CN103807219B - 在降噪部件和高流量部件之间具有零死区的阀笼 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于流体流动控制设备的阀笼，包括中空的圆柱体、降噪部件、高流量部件以及转换部。降噪部件具有多个入口，多个出口以及多个在入口和出口之间延伸的弯曲的流动路径。高流量部件相邻于降噪部件轴向设置且包括第一轴端、第二轴端以及多个主流动开口。转换部被限定在降噪部件和高流量部件的第二轴端之间的界面上且包括多个转换开口。每个转换开口包括在高流量部件端部的槽，从而使得该转换部在用于流体流动控制设备中时在降噪部件和高流量部件之间提供具有零死区的阀笼。

Description

在降噪部件和高流量部件之间具有零死区的阀笼

技术领域

本发明涉及滑动阀杆流体流动控制设备，且更具体地，涉及用于滑动阀杆流体流动控制设备的内部元件。

背景技术

在工业过程控制中，许多过程应用可能产生难以接受的程度的噪音。在控制阀应用中，阀内件如阀笼，可能遇到很多刺耳的操作条件。例如，在分送液化天然气(LNG)的应用中，在将天然气导入到分送管路之前，大压缩机被用于将天然气加压成液相。公知的，在压缩机运行过程中，可能发生潜在的破坏情况，例如已知的“喘振”。压缩机的喘振点通常被定义是给定压缩机速度可以达到的在最小稳定流的最大压力的运行点。

位于或低于该喘振点的压缩机的运行可能导致不稳定的运行，其可导致压缩机喘振的发生。例如，在正常运行中当通过压缩机系统的气流减少时，将增大流体压强以保持流动，但接近喘振点时，压缩机不能在气体中给予足够的动力来继续使气流通过压缩机，从而导致气流短暂中断。当气流中断时，入口压强下降且出口压强变得比入口压强大，这就会导致压缩机中的倒流(即，气流立刻从出口流向入口)。该倒流一直保持到在涡轮入口处增长足够的压位差以克服喘振情况。如果压缩机继续在喘振点附近运行，所述振荡情况将重复发生，从而导致反复的倒流，直到运行条件改变。该倒流与压缩机喘振一起产生压缩机反向推力，其可能导致不稳定的轴向和径向振动，进而可能损坏压缩机且产生极大的噪音。

为了避免压缩机产生喘振并损坏压缩机，能够在压缩机周围建立防喘振系统。公知的是防喘振系统需要高流量防喘振阀(即，大流量和高压强的阀)。例如，防喘振阀可具有22英寸的端口且在550psi的压差下运行。本领域技术人员可以想到这些流动条件可产生高质量流率，其可能产生紊流且产生程度难以接受的噪音。为了防止不期望的噪音以及损害性的振动，防喘振阀还依赖于降噪流体压强减小设备(如，降噪内部元件)。现有的降噪内部元件，如费希尔控制国际有限公司供应的降噪阀内件(譬如，内件)，包括使用多级流体压强减小设计的阀笼，其由一堆环形板形成，这些环形板在空腔中心和外围之间限定出多个抑制通道。这种设备已经被开发用于低压、中压以及高压应用中的优化运行中。

在一些应用中，整个阀笼由堆叠的盘式组件构成是有利的，使得该堆叠的盘式组件在相关流体流动控制元件的整个行程范围内提供降噪和液压减小。然而，在其他应用中，仅在部分行程中需要进行降噪。在这些情况中，当整个阀笼由堆叠的盘构造而成时，堆叠的盘式装置实质上减小了控制阀潜在的整体流量。

发明内容

本发明一方面提供了一种用于流体流动控制设备的阀笼。该阀笼大体包括中空的圆柱体，降噪部件，高流量部件和转换部。中空的圆柱体具有至少一个内圆柱表面和至少一个外圆柱表面。降噪部件具有在内圆柱表面上形成的多个入口，在外圆柱表面上形成的多个出口，以及在入口和出口之间延伸的多个弯曲的流动路径。高流量部件与降噪部件轴向地相邻设置，且包括第一轴端，第二轴端，以及多个主流动开口，所述多个主流动开口在第一和第二轴端之间周向环绕地与高流量部件隔开。最后，转换部限定在降噪部件和高流量部件的第二轴端之间的界面上。转换部包括多个在外圆柱体表面和内圆柱体表面之间径向延伸的转换开口，其中每个转换开口包括在高流量部件的第二轴端中的槽，从而使得该转换部在用于流体流动控制设备中时在降噪部件和高流量部件之间提供具有零死区的阀笼。

本发明另一方面提供了一种流体流动控制设备，包括阀体，阀笼和控制元件。所述阀体限定了入口，出口以及设置在入口和出口之间的通道。阀笼安装在通道内。控制元件可滑动地设置在阀笼内以控制通过阀体的流体流动。阀笼大体包括中空的圆柱体，降噪部件，高流量部件和转换部。中空的圆柱体具有至少一个内圆柱表面和至少一个外圆柱表面。降噪部件具有在内圆柱表面上形成的多个入口，在外圆柱表面上形成的多个出口，以及在入口和出口之间延伸的多个弯曲的流动路径。高流量部件与降噪部件轴向地相邻设置，且包括第一轴端，第二轴端，以及多个主流动开口，所述多个主流动开口在第一和第二轴端之间周向环绕地与高流量部件隔开。最后，转换部限定在降噪部件和高流量部件的第二轴端之间的界面上。转换部包括多个在外圆柱体表面和内圆柱体表面之间径向延伸的转换开口，其中每个转换开口包括在高流量部件的第二轴端中的槽，从而使得该转换部在用于流体流动控制设备中时在降噪部件和高流量部件之间提供具有零死区的阀笼。

而且本发明的另一方面提供了一种流体流动控制设备，包括阀体，阀笼，座圈以及控制元件。阀体限定了入口，出口以及设置在入口和出口之间的通道。阀笼安装在通道内，且座圈与阀笼的端部相邻地安装在阀体中。控制元件可滑动地设置在阀笼内，且其适合于在密封地接合于座圈的关闭位置和与座圈分开的全开位置之间移动。阀笼包括与座圈相邻设置的降噪部件、与降噪部件相对于座圈相反设置的高流量部件以及用于确保在关闭位置和打开位置之间连续地改变遍及控制元件行程的整个范围的流量的装置。确保连续地改变流量的该装置设置在降噪部件和阀笼的高流率部件之间的界面上。

附图说明

通过以下参考下列附图所给出的本发明的具体实施方式的描述之后，将更好地理解本发明，并且本发明的其他目的、细节、特点和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1是根据本发明原理构造的流体流动控制设备的截面侧视图；

图2是根据本发明原理构造的阀笼的截面侧视图；

图3是图2的阀笼的一种形式的外圆柱表面的平面二维视图，概要地示出了其中的降噪部件；

图4是图2的阀笼的另一种形式的外圆柱表面的平面二维视图，概要地示出了其中的降噪部件。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1描述了根据本发明原理构造的流体流动控制设备(如，控制阀)10。设备10包括阀体12、内部装置14、阀帽16以及控制元件18。阀体12包括入口22、出口20和设置在入口22和出口20之间的通道24。在图1中，示例性的阀体12被布置为上流结构，但也可被布置为下流结构。如图所示，内部装置14被设置在阀体12的通道24中且通过阀帽16固定在其中。控制元件18包括阀杆24和阀塞26。阀杆24延伸穿过阀帽16以耦合至阀致动件(未示出)且阀塞26可滑动地设置在内部装置14中且可移动以控制通过阀体12的流体的流动。在所公开的形式中，阀塞26包括通孔28，其用于方便流体流动通过阀塞26从而提供平衡的阀塞。

如图1所示的所述设备10的内部装置14包括保持件30、阀笼32以及座圈34。座圈34安装在通道24的底部的阀体12的肩部36上。阀笼32设置在座圈34之上，且保持件30设置在阀笼32之上。阀帽16将保持件30，阀笼32和座圈34保持在阀体12中。

接下来参考图2，本发明的阀笼32包括中空的圆柱体40，其具有至少一个内圆柱表面42和至少一个外圆柱表面44。而且，阀笼32包括具有降噪部件36和高流量部件38的双元件组件。在所描述的形式中，降噪部件36位于高流量部件38的下面且通过多个紧固件64连接于其上。特别地，在这种形式中，多个紧固件64延伸通过座圈34的开口66，向上通过降噪部件36中的孔68且螺纹连接于高流量部件38的螺纹开口70中。这仅仅是一个示例，当然也可以构造为其它不同的形式。

本发明公开的阀笼32的降噪部件36包括多个堆叠的盘46。堆叠的盘46通常为环形的形状且轮廓构造为当如所描述的堆叠装配时，阀笼32的降噪部件36包括在圆柱体40的内圆柱表面42中形成的多个入口50，在中空的圆柱体40的外圆柱表面44中形成的多个出口48，以及在入口50和出口48之间延伸的多个弯曲的流动路径P。公知的，入口50通常可以是与出口48中的一个或多个通过在阀笼32的内圆柱表面42和外圆柱表面44之间由堆叠的盘形成的多个增压室(未示出)而流体连通。这样的构造，流动路径P是弯曲的且可被设计成在增压室中产生压降，然后在出口48产生压力增加，从而使因液体通过阀笼32的降噪部件36的而产生的噪音减小。同时，在降噪部件36的内圆柱表面42中的开口50在此处被描述成“入”口且在外圆柱表面44中的开口48被描述成“出”口，这仅仅是由于阀12的当前形式被描述为布置为上流结构。当布置为下流结构时，开口48可作为“入”口而开口50可作为“出”口。因此，术语“入”和“出”不表示任何所需的运行结构，而仅仅是旨在区别各种开口。

如之前所述，阀笼32的高流量部件38如图2所示设置在降噪部件36之上，且包括整体的圆柱体形式，其具有第一轴端52、第二轴端54，以及多个主流动开口56。第一轴端52包括用于接纳如图1所示内部装置14的保持件30的肩部表面72，以及包括平面的环形表面的终端表面74。第二轴端54包括终端表面76，其包括接下来将要描述的波状外形。

主流动开口56周向环绕地与高流量部件38隔开，且每个主流动开口56都位于第一和第二轴端52、54之间。也就是说，每个主流动开口56完全由构成阀笼32的高流量部件38的材料界定。在图2所示的形式中，其也在图3的二维平面视图中被描述，每个主流动开口56包括从外圆柱表面44至内圆柱表面42通过阀笼32的高流量部件38的长槽。在该形式中，伸长的流动开口56沿阀笼32的轴向尺寸纵向延伸。

如图2和3所示，该形式的阀笼32包括转换部58，其设置在降噪部件36和高流量部件38的第二轴端54之间的界面上。在这种形式中，转换部58实质上包括与第二轴端54相邻的阀笼32的高流量部件38的一部分。如图所示，转换部58包括多个转换开口60，该些转换开口60从阀笼32的外圆柱表面44至内圆柱表面42径向延伸通过高流量部件38。而且，每个转换开口60包括形成在高流量部件38的第二轴端54中的槽。换种说法，这种形式中，当高流量部件38的第一轴端52的终端表面74平坦时，高流量部件38的第二轴端54的终端表面76不是完全平坦，相反其包括从第二轴端54朝第一轴端52轴向延伸至高流量部件38的主体的多个槽口62。这样，高流量部件38的第二轴端54的终端表面76包括多个平坦部78(图3)，每个绕高流量部件38部分地延伸，且通过多个向内的曲线部80(图3)分开，其定义转换开口60或槽口62，从而定义弯曲的终端表面76。在图2和3所示形式中，转换开口60或槽口62形成沿高流量部件38轴向延伸的长槽的一部分。

仍然参见图3，这种形式的阀笼32的主流动开口56和转换开口60被布置且构造成，液体可从内圆柱表面42至外圆柱表面44(相反亦然)通过转换部58的整个轴向尺寸连通。换种说法，所公开的这种形式的阀笼32的转换部58不包括死区，即，固体材料区围绕阀笼32完全且不间断地延伸。这通过包括从第二轴端54的终端表面76朝第一轴端52延伸至高流量部件38的转换开口60而实现，转换开口60与主流动开口56并排且交迭。也就是，在所描述的形式中，转换开口60与至少一些主流动开口56在高流量部件38的中空的圆柱体的轴向交迭。这种构造，在主流动开口56的区域中通过转换部58或高流量部件38的任何水平横截面，必须总是通过所有的转换开口60，一些或所有主流动开口56，或一些转换开口60和一些主流动开口56的组合。这种开口56、60的交迭或交叉布置，确保当控制阀12的控制元件18穿过转换部58时，液体流过阀10的液体流量被连续地调节，即增加或减小。

图2和3中的阀笼包括主流动开口56和转换开口60，它们分别包括长槽和长槽的部分，这仅仅是高流量部件38的一个实施例。图4示出了另一个实施例，其中，阀笼32的高流量部件38包括主流动开口56和转换开口60，它们分别是圆形开口和部分圆形开口。除了这些开口56，60的形状，图4中的阀笼32的其它特征与图2和图3中的阀笼相同，因此，所有细节均不需要重复描述。确保阀笼32不包括死区的一个关键特征是，转换开口60从第二轴端54的终端表面76朝第一轴端52轴向延伸入高流量部件48，且它们与在阀笼32轴向上的至少一些主流动开口56重叠。如上关于图2和3的描述，这种结构确保当控制阀12的控制元件18运动通过转换部58时，液体通过阀10流动的流量被连续地调节，即增加或减小。

根据之前所描述的，本发明的阀笼32设计用于在降噪部件36和高流量部件38之间提供无缝转换部58，其中在控制元件18的位置的精确调节导致对阀10的整个流量的相关联的调节。例如，当控制元件18从关闭位置运动至打开位置时，流过阀10的液体流量将大致持续地与阀塞26的行程量成比例地增加。这种持续调节能力提供了高精确和可预测的设备。基于此，应当理解这里所描述的任何一种转换部58以及其等效替换，可以被认为是一种用于确保持续地改变遍及关闭位置和打开位置之间的控制元件18的整个行程范围的流量的一种手段。

此处所讨论的阀笼32仅仅公开为具有一个降噪部件36和一个高流量部件38，如果期望达到任何特别目的，其它形式也可以包括两者部件之一都多于一个。例如，另一种形式可以具有沿阀笼32的轴向交错的两个或多个降噪部件和高流量部件36，38。

尽管上面没有详细描述，根据附图应当可以了解到，所公开的阀笼32的形式包括降噪部件36，该降噪部件36构成阀笼32的整个轴向长度的预定百分比。例如，在某些形式中，降噪部件36可构成阀笼32的整个轴向长度的约60％。在另外的形式中，为在任何给定的液体流动控制应用中达到期望目的，降噪部件36可构成阀笼32的整个轴向长度的约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约70％、约80％、约90％，或者阀笼32的整个轴向长度的任何其它百分比。

另外，此处所描述的阀笼的形式包括将降噪部件36固定于高流量部件38的螺纹紧固件64，其它形式可包括其它连接这些元件的装置，如采用焊接，粘接，外部夹具等。在一个形式中，高流量部件38和降噪部件可包括螺纹，如在转换部58的区域中，从而使得两个部件螺接在一起。然而，螺纹紧固件64的一个优点是不影响转换开口60的应用。

为了阐述本发明的目的，在此对阀笼以及具有阀笼的控制阀的某些典型形式进行描述，对于本领域技术人员来说根据所公开的设备进行的不偏离本发明的精神和范围的各种变化是显然的，本发明的范围通过所附的权利要求限定，其不以任何形式通过上面的描述而限制。

Claims (21)

1.一种用于流体流动控制设备的阀笼，所述阀笼包括：

中空的圆柱体，其具有至少一个内圆柱表面和至少一个外圆柱表面；

所述中空的圆柱体的降噪部件，所述降噪部件包括多个堆叠的盘，所述多个堆叠的盘共同限定在所述内圆柱表面或所述外圆柱表面上形成的多个入口、在所述内圆柱表面和所述外圆柱表面中的另一面上形成的多个出口以及在所述入口和所述出口之间延伸的多个弯曲的流动路径；

所述中空的圆柱体的高流量部件，其可拆卸地连接到所述降噪部件并与所述降噪部件轴向地相邻设置，所述高流量部件包括整体的圆柱体形式，其具有第一轴端、第二轴端以及多个主流动开口，所述多个主流动开口周向环绕地与所述高流量部件隔开，且每个都位于所述第一和第二轴端之间；以及

所述中空的圆柱体的转换部，其限定在所述降噪部件和所述高流量部件的所述第二轴端的界面上，所述转换部包括多个在所述外圆柱体表面和所述内圆柱体表面之间径向延伸的转换开口，每个转换开口包括位于所述高流量部件的所述第二轴端之中的槽，从而使得当所述转换部在用于流体流动控制设备中时，在所述降噪部件和高流量部件之间提供具有零死区的阀笼。

2.如权利要求1所述的阀笼，其中，所述转换开口与至少一些所述主流动开口在所述中空的圆柱体的轴向上交迭。

3.如权利要求1至2中任一项所述的阀笼，其中，所述主流动开口是圆形开口且所述转换开口是圆形开口的部分。

4.如权利要求1至2中任一项所述的阀笼，其中，所述主流动开口是长槽且所述转换开口是长槽的部分。

5.如权利要求4所述的阀笼，其中，所述长槽和长槽的部分具有沿所述中空的圆柱体的轴向的纵向尺寸。

6.如权利要求1至2中任一项所述的阀笼，其进一步包括一个或多个将所述降噪部件连接到所述高流量部件的紧固件。

7.如权利要求6所述的阀笼，其中，所述紧固件中的每个轴向地通过所述降噪部件且螺纹地接合所述高流量部件。

8.如权利要求1至2中任一项所述的阀笼，其中，所述降噪部件包含所述中空的圆柱体的预定百分比的整个轴向长度，所述预定百分比选自10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％的组合。

9.如权利要求1至2中任一项所述的阀笼，其中，所述降噪部件包含所述中空的圆柱体的整个长度的60％。

10.一种流体流动控制设备，其包括：

阀体，其限定入口、出口以及设置在所述入口和所述出口之间的通道；

安装在所述通道内的阀笼；以及

控制元件，其可滑动地设置在所述阀笼内，以控制通过所述阀体的流体的流动，

其中，所述阀笼包括：

中空的圆柱体，其具有至少一个内圆柱表面和至少一个外圆柱表面；

所述中空的圆柱体的降噪部件，所述降噪部件包括多个堆叠的盘，所述多个堆叠的盘共同限定在所述内圆柱表面或所述外圆柱表面上形成的多个入口、在所述内圆柱表面和所述外圆柱表面中的另一面上形成的多个出口，以及在所述入口和所述出口之间延伸的多个弯曲的流动路径；

所述中空的圆柱体的高流量部件，其可拆卸地连接到所述降噪部件并与所述降噪部件轴向地相邻设置，所述高流量部件包括整体的圆柱体形式，其具有第一轴端、第二轴端以及多个主流动开口，所述多个主流动开口周向环绕地与高流量部件隔开，且每个都位于所述第一和第二轴端之间；以及

所述中空的圆柱体的转换部，其限定在所述降噪部件和所述高流量部件的所述第二轴端的界面上，所述转换部包括多个从所述外圆柱体表面径向延伸到所述内圆柱体表面的转换开口，每个转换开口包括在所述高流量部件的所述第二轴端中的槽，从而使得所述转换部在用于流体流动控制设备中时在所述降噪部件和所述高流量部件之间提供具有零死区的阀笼。

11.如权利要求10所述的设备，其中，所述转换开口与至少一些所述主流动开口在所述中空的圆柱体的轴向上交迭。

12.如权利要求10至11中任一项所述的设备，其中，所述主流动开口是圆形开口且所述转换开口是圆形开口的部分。

13.如权利要求10至11中任一项所述的设备，其中，所述主流动开口是长槽且所述转换开口是长槽的部分。

14.如权利要求13所述的设备，其中，所述长槽和长槽的部分具有沿所述中空的圆柱体的轴向的纵向尺寸。

15.如权利要求10至11中任一项所述的设备，其进一步包括一个或多个将所述降噪部件连接到所述高流量部件的紧固件。

16.如权利要求15所述的设备，其中，所述紧固件中的每个轴向地通过所述降噪部件且螺纹地接合于所述高流量部件。

17.如权利要求10至11中任一项所述的设备，其中，所述降噪部件包含所述中空的圆柱体的整个轴向长度的预定百分比，该预定百分比选自10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％的组合。

18.如权利要求10至11中任一项所述的设备，其中，所述降噪部件包含所述中空的圆柱体的整个长度的60％。

19.如权利要求10至11中任一项所述的设备，其中，所述阀体布置为上流结构。

20.如权利要求10至11中任一项所述的设备，其中，所述阀体布置为下流结构。

21.一种流体流动控制设备，其包括：

阀体，其限定入口、出口以及设置在所述入口和所述出口之间的通道；

安装在所述通道内的阀笼；

安装在所述阀体上的座圈，其与所述阀笼的端部相邻；以及

控制元件，其可滑动地设置在所述阀笼内，所述控制元件适合于在密封地接合所述座圈的关闭位置和与所述座圈分开的完全打开位置之间移动，

其中，所述阀笼包括与所述座圈相邻设置的降噪部件、与所述降噪部件相对于所述座圈相反设置的高流量部件以及用于确保在所述关闭位置和所述打开位置之间连续地改变遍及所述控制元件的行程的整个范围的流量的装置，所述降噪部件包括多个堆叠的盘，所述高流量部件包括整体的圆柱体形式，其可拆卸地连接到所述降噪部件，所述用于确保连续地改变流量的装置被设置在所述降噪部件和所述阀笼的所述高流率部件之间的界面上。