CN1912435A - 流体阀内件设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制流体的噪音降低设备和方法，其包括：彼此叠置的多个盘，每个盘都具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少一些盘上，并从内周边延伸到外周边。一个或一个以上消音材料元件设置成横跨至少其中一些流体流动通道，以便使流过通道的流体流过吸声材料。做为选择，多个吸声薄片设置在相邻盘之间，并相对于相邻盘的流动通道，形成流动通道的各自的壁。

Description

流体阀内件设备和方法
技术领域
[0001]一般来说，本发明涉及流体控制和声学领域，尤其涉及能够用作降低流体压力、控制流体速度和/或降低在阀操作和流体控制操作中由流体速度产生的噪声的控制阀和/或降噪器的装置和方法。本发明因而涉及阀、阀内件和/或流量控制器中的噪声控制。
背景技术
[0002]在工业及其它场合有大量的应用需要在某种气动或液压系统内控制的流体。这些流体制系统通常包括阀，所述阀可调节流量，不但从开/关两点上调节，而且还提供中间流量调制。特别是，众所周知，流量控制装置用于高压的条件下，其典型地包括阀内件，所述阀内件是一种流量限制器。阀内件能够提供几个优点，尤其是在高压的情况下。
[0003]典型的阀内件包括单个节流口，在该节流口中，压力减少是单级压降的。虽然本发明可应用于可压缩和不可压缩两种流体的流动，但是阀噪声的主要来源是在可压缩流体系统中的气体动力噪声。气体动力噪声是由于在由减速、扩张或冲击引起的湍流中具有雷诺应力或剪切力所产生的。控制阀中噪声产生的主要区域是紧临收缩断面的下游的恢复区域，在这里，流场的特点在于剧烈混合和湍流。
[0004]降低阀产生的噪声的最好方法是从阀内件这个源头上降低噪声。对于流体控制系统中的噪声降低来说，叠盘技术已经表现出优于标准单级阀内件的若干优点。叠盘技术表现出的一个优点是使用了多路流动几何的设计，其中，流量被细分为许多小的通路。多个小流动通路的出口处的流体能量比等面积的单个大流动通路的出口处的流体能量小得多。众所周知，多路阀内件设计产生的噪声级达到15dBA，低于标准阀内件。另一个优点是这些流动通路配置成具有多级压降。这减少了湍流和各级的能量释放，降低了总体产生的噪声。叠盘阀还控制流体速度，而流体速度是所有流体系统中的噪声发生器，所述叠盘阀典型地具有扩张流动通路，该扩张流动通路用于降低速度和允许流体扩张。
[0005]用于逐步减少压力的叠盘阀内件的特征是，有益于允许阀在打开、关闭和中间流量位置之间移动，不会使整个系统受到过度冲击。已知的阀内件的另一个好处是，它们可以在流体控制系统内提供的噪声衰减。已经证明，通过在阀内件面积上多级减少流体压力，阀内件在降低噪声方面是非常有效的。
[0006]形成流体通路的几何形状可采用各式各样的构造。单个的盘被组装以形成所谓的“叠盘”阀内件，其中，设置流体限制器与阀连接在一起。在形式的一种配置中，具有多个回旋状的径向流体通路的叠盘设置有一控制元件，所述控制元件以流体限制器或插塞的形式可动地设置在叠盘中心内。流体限制器或插塞在叠盘内部移动，以暴露更多或更少数量的流体通路，由此控制流体流动的量。除形成较少的阀产生噪声之外，这样的叠盘还能够提供抑制流中存在的噪声的好处。除了利用与阀本身连接在一起的叠盘外，叠盘还被用作置于控制阀的下游或置于要求以静止的方式降低流体压力的管线的端部的消声器。
[0007]在工业中存在许多已知的叠盘技术的配置。通常，在这些装置中，回旋状的流动通路是形成为实质上弯曲的单个盘中的一系列的径向凹槽。多个多路、多级的盘在彼此的顶部叠置在一起，形成圆柱形状的叠盘。如上所述，可通过可动地设置在多层盘的中心的插塞来阻塞或暴露盘中的通路。因为通路是弯曲的，其中，它们提供了多个障碍、直角转弯、流动通路中的扩张以及形成摩擦阻力的相当长的总体流动通路，从而，以控制流体的速度的方式降低了流体穿过该通路时的压力。因为高速流体可能是噪声产生的一个来源，所以速度上的降低减小了噪声，如果与使用单个节流口的情况相比，流体也可以以更低的速度从阀内件排出，从而允许阀内件提供比单个节流口安静的工作。
[0008]尽管已经证明上文描述的噪声降低系统是非常成功的，但是，所希望的是具有比已知的叠盘提供的噪声更低的噪声产生性能。因此，在本技术领域，需要声音衰减装置和方法，其能够在某些应用上提供更高的性能和/或提供制造和使用的方便。
发明内容
[0009]在很大程度上，通过本发明来满足前述的需要，其中，在一个方面，在一些实施例中，提供了一种设备，该设备提供了更高的降噪衰减和/或压降或其他好处。
[0010]依照本发明的一个实施例，一种用于控制流体的减压设备，其包括：彼此叠置的多个盘，每个盘具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少其中一些盘上，并从内周边延伸到外周边；以及一个或一个以上的消音材料元件，所述消音材料元件设置在叠盘中，横跨至少一些流体流动通道，以便流过通道的流体流过吸声材料。
[0011]依照本发明的另一个实施例，一种用于控制流体的减压设备，其包括：彼此叠置的多个相邻盘，每个盘具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少其中一些盘上，并从内周边延伸到外周边；以及多个吸声薄片，所述吸声薄片设置在至少一些相邻盘之间，并相对于相邻盘的流动通道，形成至少一部分流动通道的各自的壁。
[0012]依照本发明的又另一个实施例，一种用于控制流体的减压设备，其包括：彼此叠置的多个盘，每个盘具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少其中一些盘上，并从内周边延伸到外周边；以及消音装置，所述消音装置设置在叠盘中，横跨至少一些流体流动通道，以便流过通道的流体流过吸声材料。
[0013]依照本发明的又一个实施例，一种用于控制流体的减压设备，其包括：彼此叠置的多个相邻盘，每个盘具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少其中一些盘上，并从内周边延伸到外周边；以及吸声装置，所述吸声装置设置在至少一些相邻盘之间，并相对于相邻盘的流动通道，形成至少一部分流动通道的各自的壁。
[0014]依照本发明的另一个实施例，一种用于控制流体的减压方法，其包括：提供彼此叠置的多个盘，每个盘具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少一些盘上，并从内周边延伸到外周边；以及将一个或一个以上消音材料元件插入叠盘中，所述叠盘设置成横跨至少一些流体流动通道，以便流过通道的流体流过吸声材料。
[0015]依照本发明的另一个实施例，一种用于控制流体的减压方法，其包括：提供彼此叠置的多个相邻盘，每个盘具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少其中一些盘上，并从内周边延伸到外周边；以及将多个吸声薄片插入相邻盘之间，并相对于相邻盘的流动通道，形成至少一部分流动通道的各自的壁。
[0016]因此这里已经更加宽泛地概述了本发明的某些实施例，目的在于在此可以更好地理解详细说明书，以及目的在于可以更好地领会本发明对本技术领域作出的贡献。当然本发明还存在另外的实施例，它们将在下文描述，它们将形成附带于此的权利要求书的主题。
[0017]在这方面，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明在应用上并不局限于构造细节以及在下面的说明书所阐明和在附图中所示的部件的配置。本发明可以是除所述的实施例之外并用各种方式可实践和实施的各个实施例。也应当理解，在此以及摘要所采用的措辞和术语都是为了说明的目的，不应该被认为是限制。
[0018]同样，本领域技术人员应当知道，本发明基于的构思可以很容易地被利用作为用于实现本发明的几个目的的其他结构、方法和系统的设计基础。所以，重要的是，权利要求书被认为包括了在没有脱离本发明的精神和范围的情况下的等同构造。
附图说明
[0019]图1是依照本发明的第一优选实施例的叠盘的平面剖视图。
[0020]图2是图1中以线2-2剖取的截面图，其还图示出了阀塞以及图1中看不到的顶板。
[0021]图3是本发明的第二实施例的剖视图。
[0022]图4是使用叠盘的阀的截面图。
具体实施方式
[0023]本发明提供了用于在流体控制系统中降低噪音和/或提供压降的改进的设备和方法，其可以在有或没有与之相连的阀塞配置的情况下使用。现在参照附图将描述本发明的优选实施例，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的部件。
[0024]在图1和图2所示的第一实施例中，显示了叠盘类型的流体控制阀和/或阀内件10。图1显示了第一盘12的顶部平面剖视图。盘12具有弯曲的流动通道，也被称为弯曲的流动通路，在图中标记为14、16或18。通路14、16或18显示了典型流动通路的不同例子。在优选实施例中，盘的整个圆周周围，通常利用一种或其他几种类型的弯曲通路14、16或18。在2000年12月19日公布的、标题为“高能损失流体控制装置”的美国专利No.6,161,584中显示了适当的弯曲通路级的另一个例子，其披露的全部内容在此一并作为参考。
[0025]换句话说，为了方便起见，所示的实施例12显示了三个不同示例性类型的通路14、16或18。有些实施例使用了如所示的不同类型的通路，而其他的实施例可能仅仅使用所示类型的通路之一，或者使用任何其他的弯曲通路。举例来说，通路14的类型是相对直的径向通道，其具有随径向向外移动而扩张的横截面。通路16的类型提供了引入单个收集点的四个流体转弯或压降级，然后，分成在单个出口汇合的另外两个通路。通路18的类型各具有第一径向部分，所述第一径向部分绕中心块移动，然后向外延伸到导向一出口的转向通路，也提供了四个流体转弯。
[0026]如14、16或18的通路可以以各种方式设置。在一个实施例中，通路部分地切入盘的深度内，这样，多个盘可以在彼此的顶部叠置，并在其间形成通路。
[0027]通路14、16和18从形成盘的径向内边缘的中心孔或钻孔20(其可以由可动插塞22(见图2)阻塞)导向盘的径向外圆周24。
[0028]本发明一些优选实施例的特点是在叠盘中添加了吸声材料插件50。在图1和图2所示的例子中，多个噪声降低阀插件50已经被放入所示的结构中。插件50设置在叠盘中的轴向延伸的弯曲狭槽中，以致使全部流体在其流过盘的同时必须流过其中一个插件50。用于插件50的适当吸声材料的例子包括，例如编织丝网或金属泡沫。材料的另一个例子是烧结金属。其他的多孔材料也是适用的。
[0029]应当明白，借助于放置的吸声材料50，流体不但经过由通道14、16或18形成的弯曲的、回旋状的或其他特殊设计的通路，例如，而且还流过吸声材料50。在有些实施例中，吸声材料50还在某种程度上互连其中一个盘内部的一些相邻通路，以及在有些实施例中，其还在某种程度上轴向地连接了不同叠盘之间的多个通路。这提供了流动通路的进一步的复杂性和/或通路之间的压力平衡，可进一步减少噪声。
[0030]在图1所示的实施例中，可以看到，提供了多个基本上C型形状的圆柱形断面消音材料区域50。可以以任何所希望的形式改变这些区域的数量和间距。例如，可提供连续的圆筒环形的吸声材料，所述吸声材料径向设在具有不同的内径和外径的两个金属通路盘之间。另一方面，可提供很多的同心单体消音材料环，或局部环。此外，虽然在图1所示的实施例中，各弯曲通路只与一个消音层50相交，但是，应当明白，沿各弯曲通路可以使用大量的消音层。在有些实施例，还可能存在不与消音插塞50相互作用的通路。
[0031]图3显示了本发明的替换实施例。图3显示了两个盘112，其各具有部分地切入其深处的弯曲通路114。环形吸声材料150存在于所示的各个盘112的底表面的通道中。应当明白，各弯曲通路114由此作为包围吸声材料150表面的顶部的一部分。吸声材料150可以从已经确定为适于用作第一实施例中的吸声材料50的所有材料中选择。
[0032]换句话说，在图3的实施例中，至少一部分弯曲通路的一个壁由吸声材料150提供。在这个实施例中，流体不需要像在第一个实施例中一样流过吸声材料，然而流体沿吸声材料流动，由此当声能通过材料并消散在材料内部时，抑制噪声。例如，在编织丝网用作材料150的情况下，声能引起线摆动，将声能转换为热能，由此降低噪音。
[0033]在图3的实施例中，吸声材料150以薄片的形式插入凹槽中，所述凹槽形成在各个盘的底表面上，并与在盘之间捕集的流型的一侧相对。做为选择，吸声盘150可以具有盘112的全部直径，这样，盘150可以在通道中没有残留的情况下更换为盘112。
[0034]因此，本发明的一些实施例通过利用两种不同的结构特征和工作特征降低噪声。第一特征是在多个叠盘设计中内在地提供了多路多压降、速度控制流动通路，其具有降低噪声的效果。由于各流动通路和压降被认为是一种噪声源，所以，通过形成多个低能量噪声源来替代一个高能量噪声源，导致较少的湍流和较低的噪声。利用许多小流动通道还具有在产生噪声的流体中或产生噪声的阀中致使频率平移的效果，其有利于使穿过管壁的频率传递损失更大。
[0035]本发明的优选实施例还利用了使用噪声抑制材料的第二特征，例如网格材料、纤维材料、泡沫材料或者其他多孔材料，以抑制噪声。例如编织丝网或金属泡沫的材料，当流体必定流过或沿其流动时，其可以有效地降低噪音，充当一种声音屏障。流体被分成小的流，与在没有另外的吸声材料的情况下由叠盘流动通路提供的限制和速度相比，能够产生更大的限制和更大的速度降低。
[0036]在图1和图2所示的例子中，一个或一个以上的吸声元件50被插入由盘12形成的叠盘中。每个盘12具有部分地成形在盘12的一部分中的流型14、16或18，并具有贯穿盘的中心孔20，这样，当盘堆叠在一起时，吸声材料元件50可以基本上沿叠盘的长度插入所有盘12。对于可压缩流体，流动通常在从叠盘的内周边20到外周边24的方向上。就阀内件而言，当插塞22撤回，并且盘暴露时，流体将被细分成若干个流动通道14、16或18。在流体到达外周边24之前，流体被迫通过吸声元件50。因为只有预定数量的孔暴露在盘12的内周边24上，所以，当流体轴向、径向和/或周向流过元件50时，流体通过阀内件外部周围的多个孔排出阀内件，由此确保流体速度是低的。在有些实施例中，利用在叠盘和吸声技术两者之间存在的降噪特性，很明显地降低了噪声。
[0037]叠盘具有端盖30和32(见图2)，以防止流体流出端部。在该实施例的优选的一个任选特征中，叠盘可以制成使吸声元件50可拆卸的构造，以用于它们被碎屑堵塞时的清洗或更换。也就是说，可以拆卸一个或两个端盖30和32，使吸声元件50滑出，用于清洗或更换。这在有些应用中能够提供优点，因为吸声元件50还可以提供某些程度的过滤、颗粒去除，或者如果需要，可清除碎屑。
[0038]虽然可以选择吸声材料50来降低噪声，但是，做为选择可以根据它的过滤或其他性能、例如仅仅根据压降来选择材料。
[0039]可拆卸类型的吸声元件50的另一个好处是，可更换不同的材料或不同类型的吸声元件，以用于不同应用。也就是说，可以通过选择吸声材料的适当的网目尺寸、多孔性等等来调节给定叠盘的总压降和降噪特性以及过滤能力、阻塞阻力、材料可混用性、使用寿命等等。
[0040]转到图3的实施例，应当明白，多个吸声材料薄片150捕集在一起，每个分别被捕集在一对相邻的盘112之间。流体流过在盘112表面形成的通道114，利用由叠盘流动通路提供的速度控制方法，降低了噪声。此外，通过在至少一部分流动通路的一个表面上设有吸声材料150，也进一步降低了噪声。伴随而来的声能波至少在某种程度上由薄片材料150吸收，所述薄片材料150提供了对在通过叠盘的通路的减压过程中产生的任何噪声的阻尼效应。吸声材料的表面也可以至少在某种程度上是粗糙的，在这种情况下，其会增加流动通路的摩擦阻力，有助于控制流体的速度。
[0041]图4是阀系统100的截面图，所述阀系统100包括阀体102，所述阀体102具有导向流动通道106的入口104。在叠盘下部的入口区域108向上通向多个叠置的盘12内。在该附图的中心线的左边，显示的是在下降或关闭位置的插塞22，因此，流体不能到达盘12中的通路。在该位置，阀100是关闭的。在图4的中心线的右边，所示的是在完全提升位置的插塞22，盘12的周边是看得见的。流体向上流动穿过入口108和各个盘12中的弯曲通路，由此能够排入流动区域110，并从出口112排出。所示的阀杆114用于在打开和关闭位置之间上下移动插塞22。
[0042]从详细的说明书中，本发明的许多特征和优点是很明显的，因此，附带的权利要求书企图覆盖落入本发明的纯粹的精神和范围中的本发明的所有特点和优点。此外，因为对本领域技术人员来说，很容易进行许多修改和变化，所以，不希望将本发明限制为所示和所述的具体构造和操作，因此，可能采取的所有适当的修改和等同物都落入本发明的范围内。

Claims (22)

1.一种用于控制流体的减压设备，所述减压设备包括：
彼此叠置的多个盘，每个盘都具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少其中一些盘上，并从内周边延伸到外周边；和
一个或一个以上消音材料元件，其设置在叠盘中，横跨至少其中一些流体流动通道，以便使流过通道的流体流过吸声材料。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，吸声材料是一种多孔材料。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，吸声材料是金属泡沫、金属网格或烧结金属中的一种。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，吸声材料轴向贯穿多个相邻盘，并堵塞多个盘的至少一些流动通道。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一些盘在对应于吸声材料的部位上具有贯通穿孔。
6.一种用于控制流体的减压设备，所述减压设备包括：
彼此叠置的多个相邻盘，每个盘都具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少其中一些盘上，并从内周边延伸到外周边；和
多个吸声薄片，其设置在至少一些相邻盘之间，并相对于相邻盘的流动通道，形成至少一部分流动通道的各自的壁。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，吸声薄片是一种多孔材料。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，吸声薄片是金属泡沫、金属网格或烧结金属中的一种。
9.一种用于控制流体的减压设备，所述减压设备包括：
彼此叠置的多个盘，每个盘都具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少其中一些盘上，并从内周边延伸到外周边；和
消音装置，其设置在叠盘中，横跨至少其中一些流体流动通道，以便使流过通道的流体流过吸声材料。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，吸声装置是一种多孔材料。
11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，吸声装置是金属泡沫、金属网格或烧结金属中的一种。
12.如权利要求9所述的设备，其特征在于，吸声装置轴向贯穿多个相邻盘，并堵塞多个盘的至少一些流动通道。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个盘在对应于吸声装置的部位上具有贯通穿孔。
14.一种用于控制流体的减压设备，所述减压设备包括：
彼此叠置的多个相邻盘，每个盘都具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少其中一些盘上，并从内周边延伸到外周边；和
吸声装置，其设置在至少一些相邻盘之间，并相对于相邻盘的流动通道，形成至少一部分流动通道的各自的壁。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，吸声装置是一种多孔材料。
16.如权利要求14所述的设备，其特征在于，吸声装置是金属泡沫、金属网格或烧结金属中的一种。
17.一种用于控制流体的减压方法，所述减压方法包括：
提供彼此叠置的多个盘，每个盘都具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少一些盘上，并从内周边延伸到外周边；和
将一个或一个以上消音材料元件插入叠盘中，并设置成横跨至少其中一些流体流动通道，以便使流过通道的流体流过吸声材料。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，吸声材料是一种多孔材料。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，吸声材料是金属泡沫、金属网格或烧结金属中的一种。
20.一种用于控制流体的减压方法，所述减压方法包括：
提供彼此叠置的多个相邻盘，每个盘具有径向内周边、径向外周边和多个流体流动通道，所述流体流动通道限定在至少一些盘上，并从内周边延伸到外周边；和
将吸声薄片插入至少一些相邻盘之间，并相对于相邻盘的流动通道，形成至少一部分流动通道的各自的壁。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，吸声材料是一种多孔材料。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，吸声材料是金属泡沫、金属网格或烧结金属中的一种。
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