CN219119496U - 用于离心式压缩机的产生涡流的节流阀 - Google Patents

用于离心式压缩机的产生涡流的节流阀 Download PDF

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Abstract

一种用于离心式压缩机的节流阀包含具有中央通道及一个或多个分流器流动路径的主体。中央通道由主体的内表面形成，每一分流器流动路径具有入口及出口，且一个或多个分流器流动路径用以在通过中央通道的流体流内引起涡流，同时流体流的部分穿过一个或多个分流器流动路径。节流阀亦包含安置在中央通道内的至少一个叶片。至少一个叶片用以在至少一个叶片处于部分打开位置时将流体流的部分引导至一个或多个分流器流动路径的入口。

Description

用于离心式压缩机的产生涡流的节流阀
技术领域
本公开大体上关于一种用于离心式压缩机的节流阀。
背景技术
节流阀可以定位于离心式压缩机的上游以控制流体流入离心式压缩机的叶轮。在节流阀完全打开时，有助于流体流(fluid flow)流向离心式压缩机，从而使离心式压缩机以较高容量操作。另外，在节流阀部分关闭时，减少流向离心式压缩机的流体流，从而使离心式压缩机以较低容量(lower capacity)操作。
某些节流阀包含径向延伸的轮叶阵列，这些轮叶用以旋转以控制通过节流阀的流体流。例如，当节流阀完全打开时，每一轮叶的平面可以实质上平行(substantiallyparallel)于流体流定向(oriented)，从而有助于流体流通过节流阀。另外，当节流阀完全关闭时，每一轮叶的平面可以实质上垂直(substantially perpendicular)于流体流定向，从而实质上阻止流体流通过节流阀。此外，当节流阀部分关闭时，每一轮叶的平面可以相对于流体流形成一角度，从而减少流体流通过节流阀。形成一角度的轮叶亦可以在与离心式压缩机的叶轮的旋转方向相同的方向上在流体流内引起涡流(swirl)。因此，当轮叶相对于流体流形成一角度以减少流向离心式压缩机的流体流时，由该形成一角度的轮叶引起的涡流可以降低离心式压缩机上的负载，从而减少功率消耗。
在某些节流阀中，每一轮叶由穿过节流阀的主体的径向延伸杆支撑。流体密封件及轴承可分别安置在每一杆周围以阻止流体流出主体且有助于杆/轮叶的旋转。归因于流体流对每一轮叶施加的力很大，杆、流体密封件及轴承可能为非常坚固的元件，从而增加了节流阀的成本。另外，用以同步轮叶的旋转的联动组合件可能很复杂且利用大量部件，从而进一步增加了节流阀的成本。
发明内容
在某些实施例中，一种用于离心式压缩机的节流阀包含具有中央通道及一个或多个分流器流动路径的主体。中央通道由主体的内表面形成，每一分流器流动路径具有入口及出口，且一个或多个分流器流动路径用以在通过中央通道的流体流(fluid flow)内引起涡流，同时流体流的部分穿过一个或多个分流器流动路径。节流阀亦包含安置在中央通道内的至少一个叶片。当至少一个叶片处于关闭位置时，至少一个叶片用以实质上阻止流体流通过中央通道；在所述至少一个叶片处于打开位置时，至少一个叶片用以使得流体流能够通过中央通道；且当至少一个叶片处于部分打开位置时，至少一个叶片用以将流体流的部分引导至一个或多个分流器流动路径的入口。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将较佳地理解本公开的这些及其他特征、态样以及优点，在附图中相同的字符表示相同的部分，其中：
图1为具有节流阀组合件的离心式压缩机系统的实施例的示意图；
图2为可在图1的离心式压缩机系统内采用的节流阀组合件的实施例的透视图；
图3为图2的节流阀组合件的沿图2的线3-3截取的节流阀的横截面图；
图4为图3的节流阀的侧视图；
图5为图3的节流阀的沿图4的线5-5截取的横截面图；
图6为图3的节流阀的沿图3的线6-6截取的横截面图；及
图7为可在图1的节流阀组合件内采用的节流阀的另一实施例的透视图。
具体实施方式
下文将描述本公开的一个或多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简明描述，说明书中可能未描述实际实施方式的所有特征。应该了解，在任何此实际实施方式的开发中，如在任何工程化或设计项目中，必须做出许多特定于实施方式的决策来实现开发人员的特定目标，诸如遵守系统相关及业务相关的约束，这可能因实施方式而异。此外，应当了解，此开发工作可能很复杂及耗时，但对于受益于本公开的普通技术者而言，它仍然为设计、制作及制造的例行任务。
在介绍本公开的各个实施例的元件时，冠词「一(a/an)」、「该(the)」及「该(said)」旨在意谓存在元件中的一者或多者。术语「包括」、「包含」及「具有」旨在为包含性的，且意谓除了所列元件外可能亦存在其他元件。操作参数及/或环境条件的任何实例不排除所公开的实施例的其他参数/条件。
图1为具有节流阀组合件12的离心式压缩机系统10的实施例的示意图。在所示的实施例中，离心式压缩机系统10包含离心式压缩机14，该离心式压缩机14用以压缩流过离心式压缩机的流体。离心式压缩机14用以通过入口16容纳流体且通过出口18排出流体。另外，离心式压缩机14包含与马达22(例如电动马达、液压马达等)耦接的叶轮20。马达22用以驱动叶轮20旋转，从而压缩流过离心式压缩机14的流体。
在所示的实施例中，节流阀组合件12包含定位于离心式压缩机14上游的节流阀24。节流阀24用以控制流体流入离心式压缩机14。如下文详细论述，节流阀24包含一个或多个叶片26，其安置在节流阀24的主体内且用以移动以控制流体通过节流阀流向离心式压缩机。叶片26由节流阀组合件12的致动器28驱动而移动。此外，在所示的实施例中，离心式压缩机系统10包含控制器30，该控制器30与致动器28及马达22通信耦合(communicativelycoupled)。控制器30可以用以控制致动器28，从而控制节流阀24的叶片26的位置。在某些实施例中，控制器30可以用以控制马达22，从而控制叶轮20的速度。然而，在其他实施例中，马达22可以实质上固定/恒定的速度用以驱动叶轮20旋转。在这些实施例中，控制器可以通信耦合至控制阀，该控制阀用以自离心式压缩机排放压力(例如，当需求减少时)。
在某些实施例中，控制器30为一电子控制器，且具有用以控制致动器28及马达22的电路系统。在所示的实施例中，控制器30包含诸如所示的微处理器32的处理器及存储器装置34。控制器30亦可以包含一个或多个存储装置及/或其他合适的组件。处理器32可用于执行软件，诸如用于控制致动器28及马达22的软件等等。此外，处理器32可以包含多个微处理器、一个或多个「通用」(general-purpose)微处理器、一个或多个专用微处理器及/或一个或多个专用集成电路(ASICS)或其某种组合。例如，处理器32可以包含一个或多个精简指令集(RISC)处理器。
存储器装置34可以包含诸如随机存取存储器(RAM)的易失性存储器，及/或诸如只读存储器(ROM)的非易失性存储器。存储器装置34可以存储多种信息且可以用于多种目的。例如，存储器装置34可以存储处理器可执行指令(例如固件或软件)以供处理器32执行，诸如用于控制致动器28及马达22的指令。存储装置(例如非易失性存储器)可以包含ROM、快闪存储器、硬盘驱动器或任何其他合适的光学、磁性或固态存储介质或其组合。存储装置可以存储数据、指令(例如用于控制致动器及电机的软件或固件等)及任何其他合适的数据。
在某些实施例中，节流阀24的主体具有中央通道及一个或多个(例如多个)分流器流动路径。中央通道由主体的内表面形成，且每一分流器流动路径具有入口(例如在内表面处)及出口(例如在内表面处)。分流器流动路径用以在通过中央通道的流体流内引起涡流，同时流体流的部分穿过分流器流动路径。另外，节流阀24的叶片26安置在中央通道内(例如，以使得叶片定位于分流器流动路径的入口上游，同时叶片处于关闭位置)。当叶片处于关闭位置时，叶片用以实质上阻止流体流通过中央通道。当叶片处于打开位置时，叶片亦使得流体流能够通过中央通道。另外，当叶片处于部分打开位置时，叶片将流体流的部分引导至分流器流动路径的入口。
为了以较高容量(higher capacity)操作离心式压缩机14，控制器可以控制致动器28将叶片26移动至打开位置，从而有助于流体流流向离心式压缩机14。此外，为了以较低容量(lower capacity)操作离心式压缩机14，控制器30可以控制致动器28以将叶片26移动至部分打开位置(partially open position)。随着叶片处于部分打开位置，通过节流阀24的主体的中央通道的流体的流速降低。另外，将流体流的部分引导至分流器流动路径的入口，从而在通过主体的中央通道的流体流内引起涡流。分流器流动路径用以在离心式压缩机14的叶轮20的旋转方向上引起涡流。因此，可以减少离心式压缩机/马达上的负载，从而减少功率消耗。
在某些实施例中，枢轴杆不可旋转地(non-rotatably)耦接至每一叶片。另外，每一枢轴杆枢转地耦接至节流阀的主体的相对侧，以使得相应的叶片能够在关闭位置、打开位置以及部分打开位置间旋转。流体密封件及轴承可以分别安置在每一枢轴杆的每一端与主体间，以阻止流体流出主体且有助于杆/叶片的旋转。因为叶片由主体的两侧支撑，所以杆上的弯曲负载可显著小于通过与主体的单个连接来支撑轮叶的杆(例如悬臂杆)上的弯曲负载。因此，可以使用较细的杆来支撑叶片，从而降低节流阀的成本。此外，因为每一叶片由主体的两侧支撑，所以与安置在通过与主体的单个连接来支撑轮叶的杆周围的流体密封件/轴承相比，每一流体密封件及轴承上的负载可以减少。因此，可以在节流阀内利用较不强健的(less robust)流体密封件/轴承，从而进一步降低成本。另外，流体密封件/轴承上的较低负载可以降低足以驱动每一叶片旋转的扭矩，从而减少用于控制叶片的位置的致动器的功率消耗及/或使得能够使用较低容量的致动器，这可以进一步降低节流阀的成本。此外，节流阀的杆与主体间较低的负载可以使得主体能够由铝制成，从而增强主体的耐腐蚀性。另外，与具有由中央组合件(例如鼻锥)支撑的轮叶的节流阀相比，可以减少通过节流阀的压降，该中央组合件由延伸穿过流体流的支撑件耦接至主体。
图2为可在图1的离心式压缩机系统内采用的节流阀组合件12的实施例的透视图。在所示的实施例中，节流阀24包含主体36，该主体36具有在主体36的入口40与出口42间延伸的中央通道38。如图所示，中央通道38由主体36的内表面39形成。在所示的实施例中，主体36的内表面39为实质上光滑的。然而，在其他实施例中，主体可以包含自内表面延伸至中央通道中的一个或多个特征(例如导向轮叶、流动干扰器等)。中央通道38用以在入口40处容纳流体(例如空气)且在出口42处排出流体。如先前所论述，流体可以自出口42流向离心式压缩机的入口。
如图所示，主体36具有定位于入口40处的第一连接特征44及定位于出口42处的第二连接特征46。每一连接特征用以有助于将主体36耦接至另一合适的结构(例如流体导管、离心式压缩机等)。在所示的实施例中，第一连接特征44包含脊(ridge)，该脊用以啮合连接器，该连接器将节流阀24的主体耦接至另一合适的结构。在其他实施例中，第一连接特征可以包含凸缘、螺纹部分、另一合适的连接特征或其组合(例如单独或与所示的脊组合)。另外，第二连接特征46包含凸缘，该凸缘用以耦接至另一合适的结构的对应凸缘(例如通过多个紧固件)。在其他实施例中，第二连接特征可以包含脊、螺纹部分、另一合适的连接特征或其组合(例如单独或与所示的凸缘组合)。此外，在某些实施例中，可以省略连接特征中的至少一者(例如在将主体焊接至另一结构的实施例中、在主体的入口未耦接至另一结构的实施例中等)。
在所示的实施例中，节流阀24的主体36由支撑组合件48支撑。如图所示，支撑组合件48包含用以耦接至支撑结构52的底座50及用以耦接至主体36的支架54。在某些实施例中，支架54可以借由焊接连接耦接至主体36，支架54可以借由焊接连接耦接至底座50，且底座50可以借由焊接连接耦接至支撑结构52。在其他实施例中，至少一个连接可以由另一合适的连接系统(例如黏合剂连接、紧固件、压配合连接等)建立。此外，虽然在所示的实施例中主体由单个支撑组合件支撑，但在其他实施例中，主体可以由更多或更少的支撑组合件(例如0、1、2、3、4或更多)支撑。例如，在某些实施例中，可以省略支撑组合件，且主体可以由第一连接特征及/或第二连接特征支撑。另外，虽然在所示的实施例中支撑组合件48包含底座50及支架54，但在其他实施例中，支撑组合件可以包含其他/额外的合适元件以支撑节流阀的主体。
在所示的实施例中，节流阀24的主体36包含多个分流器流动路径56。如下文所详细论述，每一分流器流动路径56具有在主体36的内表面39处的入口及在主体36的内表面39处的出口。分流器流动路径56用以在通过中央通道38的流体流内引起涡流，同时流体流的部分穿过分流器流动路径56。此外，在所示的实施例中，节流阀24包含安置在中央通道38内的两个叶片。当两个叶片处于关闭位置时，两个叶片用以实质上阻止流体流通过中央通道38。另外，当两个叶片处于打开位置时，两个叶片使得流体流能够通过中央通道38。当两个叶片处于部分打开位置时，两个叶片亦用以将流体流的部分引导至分流器流动路径56的入口。分流器流动路径56用以在离心式压缩机的叶轮的旋转方向上引起涡流。因此，在叶片处于部分打开位置且离心式压缩机以较低容量操作时，分流器流动路径所引起的涡流可以减少离心式压缩机/马达上的负载，从而减少功率消耗。
如先前所论述，节流阀组合件12包含致动器28，该致动器28用以控制节流阀24的叶片的位置。在所示的实施例中，致动器28包含电动马达58(例如通信耦合至上文参考图1所公开的控制器)及旋转线性转换器60。电动马达58用以驱动旋转线性转换器60的输入端旋转，且旋转线性转换器60用以将输入端的旋转移动转换为输出端的线性移动。如下文所详细论述，旋转线性转换器60的输出端用以驱动联动组合件62旋转两个叶片。旋转线性转换器60可以包含任何合适的装置，该装置用以将输入端的旋转移动转换为输出端的线性移动(例如螺杆驱动器、齿条与齿轮系统等)。此外，虽然在所示的实施例中电动马达58用以驱动旋转线性转换器60的输入端旋转，但在其他实施例中，另一合适的马达(诸如气动马达或液压马达)可以驱动旋转线性转换器输入端旋转(例如单独或与电动马达组合)。此外，虽然在所示的实施例中致动器包含马达及旋转线性转换器，但在其他实施例中，致动器可以包含另一合适的装置(例如单独或与马达/旋转线性转换器组合)，该装置用以向联动组合件62提供线性输出，诸如线性致动器、液压缸或气压缸。
在所示的实施例中，联动组合件62包含旋转臂64，该旋转臂64可旋转地耦接至旋转线性转换器60的输出端且不可旋转地耦接至第一枢轴杆66。第一枢轴杆66不可旋转地耦接至两个叶片中的第一叶片且由节流阀24的主体36可旋转地支撑。因此，旋转线性转换器60的输出端的移动驱动枢转臂64旋转，从而驱动第一枢轴杆66及相应的第一叶片旋转。此外，联动组合件62包含不可旋转地耦接至第一枢轴杆66/枢转臂64的第一齿轮68及不可旋转地耦接至第二枢轴杆的第二齿轮70。第二枢轴杆不可旋转地耦接至两个叶片中的第二叶片且由节流阀24的主体36可旋转地支撑。另外，第一齿轮68与第二齿轮70啮合，以使得第一齿轮68的旋转驱动第二齿轮70旋转。在所示的实施例中，第一齿轮及第二齿轮具有相同的齿数及实质上相同的直径。因此，在驱动第一齿轮68旋转时，第二齿轮70的旋转角度与第一齿轮68的旋转角度实质上相等。因此，当第一叶片由枢转臂64驱动旋转时，第二叶片通过第一齿轮及第二齿轮被驱动旋转相同的量。然而，在其他实施例中，第一齿轮及第二齿轮可以具有不同的齿数，以使得一个叶片比另一叶片旋转得少。因为所示的联动组合件62仅用以控制具有平行旋转轴线的两个叶片，包括枢转臂64、第一齿轮68及第二齿轮70的联动组合件62可以显著地较不复杂，且可以包含比用以控制在中央通道内以径向组态配置的多个轮叶的联动组合件少得多的零件。因此，阀组合件的成本及与校准轮叶/叶片的对准相关联的持续时间可以显著减少。
虽然在所示的实施例中联动组合件包含枢转臂，但在其他实施例中，可以省略枢转臂，且旋转线性转换器的输出端可以在自相应齿轮的枢轴径向向外的点处直接旋转地耦接至第一齿轮或第二齿轮。此外，虽然在所示的实施例中第一齿轮及第二齿轮直接彼此啮合，但在其他实施例中，第一齿轮及第二齿轮可以通过链条或皮带彼此啮合。另外，虽然在所示的实施例中联动组合件包含第一齿轮及第二齿轮，但在其他实施例中，联动组合件可以包含不可旋转地耦接至第一枢轴杆的另一合适的装置(例如轮、滑轮等)及/或不可旋转地耦接至第二枢轴杆的另一合适的装置(例如轮、滑轮等)，其中装置/齿轮彼此啮合(例如直接地、通过链条、通过皮带等)。此外，在某些实施例中，可以省略旋转线性转换器及枢转臂，且旋转致动器(例如电动马达、气动马达、液压马达等)的输出轴可以不可旋转地耦接至第一齿轮/装置或第二齿轮/装置。在这些实施例中，旋转致动器可以驱动齿轮/装置旋转，从而控制叶片的位置。
另外，在某些实施例中，每个枢轴杆可以由相应致动器独立驱动旋转。例如，第一旋转致动器(例如电动马达、气动马达、液压马达等)的输出轴可以不可旋转地耦接至第一枢轴杆，且第二旋转致动器(例如电动马达、气动马达、液压马达等)的输出轴可以不可旋转地耦接至第二枢轴杆。可以通信耦合至每一旋转致动器的控制器可以控制每一旋转致动器(例如基于来自相应叶片位置感测器的回馈)，以使得相应叶片移动至目标位置(例如以使得两个叶片相对于将叶片间的主体一分为二的平面以相同的角度定向)。借助于其他实例，第一线性致动器/旋转线性转换器的输出端可以通过第一联动组合件耦接至第一枢轴杆，且第二线性致动器/旋转线性转换器的输出端可以通过第二联动组合件耦接至第二枢轴杆。在包含旋转线性转换器的实施例中，旋转致动器可以驱动每一旋转线性转换器的旋转输入端。可以通信耦合至每一线性致动器/旋转致动器的控制器可以控制每一线性致动器/旋转致动器(例如基于来自相应叶片位置感测器的回馈)，以使得相应叶片移动至目标位置(例如以使得两个叶片相对于将叶片间的主体一分为二的平面以相同的角度定向)。
在所示的实施例中，致动器28及联动组合件62定位于节流阀24的主体36的外部(例如主体36的外部)。然而，在其他实施例中，致动器及/或联动组合件可以定位于节流阀的主体内(例如在主体的一个或多个延伸部内)。例如，在某些实施例中，可以省略联动组合件，第一旋转致动器的输出轴可以不可旋转地耦接至第一枢轴杆，且第二旋转致动器的输出轴可以不可旋转地耦接至第二枢轴杆。在这些实施例中，至少一个旋转致动器(例如两个旋转致动器)可以安置在节流阀的主体内(例如在相应延伸部内)。
在所示的实施例中，第一枢轴杆66枢转地耦接至节流阀24的主体36的相对侧，以使得第一叶片能够在关闭位置、打开位置以及部分打开位置间旋转。另外，第二枢轴杆枢转地耦接至节流阀24的主体36的相对侧，以使得第二叶片能够在关闭位置、打开位置以及部分打开位置间旋转。流体密封件及轴承可以分别安置在每一枢轴杆的每一端与主体36(例如主体36的延伸部72)间，以阻止流体流出主体且有助于杆/叶片的旋转。因为每一叶片由主体的两侧支撑，所以枢轴杆上的弯曲负载可显著小于通过与主体的单个连接来支撑轮叶的杆(例如悬臂杆)上的弯曲负载。因此，可以使用较细的杆来支撑叶片，从而降低节流阀的成本。此外，因为每一叶片由主体的两侧支撑，所以与安置在通过与主体的单个连接来支撑轮叶的杆周围的流体密封件/轴承相比，每一流体密封件及轴承上的负载可以减少。因此，可以在节流阀内利用不太坚固的流体密封件/轴承，从而进一步降低成本。另外，流体密封件/轴承上的较低负载可以降低足以驱动每一叶片旋转的扭矩，从而减少致动器的功率消耗及/或使得能够使用较低容量的致动器，这可以进一步降低节流阀的成本。
图3为图2的节流阀组合件的沿图2的线3-3截取的节流阀24的横截面图。如先前所论述，节流阀24包含第一叶片74及第二叶片76。在所示的实施例中，第一叶片74不可旋转地耦接至第一枢轴杆66，且第二叶片76不可旋转地耦接至第二枢轴杆78。流体密封件及轴承分别安置在第一枢轴杆66的每一端与主体36(例如主体36的延伸部72)间，以阻止流体流出主体且有助于第一枢轴杆66的旋转。另外，流体密封件及轴承分别安置在第二枢轴杆78的每一端与主体36(例如主体36的延伸部72)间，以阻止流体流出主体且有助于第二枢轴杆78的旋转。因为每一叶片由主体的两侧支撑，所以枢轴杆上的弯曲负载可显著小于通过与主体的单个连接来支撑轮叶的杆(例如悬臂杆)上的弯曲负载。因此，可以使用较细的杆来支撑叶片，从而降低节流阀的成本。此外，因为每一叶片由主体的两侧支撑，所以与安置在通过与主体的单个连接来支撑轮叶的杆周围的流体密封件/轴承相比，每一流体密封件及轴承上的负载可以减少。因此，可以在节流阀内利用不太坚固的流体密封件/轴承，从而进一步降低成本。虽然在所示的实施例中流体密封件及轴承安置在每一枢轴杆的每一端与主体间，但在其他实施例中，可以自一个或多个枢轴杆/主体介面省略流体密封件或轴承中的至少一者。
在某些实施例中，每一叶片及每一相应枢轴杆可以形成为单独的元件且彼此耦接。然而，在其他实施例中，至少一个枢轴杆可以与相应叶片整合在一起。例如，枢轴杆的中央部分可以由相应叶片的主体形成。
当叶片处于关闭位置时，叶片用以实质上阻止流体流过中央通道38。当叶片处于关闭位置时，每一叶片的平面可以实质上垂直于流体流定向。另外，当叶片处于关闭位置时，每一叶片的平面可以实质上垂直于平面80定向，该平面80沿节流阀24的轴向轴线82及径向轴线84延伸且将叶片间的主体36一分为二。此外，在所示的实施例中，当叶片处于关闭位置时，叶片定位于分流器流动路径的入口的上游，从而实质上阻止流体流通过分流器流动路径。在某些实施例中，在叶片处于关闭位置的情况下，可以在叶片间及/或至少一个叶片与主体36的内表面39间形成间隙。因此，当叶片处于关闭位置时，少量流体可以继续流过中央通道38。在其他实施例中，当叶片处于关闭位置时，叶片(例如叶片的密封件)可以接触主体及/或彼此接触以增强流体通过中央通道的阻塞。
叶片亦用以在叶片处于打开位置(例如完全打开位置)时有助于流体流过中央通道38。当叶片处于打开位置时，每一叶片的平面可以实质上平行于流体流定向，且每一叶片的平面可以实质上平行于平面80定向。此外，在叶片处于打开位置的情况下，大部分流体流穿过中央通道。例如，在叶片处于打开位置时，小于2％、小于1％、小于0.5％、小于0.25％或小于0.1％的流体流可以穿过分流器流动路径。
另外，叶片用以在叶片处于部分打开位置时部分地阻止流体流通过中央通道38。在叶片处于部分打开位置时，每一叶片的平面可以相对于平面80以一定角度定向。因此，在叶片处于所说明的部分打开位置的情况下，叶片将流体流的部分引导至分流器流动路径56的入口86。如先前所论述，分流器流动路径56用以在流体流内引起涡流，同时流体流的部分穿过分流器流动路径56。在所示的实施例中，第一叶片74用以在第一叶片74处于部分打开位置时，将流体流的部分的第一部分88引导至分流器流动路径56的第一组90的入口86。另外，第二叶片76用以在第二叶片76处于部分打开位置时，将流体流的部分的第二部分92引导至分流器流动路径56的第二组94的入口86。如图所示，分流器流动路径56的第一组90沿节流阀24的圆周轴线96，自分流器流动路径56的第二组94偏移。当将流体流的部分引导至分流器流动路径的入口时，流体流的剩余部分98在叶片间及在叶片与主体间穿过。流体的流过分流器流动路径的部分在流体流内引起涡流，这是因为该部分与在分流器流动路径的出口处的流体的剩余部分相互作用。
在所示的实施例中，每一叶片相对于平面80的角度控制进入分流器流动路径56的入口86的流体流的部分。例如，在叶片相对于平面以小角度定向时(例如在叶片接近打开位置时)，引导至分流器流动路径的入口的流体流的部分相对小。然而，随着叶片与平面间的角度增加(例如随着叶片朝向关闭位置移动)，引导至分流器流动路径的入口的流体流的部分增加。在某些实施例中，随着至少一个叶片接近关闭位置，至少一个叶片可以阻止流体流向相应入口的增加部分。因此，在这些实施例中，随着至少一个叶片接近关闭位置，流向相应分流器流动路径的流体流的部分可以减少。
在所示的实施例中，第一叶片74及第二叶片76为半圆形的且彼此实质上相同。然而，在其他实施例中，至少一个叶片可以具有另一合适的形状(例如基于中央通道的横截面形状)。例如，若中央通道具有椭圆形的横截面形状，则每一叶片可为半椭圆形的。此外，在某些实施例中，叶片可以彼此不实质上相同。例如，一个叶片可以具有互锁特征(例如脊、突起等)，该互锁特征用以在叶片处于关闭位置时啮合另一叶片的对应互锁特征以实质上阻止流体流通过中央通道。此外，在所示的实施例中，每一枢轴杆延伸穿过相应叶片的质心。因此，每一叶片可以绕质心枢转，从而减小足以使叶片在打开位置与关闭位置间旋转的扭矩。因此，可以使用功率较小的致动器来驱动叶片旋转，从而降低节流阀组合件的成本。虽然在所示的实施例中每一枢轴杆延伸穿过相应叶片的质心，但在其他实施例中，至少一个枢轴杆可以延伸穿过相应叶片的另一合适部分以有助于叶片的旋转。
此外，因为所示的节流阀利用两个叶片来控制通过中央通道的流，所以与具有三个或更多个可旋转轮叶的节流阀相比，在叶片处于打开位置的情况下通过节流阀的压降可以减少。另外，因为在所示的实施例中由分流器流动路径引起涡流，所以与利用可旋转轮叶引起涡流的节流阀相比，在叶片处于部分打开位置的情况下通过节流阀的压降可以减少。虽然在所示的实施例中节流阀包含两个叶片，但在其他实施例中，节流阀可以具有更多或更少的叶片，诸如下文所详细公开的单叶片组态。例如，在某些实施例中，节流阀可以包含三个或更多个叶片(例如，其中叶片用以绕实质上平行的轴线旋转，其中每一叶片用以在处于部分打开位置时将流体流引导至分流器流动路径的相应组，等)。
图4为图3的节流阀24的侧视图。在所示的实施例中，第一组90包含六个分流器流动路径56，且第二组94包含六个分流器流动路径56。然而，在其他实施例中，每一组可以包含更多或更少的分流器流动路径。例如，在某些实施例中，第一组可以包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个分流器流动路径，且/或第二组可以包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个分流器流动路径。在某些实施例中，可以省略一组。此外，在某些实施例中，第一组90及第二组94具有相同数目的分流器流动路径，而在其他实施例中，第一组可以具有比第二组更多或更少的分流器流动路径。
如先前所论述，分流器流动路径56用以在穿过节流阀的中央通道的流体内引起涡流。为了引起涡流，每一分流器流动路径56用以接收大体沿轴向轴线82流动的流体且大体沿圆周轴线96将流重定向。因此，每一分流器流动路径可以在入口处沿圆周轴线96相对于轴向轴线82以小角度定向，且每一分流器流动路径56可以在出口处沿轴向轴线82相对于圆周轴线96以小角度定向。例如，在某些实施例中，每一分流器流动路径56在入口处可以沿圆周轴线96相对于轴向轴线82以0度与45度间、0度与30度间、0度与20度间、0度与15度间或0度与10度间的角度100定向。此外，在所示的实施例中，分流器流动路径56在入口处的角度100彼此相等。然而，在其他实施例中，至少一个分流器流动路径在相应入口处的角度可以大于至少一个其他分流器流动路径在相应入口处的角度。
此外，每一分流器流动路径56可以在入口处沿径向轴线84相对于轴向轴线82以任何合适的角度101定向。例如，角度101可以在5度与60度间、10度与55度间、15度与50度间或20度与45度间。另外，每一分流器流动路径56可以在出口处沿径向轴线84相对于轴向轴线82以任何合适的角度103定向。例如，角度103可以在5度与80度间、10度与70度间、15度与60度间或20度与50度间。
图5为图3的节流阀24的沿图4的线5-5截取的横截面图。如先前所论述，每一分流器流动路径56具有在主体36的内表面39处的入口86及在主体的内表面39处的出口102。流动路径56用以在通过中央通道38的流体流内引起涡流，同时流体流的部分穿过分流器流动路径56。在所示的实施例中，每一分流器流动路径56由延伸穿过主体36的通道104形成。因此，每一流动路径56沿入口86与出口104间的通道104被围封，从而将流体自入口引导至出口。然而，在其他实施例中，至少一个分流器流动路径可以形成为在相应入口与相应出口间沿主体延伸的沟道。在这些实施例中，流体可以沿沟道自入口流至出口。在某些实施例中，主体形成为单个元件，包含通道及/或沟道。例如，主体可以通过铸造制程、增材制造制程(additive manufacturing process)、机械加工制程(machining process)、另一种合适的制程或其组合形成为单个元件。
此外，在某些实施例中，至少一个分流器流动路径可以由自相应入口延伸至相应出口的管形成(例如在管与主体的中央部分间建立间隙来形成)。管可以单独形成且在相应入口及相应出口处耦接至主体的中央部分(例如通过焊接制程、通过黏合剂连接、通过紧固件等)，从而形成主体。在某些实施例中，管可为可拆卸的且可用具有不同性质(例如长度、直径、定向等)的管替换，从而有助于节流阀的重组态(例如针对不同的预期流速、针对不同的涡流量值等)。另外，在某些实施例中，主体的具有分流器流动路径的部分可为可拆卸的且可用具有不同分流器流动路径的部分替换，从而有助于节流阀的重组态(例如针对不同的预期流速、针对不同的涡流量值等)。
在所示的实施例中，每一分流器流动路径56具有实质上圆形的横截面形状，该形状沿相应入口86与相应出口102间的分流器流动路径的大部分而形成。然而，在其他实施例中，至少一个分流器流动路径可以具有另一合适的横截面形状(例如椭圆形、多边形等)，该形状沿相应入口与相应出口间的分流器流动路径的大部分长度而形成。此外，在某些实施例中，至少一个分流器流动路径的横截面形状可以沿分流器流动路径的长度变化。另外，可以特别选择每一分流器流动路径的横截面积(例如直径等)，以有助于流体在入口与出口间流动，且在通过中央通道的流体流内引起涡流。在某些实施例中，分流器流动路径的横截面积可以实质上彼此相等。然而，在其他实施例中，一个分流器流动路径的横截面积可以大于另一分流器流动路径的横截面积。另外，在某些实施例中，至少一个分流器流动路径的横截面积可以沿分流器流动路径的长度变化。例如，在某些实施例中，至少一个分流器流动路径可以在入口与出口间会聚，至少一个分流器流动路径可以在入口与出口间分流，至少一个分流器流动路径可以具有会聚-分流部分，或其组合。
此外，在所示的实施例中，入口86沿轴向轴线82彼此对准。然而，在其他实施例中，至少一个入口可以沿轴向轴线定位在至少一个其他入口的前方或后方。另外，在所说明的实施例中，出口102沿轴向轴线82彼此对准。然而，在其他实施例中，至少一个出口可以沿轴向轴线定位在至少一个其他出口的前方或后方。
图6为图3的节流阀24的沿图3的线6-6截取的横截面图。如先前所论述，每一分流器流动路径56可以在出口102处沿轴向轴线82相对于圆周轴线96以小角度定向。例如，在某些实施例中，每一分流器流动路径56在出口处可以沿轴向轴线82相对于圆周轴线96以0度与45度间、5度与40度间、5度与35度间、10度与30度间或15度与30度间的角度106定向。此外，在所示的实施例中，分流器流动路径56在出口102处的角度106彼此相等。然而，在其他实施例中，至少一个分流器流动路径在相应出口处的角度可以大于至少一个其他分流器流动路径在相应出口处的角度。
在所示的实施例中，每一入口86具有实质上椭圆形的形状。然而，在其他实施例中，至少一个入口可以具有另一合适的形状(例如圆形、多边形等)。另外，每一出口102可以具有任何合适的形状。此外，在所示的实施例中，入口86彼此间隔开。然而，在其他实施例中，至少两个入口可以彼此接触/啮合。在所说明的实施例中，第一组90的分流器流动路径56的出口102彼此接触/啮合，且第二组94的分流器流动路径56的出口102彼此接触/啮合。然而，在其他实施例中，第一组的至少两个分流器流动路径的出口可以彼此间隔开，第二组的至少两个分流器流动路径的出口可以彼此间隔开，第一组的分流器流动路径的出口可以与第二组的分流器流动路径的出口接触/啮合，或其组合。此外，在所示的实施例中，每一入口86及每一出口102形成在主体36的内表面39处。然而，在其他实施例中，至少一个入口及/或至少一个出口可以形成在延伸至主体的中央通道中的延伸部(例如管等)内。
图7为可在图1的节流阀组合件内采用的节流阀108的另一实施例的透视图。类似于上文参考图2至6所公开的实施例，节流阀108包含具有中央通道38及多个分流器流动路径110的主体36。中央通道38由主体36的内表面39形成，且每一分流器流动路径110具有入口(例如在内表面39处)及出口(例如在内表面39处)。分流器流动路径110用以在通过中央通道38的流体流内引起涡流，同时流体流的部分穿过分流器流动路径110。此外，在所示的实施例中，节流阀108包含安置在中央通道38内的单个叶片112。当单个叶片112处于关闭位置时，单个叶片112用以实质上阻止流体流通过中央通道38。另外，当单个叶片112处于打开位置时，单个叶片112用以使得流体流能够通过中央通道38。当单个叶片112处于部分打开位置时，单个叶片112亦用以将流体流的部分引导至分流器流动路径110的入口。在所示的实施例中，当单个叶片112处于所示的关闭位置时，单个叶片112定位于分流器流动路径的入口的上游，从而实质上阻止流体流通过分流器流动路径。虽然在所示的实施例中节流阀108包含多个分流器流动路径110，但在其他实施例中，节流阀可以包含单个分流器流动路径。
在所说明的实施例中，单个叶片112具有对应于中央通道38的圆形横截面的圆形形状。然而，在其他实施例中，单个叶片可以具有另一合适的形状(例如对应于中央通道的横截面形状的形状)。此外，在某些实施例中，节流阀108包含耦接至单个叶片112的单个枢轴杆(例如在单个叶片112的质心处)，其中单个枢轴杆延伸穿过主体36的相对侧。单个枢轴杆使得单个叶片112能够在关闭位置、打开位置以及部分打开位置间旋转。因为单个叶片112由主体36的两侧支撑，所以枢轴杆上的弯曲负载可显著小于通过与主体的单个连接来支撑轮叶的杆(例如悬臂杆)上的弯曲负载。另外，因为节流阀包含单个叶片，所以可以利用较不复杂的联动组合件来移动叶片(例如与具有多个可拆卸轮叶的节流阀相比)。例如，类似于上文参考图2所公开的联动组合件但具有针对单个枢轴杆的单个齿轮的联动组合件可用于旋转单个叶片。此外，在某些实施例中，可以省略联动组合件，且可以由耦接至单个枢轴杆的单个旋转致动器(例如电动马达、液压马达、气动马达等)来驱动单个叶片旋转。
在某些实施例中，分流器流动路径110的入口可以沿内表面39的半圆形区定位，且分流器流动路径的出口可以沿圆周轴线96绕内表面的整个周边(例如圆周)分布。因此，在单个叶片112处于部分打开位置的情况下，流体流(例如空气流)的部分可以引导至分流器流动路径的入口，且分流器流动路径可以引导流体流的部分以在通过中央通道的流体流中引起涡流。在其他实施例中，一个或多个入口可位于沿内表面的周边的其他合适位置处，且/或一个或多个出口可位于沿内表面的周边的其他合适位置处(例如，出口可以定位于内表面的半圆形区)。上文参考图2至6的实施例所公开的任何性质、特征及变型可应用于所示的实施例。例如，上文参考分流器流动路径、制造节流阀的方法及用于驱动叶片旋转的联动组合件所公开的任何变型可应用于所示的节流阀。
虽然本文中仅说明及描述了某些特征，但本领域技术人员将想到许多修改及改变。因此，应当理解，所附权利要求书旨在涵盖如落入本公开的真实精神内的所有这些修改及改变。
本文中所提出及要求的技术被引用且应用于实际性质的实物及具体实例，这些技术明显改进了当前技术领域，且如此，并非抽象的、无形的或纯理论的。此外，若附加至本说明书末尾的任何权利要求包含一个或多个指定为「用于[执行][功能]……的构件」或「用于[执行][功能]……的步骤」的元素，这些元素旨在根据35U.S.C.112(f)进行解释。然而，针对包含以任何其他方式指定的元素的任何权利要求，这些元素不应根据35U.S.C.112(f)进行解释。

Claims (15)

1.一种用于离心式压缩机的节流阀，其包含：
一主体，具有一中央通道及一个或多个分流器流动路径，其中所述中央通道由所述主体的内表面形成，所述一个或多个分流器流动路径中的每一分流器流动路径具有一入口及一出口，且所述一个或多个分流器流动路径经组配以在通过所述中央通道的一流体流内引起一涡流，同时所述流体流的一部分穿过所述一个或多个分流器流动路径；以及
至少一个叶片，安置在所述中央通道内，其中所述至少一个叶片经组配成：在所述至少一个叶片处于一关闭位置时，实质上阻止所述流体流通过所述中央通道；在所述至少一个叶片处于一打开位置时，使得所述流体流能够通过所述中央通道；及在所述至少一个叶片处于一部分打开位置时，将所述流体流的所述部分引导至所述一个或多个分流器流动路径的所述入口。
2.根据权利要求1所述的节流阀，其中所述一个或多个分流器流动路径包含多个分流器流动路径，所述至少一个叶片包含一第一叶片及一第二叶片，所述第一叶片经组配成在所述第一叶片处于所述部分打开位置时，将所述流体流的所述部分的一第一部分引导至所述多个分流器流动路径中的一个或多个分流器流动路径的一第一组的所述入口，且所述第二叶片经组配成在所述第二叶片处于所述部分打开位置时将所述流体流的所述部分的一第二部分引导至所述多个分流器流动路径中的一个或多个分流器流动路径的一第二组的所述入口。
3.根据权利要求2所述的节流阀，其中所述第一叶片及所述第二叶片为半圆形且彼此实质相同。
4.根据权利要求1所述的节流阀，其中所述节流阀包含耦接至所述至少一个叶片中的每一叶片的一枢轴杆，其中所述枢轴杆延伸穿过所述主体的相对侧。
5.根据权利要求1所述的节流阀，其中所述一个或多个分流器流动路径中的至少一个分流器流动路径的所述入口定位于所述内表面处，所述一个或多个分流器流动路径中的至少一个分流器流动路径的所述出口定位于所述内表面处，或其组合。
6.根据权利要求1所述的节流阀，其中所述主体借由一铸造制程或一增材制造制程形成为一单个元件。
7.根据权利要求1所述的节流阀，其中所述一个或多个分流器流动路径中的至少一者包含延伸穿过所述主体的一通道。
8.根据权利要求7所述的节流阀，其中所述通道具有一实质上圆形的横截面。
9.根据权利要求1所述的节流阀，其中所述至少一个叶片包含一单个叶片。
10.根据权利要求8所述的节流阀，其中所述一个或多个分流器流动路径的所述入口沿所述内表面的一半圆形区定位。
11.一种用于离心式压缩机的节流阀，其特征在于，所述节流阀包含：
一主体，具有一中央通道及多个分流器流动路径，其中所述多个分流器流动路径经组配以在通过所述中央通道的一流体流内引起一涡流，同时所述流体流的一部分穿过所述多个分流器流动路径；
至少一个叶片，安置在所述中央通道内，其中所述至少一个叶片经组配成：在所述至少一个叶片处于一关闭位置时实质上阻止所述流体流通过所述中央通道；在所述至少一个叶片处于一打开位置时使得所述流体流能够通过所述中央通道；及在所述至少一个叶片处于一部分打开位置时将所述流体流的所述部分引导至所述多个分流器流动路径；以及
一枢轴杆，不可旋转地耦接至所述至少一个叶片中的每一叶片，其中所述枢轴杆枢转地耦接至所述主体的相对侧，以使得所述叶片能够在所述关闭位置、所述打开位置以及所述部分打开位置间旋转。
12.根据权利要求11所述的节流阀，其中所述至少一个叶片包含一第一叶片及一第二叶片，所述第一叶片经组配成在所述第一叶片处于所述部分打开位置时，将所述流体流的所述部分的一第一部分引导至所述多个分流器流动路径中的一个或多个分流器流动路径的一第一组，且所述第二叶片经组配成在所述第二叶片处于所述部分打开位置时将所述流体流的所述部分的一第二部分引导至所述多个分流器流动路径中的一个或多个分流器流动路径的一第二组。
13.根据权利要求11所述的节流阀，其中所述至少一个叶片包含一单个叶片。
14.根据权利要求11所述的节流阀，其中所述主体形成为一单个元件。
15.根据权利要求11所述的节流阀，其中所述多个分流器流动路径中的至少一者包含延伸穿过所述主体的一通道。
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