ES2251687T3 - Dispositivo de reduccion del ruido para sistemas de flujo de fluido. - Google Patents
Dispositivo de reduccion del ruido para sistemas de flujo de fluido.Info
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- F16K47/08—Means in valves for absorbing fluid energy for decreasing pressure or noise level and having a throttling member separate from the closure member, e.g. screens, slots, labyrinths
Abstract
Un dispositivo de reducción del ruido para sistemas de flujo de fluido, comprendiendo el dispositivo: una sección interior con una pluralidad de aberturas sobre un lado de aguas arriba y una pluralidad de aberturas sobre un lado de aguas abajo; y una sección exterior con una pluralidad de aberturas sobre un lado de aguas arriba y una pluralidad de aberturas sobre un lado de aguas abajo, siendo el área total de la sección transversal de las aberturas de aguas abajo de la sección exterior menor que el área total de la sección transversal de las aberturas de aguas abajo de la sección interior, estando desviadas dichas aberturas de aguas arriba de la sección exterior con respecto a dichas aberturas de aguas abajo de la sección exterior, caracterizado porque dichas aberturas de aguas arriba de la sección exterior son menores que dichas aberturas de aguas abajo de la sección exterior.
Description
Dispositivo de reducción del ruido para sistemas
de flujo de fluido.
Esta invención se refiere a dispositivos de
reducción del ruido en sistemas de flujo de fluido y, más
particularmente, a un dispositivo de velocidad diferencial para uso
aguas abajo de una válvula en un sistema de flujo de fluido.
Tales dispositivos se conocen a partir de los
documentos US 5480123, US 6244297, WO 0131242, US 5988586 y EP
0101323.
Las válvulas de control se utilizan en procesos
industriales para controlar el flujo de fluidos, tanto de líquidos
como de fluidos compresibles. El ruido generado aerodinámicamente es
inherente en el proceso de estrangulamiento de gases y vapores. El
estrangulamiento se produce al abrir o cerrar una válvula
seleccionada en un sistema de flujo de fluido.
Se acepta, en general, que la exposición a
niveles altos de ruido puede dañar la audición de los individuos
que trabajan en la proximidad de los sistemas de flujo de fluido. En
los Estados Unidos, la Occupational Safety and Health
Administration (OSHA) limita los niveles de ruido de exposición de
los trabajadores con la finalidad de preservar la audición. Por
ejemplo, los niveles de ruido están limitados actualmente a 90
decibelios en la escala ponderada A (dBA) durante una exposición de
ocho horas. Algunos otros países limitan la exposición a 85
dBA.
Puesto que la generación de ruido es inherente en
el proceso de estrangulamiento, muchas válvulas de control
requieren algún método de reducción del ruido. Con frecuencia, las
válvulas de tipo de globo son suministradas con reborde de bajo
ruido utilizando jaulas con una pluralidad de taladros perforados
pequeños.
Es deseable una solución más eficiente para
moderar las condiciones de servicio. Específicamente, es deseable
alguna forma de reducción del ruido que se pueda obtener con un
coste moderado para válvulas de control del ruido.
Se proporciona un dispositivo de reducción del
ruido que comprende una sección central y una sección anular
exterior. La sección exterior está diseñada para reducir la
velocidad del flujo de fluido a través del dispositivo y para crear
un flujo de fluido anular que tiene una velocidad reducida cuando se
compara con el flujo de fluido del núcleo del sistema. El método
para reducir la velocidad del flujo anular es una reducción
escalonada de la presión, donde el flujo de fluido pasa a través de
una abertura de aguas arriba dentro de una cámara de reducción de
la presión y luego a través de una abertura de desviación de aguas
abajo de un área de la sección transversal mayor que la abertura de
aguas arriba. El flujo del núcleo del sistema pasa a través de una
pluralidad de aberturas en una sección central del dispositivo de
reducción del ruido para incrementar la frecuencia del ruido en el
flujo del núcleo. El dispositivo crea un régimen de flujo con un
flujo anular que rodea un flujo de núcleo, teniendo el flujo anular
una velocidad reducida comparada con el flujo del
núcleo.
núcleo.
La presente invención está destinada para
proporcionar una reducción del ruido de 15-20
decibelios sobre una amplia gama de condiciones de funcionamiento.
El dispositivo de una pieza está fácilmente mecanizado a partir de
material forjado, tal como acero inoxidable austenítico. A pesar de
los taladros perforados, las secciones gruesas proporcionan una
frecuencia natural extremadamente alta para prevenir el fallo debido
a la vibración inducida por el flujo.
La figura 1 es una vista lateral de la sección
transversal de la forma de realización preferida de la presente
invención.
La figura 2 es una vista delantera del
dispositivo en la figura 1 desde el lado de aguas arriba.
La figura 3 es una vista trasera del dispositivo
de la figura 1 desde el lado de aguas abajo.
La figura 4 es una vista de la sección
transversal lateral de una segunda forma de realización de esta
invención.
La figura 5 es una vista frontal de la forma de
realización en la figura 4 desde el lado de aguas arriba.
La figura 6 es una vista trasera de la forma de
realización en la figura 4 desde el lado de aguas abajo.
La figura 7 es una vista desde arriba de la
sección transversal de la forma de realización de un sistema de
válvulas de acuerdo con la invención.
A continuación se hace referencia a los dibujos,
en los que los números de referencia designan partes iguales o
similares a través de las figuras.
Con referencia ahora a las figuras 1, 2 y 3, el
dispositivo de reducción de ruido 10 comprende un disco circular
que tiene una sección transversal 12 y una sección anular exterior
14. La sección transversal 12 contiene una pluralidad de aberturas
centrales 16 que se extienden a través del disco. La sección anular
exterior 14 tiene aberturas 18 de aguas arriba que se comunican con
una cámara de reducción de la presión 20, que se comunica con
aberturas 22 de aguas abajo. El dispositivo de reducción del ruido
10 tiene una superficie circunferencial exterior 24 en la que está
cortada una muesca 26 alrededor de toda su circunferencia. La muesca
26 forma una cámara de reducción de la presión 20 cuando el
dispositivo está colocado dentro de un sistema de flujo de fluido,
como se ilustra en la figura 7. La sección central 12 en la forma de
realización mostrada en la figura 1 incluye un receso 28 de aguas
arriba y un receso de aguas abajo 30. La sección exterior anular 14
puede tener una aleta 32 de aguas abajo y un receso anular 34. Un
receso anular 34 se comunica con aberturas 22 de aguas abajo y está
separado desde el receso 30 de aguas abajo por la aleta 32 de aguas
abajo. Los recesos 28, 30 y 34 en combinación con la aleta 32 de
aguas abajo mejoran la separación entre un flujo de fluido del
núcleo a través de la sección central 12 y un flujo de fluido anular
a través de la sección anular 14.
Cada abertura 18 de aguas arriba tiene un eje 36
que se extiende, en general, paralelo a la dirección del flujo.
Cada abertura 22 de aguas abajo tiene un eje 38 que se extiende, en
general, en paralelo a la dirección del flujo. En la forma de
realización preferida mostrada en las figuras 1, 2 y 3, los ejes 36
de aguas arriba están desviados desde los ejes 38 de aguas abajo en
5 grados. La desviación entre los ejes de aguas arriba y los ejes
de aguas abajo mejora la reducción de la presión en la cámara 20 y
se muestra en cada una de las figuras. En la figura 3, se muestra
la abertura 22, mientras que la abertura 18 está desviada, en la
sombra, con respecto a la abertura 22 en 5 grados de rotación. En la
figura 2, se muestra la abertura 18, mientas que ka abertura 22
está desviada, en la sombra, con respecto a la abertura 18 en 5
grados de rotación. La figura 1 muestra la abertura 22 como una
parte del receso principal, pero la abertura 18 se muestra como una
parte de un receso parcial, indicando que no está en el mismo plano
que la abertura 22. El receso parcial se utiliza para mostrar el
paso de fluido en la sección anular 14 en primer lugar a través de
la abertura 18 en la cámara 20 y luego fuera de la cámara 20 a
través de la abertura 22. Las figuras 4, 5 y 6 están trazadas de
una manera similar para mostrar la misma desviación.
Con referencia ahora a las figuras 4, 5 y 6, se
muestra una segunda forma de realización de la invención. El
dispositivo de reducción del ruido 40 es similar al dispositivo de
reducción del ruido 10. El dispositivo de reducción del ruido 40
tiene una sección central 42 y una sección anular exterior 44. La
sección central 42 tiene aberturas centrales 46. La sección anular
exterior 44 tiene aberturas 48 de aguas arriba que se comunican con
una cámara de reducción de la presión 50 que se comunica con
aberturas 52 de aguas abajo. El dispositivo de reducción del ruido
40 tiene una superficie circunferencial exterior 54 en la que ha
sido cortada una muesca 56 para formar una cámara de reducción del
ruido 50.
El dispositivo de reducción del ruido 40 no tiene
un receso de aguas arriba, un receso de aguas abajo, una aleta de
aguas abajo o un receso anular, como se muestra en el dispositivo de
reducción del ruido 10. El dispositivo de reducción del ruido 40 se
basa en el diferencial de la presión creado entre la sección
exterior y 44 la sección central 42 para separación y reducción de
la velocidad. Las aberturas 48 de aguas arriba tienen ejes 66 de
aguas arriba y las aberturas 52 de aguas abajo tienen ejes 68 de
aguas abajo. Los ejes 66 de aguas arriba están desviados desde los
ejes 68 de aguas abajo en 5 grados, como se muestra en las figuras
5 y 6.
Los dispositivos de reducción del ruido 10 y 40
ilustran dos formas de realización de la invención. Otras formas de
realización pueden incluir características seleccionadas de cada uno
de ellos. Por ejemplo, una tercera forma de realización puede ser
similar al dispositivo 10, pero sin receso anular 34 y aleta 32 de
aguas abajo. Tal tercera forma de realización se puede describir
como similar al dispositivo 40, pero añadiendo un receso 28 de
aguas arriba y un receso 30 de aguas abajo desde el dispositivo 10.
Como se apreciará por un técnico en la materia, muchas otras formas
de realización están dentro del alcance de esta invención.
Con referencia ahora a la figura 7, se muestra un
sistema de válvula 70 con una entrada 72 de aguas arriba y una
salida cilíndrica 74 de aguas abajo. El dispositivo de reducción del
ruido 10 de la presente invención se muestra insertado en la salida
74 de aguas abajo. La salida 74 de aguas abajo puede estar roscada
con roscas de salida 76 y el dispositivo de reducción del ruido 10
puede tener roscas 78 coincidentes sobre la superficie exterior 24.
Las roscas 78 se acoplan con roscas de salida 76 para retener el
dispositivo de reducción del ruido 10 en la salida de aguas abajo
74. Se apreciará por los técnicos en la materia que se pueden
utilizar otros métodos para asegurar el dispositivo de reducción del
ruido 10 en la salida.
El dispositivo de reducción del ruido 10 y el
dispositivo de reducción del ruido 40 están ambos diseñados para
separar el flujo en un sistema de flujo de fluido en un flujo de
fluido de núcleo interior y un flujo de fluido anular exterior. Los
dispositivos 10 y 40 y otras formas de realización de los mismos
reducen la presión en el flujo de fluido anular exterior de una
manera escalonada y de esta manera reducen la velocidad del flujo
anular exterior con relación al flujo de núcleo interior.
El dispositivo de reducción del ruido 10 ó 40
consigue una reducción del ruido transmitido al aire que rodea el
exterior de un sistema de tuberías por tres mecanismos
identificables. El primer mecanismo es la generación reducida de
ruido en el fluido. La diferencia en la velocidad entre el flujo
anular y el flujo de núcleo reduce el ruido generado
aerodinámicamente en comparación con un dispositivo que produce un
campo de flujo singular. En flujo subsónico, la reducción del ruido
es debida a la resistencia reducida de las corrientes parásitas
turbulentas que crean ruido. En condiciones de flujo sónico, la
reducción del ruido es debida a la interacción reducida del flujo
turbulento con células de choque. A través de estos mecanismos de
fluido, se reduce el ruido generado por el fluido.
El segundo mecanismo es a través de la generación
de ruido de alta frecuencia. El flujo a través de aberturas
estrechas, tales como las aberturas 16, produce ruido de alta
frecuencia. La pérdida de transmisión de la pared del tubo depende
de la frecuencia de accionamiento. La pérdida de transmisión mínima
para un tamaño de tubo y de espesor de pared particulares, y con un
fluido dado, se consigue con la frecuencia de coincidencia mínima.
La región mínima de la pérdida de transmisión cae entre la
frecuencia de coincidencia mínima y la frecuencia anular. El flujo
a través de aberturas pequeñas, tales como las aberturas centrales
16 ó 46, produce ruido de alta frecuencia que está destinado a
estar muy por encima de la frecuencia de coincidencia y la
frecuencia anular de la tubería de aguas abajo. La pérdida de
transmisión creciente resultante es muy beneficiosa para la
reducción del ruido percibido en el aire que rodea el exterior de un
sistema de tubería.
El tercer mecanismo es el efecto de la velocidad
de aguas abajo adyacente a la pared del tubo. Normalmente, el ruido
percibido fuera de la tubería se incrementa a medida que aumenta la
velocidad de aguas abajo, incluso con el mismo nivel de ruido
interno. La velocidad de flujo anular a lo largo de la pared del
tubo de aguas abajo se reduce por el escalonamiento de la presión en
el dispositivo de reducción del ruido 10 ó 40. La velocidad
inferior a lo largo de la pared del tubo de aguas abajo reduce el
efecto de la velocidad de aguas abajo reduciendo el nivel de ruido
per-
cibido.
cibido.
Aunque la invención se ha descrito e ilustrado al
menos en dos ejemplos de realización, se pueden realizar
modificaciones en estas formas de realización, permaneciendo todavía
dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Se apreciará
por un técnico en la materia que todas las aberturas en las formas
de realización preferidas son circulares, lo que refleja el método
conocido más sencillo de fabricación de las formas de realización
preferidas, que es un procedimiento de perforación. El dispositivo
funcionaría igualmente bien con otras formas de aberturas tales
como aberturas rectangulares, aberturas cuadradas, aberturas
ovaladas, aberturas hexagonales, etc. Además, hay que indicar que
las aberturas en la sección central del dispositivo están dispuestas
hexagonalmente para crear un espaciamiento uniforme entre
aberturas. Este espaciamiento hexagonal es el método preferido para
conseguir un espaciamiento uniforme entre las aberturas, aunque
también funcionarían otros espaciamientos. Otra modificación dentro
del alcance de esta invención sería ajustar adicionalmente la
desviación entre las aberturas de aguas arriba y las aberturas de
aguas abajo. Aunque los métodos, aparatos y sistemas mostrados y
descritos han sido caracterizados como formas de realización
preferidas, será fácilmente evidente que se pueden realizar varios
cambios y modificaciones aquí sin aparatarse del alcance de la
invención, como se define en las siguientes reivindicaciones.
Claims (15)
1. Un dispositivo de reducción del ruido para
sistemas de flujo de fluido, comprendiendo el dispositivo:
- una sección interior con una pluralidad de aberturas sobre un lado de aguas arriba y una pluralidad de aberturas sobre un lado de aguas abajo; y
- una sección exterior con una pluralidad de aberturas sobre un lado de aguas arriba y una pluralidad de aberturas sobre un lado de aguas abajo, siendo el área total de la sección transversal de las aberturas de aguas abajo de la sección exterior menor que el área total de la sección transversal de las aberturas de aguas abajo de la sección interior, estando desviadas dichas aberturas de aguas arriba de la sección exterior con respecto a dichas aberturas de aguas abajo de la sección exterior, caracterizado porque
- dichas aberturas de aguas arriba de la sección exterior son menores que dichas aberturas de aguas abajo de la sección ex- terior.
2. El dispositivo de la reivindicación 1, en el
que dicha sección interior es un disco circular con una pluralidad
de aberturas pasantes.
3. El dispositivo de la reivindicación 2, en el
que dichas aberturas están igualmente espaciadas.
4. El dispositivo de la reivindicación 1, en el
que dicha sección exterior comprende:
- una cámara de caída de la presión en comunicación con las aberturas de aguas arriba de la sección exterior; y
- una pluralidad de aberturas sobre un lado de aguas abajo de la sección exterior, estando las aberturas de aguas abajo en comunicación con dicha cámara de caída de la presión.
5. El dispositivo de la reivindicación 4, en
el
que:
que:
- dichas aberturas de aguas arriba tienen un área total de la sección transversal;
- dichas aberturas de aguas abajo tienen un área total de la sección transversal; y
- el área total de la sección transversal de las aberturas de aguas arriba es menor que el área total de la sección transversal de las aberturas de aguas abajo.
6. El dispositivo de la reivindicación 1, en
el
que:
que:
- la sección exterior incluye una cámara reductora de la presión entre las aberturas de aguas arriba y las aberturas de aguas abajo, estando formada dicha cámara por una muesca en una superficie exterior circunferencial de dicha sección ex- terior.
7. El dispositivo de la reivindicación 1, que
comprende, además:
- una aleta aguas abajo de las aberturas de aguas abajo de la sección interior y de las aberturas de aguas abajo de la sección exterior y entre la sección interior y la sección exterior, facilitando la aleta la separación entre el flujo de fluido de la sección interior y el flujo de fluido de la sección exterior.
8. El dispositivo de la reivindicación 1, en el
que las aberturas de aguas abajo de la sección interior están aguas
arriba de las aberturas de aguas abajo de la sección exterior.
9. Un método para reducir el ruido transmitido
desde un sistema de flujo de fluido que tiene al menos una válvula,
comprendiendo el méto-
do:
do:
- separar un flujo de fluido de aguas abajo de al menos una válvula en un flujo de fluido de núcleo interior y un flujo de fluido anular exterior circundante, que están coaxiales, haciendo pasar una porción del flujo de fluido a través de un dispositivo que tiene una pluralidad de primeras aberturas a través de una porción central del disposi- tivo; y
- reducir la velocidad de dicho flujo de fluido anular exterior con relación a dicho flujo de núcleo interior haciendo pasar una porción del flujo de fluido a través de un dispositivo que tiene una pluralidad de segundas aberturas dispuestas anularmente, teniendo el flujo de núcleo interior un área total de la sección transversal mayor que el flujo de fluido anular exterior, estando desviadas dichas aberturas de aguas arriba de la sección exterior con respecto a dichas aberturas de aguas abajo de la sección exterior,
- caracterizado porque dichas aberturas de aguas arriba de la sección exterior son menores que dichas aberturas de aguas abajo de la sección exterior.
10. El método de la reivindicación 9, que compren
de, además, la etapa de incrementar la frecuencia del ruido en el
flujo del núcleo.
11. El método de la reivindicación 10, en el que
la frecuencia del ruido se incrementa haciendo pasar el fluido del
flujo de fluido del núcleo a través de una pluralidad de
aberturas.
12. El método de la reivindicación 10, en el que
la reducción de la velocidad se consigue con una reducción
escalonada de la presión en dicho flujo anular exterior.
13. El método de la reivindicación 10, en el que
dicha separación y dicha reducción se consiguen haciendo pasar
dicho flujo de fluido a través de un disco que tiene una sección de
núcleo interior y una sección anular exterior.
14. El método de la reivindicación 13, en el que
dicha reducción se consigue por medio de una reducción escalonada
de la presión en la sección anular exterior del disco.
15. Un sistema de flujo de fluido que
comprende:
una válvula con una entrada de aguas arriba y una
salida de aguas abajo;
un flujo de fluido desde dicha entrada de aguas
arriba a través de dicha salida de aguas abajo con una cierta
velocidad; y
un dispositivo de reducción del ruido de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 8, dispuesto en la salida de
aguas abajo.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/104,447 US6807986B2 (en) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | Noise reduction device for fluid flow systems |
| US104447 | 2002-03-22 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2251687T3 true ES2251687T3 (es) | 2006-05-01 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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