CN114576429A - 用于降低阀门噪声的装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于减少阀门中的噪声的装置。公开的示例阀包括：包括流体通道的阀体和位于流体通道中的笼，该笼包括具有开口的壁，流体通过开口从壁的内表面流到壁的外表面，每个开口包括对应的肋，肋沿着每个开口的长度遵循螺旋路径以引起流过开口的流体的旋转。

Description

用于降低阀门噪声的装置

技术领域

本公开总体上涉及阀，并且更具体地涉及用于降低阀中的噪声的装置。

背景技术

阀门用于控制流体通过管道的流动。截止阀通常包括带有开口的阀笼，当阀打开时，流体可以通过该开口流动。一些阀(例如球阀)可以包括噪声衰减器，该噪声衰减器具有流体流过的开口。当流体离开笼或噪声衰减器的开口时，流体与阀出口处相对静止或低速的流体相互作用而产生噪声。

发明内容

一个示例阀，阀体包括：流体通道和位于流体通道中的笼，笼包括具有开口的壁，流体通过开口从壁的内表面流到壁的外表面，每个开口包括对应的肋，肋沿着每个开口的长度遵循螺旋路径，以引起流过开口的流体的旋转。

位于阀的流体通道中的示例笼包括具有开口的壁，流体通过开口从壁的内表面流到壁的外表面，每个开口包括对应的细长突起，突起沿着每个开口的长度遵循弯曲路径，以引起流过开口的流体旋转。

示例装置包括用于提供流体通道的部件和用于允许流体在其中流动的部件，用于允许流体流动的部件包括用于降低通过流体通道的噪声的部件，每个用于降低噪声的部件中包括对应的用于产生流体的旋转的部件。

附图说明

图1图示了可以在其中实施本文公开的示例的截止阀。

图2图示了来自图1的截止阀的笼。

图3图示了可以在其中实施本文公开的示例的球阀。

图4图示了在图2和/或图3的开口上实施的示例涡流发生器。

图5图示了图4的示例涡流发生器的端视图。

图6示出了图4和/或图5的示例涡流发生器在图1和/或图2的开口的不同位置处实施。

这些附图不是按比例绘制的。相反，可以在附图中放大层或区域的厚度。通常，贯穿附图(多个)和随附的书面描述将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。如本专利中所用，声明任何部分(例如，层(layer)、膜(film)、区(area)、区域(region)或板(plate))以任何方式位于(例如，定位在、位于、设置在或形成在等)另一个部分上，表示被参考的部分要么与另一部分接触，要么被参考的部分在另一部分之上，一个或多个中间部分(多个)位于它们之间。除非另有说明，否则连接参考(例如，附接、耦合、连接和接合)将被广义地解释并且可以包括元件集合之间的中间构件和元件之间的相对运动。因此，连接引用不一定推断两个元件是直接连接的并且彼此具有固定关系。声明任何部分与另一部分“接触(contact)”意味着两个部分之间没有中间部分。尽管图中示出了具有清晰线条和边界的层和区域，但这些线条和/或边界中的一些或全部可以是理想化的。实际上，边界和/或线可能是不可观察的、混合的和/或不规则的。

当标识可能单独提及的多个元素或部件时，这里使用描述符“第一”、“第二”、“第三”等。除非根据其使用的上下文另有说明或理解，否则此类描述符无意赋予列表中的优先级、物理顺序或排列、或时间排序的任何含义，而仅用作分别指代多个元素或部件的标签以便于理解所公开的示例。在一些示例中，描述符“第一”可用于指代详细描述中的元件，而相同的元件可以在权利要求中用不同的描述符来指代，例如“第二”或“第三”。在这样的情况下，应当理解，这样的描述符仅用于便于引用多个元素或部件。

具体实施方式

阀通常在流体管道上实施，用于控制流体从第一位置到第二位置的流动。当阀处于关闭位置时，阀会阻止阀入口处高压区域的流体流向阀门出口处的低压区域。备选地，当阀门打开时，阀门允许流体从高压区域流向低压区域。阀门的打开和关闭可以手动执行，也可以通过命令信号执行，该命令信号来自与阀门通信耦合的过程控制系统的。

在一些情况下，阀门的阀内件组件包括笼，以降低流经阀门的流体的压力。通常，笼包括开口，流体在离开阀时通过这些开口行进。开口可以是具有圆形横截面的圆柱形。在一些情况下，开口可以在球阀的衰减器(例如，圆顶(dome)衰减器、圆顶)上实现。流体在进入开口时处于相对较高的压力下，而在离开开口时流体处于降低的压力下。随着流体穿过开口，流体的速度增加。当高速流体离开开口时，高速流体在低压区域与相对静止或低速的流体相互作用。流体的相互作用发生在高速流体和静止或低速流体之间的剪切层。在这种情况下，噪声是由剪切层湍流增加引起的。

本文公开的示例通过涡流发生器在开口的出口处产生流体涡流来降低阀门(例如，截止阀、球阀等)操作期间的噪声。在此描述的示例涡流发生器是在流体离开笼或噪声衰减器的开口时引起流体旋转或涡流的结构。更具体地，本文公开的示例性涡流发生器通过使流过开口的流体旋转来中断在剪切层处湍流的形成。本文公开的示例涡流发生器包括在每个开口内的肋(例如，螺旋肋、突起、细长突起)。肋使流体沿着路径(例如，螺旋路径、弯曲路径)穿过开口。路径可以根据肋的节距、长度和横截面几何形状而变化。流体沿着路径的行进导致流体围绕开口的纵向轴线旋转。在一些示例中，肋可以在球阀的流体通道内实施，以在流体离开球阀时产生涡流。虽然本文公开的示例可用于任何类型的阀，但本文公开的示例可以特别适用于滑杆控制阀、旋转阀或作为直列式扩散器。

图1示出了已知的截止阀100，在该截止阀100上可以实施在此公开的示例。截止阀100包括阀体102，阀体102具有流体入口104和流体出口106，该流体入口104和流体出口106通过流体通道105连接。截止阀100还包括阀内件组件108，该阀内件组件定位在阀体102内侧在流体入口104和流体出口106之间。阀内件组件108包括笼110和座112。截止阀100的塞子(例如，流体控制构件)114可滑动地设置在笼110中，塞子114相对于座112移动以控制通过阀体102的流体流动。塞子114通过杆118被耦合到致动器(未示出)。致动器在阀体102中向上移动塞子114以打开截止阀100并且允许流体从流体入口104流到流体出口106。备选地，致动器向下移动塞子114以关闭截止阀100并且防止流体在流体入口104和流体出口106之间流动。在一些示例中，截止阀100可以部分打开或关闭以控制流体通过截止阀100的流速。在一些示例中，致动器可以手动操作或可以通过电信号来控制，该电信号来自耦合到致动器的计算机系统。

图2图示了来自图1的截止阀100的笼110。在图2中，笼110包括开口202，其延伸穿过笼110的笼壁(例如壁)204。壁204在示例底端206和示例顶端208之间延伸以形成中心孔210。图1的塞子114可以在中心孔210内滑动以控制通过笼110的流体流动。随着流体从流体入口104行进到图1的流体出口106，流体经由底端206进入笼110并经由开口202离开笼110。流体在进入笼110时处于相对较高的压力并且在离开笼110时处于相对较低的压力。

在图2中，开口202是具有圆形横截面的圆柱形通道。然而，开口202可以具有不同的横截面形状。例如，开口202可以具有椭圆形或矩形横截面形状。开口202具有均匀的尺寸和形状并且在笼110的表面上均匀地间隔开。在一些示例中，开口202的尺寸、形状和/或间距可以不同。开口202的数量和/或开口202的尺寸可以增加或减少，以改变笼110的流动特性和/或压力特性。

图3示出了球阀300，在该球阀300中可以实施在此公开的示例。球阀300包括球阀体301、球体302、球密封件304、耦合到球体302的轴306以及衰减器308。流体通过球阀体301从流体入口310流到流体出口312。

随着球阀300处于打开位置，流体沿方向314流过球体302的圆柱形通道313和衰减器308。衰减器308是圆顶形的并且可以沿着衰减器308的直径改变厚度。衰减器308包括图2的开口202，其跨衰减器308均匀地间隔开。在一些示例中，开口202的尺寸、形状和/或间距可以不同。衰减器308可以降低流过开口202的流体的压力和/或降低在球阀300操作期间产生的噪声。

当操作图1的球阀300和/或截止阀100从关闭位置移动到打开位置时，从上游高压区域流过来的流体与下游低压区域(例如，在图1的流体出口106和/或图3的流体出口312)处的流体(例如，静止流体)相互作用。在这样的示例中，高压流体和低压流体之间的相互作用发生在剪切层处，并且由剪切层处的相互作用引起的湍流产生噪声。在一些示例中，图1和/或图2的笼110中和衰减器308中的开口202可以改变流体的流动以减少剪切层处的湍流，从而减少产生的噪声。

图4图示了可以在图2或图3的开口202上实施的示例涡流发生器400。在图示示例中，示出了开口202的横截面图401。每个开口202延伸穿过在示例内表面402和示例外表面404之间的壁204，其中流体从内表面402流到外表面404。备选地，在一些示例中，流体可以从外表面404流到内表面402。在一些示例中，涡流发生器400可以在图3的球阀300的圆柱形通道313上实施。在一些这样的示例中，球阀300不包括衰减器308和/或开口202。

在图4中，涡流发生器400包括示例肋(例如螺旋肋、突起、细长突起)406，其被耦合到开口202。在图4中，示出了四个肋406中的两个。然而，涡流发生器400可以用任何数量的肋406来实现，优选地至少两个。在一些示例中，实施较少数量的肋406可以减少由流体和肋406之间的相互作用引起的流体的压力损失。实施较少数量的肋406还可以降低涡流发生器400的制造复杂性。

在图4图示示例中，肋406位于开口202之一的内部，而肋406的示例第一端408在壁204的外表面404处。肋406向内延伸到开口202中。肋406终止于开口202内部的第二端(例如，点、终点)410处。备选地，在一些示例中，肋406的第一端408定位在壁204的内表面402处。在这样的示例中，肋406沿示例方向418向内延伸到开口202中并且在开口202内部的第二端410处终止。

在图4图示示例中，第一端408和第二端410之间的距离大约是壁204厚度的一半，其中该距离是沿着示例纵轴线(例如，轴线)412测量的。在一些示例中，第一端408和第二端410之间的距离不超过壁204的厚度，并且跨每个肋406的距离相同。在图示示例中，每个肋406横截面414的面积在跨从第一端408到第二端410的距离上减小。

在图4图示示例中，肋406的节距在跨每个肋406上是相同的。在本文公开的示例中，节距是指螺旋轴线(例如，轴线412)行进以关于轴线412完成一圈(例如，旋转(revolution)、旋转(rotation))。在图示示例中，肋406在第一端408和第二端410之间行进大约四分之一圈(即，90度)。因此，肋406的节距大约为第一端408和第二端410之间距离(例如，壁204厚度的大约两倍)的四倍。在一些示例中，肋406的节距可以增加或减小以改变流过开口202的流体的旋转。例如，减小肋406的节距(例如，增加在给定长度内行进的转弯)增加了流体的旋转速度。类似地，增加节距(例如，减少在给定长度内行进的转弯)会降低流体的旋转速率。

在图4图示示例中，肋406之间的空间限定了示例通道416，流体可以通过该通道416。在图4中，流体沿方向418流过涡流发生器400。当流体流过通道416时，肋406使流体关于轴线412沿路径(例如，螺旋路径、弯曲路径)旋转。流体(例如，旋转流体)离开壁204并且与外表面404附近的流体(例如，静止流体)相互作用。旋转破坏了剪切层处湍流的形成，从而降低了由湍流引起的噪声。有利地，与开口202中没有肋406的已知设备相比，实施涡流发生器400的示例提供了更大的噪声降低。

图5图示了图4的示例涡流发生器400的端视图。在图5图示示例中，所示出的图4的横截面414有四个肋406。例如，涡流发生器400包括示例第一肋406A、示例第二肋406B、示例第三肋406C和示例第四肋406D。对应于每个肋406的横截面414关于图2、图3和/或图4的开口202的示例圆周502定位。肋406关于圆周502等距间隔偏移90度。例如，第二肋406B、第三肋406C和第四肋406D对应地从第一肋406A逆时针90度、180度和顺时针90度(例如，逆时针270度)定位。因此，涡流发生器400关于圆周502对称。在一些示例中，当使用不同数量的肋406时，肋406之间的偏移量可以不同，使得肋406围绕圆周502等距隔开。例如，当使用六个肋406时，肋406可以围绕圆周502间隔偏移60度。在一些示例中，偶数个肋406用于确保涡流发生器400关于圆周502对称。

在图5图示示例中，每个肋406的横截面414是具有圆形边缘的矩形。在一些示例中，可以使用横截面414的不同形状、宽度或高度。在图示示例中，圆形边缘的第一半径在横截面414的底部或外边缘504处，而第二半径在横截面414的顶部或内边缘506处。在一些示例中，外边缘504处的第一半径可以与内边缘506处的第二半径相同或不同。在本文公开的示例中，肋406的边缘(例如，外边缘504和/或内边缘506)是倒圆角，以减少对通过涡流发生器400的流体的边缘效应，进而减少流体的不希望的压力损失。

图6示出了图4和/或图5的涡流发生器400，其在图2和/或图3的开口202的不同位置处实施。在图6图示示例中，肋406的示例第一端408在壁204内部的第一点602处。肋406的示例第二端410在壁204内部的第二点604处，其中第二点604在第一点602和壁204的外表面404之间。肋406在第一端408和第二端410之间延伸。在图6图示示例中，每个肋406的横截面414的面积从第一端408到肋406的示例中点606增加，并且横截面414的面积从中点606到第二端410减小。在一些示例中，第一点602和第二点604可以在壁204的内表面402和外表面404之间沿着开口202的任何位置。

在本文所公开的示例中，图1的阀体102、图3的球阀体301和/或球体302可以实施用于提供流体通道的部件，涡流发生器400可以实施用于降低通过流体通道的噪声的部件，开口202和/或图3的圆柱形通道313可以实施用于允许流体在其中流动的部件，以及肋406可以实施用于产生流体旋转的部件。

“包括(including)”和“包括(comprising)”(及其所有形式和时态)在本文中用作开放式术语。因此，每当权利要求采用任何形式的“包括(include)”或“包括(comprise)”(例如，包括(comprises)、包括(comprises)、包括(including)、包括(comprising)、具有(having)等)作为序言或在任何类型的权利要求叙述中，应理解为在不超出相应权利要求或引用的范围的情况下，可以存在附加元素、术语等。如本文所用，当短语“至少(atleast)”用作(例如)根据权利要求的序言中的过渡术语时，它以与术语“包括(comprising)”和“包括(including)”相同的开放式结束方式开放式结束。术语“和/或”当以例如A、B和/或C的形式使用时是指A、B、C的任何组合或子集，例如(1)单独的A、(2)单独的B、(3)单独的C、(4)A与B、(5)A与C、(6)B与C、以及(7)A与B与C。如本文在描述结构、部件、项目、对象和/或事物的上下文中所用，短语“A和B中的至少一个”旨在指代包括以下各项的任一项：(1)至少一个A、(2)至少一个B以及(3)至少一个A和至少一个B。类似地，如本文在描述结构、部件、项目、对象和/或事物的上下文中所使用的，短语“A或B中的至少一个”旨在指代包括以下各项的任一项：(1)至少一个A、(2)至少一个B以及(3)至少一个A和至少一个B。如本文在描述过程、指令、动作、活动和/或步骤的性能或执行的上下文中所使用的，短语“A和B中的至少一个”旨在指代包括以下各项中的任一项：(1)至少一个A、(2)至少一个B以及(3)至少一个A和至少一个B。类似地，如本文在描述过程、指令、动作、活动和/或步骤的性能或执行的上下文中所使用的，短语“A或B中的至少一个”旨在指代包括以下各项的任一项：(1)至少一个A、(2)至少一个B和(3)至少一个A和至少一个B。

如本文所用，单数引用(例如，“一”、“一个”、“第一”、“第二”等)不排除复数。如本文所用，术语“一”或“一个”实体是指该实体的一个或多个。术语“一”(或“一个”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以互换使用。此外，虽然单独列出，但是多个装置、元件或方法动作可以由(例如)单个单元或处理器来实现。此外，虽然单独的特征可能被包括在不同的示例或权利要求中，但这些可能被组合，并且包括在不同的示例或权利要求中并不意味着特征的组合是不可行的和/或不利的。

从上文可以理解，已经公开了示例方法、装置和制品，其产生流过开口的流体的涡流以破坏开口出口处湍流的形成，并且因此减少在阀门操作期间产生的噪声。

本文公开了用于减少阀中的噪声的示例方法、装置、系统和制品。另外的示例及其组合包括以下：

示例1包括一种阀，该阀包括：包括流体通道的阀体和位于流体通道中的笼，笼包括具有开口的壁，流体通过开口从壁的内表面流到壁的外表面，每个开口包括对应的肋，肋沿着每个开口的长度遵循螺旋路径以引起流过开口的流体的旋转。

示例2包括示例1的阀，其中每个开口是圆柱形的并且具有圆形横截面。

示例3包括示例1的阀，其中螺旋路径沿着壁的外表面和开口内部的点之间的开口的长度延伸，壁的外表面和该点之间的距离小于壁的厚度。

示例4包括示例3的阀，其中每个肋的横截面面积跨距离减小。

示例5包括示例4的阀，其中每个肋的横截面是矩形的。

示例6包括示例1的阀，其中每个肋包括沿顶部边缘的第一半径和沿底部边缘的第二半径。

示例7包括示例1的阀，其中每个开口的肋围绕开口的圆周等距间隔开。

示例8包括笼，其将被定位在阀的流体通道中，该笼包括具有开口的壁，流体通过开口从壁的内表面流到壁的外表面，每个开口包括对应的细长突起，突起沿着每个开口的长度遵循弯曲路径以引起流过开口的流体的旋转。

示例9包括示例8的笼，其中每个开口具有圆形横截面。

示例10包括示例8的笼，其中弯曲路径沿着开口的长度在壁的外表面之间的延伸小于壁的厚度的距离。

示例11包括示例10的笼，其中每个突起的面积跨距离减小。

示例12包括示例11的笼，其中每个突起的横截面是矩形的。

示例13包括示例8的笼，其中每个突出包括沿顶部边缘的第一半径和沿底部边缘的第二半径。

示例14包括示例8的笼，其中每个开口的突起关于开口的圆周间隔开。

示例15包括一种装置，该装置包括：用于提供流体通道的部件，以及用于允许流体在其中流动的部件，用于允许流体流动的部件包括：用于降低通过流体通道的噪声的部件，每个用于降低噪声的部件包括对应的用于产生流体旋转的部件。

示例16包括示例15的装置，其中用于允许流体流动的每个部件是圆柱形的并且具有圆形横截面。

示例17包括示例15的装置，其中每个用于产生流体旋转的部件沿着用于允许流体流动的部件的长度在用于允许流体流动的部件的外表面和内部的点之间延伸，外表面和该点之间的距离小于允许流体流动的部件的厚度。

示例18包括示例17的装置，其中每个用于产生流体旋转的部件的横截面面积跨距离减小。

示例19包括示例18的装置，其中每个用于产生流体旋转的部件的横截面是矩形的。

示例20包括示例15的装置，其中用于产生流体旋转的部件关于用于允许流体流动的部件的圆周等距间隔。

尽管本文公开了某些示例方法、装置和制品，但本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利涵盖了完全落入本专利权利要求范围内的所有方法、装置和制品。

以下权利要求特此通过引用并入本详细说明，每个权利要求独立作为本公开的单独实施例。

Claims (20)

1.一种阀，包括：

阀体，包括流体通道；以及

笼，定位在所述流体通道中，所述笼包括具有开口的壁，流体通过所述开口从所述壁的内表面流到所述壁的外表面，所述开口中的每个开口包括对应的肋，所述肋沿着每个开口的长度遵循螺旋路径以引起流过所述开口的流体的旋转。

2.根据权利要求1所述的阀，其中，每个开口是圆柱形的，并且具有圆形横截面。

3.根据权利要求1所述的阀，其中，所述螺旋路径沿着所述开口的长度在所述壁的外表面和所述开口内部的点之间延伸，所述壁的外表面和所述点之间的距离小于所述壁的厚度。

4.根据权利要求3所述的阀，其中，每个肋的横截面面积跨所述距离减小。

5.根据权利要求4所述的阀，其中，每个肋的横截面是矩形的。

6.根据权利要求1所述的阀，其中，每个肋包括沿顶部边缘的第一半径和沿底部边缘的第二半径。

7.根据权利要求1所述的阀，其中每个开口的所述肋关于所述开口的圆周等距间隔。

8.一种定位在阀的流体通道中的笼，所述笼包括：

具有开口的壁，流体通过所述开口从所述壁的内表面流到所述壁的外表面，每个所述开口包括对应的细长突起，所述突起沿着每个开口的长度遵循弯曲路径以引起流过所述开口的流体的旋转。

9.根据权利要求8所述的笼，其中，每个开口具有圆形横截面。

10.根据权利要求8所述的笼，其中，所述弯曲路径沿着所述开口的长度在所述壁的外表面之间的延伸小于所述壁的厚度的距离。

11.根据权利要求10所述的笼，其中，每个突起的面积跨所述距离减小。

12.根据权利要求11所述的笼，其中，每个突起的横截面是矩形的。

13.根据权利要求8所述的笼，其中，每个突出包括沿顶部边缘的第一半径和沿底部边缘的第二半径。

14.根据权利要求8所述的笼，其中，每个开口的所述突起关于所述开口的圆周间隔开。

15.一种装置，包括：

用于提供流体通道的部件；以及

用于允许流体在其中流动的部件，用于允许流体流动的所述部件包括用于降低通过所述流体通道的噪声的部件，用于降低噪声的所述部件中每个部件包括对应的用于产生流体旋转的部件。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，每个用于允许流体流动的部件是圆柱形的，并且具有圆形横截面。

17.根据权利要求15所述的装置，其中，每个用于产生流体旋转的部件沿着所述用于允许流体流动的部件的长度在所述用于允许流体流动的部件的外表面和内部的点之间延伸，所述外表面和所述点之间的距离小于所述用于允许流体流动的部件的厚度。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，每个用于产生流体旋转的部件的横截面面积跨所述距离减小。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，每个用于产生流体旋转的部件的横截面是矩形。

20.根据权利要求15所述的装置，其中，所述用于产生流体旋转的部件关于所述用于允许流体流动的部件的圆周等距间隔。

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