CN102788157A - 用于流体控制系统的旋涡产生器 - Google Patents

Abstract

一种用于流体控制系统的旋涡产生器和一种示例性的阀，该阀包括阀体（302）和穿过该阀体的流体通道。所述流体通道包括入口（304）、出口（306）和停滞区域（324）。该阀包括在所述流体通道内用以控制通过该通道的流体流动的控制元件（316，318），和用以引导该流体通道内的流体进入所述停滞区域（324）中的旋涡产生结构（314）。

Description

用于流体控制系统的旋涡产生器

本申请是申请号为200680044018.5、申请日为2006年10月5日、发明名称为“具有漩涡产生结构的阀”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开大体上涉及流体控制系统，更具体而言，涉及在流体控制系统的停滞区域中产生流体旋涡的方法和装置。

背景技术

通常，在诸如油气管道分布系统、化学加工厂和例如食物和饮料加工、药品加工、化妆品生产过程等卫生处理过程的工业过程中，控制过程流体是必要的。通常，例如压力、温度和过程流体特性等过程条件指示可用于实现流体控制系统的阀和阀部件的类型。阀典型地具有包括入口和出口的穿过阀体的流体通路。其他例如阀帽、阀杆或者流体控制元件等的阀部件可延伸至该通路中。在该通路中这些部件的构造经常形成流体停滞区域，这些停滞区域在需要卫生条件的流体控制系统中尤其产生问题。在停滞区域中，流体的流速降低，并可形成气穴，从而使微生物和其他污染物可积聚在阀和/或沿流体流动路径的其他区域内。

图1为已知的滑杆塞阀100的示例的剖视图。该示例性的阀100包括阀体102，该阀体与一流体管道（未示出）相连，并在穿过阀座108与出口通路106相连的入口通路104处接收入口流体。阀帽110安装到阀体102上，并引导阀杆114，该阀杆的一端与流动控制元件或者塞112相连。塞112设置为可松开地与座108接合，以控制或者调节穿过通路104、106的流体流动。

当塞112位于图1中所示的位置时，阀100是打开的，流体沿经过座108的箭头方向行进。流体还流入停滞区域116中，并无法在塞112相继打开和关闭的过程中充分地冲出。这样，通常称死区或者盲管段的停滞区域116可积聚流体、空气、微生物，和/或其他污染物，因此，使过程流体受到污染。

在食品加工、化妆品和生物技术产业中，阀、管道和其他例如通过防止流体控制部件内的污染物的积聚来改善卫生条件的流体控制部件的使用是很普遍的。一个这样的例子显示于图2中，其中，单座角阀200具有与流体管道相连的阀体202，其在压力下在穿过阀座208与出口通路206相连的入口通路204处接收入口流体。阀帽210安装到阀体202上，并引导与塞212相连的阀杆214。随着阀杆214在阀帽210内滑动，塞212可松开地与座208接合。杆密封件216和阀帽密封件218将阀帽210分别与杆214和阀体202密封。

在图2的设计中，阀帽密封件218和杆密封件216相对接近座208，并在入口通路204处与阀体202的侧部基本平齐。采用这种方式，阀200提供停滞区域减小或者最小化的流体流动路径，从而使阀200能够使用在需要卫生条件的流体控制应用中。然而，图2中所示的设计相对复杂和昂贵。

发明内容

根据一个示例，一种阀包括阀体和穿过该阀体的流体通道。该流体通道包括入口、出口和停滞区域。该阀包括在所述流体通道内控制穿过所述通道的流体流动的控制元件，和引导该流体通道内的流体进入所述停滞区域中的旋涡产生结构。

根据另一示例，一种旋涡产生装置包括流体连通元件，紧邻该流体连通元件的流体停滞区域，和与该流体连通元件相连的旋涡产生器。所述旋涡产生器适于在流体停滞区域中产生至少一个旋涡。

根据又一示例，一种流体连通设备包括使流体通过该流体连通设备连通的通道、在该通道内的停滞区域和在该通道内的转向结构。所述转向结构设置为使流体转向至所述停滞区域中，以在所述停滞区域中形成旋涡或者漩涡。

附图说明

图1为已知的滑杆阀的剖视图。

图2为可用于卫生流体控制系统中的已知的角形体滑杆阀设计的剖视图。

图3为包括示例性旋涡产生器的示例性角形体滑杆阀的剖视图。

图4为带有可替换示例性旋涡产生器的可替换示例性角形体滑杆阀的剖视图。

图5为带有另一可替换示例性旋涡产生器的另一可替换示例性角形体滑杆阀的局部剖视图。

具体实施方式

一般而言，在此所描述的示例性流体控制阀包括阀体，流体可通过该阀体流经具有入口和出口的流体通道。该流体通道可具有一个或者多个其中可积聚流体和/或污染物的停滞区域。为了防止停滞区域的不利影响（例如，细菌生长）和/或使所述不利影响减到最小，这里所描述的示例性流体控制阀包括设置为引导流体进入停滞区域中的旋涡产生结构。

一些已知的流体控制阀采用基本上没有停滞区域的流体通道设计。然而，这种流体通道设计典型地增加流体阀的复杂性和制造成本。相比之下，这里所描述的示例性流体控制阀包括旋涡产生结构，该旋涡产生结构能够使用相对易于制造（即，低成本）的阀设计，同时消除停滞区域的不利影响或者使其最小化。

在一个示例中，流体控制阀包括与阀帽整体形成的旋涡产生结构，和/或包括位于阀内任何停滞区域上游并紧邻该停滞区域的旋涡产生结构。在另一示例中，流体控制阀将旋涡产生结构应用在管道的紧邻阀入口的部分中，以对进入的流体施加充分的流体扰动，从而促进阀内任何停滞区域的冲洗。

图3为包括示例性旋涡产生器301的已知的角形体滑杆阀300的剖视图。如图3所示，示例性的阀300包括与流体管道或者类似的流体连通元件相连的阀体302，该阀体在压力下在穿过阀座308与出口通路306相连的入口通路304处接收入口流体。阀帽310安装到阀体302上，并包括延伸件312，该延伸件延伸到通路304中，并终止于围绕该延伸件312底部的法兰形结构314。在图3的示例中，法兰形结构314具有斜坡形截面。然而，法兰形结构314也可具有曲线形截面。

阀杆316穿过阀帽310的中心部分延伸，其一端设置为可操作地与一致动器（未示出）相连，另一端与塞318或者其他适于允许和/或阻止流体穿过阀300流动的流体控制元件相连。杆316轴向可滑动地处于阀帽310内，并经由杆密封件320与阀帽310密封。阀帽310进一步经由阀帽密封件322与阀体302密封。密封件320和322可为O型圈或者其他分别围绕杆316和阀帽310的适合的密封结构，以防止过程流体从阀300泄漏或者渗出。

塞318适于与阀座308轴向接合，并控制经由通路304和306通过阀300的流体流动。在图3中所示的位置，塞318与阀座308相接触，阀300是关闭的，即过程流体将不会从入口通路304穿过阀300流至出口通路306。当阀杆316上升时，塞318从座308升起，以使流体能够流经阀座308，并向出口通路306流动，即阀300是打开的。

在打开位置或者关闭位置，包括液体和气体的过程流体可积聚在盲管段或者停滞区域324中，所述盲管段或者停滞区域为在延伸件312上部附近围绕阀帽310的流体停滞区域。然而，法兰314改变流体在通路304和306中的流动，如示例性流体流动箭头350所示。具体而言，穿过入口通路304流动的流体冲击法兰314，这使一些流体转向或者引导一些流体进入停滞区域324中，以在其中形成旋涡或者漩涡。换句话说，法兰314用作引起水跃的下游流动障碍物，其因扰动或者旋涡而消散能量。扰动或者旋涡通过使流体较少停滞来清除停滞区域324，这会驱散或者消除气穴，并清除微生物、流体和/或任何其他积聚在其中的污染物。

通常，不希望在过程流体系统中形成旋涡、漩涡或者其他扰动，原因在于这种扰动被认为会使效率降低（即旋涡、漩涡、扰动等往往增大流动阻力）。众所周知，直边的阀帽效率相对较高，并提供相对较低的流动系数或者流动阻力。然而，这种直边阀帽无法改善具有盲管段或者停滞区域的阀的卫生条件。

如以上关于示例性的阀300的描述，法兰314用作旋涡产生器，其在停滞区域324中形成旋涡、漩涡或者扰动，驱除气体（例如空气）或者其他停滞流体，并形成防止微生物（例如细菌或者其他污染物）积聚和附着的流体速度。这样，法兰314使至少一些经由通路304和306通过阀300的流体以清洗停滞区域324的方式被转向或者引导。

旋涡产生器301可用于促进和/或改善原地清洗（CIP）、原地热水（HWIP）、原地蒸汽（SIP）和/或其他众所周知的清洗过程。例如，旋涡产生器301可用于引导清洗用化学制剂、热水和/或蒸汽进入如上所述的停滞区域324中。当用于CIP系统时，旋涡产生器301通过在清洗剂清洗阀300的内表面之后采用较少的冲洗水来增加清洗过程的效率。可替换地或者另外，清洗过程可仅使用热水实现，或者仅使用随后有热水的腐蚀性物质来代替随后有蒸汽的腐蚀性物质而实现。在任何情况下，图3中的旋涡产生器301通过采用较少的步骤和/或较少的清洗物质而使清洗过程简化，从而可极大减少与清洗流体控制系统相关的成本。

在图3的示例性阀中，法兰314具有角形或者斜坡形截面。然而，可利用其他形状或者配置来产生停滞区域324中的旋涡。例如，法兰314可采用与延伸件312和/或阀帽310整体形成的曲面形结构。可替换地或者另外，法兰314或者其他旋涡产生结构可为与延伸件312和/或阀帽310相连的单独部件。

而且，旋涡产生器301可用在流体控制系统中的其他部件上。例如，示例性旋涡产生器301可与过程液流中的T型安装传感器（例如温度探针）一同使用。安装在管道顶部的温度探针可在过程液流的邻近区域中形成盲管段。将传感器与例如示例性旋涡产生器301等的旋涡产生器相连可减少盲管段中的停滞，并以类似于如上所述的方式改善卫生条件。

在图4所示的可替换实施例中，滑杆阀400既没有如关于图3的示例性阀所描述的延伸件也没有其法兰。在图4的实施例中，旋涡产生结构包括与邻近入口通路404的管道460相连的静态推进器455。推进器455具有与叶片458相连的中心毂456。毂456由环形结构459支撑，该环形结构459使静态推进器455可与管道460相连。在可替换实施例中，推进器455也可作为安装在管道法兰或者卫生设备配件之间的单独或者组件设备而被连接。

在图4的示例中，推进器455被固定，从而其不会旋转或者相对于管道460旋转。随着水的流线或者流管经过推进器455，叶片458的形状使流体形成旋涡，如箭头450所示。推进器455在其中完整的层流边界层已经在管壁处形成的长管道中尤其有用。由推进器455引起的旋涡减小在管道460的壁附近形成的边界层，并清除停滞区域424和/或其他污染物。尽管本示例的推进器455具有四个叶片458，但是推进器455可具有其他任意数目的叶片。

单独的叶片可代替推进器455或者与其共同使用，在不带有毂456的情况下连接至管道460内部。连接至管道460并纵向分开一定距离的这种单独的叶片，在流体中施加旋涡，同时使流体流动阻力最小化。所述单独叶片的数目和布置允许流体流动阻力之间的交换，同时使流体相对于管道460的轴线旋转，以引导流体进入停滞区域424中。如图3中所示示例的法兰314一样，推进器455或者本示例的单独叶片通过防止与过程流体共同正常工作的污染物的积聚，来促进或者改善停滞区域424的清洗。而且，本示例使清洗流体和/或热水转向至停滞区域424中，从而改善CIP、HWIP、SIP和/或其他清洗过程的效率。

另外，示例性推进器455也可用于流体控制系统的其他领域。例如，在例如卫生系统的流体控制系统中，层流边界层可形成在管道的长直行程中。在该边界层中，由速度引起的剪切力足够低而使例如细菌生长这样的污染物得以积聚。将推进器455或者其他旋涡产生结构定位在直行程中可在整个液流中甚至沿管壁产生涡流扰动，这帮助破坏边界层，从而清除污染物。不仅这种配置能够以低速有效地清洗，而且该旋涡产生结构还可比现有的管路速度更好地清洗管道。

在图5所示的可替换实施例中，滑杆阀500具有阀帽510，该阀帽包括例如螺旋槽565这样的旋涡产生螺旋结构。槽565可整体形成在阀帽510的延伸到通路504和506中的部分上，并围绕阀帽510的下部延伸，以使流体流动转向至停滞区域524中。至少一些穿过阀500流动的流体冲击在阀帽510上，并与螺旋槽565接合，以使流体绕阀帽510旋转，这导致至少一些流体被引导至停滞区域524中，如箭头550所示。另外，螺旋槽565可沿阀帽510的全长或者只沿其一部分延伸。而且，螺旋槽565的几何结构可包括全部和/或部分的螺旋形。如同以上关于其他示例性旋涡产生器和流体转向结构的描述，螺旋槽565可用于帮助CIP、HWIP、SIP和/或其他任何清洗过程。

在另一可替换实施例中，螺旋结构包括代替图5的螺旋槽565的螺旋脊。这种围绕阀帽外部形成的螺旋脊可进一步包括倾斜、曲线形和/或斜坡形的截面。冲击该脊的流体被转向至停滞区域524中。

由于减少和/或防止盲管段或者其他停滞区域中的流体停滞，示例性旋涡产生结构可用于减少在流体连通系统中执行的清洗过程的需要。这种流体停滞的减少和/或防止改进卫生条件，并减少过程流体中污染物的出现。例如，在流体停滞区域中增加的扰动减少或者消除有利于细菌生长的条件，从而减少在流体分布或者控制系统中必须执行的清洗过程的频率。清洗需求的减小使包括与流体处理系统停工期相关的成本的清洗成本减小。

而且，示例性旋涡产生结构使清洗过程（例如CIP、HWIP、SIP等）能够通过引导或者转向清洗用化学制剂、蒸汽和/或热水至停滞区域中而更为高效地进行。增大的清洗操作的效率可减小化学制剂的量和/或进行清洗过程所需的能量。

此外，示例性旋涡产生结构可连接至阀、管道或者其他流体或物质连通元件或者设备的其他结构或部件或者形成在其中。例如，阀或管道中的温度传感器或者其他传感器可与斜坡形、曲面形或者螺旋形结构，例如以上关于图3所描述的示例相配合，以引导流体进入停滞区域中。另外，在此所描述的示例性旋涡产生结构可用在T型接头、Y型接头和/或管道或容器的入口和出口处。

尽管在这里描述了制造的某些示例性方法、装置和产品，但是本专利所覆盖的范围并不限于此。相反，本专利包括在字面或者等同原则下所附权利要求范围内的所有制造方法、装置和产品。

Claims (17)

1.一种阀，包括：

阀体；

穿过所述阀体的流体通道，该流体通道包括入口、出口和停滞区域；

在所述流体通道内的控制元件，用于控制穿过所述通道的流体流动；和

旋涡产生结构，用于将所述流体通道内的流体引导至所述停滞区域中；其中所述旋涡产生结构包括推进器。

2.一种旋涡产生装置，包括：

流体连通元件；

紧邻所述流体连通元件的流体停滞区域；和

与所述流体连通元件相连并适于在所述流体停滞区域中产生至少一个旋涡的旋涡产生器。

3.如权利要求2所述的旋涡产生装置，其中所述流体连通元件包括阀。

4.如权利要求2所述的旋涡产生装置，其中所述流体连通元件包括管道。

5.如权利要求2所述的旋涡产生装置，其中所述旋涡产生器包括在所述流体连通元件上的突起。

6.如权利要求5所述的旋涡产生装置，其中所述突起的至少一部分具有斜坡形截面。

7.如权利要求5所述的旋涡产生装置，其中所述突起与所述连通元件整体形成。

8.如权利要求5所述的旋涡产生装置，其中所述突起的至少一部分为曲面形。

9.如权利要求2所述的旋涡产生装置，其中所述旋涡产生器包括在所述连通元件的一部分上的至少一个螺旋形结构。

10.如权利要求2所述的旋涡产生装置，其中所述旋涡产生器包括推进器。

11.一种流体连通设备，包括：

用于穿过该流体连通设备连通流体的通道；

在所述通道内的停滞区域；和

在所述通道内并设置为使流体转向至所述停滞区域中的转向结构，以在所述停滞区域中形成旋涡或者漩涡。

12.如权利要求11所述的流体连通设备，其中所述通道与一阀相连。

13.如权利要求11所述的流体连通设备，其中所述通道与一管道相连。

14.如权利要求11所述的流体连通设备，其中所述转向结构的至少一部分为斜坡形。

15.如权利要求11所述的流体连通设备，其中所述转向结构的至少一部分为曲面形。

16.如权利要求11所述的流体连通设备，其中所述转向结构包括推进器。

17.如权利要求11所述的流体连通设备，其中所述转向结构包括至少一个螺旋形结构。

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