CN108506510A - 具有模态消音器的球阀 - Google Patents

Abstract

球阀可以包括控制元件，控制元件包括穿孔筛网和多个腔室，穿孔筛网设置在控制元件内并与控制元件的内表面间隔开以形成环形空间，多个腔室设置在控制元件内。当流体流过控制元件时，声波穿过穿孔筛网并被多个腔室反射回去以干扰其它声波，由此降低旋转阀中的流体噪声。

Description

具有模态消音器的球阀

技术领域

本发明总体上涉及用于控制阀和调节器的降噪设备，并且更具体来说涉及具有包括模态消音器的球元件的球阀。

背景技术

流体阀对流体从一个位置到另一个位置的流动进行控制。当流体阀处于关闭位置时，防止一侧上的高压流体流到阀的另一侧上的较低压力位置。控制阀的入口和出口之间的压力差连同通过控制阀的曲折流动路径在控制阀的下游产生湍流流体流动，这引起不期望的和潜在有害的噪声。

为了降低噪声，在一些调节器中已经使用多端口阀笼或者阀内件来降低跨阀笼的压降并使下游流动平稳。但是，这些笼式降噪器也会降低通过阀笼的流体的流速，这可能会降低调节器的效率。

其它类型的声音降低设备包括设置在流动路径中的材料，该材料吸收声波并将声波转换成热能。但是，这种吸音材料具有有限的有效频率，并且它们也会降低通过材料的流体流动。

近来已经进行了一些尝试以利用位于调节器下游的衰减设备来降低噪声。特别地，在Ali E.Broukhiyan的“用于降低来自控制阀的噪声的模态重合抑制设备(MCSD)”(在下文中("MCSD"))中描述了模态重合抑制设备，其通过引用并入本文中。然而，MCSD中公开的模态抑制设备非常重并难以组装。此外，模态抑制设备位于阀的下游，这使阀部件暴露于由阀产生的噪声的影响。

发明内容

根据本发明的一个示例性方面，一种球阀可包括阀体，阀体具有通过流体流动路径连接的流体入口和流体出口。控制元件设置在所体流动路径中，控制元件对通过阀体的流体流动进行控制。穿孔筛网设置在控制元件内并与控制元件的内表面间隔开以形成环形空间。多个腔室形成在控制元件中。声波穿过穿孔筛网并被多个腔室反射回去以干扰其它声波，由此降低控制元件中的噪声。

根据本发明的另一个示例性方面，一种降低来自流过球阀的流体的噪声的方法可以包括：将多个环形腔室布置在球阀的控制元件内，将穿孔筛网布置在控制元件内，穿孔筛网与多个腔室中的腔室的内表面之间的距离限定环形空间；以及将多个腔室中的相对的腔室以与特定频率的声波的干扰相对应的距离进行布置。

进一步根据前述方面中的任何一个或多个方面，球阀(或者降低来自流过球阀的流体的噪声的方法)还可以包括以下优选形式中的任何一个或多个。

在一些优选形式中，多个腔室由设置在控制元件的内表面上的多个壁形成，多个壁实质上垂直于通过控制元件的流体流动的方向延伸。多个壁限定穿孔筛网与控制元件的内表面之间的多个腔室。

在其它优选形式中，多个腔室中的至少两个腔室的体积不同。

在其它优选形式中，腔室的体积从控制元件的入口部朝向控制元件的中心增加。

在其它优选形式中，腔室的体积从控制元件的中心朝向控制元件的出口部减小。

在其它优选形式中，当在横截面上观察时，多个腔室近似于曲线。

在其它优选形式中，穿孔筛网包括多个穿孔，并且在其它优选形式中，多个穿孔中的至少一个穿孔为圆形形状。

在其它优选形式中，穿孔筛网的内直径与控制元件的入口部和控制元件的出口部的内直径实质上相等。

在其它优选形式中，穿孔板设置在控制元件内，穿孔板实质上垂直于通过控制元件的流体流动的方向延伸。

在其它优选形式中，相对的腔室之间的距离对应于特定频率的声波的干扰。

附图说明

图1是具有模态消音器的球阀的侧向横截面图，以及

图2是图1的球阀的顶部横截面图。

具体实施方式

本文所描述的球阀有利地提供控制阀内的噪声降低，同时具有非常小的流动限制。因此，所公开的球阀在降低噪声方面非常有效。所公开的球元件可以比具有降噪设备的当前球元件显著更小和/或更轻。因此，所公开的球阀可以具有比当前的球阀更小的阀体。

此外，所公开的球阀中的穿孔管可以通过调整穿孔管的透射率而针对特定用途进行定制。而且，所公开的球阀可以与更传统的噪声抑制设备(例如降噪阀内件)组合以实现更全面的噪声降低。

一般而言，本文所描述的球阀通过使用声波干扰破坏或降低阀中声波的幅度来降低流过阀的流体中的噪声。所公开的球阀使用一系列不同尺寸或形状的间隙，这些间隙通过呈不同的样式的内部板或内部腔室来形成。间隙的总长度和/或间隔可以针对特定气体或流动配置被优化以对准特定声波频率。

除非另外指明，否则本文所公开的球阀的任何一个实施例的任何特征或特性可以与球阀的任何其它实施例的特征或特性相组合。

图1示出了根据本公开内容的原理所构造的旋转球阀10，旋转球阀10通常包括阀体12、阀盖14、控制组件16、和密封组件24。阀体12包括入口18、出口20、流体流动路径22、和阀盖开口25。如箭头所示，流体流动路径22在大致平行于纵向轴线A的方向上从入口18延伸到出口20。入口18被入口法兰26包围。出口20被出口法兰28包围。入口法兰26和出口法兰28适于例如通过螺栓连接、焊接、夹紧、或任何其它已知的方式将球阀10耦接到过程控制管线中。

控制组件16包括例如偏心凸轮球元件30、驱动轴32、和支撑轴34之类的控制元件。虽然图1中示出了偏心凸轮球元件30，但是在其它实施例中，球元件30可以不是偏心凸轮的。在所示实施例中，驱动轴32和支撑轴34分开一定距离。在其它实施例中，驱动轴32和支撑轴34可以整体地形成为从通孔29延伸到盲孔36的单件。在所示实施例中，球元件30具有对称轴线C，该对称轴线与驱动轴轴线B偏离。结果，球元件30的密封表面31随着凸轮作用而旋转移动(例如，当球元件31在关闭位置和打开位置之间旋转时，密封表面31沿轴线A纵向移位)。

如上面所讨论的，球元件30通常随着凸轮作用移动，以有助于当处于关闭位置时与密封组件24进行可重复的密封，如图1所示。更具体来说，球元件30的外部或密封表面31可以限定球体的一部分，球元件的外表面上的所有点与球元件30的自然枢轴点(即，轴线C)不等距。

为了容纳密封组件24，阀体12的所公开的实施例包括设置在入口18下游的内部凹部42。内部凹部42设置在出口20和控制组件16的球元件30之间。内部凹部42可以具有大致环形的形状，其包括环形表面38和横向表面40。

球阀10还可以包括可选的阀内件元件，例如穿孔阀笼50。在其它实施例中，可以消除阀内件元件。

现在转到图2，球元件30的一个示例性实施例包括球本体60。球本体60可以包括经连接的入口部62和出口部64。入口部62和出口部64在形状上可以是基本上圆柱形的，具有基本上恒定的内直径。

穿孔中空筛网(screen)66可以位于球本体60内，并且筛网66可以具有与入口部62和/或出口部64的内直径基本上相等的内直径。筛网66可以具有包括多个穿孔70的圆柱形筛网本体68。在一个示例性实施例中，穿孔70中的至少一个穿孔可以是圆形形状。在其它实施例中，穿孔70可呈现其它形状，举例来说，例如方形、矩形、三角形、多边形、椭圆形、或不规则形状。在其它实施例中，筛网本体68可以完全或部分地涂覆有吸音材料。

多个壁72可以设置在球本体60的内表面上。壁72将球本体60的内表面和筛网本体68的外表面之间的空间划分成多个腔室74。腔室74中的至少两个腔室限定不同的体积。在图2的实施例中，腔室74的体积从入口部62朝向球本体60的中心增加。另一方面，腔室74的体积从球本体60的中心朝向出口部64减小。壁72和腔室74被布置成将移动通过球元件30的流体中的声波朝筛网本体68的内部反射回去，这当声波与筛网本体68的内部中的其它声波碰撞时导致该声波的干扰或消除。开口70允许声波在筛网本体68的内部和腔室74之间来回传播。通过对腔室74的体积和宽度连同相对的腔室74之间的距离进行控制，声波的某些频率可以成为干扰的目标。每个腔室74在筛网本体68和球本体60之间限定环形空间76。每个环形空间76具有宽度和高度。宽度和高度可以从腔室74到腔室74变化。

穿孔筛网66和腔室74限定模态消音器。

如图2所示，相邻的腔室74的体积变化可以近似以下曲线，该曲线在所示实施例中是圆82的一部分(在图2中被例示为虚线的圆)。该曲线可以由圆或椭圆的数学公式来限定。曲线可以被调整为将特定的声波频率作为目标，并因此针对任何特定的应用进行定制。

在一些实施例中，球本体60可以包括呈穿孔板90形式的预衰减设备。穿孔板90可以延伸穿过球本体60的内部，基本上垂直于流体流动的方向，该方向由图1中的箭头示出。在一个实施例中，穿孔板90可以包括多个穿孔，其干扰流过球本体60的流体中的声波。穿孔板90可以将与腔室74不同频率的噪声作为目标。在一些实施例中，穿孔板90可以部分或全部地涂覆有吸音材料。此外，穿孔板90可以在流体流动到达筛网本体68之前对流体流动进行表征，使得可以优化球本体60的剩余部分的降噪性质。

可以计算第一腔室74a和第二腔室74b之间的第一距离以对应于第一频率的噪声的干扰，并且可以计算第三腔室74c和第四腔室74d之间的第二距离以对应于第二频率的噪声的干扰。通过将环形空间设计成对应于不同频率的噪声的不同距离，球元件30可以适于将存在于特定操作环境中的特定频率的噪声作为目标。

降低流过球阀的流体中的噪声的方法可以包括制造和设计球阀控制元件的以上所公开的实施例中的任何实施例，以及将球阀安装在过程系统中。更具体来说，该方法可以包括将多个环形腔室布置在控制元件内，将穿孔筛网布置在控制元件内，使得穿孔筛网与控制元件的内表面之间的距离限定环形空间，以及将多个腔室中的相对的腔室以对应于特定频率的声波的干扰的距离进行布置。

在其它实施例中，可以通过制作由不同材料制成的板或者通过以不同的方式或用不同的材料对板进行涂覆/修整以改变声波在控制元件中反射的方式，来针对特定用途定制本文所描述的旋转阀和球元件。混合板和/或涂层有效地产生一个或多个声透镜，该声透镜以特定方式引导声波来改善声波破坏和/或将特定频率作为目标。

虽然本文中根据本公开内容的教导已经描述了某些球阀和控制元件，但是所附权利要求的范围不限于此。相反，本权利要求涵盖了完全落入可允许的等同方式的范围内的本公开内容教导的所有实施例。

Claims (15)

1.一种具有用于降低噪声的模态消音器的球阀，所述球阀包括：

阀体，所述阀体具有通过流体流动路径连接的流体入口和流体出口；

控制元件，所述控制元件设置在所述流体流动路径中，所述控制元件控制通过所述阀体的流体流动；

穿孔筛网，所述穿孔筛网设置在所述控制元件内，并与所述控制元件的内部表面间隔开以形成环形空间；以及

多个腔室，所述多个腔室形成在所述控制元件中；

其中，声波穿过所述穿孔筛网并且被所述多个腔室反射回去，以干扰其它声波，由此降低所述控制元件中的噪声。

2.根据权利要求1所述的球阀，其中，所述多个腔室由设置在所述控制元件的内表面上的多个壁形成，所述多个壁实质上垂直于通过所述控制元件的流体流动的方向延伸，并且，所述多个壁限定所述穿孔筛网与所述控制元件的内表面之间的多个腔室。

3.根据权利要求2所述的球阀，其中，所述多个腔室中的至少两个腔室的体积不同。

4.根据权利要求3所述的球阀，其中，所述腔室的体积从所述控制元件的入口部朝向所述控制元件的中心增加。

5.根据权利要求4所述的球阀，其中，所述腔室的体积从所述控制元件的中心朝向所述控制元件的出口部减小。

6.根据权利要求5所述的球阀，其中，当在横截面上观察时，所述多个腔室近似于曲线。

7.根据权利要求1所述的球阀，其中，所述穿孔筛网包括多个穿孔。

8.根据权利要求7所述的球阀，其中，所述多个穿孔中的至少一个穿孔为圆形形状。

9.根据权利要求1所述的球阀，其中，所述穿孔筛网的内直径与所述控制元件的入口部和所述控制元件的出口部的内直径实质上相等。

10.根据权利要求1所述的球阀，还包括穿孔板，所述穿孔板设置在所述控制元件内，所述穿孔板实质上垂直于通过所述控制元件的流体流动的方向延伸。

11.根据权利要求1所述的球元件，其中，相对的腔室之间的距离对应于特定频率的声波的干扰。

12.一种降低来自流过球阀的流体的噪声的方法，所述方法包括：

将多个环形腔室布置在球阀的控制元件内；

将穿孔筛网布置在所述控制元件内，所述穿孔筛网与所述多个腔室中的腔室的内表面之间的距离限定环形空间；以及

将所述多个腔室中的相对的腔室以与特定频率的声波的干扰相对应的距离进行布置。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括将穿孔板布置在所述控制元件内，所述穿孔板实质上垂直于通过所述控制元件的流体流动的方向延伸。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：用第一吸音涂层涂覆所述穿孔板。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：用第二吸音涂层涂覆所述穿孔筛网。