CN106015679B - 流体调节器 - Google Patents

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Abstract

公开了流体调节器。一种示例性的阀体包括进口、出口、以及设置在进口与出口之间的孔，出口包括表面结构，以提高流体流经出口的横截面的流型的均匀性。

Description

流体调节器
技术领域
本公开内容总体上涉及流体控制设备，并且更具体来说，涉及流体调节器。
背景技术
流体调节器可以在进口处接收相对高的压力并且在出口处提供相对较低的设定控制压力。在一些实例中，通过出口的流动可以基于与流体调节器耦合的系统的下游需求而变化。
发明内容
一种示例性的阀体包括进口、出口、以及设置在进口与出口之间的孔，出口包括表面结构，以增大流体流经出口的横截面的流型的均匀性。
附图说明
图1示出了根据本公开内容的教导的示例性流体调节器。
图2示出了图1的示例性流体调节器的一部分，该部分包括示例性的出口流动路径内所限定的示例性的第一孔图案。
图3示出了图1的示例性流体调节器的一部分，该部分包括示例性的出口流动路径内所限定的示例性的第二孔图案。
图4示出了图1的示例性流体调节器的一部分，该部分包括示例性的出口流动路径内所限定的示例性的第一突出部图案。
图5示出了图1的示例性流体调节器的一部分，该部分包括示例性的出口流动路径内所限定的示例性的第二突出部图案。
图6-图9示出了使用本文所公开的例子而获得的示例性测试结果。
图10示出了根据本公开内容的教导的另一个示例性流体调节器。
图11示出了根据本公开内容的教导的另一个示例性流体调节器。
图12示出了根据本公开内容的教导的另一个示例性流体调节器。
附图并非是按比例缩放的。在任何可能的情况下，贯穿附图以及所附书面描述将使用相同的附图标记以指代相同或相似的部件。
具体实施方式
一些公知的流体调节器在其出口处呈现不可预测的流动和/或压力。如果流体离开调节器的出口的流型是相对不可预测的，则安置在调节器下游的传感器(例如，皮托管)可能不能提供准确的和/或可靠的读数。这种不准确的读数可能导致调节器欠行程(undertravelling)和/或超行程(over travelling)，并且更通常来说，所设定的下游压力将不会保持一致。
与这些公知的调节器中的一些调节器形成对比，使用本文所公开的例子，使得出口流动更加可预测和/或可重复，这使得下游传感器能够提供更准确的读数并增加了调节器的可用容量。例如，为了增大出口流动的可预测性、降低升压(boost)和/或增加输送压力，本文所公开的示例性流体调节器的出口路径包括使得流体流动分层的表面结构。在一些例子中，流体流动的分层使得通过出口路径的流型能够在各种压降上(例如，10磅每平方英寸(PSI)的压降、90PSI的压降、等等)是可预测的和/或可重复的。
在一些例子中，出口流动路径内的示例性表面结构通过减小流体速度来增加出口路径中部的流体流动的压力，并通过增大流体速度来降低紧邻出口路径的壁的流体流动的压力。因此，通过增大紧邻出口路径的壁的流体速度并减小出口路径的中部的流体速度，示例性表面结构使得跨出口的横截面的流体压力和/或速度能够相对一致和/或均匀。在一些例子中，出口路径内的表面结构包括凹面的凹部、凸面的凹部、孔、突出部和/或诸如鲨鱼皮纹理之类的纹理。可以以不规则的图案、随机的图案和/或一致的或规则的图案来设置表面结构。
图1示出了示例性调节器100，示例性调节器100包括耦合至调节器阀104的致动器102。致动器102包括隔膜106，隔膜106被捕获在致动器壳体108内，以限定加载腔110和感测腔112。为了向隔膜106的第一侧114提供控制负载和/或压力，加载腔110经由进口端口116接收控制流体，并容置抵靠隔膜106而作用的弹簧118。在一些例子中，由弹簧118和/或控制流体提供的控制负载和/或压力与由调节器100提供的期望的出口压力相对应。
图1的调节器阀104包括阀体120，阀体120限定了进口124与出口126之间的流体通道122。在该例子中，阀体120耦合至致动器壳体108，以使得阀体120的喉部128与感测腔112流体连通，以使得感测腔112和/或设置在喉部128内的皮托管130能够感测阀体120的出口126处的压力。为了控制通过阀体120的流体流动，阀塞131被设置在通道122内，以便相对于阀座和/或孔口132移动。在该例子中，阀塞131经由联动装置134耦合至隔膜106。然而，阀塞131可以以任何适当的方式耦合至隔膜106。
在操作中，在图1的例子中，响应于跨隔膜106的压差，隔膜106经由联动装置134移动阀塞131。当下游的需求增加并使得下游压力降低到低于控制负载和/或压力时，跨隔膜106的压差和弹簧118的弹力使得隔膜106朝向感测腔112移动，由此移动阀塞131远离阀座132，以实现通过通道122的流体流动。当下游的需求降低并使得下游压力增加到高于控制负载和/或压力时，跨隔膜106的压差使得隔膜106朝向加载腔110移动，由此移动阀塞131朝向阀座132，以防止或减少通过通道122的流体流动。
基于当调节器100暴露于一系列压差(以及因此，流体流率)时调节器100将出口压力保持在设定控制压力的能力，可以通过某种额定容量或准确性分类来对调节器100进行归类。当调节器100提供偏离设定控制压力的下游出口压力时，调节器100不再在特定的操作参数内进行控制，并且其准确性分类或容量大幅下降。
例如，当调节器100暴露于高的进口压力或高的压差时，如果下游压力突然增加并且流体以相对高的速度流经通路122，则调节器100可能产生升压。具有相对高的速度的流体流动可能造成喉部128和/或出口126内不可预测的压力区域和/或压力区，以偏离下游压力。取决于跨隔膜106的压降，这些压力区域和/或压力区的位置可以移位，由此使得使用皮托管130来准确地感测压力的能力变得困难。
例如，在一些公知的调节器(例如，非图1的调节器100)中，当跨孔口132出现第一压降时，横向于出口126的纵轴延伸、限定第一压力区的垂直的压力梯度可以形成于出口126内的第一位置中，并且当跨隔膜106出现第二压降时，以不同方式限定第一压力区的垂直的压力梯度可以形成于出口126内的第二位置中。由于这些压力区域和/或压力区的移动和/或垂直的压力梯度的移动，因此在一些例子中，将皮托管130置于当调节器100暴露于不同的压降时获得可靠的压力读数的位置中是困难的。如果测量到的压力是不准确的(例如，比实际出口压力低的压力)，则调节器100可能偏离控制压力，由此使得调节器100由于例如压力测量结果的差的准确性而具有较低的额定容量。
与一些公知的调节器(即，非图1的调节器100)遭遇的问题形成对比，为了降低出口126内的升压，本文所公开的例子包括出口126内的表面结构和/或纹理136，该表面结构和/或纹理136使得出口126内的流体流动具有更一致和/或均匀的速度，具有更一致和/或均匀的压力梯度、和/或具有跨出口126的横截面的更一致和/或均匀的压力。表面结构136可以包括孔、凹面的凹部、凸面的凹部、鲨鱼皮表面结构、纹理、等等。然而，表面结构136可以是可靠地控制流经调节器100的流体(例如，气体、液体、浆液)的流动的任何适当的结构、纹理和/或图案。
在一些例子中，表面结构136被配置为增大紧邻出口126的壁的流体流动的湍流和速度，并减小出口126的中部的流体流动的湍流和速度，以使得跨出口126的整个横截面的流体流动的速度和/或压力相对一致或均匀。另外地或替代地，在一些例子中，表面结构136被配置为增大沿着出口126的纵轴延伸的多个水平的压力梯度，并减小横向于出口126的纵轴延伸的多个垂直的压力梯度。与在不包括本文所公开的表面结构136的例子中出现的垂直的压力梯度形成对比，即使当调节器100经受跨隔膜106的不同的压降时，沿着出口126的纵轴延伸的水平的压力梯度也具有保持在相对一致的位置的趋势。因此，使用本文所公开的例子，皮托管130可以被可靠地安置于压力区域和/或压力区内(例如，水平的压力区内)，而不管跨孔口132的压降如何。皮托管130的可靠放置使得能够获得相对较准确的压力测量结果，这使得示例性调节器100由于例如提高的压力测量结果的准确性而能够具有较高的额定容量。
图2示出了包括示例性孔202(例如，浅凹口)的图1的示例性调节器100的部分视图，该示例性孔202可以用于实现图1的示例性表面结构136。在一些例子中，孔202随机分散于出口126内。在一些例子中，孔202通过例如使得跨出口126的横截面的速度相对一致来增加通过出口126的流动容量。在一些例子中，孔202使得跨出口126的横截面的压力和/或压力场相对一致。
图3示出了包括示例性孔302(例如，凹口)的图1的示例性调节器100的部分视图，该示例性孔302可以用于实现图1的示例性表面结构136。与图2的示例性孔202形成对比，由出口126来设置和/或限定图3的例子的更多孔302。换句话说，与图2的孔202相比，图3的孔302更密集地填充出口126。在一些例子中，孔302随机地分散在出口126内。在一些例子中，孔302通过例如使得跨出口126的横截面的速度相对一致来增加通过出口126的流动容量。在一些例子中，孔302使得跨出口126的横截面的压力和/或压力场相对一致。
图4示出了包括示例性突出部402(例如，凹部、凸块、等等)的图1的示例性调节器100的部分视图，该示例性突出部402可以用于实现图1的示例性表面结构136。在一些例子中，突出部402随机地分散在出口126内。在一些例子中，突出部402通过例如使得跨出口126的横截面的速度相对一致来改变(例如，减小)通过出口126的流动容量。
图5示出了包括示例性突出部502(例如，凹部、凸块、等等)的图1的示例性调节器100的部分视图，该示例性突出部502可以用于实现图1的示例性表面结构136。与图4的示例性突出部402形成对比，由出口126来设置和/或限定图5的例子的更多突出部502。换句话说，与图4的突出部402相比，图5的突出部502更密集地填充出口126。在一些例子中，突出部502随机地分散在出口126内。在一些例子中，突出部502可以有利地与跨孔口131的较低的压降结合使用。
图6-图8是包括本文所公开的示例性表面结构的调节器、以及具有带平滑表面(例如，无表面结构)的出口的调节器的等压线表示。
图6示出了跨出口126处不包括表面结构的调节器的10PSI压降的结果，并且图7示出了跨包括如本文所公开的表面结构的调节器的10PSI压降的结果。如示出的，当比较图6和图7时，与图7的压力区702(其相对较大并更远离阀座132)相比，图6的压力区602相对较小并且更接近于阀座132。如本文所使用的，短语“压力区”表示出口126内的压力相对一致和/或处于期望压力的区域。
图8示出了跨出口126处不包括表面结构的调节器的90PSI压降的结果，并且图9示出了跨包括如本文所公开的表面结构的调节器的90PSI压降的结果。在图8中，呈现了垂直的压力梯度802、804、806，其横向于出口126的纵轴延伸并限定了压力区808、810、812。压力梯度802、804、806以及得到的压力区808、810、812趋向于随着压降改变和/或基于其它条件而移位。垂直的压力梯度802、804、806在不同压降上的移动和/或移位增大了安置皮托管130以在一系列流动条件和/或跨阀座132的压降上获得可靠的测量结果的难度。相比之下，在图9中，呈现了沿着出口126的纵轴延伸的水平的压力梯度902、904，并且其限定了压力区906、908。水平的压力梯度902、904以及得到的压力区906、908形成于当跨孔口132的压降改变时相对稳定的位置中。因此，水平的压力梯度902、904使得皮托管130能够被安置在获得可靠一致的读数的位置中，而不管跨孔口132的压降如何。
图10示出了与图1的示例性调节器100类似的另一个示例性调节器1000。然而，与图1的示例性调节器1000形成对比，图10的示例性调节器1000包括设置在出口126内的示例性管道1002而非示例性表面结构136。在一些例子中，可以使用层流元件来实现管道1002，并且管道1002可以相对于彼此平行(例如，在大约5度的平行度之间)。此外，图10的示例性调节器1000的皮托管130设置在管道1002下游的不同位置中。
在图10的例子中，管道1002与紧固件1004耦合在一起，紧固件1004可以是带和/或绳等。在该例子中，出口126包括凸耳1006，管道1002使用一个或多个紧固件(例如，螺栓)抵靠凸耳1006而接合和/或耦合。在其它例子中，管道1002使用扣环、另一个紧固件等来耦合在出口126内。
在操作中，当流体流经管道1002时，管道1002通过使得流体在通过管道1002的基本上平行的路径中流动来使得跨出口126的横截面的流体流动相对一致或均匀，由此实质上减小和/或消除了流动中的湍流。因此，正如结合图1所公开的表面结构136，管道1002通过使得跨出口126的横截面的流体流动相对一致，来使得出口126内的压力区能够保持相对稳定和/或一致和/或提高所测量的下游压力的一致性。
图11示出了与图10的示例性调节器1000类似的另一个示例性调节器1100。然而，与图10的示例性调节器1000形成对比，图11的示例性调节器1100包括设置在出口126内的多孔体1102而非示例性管道1002。在一些例子中，使用金属晶格来实现多孔体1102。在该例子中，出口126包括凸耳1006，多孔体1102使用一个或多个紧固件(例如，螺栓)来抵靠凸耳1006而接合和/或耦合。在其它例子中，多孔体1102使用扣环、另一个紧固件等来耦合在出口126内。
在操作中，当流体流经多孔体1102时，多孔体1102通过打破流动中的湍流来使得跨出口126的横截面的流体流动相对一致。例如，当流体流经多孔体1102时，出口路径的中部的流体流动的压力通过减小流体的速度而增加，并且紧邻出口路径的壁的流体流动的压力通过增大流体的速度而减小。因此，正如结合图1所公开的表面结构136，多孔体1102通过使得跨出口126的横截面的流体流动相对一致，来使得出口126内的压力区能够保持相对稳定和/或一致和/或提高所测量的下游压力的一致性。
图12示出了与图10的示例性调节器1000类似的另一个示例性调节器1200。然而，与图10的示例性调节器1000形成对比，图12的示例性调节器1200包括具有设置在出口126内的多个孔1204的板1202而非示例性管道1002。在一些例子中，孔1204基本上相对于彼此平行(例如，在大约5度的平行度之间)。在该例子中，出口126包括凸耳1006，板1202使用一个或多个紧固件(例如，螺栓)来抵靠凸耳1006而接合和/或耦合。在其它例子中，多孔体1102使用扣环、另一个紧固件等来耦合在出口126内。
在操作中，当流体流经孔1204时，孔1204通过使得流体在通过孔1204的基本上平行的路径中流动，来使得跨出口126的横截面的流体流动相对一致，由此实质上减小和/或消除了流动中的湍流。因此，正如结合图1所公开的表面结构136，板1202和对应的孔1204通过使得跨出口126的横截面的流体流动相对一致，来使得出口126内的压力区能够保持相对稳定和/或一致和/或提高所测量的下游压力的一致性。
通过前述内容，将意识到，上面所公开的方法、装置和制品涉及诸如调节器之类的流体控制设备，该调节器包括具有示例性表面结构的流动腔，该示例性表面结构实质上增大和/或分散流体控制设备的出口路径内的湍流。在一些例子中，表面结构实质上减小和/或消除了流体控制设备的出口路径内的层流和/或停滞，而不管例如跨流体控制设备的压降如何。在一些例子中，表面结构实质上提高了所测量的下游压力的一致性，降低了升压和/或增大了利用本文所公开的示例性表面结构来实现的示例性流体控制设备的总体容量。
在一些例子中，示例性表面结构实质上破坏、打破、或防止出口路径内的湍流，以提高流体流动的稳定性。在一些例子中，表面结构包括示例性空气喷射器、示例性管束，可以在出口路径内设置示例性带孔的板和/或示例性多孔体。因此，在这些例子中，示例性表面结构包括设置在出口路径内和/或可移动地耦合在出口路径内的插入件，例如管束、带孔的板等。在一些例子中，表面结构实质上增大了流体调节器的可用容量。本文所公开的一些例子增大了输送压力的准确性，以实现更准确的消耗预测和/或提高下游部件的效率。本文所公开的一些例子使得较小的调节器能够更为通用，并能够用于先前需要较大的调节器的应用中。尽管本文所公开的例子教导了设置在耦合至流体调节器的阀的出口路径内的表面结构，但可以在任何流体控制设备的内表面(例如，进口表面、出口表面、等等)上实现示例性表面结构。
使用本文所公开的例子，示例性调节器可以更可靠地预测下游部件的消耗数据、提高下游部件的效率，并且更通常来说，改善出口流动调节和/或实现针对较小调节器的更大的通用性。此外，在一些例子中，为输出路径提供稳定出口流动容量的示例性表面结构使得通过这些调节器的出口的流动速率和/或流动容量能够增加。
如本文所阐述的，一种示例性装置包括阀体，该阀体包括进口、出口、以及设置在进口与出口之间的孔，出口包括表面结构，以提高流体流经出口的横截面的流型的均匀性。在一些例子中，均匀性的提高使得沿着出口的纵轴所限定的压力梯度能够形成于出口内，压力梯度用于限定压力区。在一些例子中，当提供不同的压降时，压力区的位置基本上保持一致。在一些例子中，装置包括皮托管，该皮托管具有设置在压力区内的端部。在一些例子中，均匀性的提高将降低升压。在一些例子中，表面结构包括孔。在一些例子中，表面结构包括突出部。在一些例子中，表面结构包括纹理。在一些例子中，装置包括阀座，并且装置还包括阀塞，以选择性地接合阀座来控制进口与出口之间的流体流动。在一些例子中，装置包括耦合至阀体的调节器。在一些例子中，表面结构包括设置在出口内的插入件。
一种示例性装置包括阀体，该阀体包括进口、出口、以及设置在进口与出口之间的孔。该装置包括用于提高流体流经出口的横截面的流型的均匀性的装置。在一些例子中，用于提高均匀性的装置包括设置在出口内的表面结构。在一些例子中，均匀性的提高使得沿着出口的纵轴所限定的压力梯度能够形成于出口内，压力梯度用于限定压力区。在一些例子中，当提供不同的压降时，压力区的位置基本上保持一致。在一些例子中，装置包括皮托管，该皮托管具有设置在压力区内的端部。在一些例子中，表面结构包括孔。在一些例子中，表面结构包括突出部。在一些例子中，表面结构包括纹理。在一些例子中，孔包括阀座，并且装置还包括阀塞，以选择性地接合阀座来控制进口与出口之间的流体流动。在一些例子中，装置包括耦合至阀体的调节器。
尽管本文已经公开了一些示例性的方法、装置和制品，但本专利申请的覆盖范围不限于此。相反，本专利申请覆盖落入本专利申请的权利要求的范围内的所有方法、装置和制品。

Claims (10)

1.一种流体调节器，包括：
阀体，所述阀体包括进口、出口、设置在所述进口与所述出口之间的孔，
阀座，所述阀座位于所述阀体内并且定位在所述进口与所述出口之间，
表面结构，所述表面结构由所述孔与所述出口之间的所述阀体的内壁形成并且沿着所述内壁延伸，所述表面结构被配置为提高紧邻所述出口的内壁的流体流动的湍流和速度，并降低所述出口的中间部分的流体流动的湍流和速度，使得流体流经所述出口的横截面的流型的速度和压力有均匀性，以及
皮托管，所述皮托管具有位于所述阀座下游和所述表面结构上游的感测端。
2.根据权利要求1所述的流体调节器，其中，所述均匀性使得沿着所述出口的纵轴所限定的压力梯度形成于所述出口内，所述压力梯度用于限定压力区。
3.根据权利要求2所述的流体调节器，其中，当提供不同的压降时，所述压力区的位置基本上保持一致。
4.根据权利要求2所述的流体调节器，其中，所述感测端设置在所述压力区内。
5.根据权利要求1所述的流体调节器，其中，所述均匀性降低升压。
6.根据权利要求1所述的流体调节器，其中，所述表面结构包括孔。
7.根据权利要求1所述的流体调节器，其中，所述表面结构包括突出部。
8.根据权利要求1所述的流体调节器，其中，所述表面结构包括纹理。
9.根据权利要求1所述的流体调节器，还包括阀塞以选择性地接合所述阀座来控制所述进口与所述出口之间的流体流动。
10.根据权利要求1所述的流体调节器，还包括：耦合至所述阀体的致动器，其中，所述致动器包括致动器壳体和隔膜，所述隔膜被捕获在所述致动器壳体内以限定加载腔和感测腔，并且其中，所述皮托管与所述感测腔流体连通。
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