CN1289394A - 具有线性流动特性的流体减压装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有层叠圆盘(32,34)的流体减压装置。具有输入阶段槽(40)和输出阶段槽(42)的流动圆盘(32)与具有通风槽(44)和旁路槽(54)的通风圆盘(34)交替设置。该旁路槽与输入阶段槽对齐,因而当使用在流量控制阀中、且阀流量控制件露出了大部分层叠圆盘的流量输入口的情况下,流量以大致线性的方式持续增加。

Description

具有线性流动特性的流体减压装置
本申请是以于1998年1月28递交的、申请号为60/072,836的临时申请作为在先申请的。
本发明涉及流体能量耗散装置，尤其涉及一种对气流具有低声学转换率的流体减压装置以及对液流具有抗气穴能力因而具有低噪声特性的装置。
                    发明背景
在例如油和气体管道系统以及化学加工等工业生产的流体控制中，经常需要对流体减压。通常采用例如流量控制阀和流体调节器之类的可调限流装置以及例如扩散器、消声器和其它背压装置之类的其它固定流体限制装置来实现此目的。流体控制阀和/或特定场合下的其它流体限制装置的目的是控制流速或其它过程变量，但是该限制会产生一种作为其流体控制功能之副产品的减压现象。
目前，可从市场上买到包含有阀调整件(trim)的流体控制阀，该阀调整件采用形成流体减压装置的层叠圆盘的形式。在具有此类滑动柱流体控制阀的情况下，较理想的是，随着阀的打开，流量以大致线性的方式连续增加。在一种采用具有层叠圆盘的阀笼形式的所推荐的阀调整件中，交替设置两种不同的圆盘。在这种结构中，第一流动圆盘具有与通风(plenum)圆盘中的通风槽相配合的输入和输出槽，以使每一个其它的圆盘不具有当阀的流体控制件通过层叠圆盘从闭合位置移至打开位置时、允许流体流过的输入口。因此，就会在针对这些已有的阀调整件层叠圆盘结构的流量特性中形成一种“阶梯状”效应，而不是所需的、流量随着阀的打开大致线性增加的特性。
                    发明概述
根据本发明的原理，本发明提供了一种采用层叠圆盘结构的流体减压装置，其中随着流量控制件露出大部分层叠圆盘的流量输入口，流量以大致线性的方式持续增加。
在本发明的流体减压装置中，提供了一种包含有交替设置的通风圆盘和流动圆盘的多个层叠圆盘。每一个流动圆盘包含有环绕圆盘的空心中心部延伸的流体输入槽和环绕流动圆盘的周边部延伸的流体输出槽。每一个通风圆盘包含有位于通风圆盘内、且相对流动圆盘在层叠圆盘组件内设置成与相邻的流动圆盘中的输入槽和输出槽流体相通的通风槽。每一个通风圆盘还包含有一空心中心部，其中环绕圆盘的内腔设有旁路槽。每一条旁路槽与下一个流动圆盘中的流体输入槽对齐，以使流体能连续地流入到通风槽内、并接着通过输出槽流出层叠圆盘，由此消除了流量中的“死区”地带。
旁路槽的尺寸大小和形状是可改变的。拱形可将由过程压力所产生的应力减至最小，当然，旁路槽还可采用任何一种可使流体流到下一个流动圆盘中的输入槽的形状。旁路槽的尺寸大小(面积)是可改变的，并且应当最优化，以便获得最线性化的流量特性。但是，倘若旁路槽作得过大，则由于这样将会使下一个输入槽上出现过多的流量，因此“阶梯状”效应又将重现。
在采用本发明的最初的原型中，旁路槽被设计成利用在下一个流动圆盘的输入槽的最小的开口中的面积的50％～60％。某些工艺和应用可能需要其它的流动特性，例如等百分比流动特性，其中存在着少量的流量朝着流体控制件的底部行进，进而随着阀的进一步打开，流量按指数律增加。这可通过控制流动圆盘中的输入和输出槽的数量来得以实现。在等百分比流动特性的情况下，流动圆盘中槽的数量在阀笼组件的底部是较少的，在其中部开始增加，而在组件的顶部时则具有所有数量的槽。可用公式来表示此项技术，以获得针对不同的工艺要求所必需的面积量。旁路槽将再次消除“阶梯形”效应，并产生更为线性的流动特性曲线。在这种布置中，在阀笼组件中存在着明确的顶部和底部。然而，可在通风圆盘中采用所有数量的旁路槽，并且当它们必须位于流动圆盘上时，也无须增加其数量。多余的旁路槽将成为“死端”，并且使流量无法流出阀笼组件。
在本发明的另一种实施例中，在通风圆盘上设有多条旁路槽，其中第一组旁路槽位于通风圆盘上，并且与紧挨于通风圆盘上方的流动圆盘中的输入槽对齐。另外，该通风圆盘包含有与紧挨于该通风圆盘下方的流动圆盘中的输入槽对齐的第二组旁路槽。该实施例提供了这样一个优点，即流动特性的线性化改进将与位于阀笼内的层叠与打破顶部/底部定向无关。这样的话，由于此时阀笼内的层叠圆盘的顶部至底部是对称的，因此就无须再于组装期间保持阀笼的特殊定向。另外，可设置槽来消除涉及通风圆盘的任何特殊定向。可将它们设计成：在通风圆盘上始终存在着直接位于流动圆盘上的输入槽下方的旁路槽，而与流动圆盘或通风圆盘的定向无关。
在又一种实施例中，旁路槽可被简化成一条横跨通风圆盘的整个内径、且与处于该通风圆盘上方和下方的流动圆盘中的输入槽流体相通的连续的槽。这样就能提供有助于流动特性的线性化改进的旁路流动，同时还消除了以往制造中的定向问题。然而，由于所采用的、相对于输入槽面积的旁路槽的面积大小会直接影响到上述特性改进的效能，因而此项技术须要极其严密的控制。
                    附图简介
在所附的权利要求中特别对本发明的新颖特征进行了阐述。通过参阅下文中结合附图所作的描述可最好地理解本发明，其中，各图中相同的标号表示相同的要素，在这些附图中：
图1是一种包含有阀调整件的流体控制阀的侧视图，其中该阀调整件采用了形成本发明流体减压装置的层叠圆盘的形式；
图2是一种流动圆盘的平面图，其中该流动圆盘是图1所示的层叠圆盘中的其中一种交替圆盘；
图3是一种通风圆盘的平面图，其中该通风圆盘是图1所示的层叠圆盘中的另一种交替圆盘；
图4是由四个圆盘层叠成图1所示的层叠圆盘的立体图，其中图2所示的流动圆盘与图3所示的通风圆盘交替设置；以及
图5是具有另一种实施例的通风圆盘的分解图，其中该通风圆盘具有附设的旁路槽，以便提供一种对称的圆盘层叠结构。
                    详述
现在请参阅图1，图中示出的是根据本发明原理所构筑的一种流体减压装置，该装置采用具有多个层叠圆盘的、并安装在流体控制阀12内的阀笼10的形式。该流体控制阀12包括阀体14，该阀体包含有流体入口16、流体出口18和穿过该阀体的连接通道20。
座圈22安装在阀体通道20内，它与阀操作件24协同工作，用以控制流入和流出阀笼10的流体流量。阀笼10可以借助诸如以已知方式与阀的阀罩部分相接合的阀笼保持件26和安装螺栓28之类的传统安装装置保持在阀内。位于阀笼10的外侧上的一系列焊缝30将诸圆盘牢固地保持在一组合式层叠体中，在本发明所构筑的一较佳实施例中，在每一个独立的圆盘上均涂有一层镍。这些涂镍圆盘被组装成一层叠体，该层叠体放置在一装置中，并经受适当的叠加负载和温度以使各个独立的涂镍圆盘彼此熔合。对于较大的圆盘而言，可利用一系列螺栓或其它类型的机械紧固件来牢固地保持层叠圆盘组件。
阀笼10包含有多个层叠圆盘，这些圆盘构成一种由图2所示的流动圆盘32和图3所示的通风圆盘34交替构成的圆盘结构。该流动圆盘32包含有一空心中心部36和一环形周边部38。多条流体输入槽40分别自圆盘的中心部36向圆盘的周边部38局部延伸。多条流体输出槽42分别自圆盘的周边部38向圆盘的中心部36局部延伸。
在图3所示的通风圆盘34上设有整个地在圆盘内、在圆盘的空心中心部46与圆盘周边部48之间延伸的一条或多条通风槽44。每一条通风槽44在接近空心中心部46的圆盘内侧部分50与终止于圆盘周边部48的圆盘外侧部分52之间延伸。
每一个通风圆盘34还包含有多个旁路槽54，这些旁路槽位于圆盘内侧部分50内、且邻接空心中心部46。每一条旁路槽54自空心中心部46在圆盘内侧部分50内向圆盘外侧部分52延伸。
现在请参阅图4，图中示出的是由四个圆盘层叠而成的一层叠体的立体图，其中该层叠体自其底部至顶部具有流动圆盘32a、通风圆盘34a、流动圆盘32b和通风圆盘34b。在图4所示的圆盘层叠结构中，流动圆盘32相对通风圆盘34设置成：使流动圆盘32中的每一条流体输入槽40与相邻的通风圆盘34中的通风槽44流体相通。同样，通风圆盘34中的每一条通风槽44与相邻的流动圆盘32中的多条流体输出槽42相通。于是，流体可从图4中所示的层叠圆盘的中心部56通过流动圆盘32中的流体输入槽40流向相邻的通风圆盘34中的通风槽44以及流动圆盘中的多个流体输出槽42。因此，流体的流动路径被分成为两个最初的轴向方向，接着分到具有多个径向流动方向的多条通风槽44内，然后分布到其中至少一个流动圆盘32中的多条输出槽42中。
另外，从图4中可以看到，每一条旁路槽54与下一个相邻的流动圆盘32中的输入槽40对齐。在图4中，例如，通风圆盘34a中的旁路槽54a与下一个相邻的流动圆盘32b中的输入槽40b对齐。因此，流体还可从图4中所示的圆盘层叠结构的中心部通过旁路槽54a流入到输入槽40b内，接着又流入到上述流体相通的通风槽和多条输出槽之中。
采用与相应的输入槽40对齐的旁路槽54往往会使阀调整件10的流量特性平滑或线性化。这样就将对包含有如图2和3所示的流动圆盘和通风圆盘结构(但不含有旁路槽54)的已有的阀调整件的打开有影响的“阶梯状”流量减至最小。
在图5所示的分解图中，每一个流动圆盘32与图2中所示的流动圆盘32相同。应当注意的是，最顶部以及最底部的流动圆盘32被标记为B，而置于中间的流动圆盘32则被标记为A。每一个通风圆盘57与图3中所示的通风圆盘34相似，只是该通风圆盘57还包含有与旁路槽54交替设置的第二组旁路槽58。为方便起见，在图5中，将旁路槽54标记为A，而将旁路槽58标记为B。
旁路槽54被设置成与紧挨于上方的流动圆盘32的输入槽40的底部对齐。同样，附设的旁路槽58则与紧挨于通风圆盘57下方流动圆盘32的输入槽40的顶部对齐。于是，为便于图示，通风圆盘57中的、标记为A的旁路槽54与标记为A的流动圆盘32的输入槽40对齐。同样，标记为B的旁路槽58与标记为B的流动圆盘32的输入槽40对齐。于是，通风圆盘57中的旁路槽同时位于流动圆盘32的输入槽的上方和下方。这样便于层叠圆盘的制造，以及圆盘在阀笼结构中的组装和定向。
或者，可将旁路槽54和58简化为一条环形旁路槽，该槽使通风圆盘的整个内径扩大，以使该环形槽同时位于相邻的流动圆盘的输入槽的上方和下方。
要意识到的是，本发明的旁路槽特点可与其它不同于本文中所述的第一圆盘中的输入/输出槽和第二圆盘中的通风槽的圆盘结构一起使用。例如，具有输入通道的第一圆盘和具有交叠的输出通道的第二圆盘可含有根据本发明的原理所构筑的第二圆盘中的旁路槽。
应当理解，以上的描述仅仅是为了便于理解，并无任何不必要的限制，对本技术领域中的熟练技术人员而言，在此基础上的变型是很显然的。

Claims (5)

1．一种流体减压装置，它包括：
顺着纵轴排列的、具有周边部和空心中心部的多个层叠圆盘；
所述层叠圆盘包含有交替设置的第一和第二圆盘；
所述第一圆盘具有(a)自圆盘中心部向圆盘周边部局部延伸的流体输入阶段槽，和(b)自圆盘周边部向圆盘中心部局部延伸的流体输出阶段槽；
所述第二圆盘具有(c)至少一条延伸穿过所述圆盘的通风槽，和(d)自圆盘中心部向圆盘周边部局部延伸、且与相邻的第一圆盘中的所述流体输入阶段槽对齐的旁路槽；以及
所述诸圆盘可选择地设置在所述层叠体中，以使流体从所述圆盘中心部流向一个圆盘中的所述流体输入阶段槽，并从相邻的第二圆盘中的所述旁路槽流向所述一个圆盘中的所述流体输入阶段槽，接着又流向相邻圆盘中的所述通风槽以及至少所述一个圆盘中的所述流体输出阶段槽，其中，所述流体的流动路径被分成为两个最初的轴向方向，接着分到有着多个径向流动方向的所述诸通风槽内，然后分布到至少所述一个圆盘中的多条输出阶段槽中。
2．如权利要求1所述的流体减压装置，其特征在于，所述旁路槽与位于所述第二圆盘的相对侧上的相应的所述相邻的第一圆盘的输入阶段槽对齐。
3．如权利要求1所述的流体减压装置，其特征在于，所述旁路槽各自形成为半月形的轮廓。
4．一种流体减压装置，它包括：
顺着纵轴排列的、具有周边部和空心中心部的多个层叠圆盘；
所述层叠圆盘包含有交替设置的流动圆盘和通风圆盘；
所述流动圆盘具有(a)自流动圆盘中心部向流动圆盘周边部局部延伸的流体输入阶段槽，和(b)自流动圆盘周边部向流动圆盘中心部局部延伸的流体输出阶段槽；
所述通风圆盘具有(c)至少一条延伸穿过所述通风圆盘的通风槽，和(d)自通风圆盘中心部向通风圆盘周边部局部延伸、且与位于所述通风圆盘的相对侧上的相应的所述相邻的流动圆盘中的所述流体输入阶段槽对齐的旁路槽；以及
所述诸圆盘可选择地设置在所述层叠体中，以使流体从所述圆盘中心部流向一个流动圆盘中的所述流体输入阶段槽，并从相邻的通风圆盘中的所述旁路槽流向位于所述一个流动圆盘中、且位于所述通风圆盘的相对侧上的相应的所述相邻的流动圆盘中的所述流体输入阶段槽，接着又流向相邻圆盘中的所述通风槽以及至少所述一个圆盘中的所述流体输出阶段槽，其中，所述流体的流动路径被分成为两个最初的轴向方向，接着分到有着多个径向流动方向的所述诸通风槽内，然后分布到至少所述一个圆盘中的多条输出阶段槽中。
5．如权利要求4所述的流体减压装置，其特征在于，所述旁路槽形成为半月形的轮廓。
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