀的线性关系能够提高流体流量控制的准确度和分辨率。有益地，线性化将也简化阀设计，使得便于制造和更低的相关成本。

为了该预计实例，假定操作温度在60°F或520°R。也假定与阀相关联的入口和出口管道具有一英寸的直径。推导还将基于氯气由阀计量的假定。假定阀包括具有等边三角形孔口的节流孔板。这种几何形状可接近地近似圆形，从而可假定孔口的等效直径以便简化线性关系的确定。

更具体地，将建立线性关系，其中穿过阀的流体流率将与等边三角形的高度D成比例变化。如文中公开的，例如通过调整盘相对于节流孔板的定向而可调整三角形的高度。

从伯努利定律和其它流体流量力学原理推导出的下列节流孔气流率公式将用作建立线性关系的基础：

公式1：

Qv＝218.527*Cd*Ev*Y1*(d2)*[Tb/Pb]*[(Pf1*Zb*hw)/(Gr*Zf1*Tf)]0.5(3-6)

其中：

Cd＝节流孔板排放系数

d＝在流动温度(Tf)时计算的节流孔板内径-英寸。

对于三角形节流孔，等效直径D_eq＝1.524*(A^0.619)/(P^0.235)，其中

A＝面积，以及P＝周长。

Gr＝实际气体相对密度(比重)

hw＝在60°F时的节流孔差压(英寸水柱)

Ev＝速度的逼近因素

Pb＝基础压力-psia

Pf1＝流动压力(上游接头-psia)

Qv＝标准容积流率-SCF/hr.

Tb＝基础温度-°R

Tf＝流动温度-°R

Y2＝膨胀因数(下游接头-psia)

Zb＝在基础条件下(Pb，Tb)的可压缩性

Zf1＝可压缩性(上游流动条件-Pf1，Tf)

将基于典型操作原理和氯气特性的公知常量代入公式1，将得到下列线性关系：

公式2：

Q＝(218.527)(.66(1.524(.29D²)^0.619/(3.46D^0.235))+0.41)(π/(4(.29D²)))(1)(1.542((.29D2)^0.619)/((3.46D)^0.235))(520/13.5)((14)(1.355)(13.56))/((2.485)(1.355)(520)))0.5)

其中Q的单位通常是标准立方英尺每分钟。

将产生与所建立的理论线性关系相对应的盘。例如，可制备能与节流孔板协作以利于基于线性关系来调整三角形有效面积或高度D以便调节流率的盘。盘具有围绕其周边减小的半径，从最大半径至最小半径的范围。将建立盘的半径形式使得盘可旋转以便调整三角形孔口的有效面积或高度，以便根据线性关系调节流率。例如，三角形的高度或变量D通常可与盘的半径形式相关。该相关性可取决于多种因素，包括三角形的尺寸和三角形在节流孔板上的位置，例如三角形距节流孔板中心的距离。

当制成盘时，然后可使用实际测量值和实验来校正任何非理想因素(例如可能由于系统几何形状引起)，以便调整并优化线性关系。因此，可使用计算的理论线性关系作为在阀上与节流孔板使用的盘的迭代设计起始点。可对盘的几何形状进行变化来校正非理想因素，且然后可产生用于阀及制造类似盘的主盘。

在阀的设计中，将建立阀的期望最大和最小流率。将确定节流孔板中三角形孔口的最大高度D以便与最大流率相关联。类似地，将确定三角形孔口的最小高度D以便与最小流率相关联。将建立盘的最大和最小半径，使得盘可与节流孔板协作以得到最大和最小三角形孔口高度D。中间孔口高度D的范围将建立阀的线性流率曲线，例如基于计算的理论线性关系。将建立从最大半径至最小半径范围的盘半径轮廓或形式，以便与孔口高度D的范围相对关联，从而建立阀的线性关系。在一些方面，半径通常基于节流孔板的测量值、其孔口的尺寸和/或实验来确定。盘相对于节流孔板的角度位置将与流率相关联。例如，选择来建立50％流率的盘半径可布置在对应于50％旋转的盘位置处。类似地，选择来建立10％流率的盘半径可布置在对应于10％旋转的盘位置处。

在使用中，当已知期望的流率Q时，从公式2求解出D。然后可调整在阀中盘相对于节流孔板的定向，以便建立期望的三角形高度来得到期望的流率。这可手动完成。可替换地，可将例如将盘相对于节流孔板的特定角度位置分配至不同流率的线性关系输入至控制器，用于自动调节。控制器基于线性关系的输出可发送控制信号给步进马达。可标定步进马达，使得其每个步长或间隔与已知流率相对应，例如可基于节流孔板与盘的相对位置。

在前述在流量计中使用阀的实施例中，首先基于维持常值压降所需要的节流孔板与盘的相对定向来确定D。然后将D用于求解公式2算出Q，以便量化穿过阀的流率。

因而已经描述了至少一个实施例的几个方面，应当理解对本领域技术人员来说易于想到不同变换、变型和改进。这种变换、变型和改进打算成为本申请的一部分且旨在本发明的范围内。此外，前述说明和附图仅为实例，且本发明的范围应当由所附权利要求及其等同物的合适构造来确定。

Claims

1.一种旋转阀，包括：

节流孔板，所述节流孔板构造为利于流体流过该阀；和

布置为邻近该节流孔板的盘，所述盘构造并设置为与该节流孔板协作，以便根据线性关系来调节穿过该阀的流体流率；

其中，该盘相对于该节流孔板的定向是可调整的，以便调节流体流率；且其中，穿过该阀的该流体流率与该盘相对于该节流孔板的定向大致呈线性关系。

2.根据权利要求1所述的阀，其中，该盘构造并设置为与该节流孔板协作，以便通过调整该节流孔板中孔口的有效面积来调节穿过该阀的流体流率。

3.根据权利要求2所述的阀，其中，该盘相对于该节流孔板是可旋转的，以便调整该孔口的有效面积。

4.根据权利要求3所述的阀，其中，该盘包括构造为与该孔口的至少一部分接合的部段，以便调整该孔口的有效面积。

5.根据权利要求2所述的阀，其中，该孔口的几何形状是大致三角形。

6.根据权利要求4所述的阀，其中，该节流孔板孔口和该盘部段包括大致互补的几何形状。

7.根据权利要求1所述的阀，其中，该盘与步进马达机械连通。

8.根据权利要求7所述的阀，其中，该步进马达与控制器电连通。

9.根据权利要求7所述的阀，其中，该阀与差压调节器流体连通。

10.根据权利要求1所述的阀，其中，该阀构造为提供声速流体流量调节。

11.根据权利要求1所述的阀，其中，该阀是单转旋转阀。

12.根据权利要求1所述的阀，其中，该阀流体地连接到氯气源上。

13.一种计量流体流量的方法，包括：

将流体源流体地连接到阀上，所述阀包括节流孔板和布置为邻近该节流孔板的盘；和

根据线性关系来调整该盘相对于该节流孔板的定向以便建立穿过该阀的预定流体流率。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括检测经过该节流孔板的压降。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括将该预定流体流率输入至与该阀电连通的控制器中。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，该预定流体流率低于大约10Kg/hr-500PPD。

17.一种流体流率测量机构，包括：

节流孔板，所述节流孔板构造为利于流体流过该机构；

布置为邻近该节流孔板的盘，所述盘构造并设置为与该节流孔板协作来维持经过该节流孔板的大致常值压降；和

控制器，所述控制器构造为基于该盘相对于该节流孔板的定向来检测穿过该机构的流体流率；

其中所检测的流体流率与该盘相对于该节流孔板的定向大致呈线性关系。

18.根据权利要求17所述的机构，其中，该盘相对于该节流孔板是可旋转的，以便维持经过该节流孔板的该大致常值压降。

19.根据权利要求17所述的机构，其中，该控制器构造为基于该节流孔板中孔口的有效面积来检测该流体流率。

20.根据权利要求17所述的机构，其中，该控制器构造为检测比峰值流体流率的约1％更低的实际流率。

21.根据权利要求17所述的机构，其中，该机构还包括步进马达，所述步进马达构造为调整该盘相对于该节流孔板的定向，以便维持经过该节流孔板的该大致常值压降。

22.根据权利要求21所述的机构，其中，该机构还包括与该步进马达连通的差压单元。