TW202210722A - 用於離心式壓縮機之節流閥 - Google Patents

用於離心式壓縮機之節流閥 Download PDF

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愛德華 切霍夫斯基
愛德華多 托利多
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美商復盛易利達有限責任公司
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Abstract

一種用於離心式壓縮機之節流閥包含具有中央通道及一個或多個分流器流動路徑的主體。中央通道由主體的內表面形成，每一分流器流動路徑具有入口及出口，且一個或多個分流器流動路徑用以在通過中央通道的流體流內引起渦流，同時流體流的部分穿過一個或多個分流器流動路徑。節流閥亦包含安置在中央通道內的至少一個葉片。至少一個葉片用以在至少一個葉片處於部份打開位置時將流體流的部分引導至一個或多個分流器流動路徑的入口。

Description

用於離心式壓縮機之節流閥
本揭露大體上係關於一種用於離心式壓縮機之節流閥。
發明背景
節流閥可以定位於離心式壓縮機的上游以控制流體流入離心式壓縮機的葉輪。在節流閥完全打開時，有助於流體流(fluid flow)流向離心式壓縮機，從而使離心式壓縮機以較高容量操作。另外，在節流閥部份關閉時，減少流向離心式壓縮機的流體流，從而使離心式壓縮機以較低容量(lower capacity)操作。
某些節流閥包含徑向延伸的輪葉，這些輪葉用以旋轉以控制通過節流閥的流體流。例如，當節流閥完全打開時，每一輪葉的平面可以實質上平行(substantially  parallel)於流體流定向(oriented)，從而有助於流體流通過節流閥。另外，當節流閥完全關閉時，每一輪葉的平面可以實質上垂直(substantially  perpendicular)於流體流定向，從而實質上阻止流體流通過節流閥。此外，當節流閥部份關閉時，每一輪葉的平面可以相對於流體流形成一角度，從而減少流體流通過節流閥。形成一角度的輪葉亦可以在與離心式壓縮機的葉輪的旋轉方向相同的方向上在流體流內引起渦流(swirl)。因此，當輪葉相對於流體流形成一角度以減少流向離心式壓縮機的流體流時，由該形成一角度的輪葉引起的渦流可以降低離心式壓縮機上的負載，從而減少功率消耗。
在某些節流閥中，每一輪葉由穿過節流閥的主體的徑向延伸桿支撐。流體密封件及軸承可分別安置在每一桿周圍以阻止流體流出主體且有助於桿/輪葉的旋轉。歸因於流體流對每一輪葉施加的力很大，桿、流體密封件及軸承可能為非常堅固的元件，從而增加了節流閥的成本。另外，用以同步輪葉的旋轉的聯動組合件可能很複雜且利用大量部件，從而進一步增加了節流閥的成本。
發明概要
在某些實施例中，一種用於離心式壓縮機之節流閥包含具有中央通道及一個或多個分流器流動路徑的主體。中央通道由主體的內表面形成，每一分流器流動路徑具有入口及出口，且一個或多個分流器流動路徑用以在通過中央通道的流體流(fluid flow)內引起渦流，同時流體流的部分穿過一個或多個分流器流動路徑。節流閥亦包含安置在中央通道內的至少一個葉片。當至少一個葉片處於關閉位置時，至少一個葉片用以實質上阻止流體流通過中央通道，以使得流體流能夠通過中央通道，同時至少一個葉片處於打開位置，且當至少一個葉片處於部份打開位置時，將流體流的部分引導至一個或多個分流器流動路徑的入口。
較佳實施例之詳細說明
下文將描述本揭露的一個或多個具體實施例。為了提供對這些實施例的簡明描述，說明書中可能未描述實際實施方式的所有特徵。應該瞭解，在任何此實際實施方式的開發中，如在任何工程化或設計項目中，必須做出許多特定於實施方式的決策來實現開發人員的特定目標，諸如遵守系統相關及業務相關的約束，這可能因實施方式而異。此外，應當瞭解，此開發工作可能很複雜及耗時，但對於受益於本揭露的普通技術者而言，它仍然為設計、製作及製造的例行任務。
在介紹本揭露的各個實施例的元件時，冠詞「一(a/an)」、「該(the)」及「該(said)」旨在意謂存在元件中的一者或多者。術語「包括」、「包含」及「具有」旨在為包含性的，且意謂除了所列元件之外可能亦存在其他元件。操作參數及/或環境條件的任何實例不排除所揭露的實施例的其他參數/條件。
圖1為具有節流閥組合件12的離心式壓縮機系統10的實施例的示意圖。在所說明的實施例中，離心式壓縮機系統10包含離心式壓縮機14，該離心式壓縮機14用以壓縮流過離心式壓縮機的流體。離心式壓縮機14用以經由入口16容納流體且經由出口18排出流體。另外，離心式壓縮機14包含與馬達22 (例如電動馬達、液壓馬達等)耦接的葉輪20。馬達22用以驅動葉輪20旋轉，從而壓縮流過離心式壓縮機14的流體。
在所說明的實施例中，節流閥組合件12包含定位於離心式壓縮機14上游的節流閥24。節流閥24用以控制流體流入離心式壓縮機14。如下文詳細論述，節流閥24包含一個或多個葉片26，其安置在節流閥24的主體內且用以移動以控制流體通過節流閥流向離心式壓縮機。葉片26由節流閥組合件12的致動器28驅動而移動。此外，在所說明的實施例中，離心式壓縮機系統10包含控制器30，該控制器30與致動器28及馬達22通信耦合(communicatively coupled)。控制器30可以用以控制致動器28，從而控制節流閥24的葉片26的位置。在某些實施例中，控制器30可以用以控制馬達22，從而控制葉輪20的速度。然而，在其他實施例中，馬達22可以實質上確定/固定的速度用以驅動葉輪20旋轉。在這些實施例中，控制器可以通信耦合至控制閥，該控制閥用以自離心式壓縮機排放壓力(例如，當需求減少時)。
在某些實施例中，控制器30為一電子控制器，且具有用以控制致動器28及馬達22的電路系統。在所說明的實施例中，控制器30包含諸如所說明的微處理器32的處理器及記憶體裝置34。控制器30亦可以包含一個或多個儲存裝置及/或其他合適的組件。處理器32可用於執行軟體，諸如用於控制致動器28及馬達22的軟體等等。此外，處理器32可以包含多個微處理器、一個或多個「通用」(general-purpose)微處理器、一個或多個專用微處理器及/或一個或多個專用積體電路(ASICS)或其某種組合。例如，處理器32可以包含一個或多個精簡指令集(RISC)處理器。
記憶體裝置34可以包含諸如隨機存取記憶體(RAM)的揮發性記憶體，及/或諸如唯讀記憶體(ROM)的非揮發性記憶體。記憶體裝置34可以儲存多種資訊且可以用於多種目的。例如，記憶體裝置34可以儲存處理器可執行指令(例如軔體或軟體)以供處理器32執行，諸如用於控制致動器28及馬達22的指令。儲存裝置(例如非揮發性記憶體)可以包含ROM、快閃記憶體、硬盤驅動器或任何其他合適的光學、磁性或固態儲存媒體或其組合。儲存裝置可以儲存資料、指令(例如用於控制致動器及電機的軟體或軔體等)及任何其他合適的資料。
在某些實施例中，節流閥24的主體具有中央通道及一個或多個(例如多個)分流器流動路徑。中央通道由主體的內表面形成，且每一分流器流動路徑具有入口(例如在內表面處)及出口(例如在內表面處)。分流器流動路徑用以在通過中央通道的流體流內引起渦流，同時流體流的部分穿過分流器流動路徑。另外，節流閥24的葉片26安置在中央通道內(例如，以使得葉片定位於分流器流動路徑的入口上游，同時葉片處於關閉位置)。當葉片處於關閉位置時，葉片用以實質上阻止流體流通過中央通道。當葉片處於打開位置時，葉片亦使得流體流能夠通過中央通道。另外，當葉片處於部份打開位置時，葉片將流體流的部分引導至分流器流動路徑的入口。
為了以較高容量(higher capacity)操作離心式壓縮機14，控制器可以控制致動器28將葉片26移動至打開位置，從而有助於流體流流向離心式壓縮機14。此外，為了以較低容量(lower capacity)操作離心式壓縮機14，控制器30可以控制致動器28以將葉片26移動至部份打開位置(partially open position)。隨著葉片處於部份打開位置，通過節流閥24的主體的中央通道的流體的流速降低。另外，將流體流的部分引導至分流器流動路徑的入口，從而在通過主體的中央通道的流體流內引起渦流。分流器流動路徑用以在離心式壓縮機14的葉輪20的旋轉方向上引起渦流。因此，可以減少離心式壓縮機/馬達上的負載，從而減少功率消耗。
在某些實施例中，樞軸桿不可旋轉地(non-rotatably)耦接至每一葉片。另外，每一樞軸桿樞轉地耦接至節流閥的主體的相對側，以使得相應的葉片能夠在關閉位置、打開位置以及部份打開位置之間旋轉。流體密封件及軸承可以分別安置在每一樞軸桿的每一端與主體之間，以阻止流體流出主體且有助於桿/葉片的旋轉。因為葉片由主體的兩側支撐，所以桿上的彎曲負載可能顯著小於經由與主體的單個連接來支撐輪葉的桿(例如懸臂桿)上的彎曲負載。因此，可以使用較細的桿來支撐葉片，從而降低節流閥的成本。此外，因為每一葉片由主體的兩側支撐，所以與安置在經由與主體的單個連接來支撐輪葉的桿周圍的流體密封件/軸承相比，每一流體密封件及軸承上的負載可以減少。因此，可以在節流閥內利用較不強健的(less robust)流體密封件/軸承，從而進一步降低成本。另外，流體密封件/軸承上的較低負載可以降低足以驅動每一葉片旋轉的扭矩，從而減少用於控制葉片的位置的致動器的功率消耗及/或使得能夠使用較低容量的致動器，這可以進一步降低節流閥的成本。此外，節流閥的桿與主體之間較低的負載可以使得主體能夠由鋁製成，從而增強主體的耐腐蝕性。另外，與具有由中央組合件(例如鼻錐)支撐的輪葉的節流閥相比，可以減少通過節流閥的壓降，該中央組合件由延伸穿過流體流的支撐件耦接至主體。
圖2為可在圖1的離心式壓縮機系統內採用的節流閥組合件12的實施例的透視圖。在所說明的實施例中，節流閥24包含主體36，該主體36具有在主體36的入口40與出口42之間延伸的中央通道38。如所說明，中央通道38由主體36的內表面39形成。在所說明的實施例中，主體36的內表面39為實質上光滑的。然而，在其他實施例中，主體可以包含自內表面延伸至中央通道中的一個或多個特徵(例如導向輪葉、流動干擾器等)。中央通道38用以在入口40處容納流體(例如空氣)且在出口42處排出流體。如先前所論述，流體可以自出口42流向離心式壓縮機的入口。
如所說明，主體36具有定位於入口40處的第一連接特徵44及定位於出口42處的第二連接特徵46。每一連接特徵用以有助於將主體36耦接至另一合適的結構(例如流體導管、離心式壓縮機等)。在所說明的實施例中，第一連接特徵44包含脊(ridge)，該脊用以嚙合連接器，該連接器將節流閥24的主體耦接至另一合適的結構。在其他實施例中，第一連接特徵可以包含凸緣、螺紋部分、另一合適的連接特徵或其組合(例如單獨或與所說明的脊組合)。另外，第二連接特徵46包含凸緣，該凸緣用以耦接至另一合適的結構的對應凸緣(例如經由多個緊固件)。在其他實施例中，第二連接特徵可以包含脊、螺紋部分、另一合適的連接特徵或其組合(例如單獨或與所說明的凸緣組合)。此外，在某些實施例中，可以省略連接特徵中的至少一者(例如在將主體焊接至另一結構的實施例中、在主體的入口未耦接至另一結構的實施例中等)。
在所說明的實施例中，節流閥24的主體36由支撐組合件48支撐。如所說明，支撐組合件48包含用以耦接至支撐結構52的底座50及用以耦接至主體36的支架54。在某些實施例中，支架54可以藉由焊接連接耦接至主體36，支架54可以藉由焊接連接耦接至底座50，且底座50可以藉由焊接連接耦接至支撐結構52。在其他實施例中，至少一個連接可以由另一合適的連接系統(例如黏合劑連接、緊固件、壓配合連接等)建立。此外，雖然在所說明的實施例中主體由單個支撐組合件支撐，但在其他實施例中，主體可以由更多或更少的支撐組合件(例如0、1、2、3、4或更多)支撐。例如，在某些實施例中，可以省略支撐組合件，且主體可以由第一連接特徵及/或第二連接特徵支撐。另外，雖然在所說明的實施例中支撐組合件48包含底座50及支架54，但在其他實施例中，支撐組合件可以包含其他/額外的合適元件以支撐節流閥的主體。
在所說明的實施例中，節流閥24的主體36包含多個分流器流動路徑56。如下文所詳細論述，每一分流器流動路徑56具有在主體36的內表面39處的入口及在主體36的內表面39處的出口。分流器流動路徑56用以在通過中央通道38的流體流內引起渦流，同時流體流的部分穿過分流器流動路徑56。此外，在所說明的實施例中，節流閥24包含安置在中央通道38內的兩個葉片。當兩個葉片處於關閉位置時，兩個葉片用以實質上阻止流體流通過中央通道38。另外，當兩個葉片處於打開位置時，兩個葉片使得流體流能夠通過中央通道38。當兩個葉片處於部份打開位置時，兩個葉片亦用以將流體流的部分引導至分流器流動路徑56的入口。分流器流動路徑56用以在離心式壓縮機的葉輪的旋轉方向上引起渦流。因此，在葉片處於部份打開位置且離心式壓縮機以較低容量操作時，分流器流動路徑所引起的渦流可以減少離心式壓縮機/馬達上的負載，從而減少功率消耗。
如先前所論述，節流閥組合件12包含致動器28，該致動器28用以控制節流閥24的葉片的位置。在所說明的實施例中，致動器28包含電動馬達58 (例如通信耦合至上文參考圖1所揭露的控制器)及旋轉線性轉換器60。電動馬達58用以驅動旋轉線性轉換器60的輸入端旋轉，且旋轉線性轉換器60用以將輸入端的旋轉移動轉換為輸出端的線性移動。如下文所詳細論述，旋轉線性轉換器60的輸出端用以驅動聯動組合件62旋轉兩個葉片。旋轉線性轉換器60可以包含任何合適的裝置，該裝置用以將輸入端的旋轉移動轉換為輸出端的線性移動(例如螺桿驅動器、齒條與齒輪系統等)。此外，雖然在所說明的實施例中電動馬達58用以驅動旋轉線性轉換器60的輸入端旋轉，但在其他實施例中，另一合適的馬達(諸如氣動馬達或液壓馬達)可以驅動旋轉線性轉換器輸入端旋轉(例如單獨或與電動馬達組合)。此外，雖然在所說明的實施例中致動器包含馬達及旋轉線性轉換器，但在其他實施例中，致動器可以包含另一合適的裝置(例如單獨或與馬達/旋轉線性轉換器組合)，該裝置用以向聯動組合件62提供線性輸出，諸如線性致動器、液壓缸或氣壓缸。
在所說明的實施例中，聯動組合件62包含旋轉臂64，該旋轉臂64可旋轉地耦接至旋轉線性轉換器60的輸出端且不可旋轉地耦接至第一樞軸桿66。第一樞軸桿66不可旋轉地耦接至兩個葉片中的第一葉片且由節流閥24的主體36可旋轉地支撐。因此，旋轉線性轉換器60的輸出端的移動驅動樞轉臂64旋轉，從而驅動第一樞軸桿66及相應的第一葉片旋轉。此外，聯動組合件62包含不可旋轉地耦接至第一樞軸桿66/樞轉臂64的第一齒輪68及不可旋轉地耦接至第二樞軸桿的第二齒輪70。第二樞軸桿不可旋轉地耦接至兩個葉片中的第二葉片且由節流閥24的主體36可旋轉地支撐。另外，第一齒輪68與第二齒輪70嚙合，以使得第一齒輪68的旋轉驅動第二齒輪70旋轉。在所說明的實施例中，第一齒輪及第二齒輪具有相同的齒數及實質上相同的直徑。因此，在驅動第一齒輪68旋轉時，第二齒輪70的旋轉角度與第一齒輪68的旋轉角度實質上相等。因此，當第一葉片由樞轉臂64驅動旋轉時，第二葉片經由第一齒輪及第二齒輪被驅動旋轉相同的量。然而，在其他實施例中，第一齒輪及第二齒輪可以具有不同的齒數，以使得一個葉片比另一葉片旋轉得少。因為所說明的聯動組合件62僅用以控制具有平行旋轉軸線的兩個葉片，包括樞轉臂64、第一齒輪68及第二齒輪70的聯動組合件62可以顯著地較不複雜，且可以包含比用以控制在中央通道內以徑向組態配置的多個輪葉的聯動組合件少得多的零件。因此，閥組合件的成本及與校準輪葉/葉片的對準相關聯的持續時間可以顯著減少。
雖然在所說明的實施例中聯動組合件包含樞轉臂，但在其他實施例中，可以省略樞轉臂，且旋轉線性轉換器的輸出端可以在自相應齒輪的樞軸徑向向外的點處直接旋轉地耦接至第一齒輪或第二齒輪。此外，雖然在所說明的實施例中第一齒輪及第二齒輪直接彼此嚙合，但在其他實施例中，第一齒輪及第二齒輪可以經由鏈條或皮帶彼此嚙合。另外，雖然在所說明的實施例中聯動組合件包含第一齒輪及第二齒輪，但在其他實施例中，聯動組合件可以包含不可旋轉地耦接至第一樞軸桿的另一合適的裝置(例如輪、滑輪等)及/或不可旋轉地耦接至第二樞軸桿的另一合適的裝置(例如輪、滑輪等)，其中裝置/齒輪彼此嚙合(例如直接地、經由鏈條、經由皮帶等)。此外，在某些實施例中，可以省略旋轉線性轉換器及樞轉臂，且旋轉致動器(例如電動馬達、氣動馬達、液壓馬達等)的輸出軸可以不可旋轉地耦接至第一齒輪/裝置或第二齒輪/裝置。在這些實施例中，旋轉致動器可以驅動齒輪/裝置旋轉，從而控制葉片的位置。
另外，在某些實施例中，每個樞軸桿可以由相應致動器獨立驅動旋轉。例如，第一旋轉致動器(例如電動馬達、氣動馬達、液壓馬達等)的輸出軸可以不可旋轉地耦接至第一樞軸桿，且第二旋轉致動器(例如電動馬達、氣動馬達、液壓馬達等)的輸出軸可以不可旋轉地耦接至第二樞軸桿。可以通信耦合至每一旋轉致動器的控制器可以控制每一旋轉致動器(例如基於來自相應葉片位置感測器的回饋)，以使得相應葉片移動至目標位置(例如以使得兩個葉片相對於將葉片之間的主體一分為二的平面以相同的角度定向)。藉助於其他實例，第一線性致動器/旋轉線性轉換器的輸出端可以經由第一聯動組合件耦接至第一樞軸桿，且第二線性致動器/旋轉線性轉換器的輸出端可以經由第二聯動組合件耦接至第二樞軸桿。在包含旋轉線性轉換器的實施例中，旋轉致動器可以驅動每一旋轉線性轉換器的旋轉輸入端。可以通信耦合至每一線性致動器/旋轉致動器的控制器可以控制每一線性致動器/旋轉致動器(例如基於來自相應葉片位置感測器的回饋)，以使得相應葉片移動至目標位置(例如以使得兩個葉片相對於將葉片之間的主體一分為二的平面以相同的角度定向)。
在所說明的實施例中，致動器28及聯動組合件62定位於節流閥24的主體36的外部(例如主體36的外部)。然而，在其他實施例中，致動器及/或聯動組合件可以定位於節流閥的主體內(例如在主體的一個或多個延伸部內)。例如，在某些實施例中，可以省略聯動組合件，第一旋轉致動器的輸出軸可以不可旋轉地耦接至第一樞軸桿，且第二旋轉致動器的輸出軸可以不可旋轉地耦接至第二樞軸桿。在這些實施例中，至少一個旋轉致動器(例如兩個旋轉致動器)可以安置在節流閥的主體內(例如在相應延伸部內)。
在所說明的實施例中，第一樞軸桿66樞轉地耦接至節流閥24的主體36的相對側，以使得第一葉片能夠在關閉位置、打開位置以及部份打開位置之間旋轉。另外，第二樞軸桿樞轉地耦接至節流閥24的主體36的相對側，以使得第二葉片能夠在關閉位置、打開位置以及部份打開位置之間旋轉。流體密封件及軸承可以分別安置在每一樞軸桿的每一端與主體36 (例如主體36的延伸部72)之間，以阻止流體流出主體且有助於桿/葉片的旋轉。因為每一葉片由主體的兩側支撐，所以樞軸桿上的彎曲負載可能顯著小於經由與主體的單個連接來支撐輪葉的桿(例如懸臂桿)上的彎曲負載。因此，可以使用較細的桿來支撐葉片，從而降低節流閥的成本。此外，因為每一葉片由主體的兩側支撐，所以與安置在經由與主體的單個連接來支撐輪葉的桿周圍的流體密封件/軸承相比，每一流體密封件及軸承上的負載可以減少。因此，可以在節流閥內利用不太堅固的流體密封件/軸承，從而進一步降低成本。另外，流體密封件/軸承上的較低負載可以降低足以驅動每一葉片旋轉的扭矩，從而減少致動器的功率消耗及/或使得能夠使用較低容量的致動器，這可以進一步降低節流閥的成本。
圖3為圖2的節流閥組合件的沿圖2的線3-3截取的節流閥24的橫截面圖。如先前所論述，節流閥24包含第一葉片74及第二葉片76。在所說明的實施例中，第一葉片74不可旋轉地耦接至第一樞軸桿66，且第二葉片76不可旋轉地耦接至第二樞軸桿78。流體密封件及軸承分別安置在第一樞軸桿66的每一端與主體36 (例如主體36的延伸部72)之間，以阻止流體流出主體且有助於第一樞軸桿66的旋轉。另外，流體密封件及軸承分別安置在第二樞軸桿78的每一端與主體36 (例如主體36的延伸部72)之間，以阻止流體流出主體且有助於第二樞軸桿78的旋轉。因為每一葉片由主體的兩側支撐，所以樞軸桿上的彎曲負載可能顯著小於經由與主體的單個連接來支撐輪葉的桿(例如懸臂桿)上的彎曲負載。因此，可以使用較細的桿來支撐葉片，從而降低節流閥的成本。此外，因為每一葉片由主體的兩側支撐，所以與安置在經由與主體的單個連接來支撐輪葉的桿周圍的流體密封件/軸承相比，每一流體密封件及軸承上的負載可以減少。因此，可以在節流閥內利用不太堅固的流體密封件/軸承，從而進一步降低成本。雖然在所說明的實施例中流體密封件及軸承安置在每一樞軸桿的每一端與主體之間，但在其他實施例中，可以自一個或多個樞軸桿/主體介面省略流體密封件或軸承中的至少一者。
在某些實施例中，每一葉片及每一相應樞軸桿可以形成為單獨的元件且彼此耦接。然而，在其他實施例中，至少一個樞軸桿可以與相應葉片整合在一起。例如，樞軸桿的中央部分可以由相應葉片的主體形成。
當葉片處於關閉位置時，葉片用以實質上阻止流體流過中央通道38。當葉片處於關閉位置時，每一葉片的平面可以實質上垂直於流體流定向。另外，當葉片處於關閉位置時，每一葉片的平面可以實質上垂直於平面80定向，該平面80沿節流閥24的軸向軸線82及徑向軸線84延伸且將葉片之間的主體36一分為二。此外，在所說明的實施例中，當葉片處於關閉位置時，葉片定位於分流器流動路徑的入口的上游，從而實質上阻止流體流通過分流器流動路徑。在某些實施例中，在葉片處於關閉位置的情況下，可以在葉片之間及/或至少一個葉片與主體36的內表面39之間形成間隙。因此，當葉片處於關閉位置時，少量流體可以繼續流過中央通道38。在其他實施例中，當葉片處於關閉位置時，葉片(例如葉片的密封件)可以接觸主體及/或彼此接觸以增強流體通過中央通道的阻塞。
葉片亦用以在葉片處於打開位置(例如完全打開位置)時有助於流體流過中央通道38。當葉片處於打開位置時，每一葉片的平面可以實質上平行於流體流定向，且每一葉片的平面可以實質上平行於平面80定向。此外，在葉片處於打開位置的情況下，大部分流體流穿過中央通道。例如，在葉片處於打開位置時，小於2%、小於1%、小於0.5%、小於0.25%或小於0.1%的流體流可以穿過分流器流動路徑。
另外，葉片用以在葉片處於部份打開位置時部份地阻止流體流通過中央通道38。在葉片處於部份打開位置時，每一葉片的平面可以相對於平面80以一定角度定向。因此，在葉片處於所說明的部份打開位置的情況下，葉片將流體流的部分引導至分流器流動路徑56的入口86。如先前所論述，分流器流動路徑56用以在流體流內引起渦流，同時流體流的部分穿過分流器流動路徑56。在所說明的實施例中，第一葉片74用以在第一葉片74處於部份打開位置時，將流體流的部分的第一部分88引導至分流器流動路徑56的入口86的第一組90。另外，第二葉片76用以在第二葉片76處於部份打開位置時，將流體流的部分的第二部分92引導至分流器流動路徑56的第二組94的入口86。如所說明，分流器流動路徑56的第一組90沿節流閥24的圓周軸線96，自分流器流動路徑56的第二組94偏移。當將流體流的部分引導至分流器流動路徑的入口時，流體流的剩餘部分98在葉片之間及在葉片與主體之間穿過。流體的流過分流器流動路徑的部分在流體流內引起渦流，此係因為該部分與在分流器流動路徑的出口處的流體的剩餘部分相互作用。
在所說明的實施例中，每一葉片相對於平面80的角度控制進入分流器流動路徑56的入口86的流體流的部分。例如，在葉片相對於平面以小角度定向時(例如在葉片接近打開位置時)，引導至分流器流動路徑的入口的流體流的部分相對小。然而，隨著葉片與平面之間的角度增加(例如隨著葉片朝向關閉位置移動)，引導至分流器流動路徑的入口的流體流的部分增加。在某些實施例中，當至少一個葉片接近關閉位置時，至少一個葉片可以阻止流體流向相應入口的增加部分。因此，在這些實施例中，隨著至少一個葉片接近關閉位置，流向相應分流器流動路徑的流體流的部分可以減少。
在所說明的實施例中，第一葉片74及第二葉片76為半圓形的且彼此實質上相同。然而，在其他實施例中，至少一個葉片可以具有另一合適的形狀(例如基於中央通道的橫截面形狀)。例如，若中央通道具有橢圓形的橫截面形狀，則每一葉片可為半橢圓形的。此外，在某些實施例中，葉片可以彼此不實質上相同。例如，一個葉片可以具有互鎖特徵(例如脊、突起等)，該互鎖特徵用以在葉片處於關閉位置時嚙合另一葉片的對應互鎖特徵以實質上阻止流體流通過中央通道。此外，在所說明的實施例中，每一樞軸桿延伸穿過相應葉片的質心。因此，每一葉片可以繞質心樞轉，從而減小足以使葉片在打開位置與關閉位置之間旋轉的扭矩。因此，可以使用功率較小的致動器來驅動葉片旋轉，從而降低節流閥組合件的成本。雖然在所說明的實施例中每一樞軸桿延伸穿過相應葉片的質心，但在其他實施例中，至少一個樞軸桿可以延伸穿過相應葉片的另一合適部分以有助於葉片的旋轉。
此外，因為所說明的節流閥利用兩個葉片來控制通過中央通道的流，所以與具有三個或更多個可旋轉輪葉的節流閥相比，在葉片處於打開位置的情況下通過節流閥的壓降可以減少。另外，因為在所說明的實施例中由分流器流動路徑引起渦流，所以與利用可旋轉輪葉引起渦流的節流閥相比，在葉片處於部份打開位置的情況下通過節流閥的壓降可以減少。雖然在所說明的實施例中節流閥包含兩個葉片，但在其他實施例中，節流閥可以具有更多或更少的葉片，諸如下文所詳細揭露的單葉片組態。例如，在某些實施例中，節流閥可以包含三個或更多個葉片(例如，其中葉片用以繞實質上平行的軸線旋轉，其中每一葉片用以在處於部份打開位置時將流體流引導至分流器流動路徑的相應組，等)。
圖4為圖3的節流閥24的側視圖。在所說明的實施例中，第一組90包含六個分流器流動路徑56，且第二組94包含六個分流器流動路徑56。然而，在其他實施例中，每一組可以包含更多或更少的分流器流動路徑。例如，在某些實施例中，第一組可以包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10個或更多個分流器流動路徑，且/或第二組可以包含1 、2、3、4、5、6、7、8、9、10個或更多個分流器流動路徑。在某些實施例中，可以省略一組。此外，在某些實施例中，第一組90及第二組94具有相同數目的分流器流動路徑，而在其他實施例中，第一組可以具有比第二組更多或更少的分流器流動路徑。
如先前所論述，分流器流動路徑56用以在穿過節流閥的中央通道的流體內引起渦流。為了引起渦流，每一分流器流動路徑56用以接收大體沿軸向軸線82流動的流體且大體沿圓周軸線96將流重定向。因此，每一分流器流動路徑可以在入口處沿圓周軸線96相對於軸向軸線82以小角度定向，且每一分流器流動路徑56可以在出口處沿軸向軸線82相對於圓周軸線96以小角度定向。例如，在某些實施例中，每一分流器流動路徑56在入口處可以沿圓周軸線96相對於軸向軸線82以0度與45度之間、0度與30度之間、0度與20度之間、0度與15度之間或0度與10度之間的角度100定向。此外，在所說明的實施例中，分流器流動路徑56在入口處的角度100彼此相等。然而，在其他實施例中，至少一個分流器流動路徑在相應入口處的角度可以大於至少一個其他分流器流動路徑在相應入口處的角度。
此外，每一分流器流動路徑56可以在入口處沿徑向軸線84相對於軸向軸線82以任何合適的角度101定向。例如，角度101可以在5度與60度之間、10度與55度之間、15度與50度之間或20度與45度之間。另外，每一分流器流動路徑56可以在出口處沿徑向軸線84相對於軸向軸線82以任何合適的角度103定向。例如，角度103可以在5度與80度之間、10度與70度之間、15度與60度之間或20度與50度之間。
圖5為圖3的節流閥24的沿圖4的線5-5截取的橫截面圖。如先前所論述，每一分流器流動路徑56具有在主體36的內表面39處的入口86及在主體的內表面39處的出口102。流動路徑56用以在通過中央通道38的流體流內引起渦流，同時流體流的部分穿過分流器流動路徑56。在所說明的實施例中，每一分流器流動路徑56由延伸穿過主體36的通道104形成。因此，每一流動路徑56沿入口86與出口104之間的通道104被封閉，從而將流體自入口引導至出口。然而，在其他實施例中，至少一個分流器流動路徑可以形成為在相應入口與相應出口之間沿主體延伸的溝道。在這些實施例中，流體可以沿溝道自入口流至出口。在某些實施例中，主體形成為單個元件，包含通道及/或溝道。例如，主體可以經由鑄造製程、增材製造製程(additive  manufacturing  process)、機加工製程(machining  process)、另一種合適的製程或其組合形成為單個元件。
此外，在某些實施例中，至少一個分流器流動路徑可以由自相應入口延伸至相應出口的管形成(例如在管與主體的中央部分之間建立間隙)。管可以單獨形成且在相應入口及相應出口處耦接至主體的中央部分(例如經由焊接製程、經由黏合劑連接、經由緊固件等)，從而形成主體。在某些實施例中，管可為可拆卸的且可用具有不同性質(例如長度、直徑、定向等)的管替換，從而有助於節流閥的重組態(例如針對不同的預期流速、針對不同的渦流量值等)。另外，在某些實施例中，主體的具有分流器流動路徑的部分可為可拆卸的且可用具有不同分流器流動路徑的部分替換，從而有助於節流閥的重組態(例如針對不同的預期流速、針對不同的渦流量值等)。
在所說明的實施例中，每一分流器流動路徑56具有實質上圓形的橫截面形狀，該形狀沿相應入口86與相應出口102之間的分流器流動路徑的大部分而形成。然而，在其他實施例中，至少一個分流器流動路徑可以具有另一合適的橫截面形狀(例如橢圓形、多邊形等)，該形狀沿相應入口與相應出口之間的分流器流動路徑的大部分長度而形成。此外，在某些實施例中，至少一個分流器流動路徑的橫截面形狀可以沿分流器流動路徑的長度變化。另外，可以特別選擇每一分流器流動路徑的橫截面積(例如直徑等)，以有助於流體在入口與出口之間流動，且在通過中央通道的流體流內引起渦流。在某些實施例中，分流器流動路徑的橫截面積可以實質上彼此相等。然而，在其他實施例中，一個分流器流動路徑的橫截面積可以大於另一分流器流動路徑的橫截面積。另外，在某些實施例中，至少一個分流器流動路徑的橫截面積可以沿分流器流動路徑的長度變化。例如，在某些實施例中，至少一個分流器流動路徑可以在入口與出口之間會聚，至少一個分流器流動路徑可以在入口與出口之間分流，至少一個分流器流動路徑可以具有會聚分流部分，或其組合。
此外，在所說明的實施例中，入口86沿軸向軸線82彼此對準。然而，在其他實施例中，至少一個入口可以沿軸向軸線定位在至少一個其他入口的前方或後方。另外，在所說明的實施例中，出口102沿軸向軸線82彼此對準。然而，在其他實施例中，至少一個出口可以沿軸向軸線定位在至少一個其他出口的前方或後方。
圖6為圖3的節流閥24的沿圖3的線6-6截取的橫截面圖。如先前所論述，每一分流器流動路徑56可以在出口102處沿軸向軸線82相對於圓周軸線96以小角度定向。例如，在某些實施例中，每一分流器流動路徑56在出口處可以沿軸向軸線82相對於圓周軸線96以0度與45度之間、5度與40度之間、5度與35度之間、10度與30度之間或15度與30度之間的角度106定向。此外，在所說明的實施例中，分流器流動路徑56在出口102處的角度106彼此相等。然而，在其他實施例中，至少一個分流器流動路徑在相應出口處的角度可以大於至少一個其他分流器流動路徑在相應出口處的角度。
在所說明的實施例中，每一入口86具有實質上橢圓形的形狀。然而，在其他實施例中，至少一個入口可以具有另一合適的形狀(例如圓形、多邊形等)。另外，每一出口102可以具有任何合適的形狀。此外，在所說明的實施例中，入口86彼此間隔開。然而，在其他實施例中，至少兩個入口可以彼此接觸/嚙合。在所說明的實施例中，第一組90的分流器流動路徑56的出口102彼此接觸/嚙合，且第二組94的分流器流動路徑56的出口102彼此接觸/嚙合。然而，在其他實施例中，第一組的至少兩個分流器流動路徑的出口可以彼此間隔開，第二組的至少兩個分流器流動路徑的出口可以彼此間隔開，第一組的分流器流動路徑的出口可以與第二組的分流器流動路徑的出口接觸/嚙合，或其組合。此外，在所說明的實施例中，每一入口86及每一出口102形成在主體36的內表面39處。然而，在其他實施例中，至少一個入口及/或至少一個出口可以形成在延伸至主體的中央通道中的延伸部(例如管等)內。
圖7為可在圖1的節流閥組合件內採用的節流閥108的另一實施例的透視圖。類似於上文參考圖2至6所揭露的實施例，節流閥108包含具有中央通道38及多個分流器流動路徑110的主體36。中央通道38由主體36的內表面39形成，且每一分流器流動路徑110具有入口(例如在內表面39處)及出口(例如在內表面39處)。分流器流動路徑110用以在通過中央通道38的流體流內引起渦流，同時流體流的部分穿過分流器流動路徑110。此外，在所說明的實施例中，節流閥108包含安置在中央通道38內的單個葉片112。當單個葉片112處於關閉位置時，單個葉片112用以實質上阻止流體流通過中央通道38。另外，當單個葉片112處於打開位置時，單個葉片112用以使得流體流能夠通過中央通道38。當單個葉片112處於部份打開位置時，單個葉片112亦用以將流體流的部分引導至分流器流動路徑110的入口。在所說明的實施例中，當單個葉片112處於所說明的關閉位置時，單個葉片112定位於分流器流動路徑的入口的上游，從而實質上阻止流體流通過分流器流動路徑。雖然在所說明的實施例中節流閥108包含多個分流器流動路徑110，但在其他實施例中，節流閥可以包含單個分流器流動路徑。
在所說明的實施例中，單個葉片112具有對應於中央通道38的圓形橫截面的圓形形狀。然而，在其他實施例中，單個葉片可以具有另一合適的形狀(例如對應於中央通道的橫截面形狀的形狀)。此外，在某些實施例中，節流閥108包含耦接至單個葉片112的單個樞軸桿(例如在單個葉片112的質心處)，其中單個樞軸桿延伸穿過主體36的相對側。單個樞軸桿使得單個葉片112能夠在關閉位置、打開位置以及部份打開位置之間旋轉。因為單個葉片112由主體36的兩側支撐，所以樞軸桿上的彎曲負載可能顯著小於經由與主體的單個連接來支撐輪葉的桿(例如懸臂桿)上的彎曲負載。另外，因為節流閥包含單個葉片，所以可以利用較不複雜的聯動組合件來移動葉片(例如與具有多個可拆卸輪葉的節流閥相比)。例如，類似於上文參考圖2所揭露的聯動組合件但具有針對單個樞軸桿的單個齒輪的聯動組合件可用於旋轉單個葉片。此外，在某些實施例中，可以省略聯動組合件，且可以由耦接至單個樞軸桿的單個旋轉致動器(例如電動馬達、液壓馬達、氣動馬達等)來驅動單個葉片旋轉。
在某些實施例中，分流器流動路徑110的入口可以沿內表面39的半圓形區定位，且分流器流動路徑的出口可以沿圓周軸線96繞內表面的整個周邊(例如圓周)分佈。因此，在單個葉片112處於部份打開位置的情況下，流體流(例如空氣流)的部分可以引導至分流器流動路徑的入口，且分流器流動路徑可以引導流體流的部分以在通過中央通道的流體流中引起渦流。在其他實施例中，一個或多個入口可位於沿內表面的周邊的其他合適位置處，且/或一個或多個出口可位於沿內表面的周邊的其他合適位置處(例如，出口可以定位於內表面的半圓形區)。上文參考圖2至6的實施例所揭露的任何性質、特徵及變型可應用於所說明的實施例。例如，上文參考分流器流動路徑、製造節流閥的方法及用於驅動葉片旋轉的聯動組合件所揭露的任何變型可應用於所說明的節流閥。
雖然本文中僅說明及描述了某些特徵，但熟習此項技術者將想到許多修改及改變。因此，應當理解，所附申請專利範圍旨在涵蓋如落入本揭露的真實精神內的所有這些修改及改變。
本文中所提出及主張的技術被引用且應用於實際性質的實物及具體實例，這些技術明顯改進了當前技術領域，且如此，並非抽象的、無形的或純理論的。此外，若附加至本說明書末尾的任何請求項包含一個或多個指定為「用於[執行][功能]……的構件」或「用於[執行][功能]……的步驟」的元素，這些元素旨在根據35 U.S.C. 112(f)進行解釋。然而，針對包含以任何其他方式指定的元素的任何請求項，這些元素不應根據35 U.S.C. 112(f)進行解釋。
3-3,5-5,6-6:線 10:離心式壓縮機系統 12:節流閥組合件 14:離心式壓縮機 16,40,86:入口 18,42,102:出口 20:葉輪 22:馬達 24,108:節流閥 26,112:葉片 28:致動器 30:控制器 32:微處理器 34:記憶體裝置 36:主體 38:中央通道 39:內表面 44:第一連接特徵 46:第二連接特徵 48:支撐組合件 50:底座 52:支撐結構 54:支架 56,110:分流器流動路徑 58:電動馬達 60:旋轉線性轉換器 62:聯動組合件 64:旋轉臂 66:第一樞軸桿 68:第一齒輪 70:第二齒輪 72:延伸部 74:第一葉片 76:第二葉片 78:第二樞軸桿 80:平面 82:軸向軸線 84:徑向軸線 88:第一部分 90:第一組 92:第二部分 94:第二組 96:圓周軸線 98:剩餘部分 100,101,103,106:角度 104:通道
當參考隨附圖式閱讀以下詳細描述時，將較佳地理解本揭露的這些及其他特徵、態樣以及優點，其中貫穿圖式，相同的字符表示相同的部分，其中：
圖1為具有節流閥組合件的離心式壓縮機系統的實施例的示意圖；
圖2為可在圖1的離心式壓縮機系統內採用的節流閥組合件的實施例的透視圖；
圖3為圖2的節流閥組合件的沿圖2的線3-3截取的節流閥的橫截面圖；
圖4為圖3的節流閥的側視圖；
圖5為圖3的節流閥的沿圖4的線5-5截取的橫截面圖；
圖6為圖3的節流閥的沿圖3的線6-6截取的橫截面圖；及
圖7為可在圖1的節流閥組合件內採用的節流閥的另一實施例的透視圖。
10:離心式壓縮機系統
12:節流閥組合件
14:離心式壓縮機
16:入口
18:出口
20:葉輪
22:馬達
24:節流閥
26:葉片
28:致動器
30:控制器
32:微處理器
34:記憶體裝置

Claims (20)

  1. 一種用於一離心式壓縮機之節流閥，其包含： 一主體，具有一中央通道及多個分流器流動路徑中的一者或多者，其中該中央通道由該主體的一內表面形成，多個分流器流動路徑中的該一者或多者中的每一分流器流動路徑具有一入口及一出口，且該一個或多個分流器流動路徑經組配以在通過該中央通道的一流體流內引起一渦流，同時該流體流的一部分穿過該一個或多個分流器流動路徑；以及 至少一個葉片，安置在該中央通道內，其中該至少一個葉片經組配成：在該至少一個葉片處於一關閉位置時，實質上阻止該流體流通過該中央通道；在該至少一個葉片處於一打開位置時，使得該流體流能夠通過該中央通道；及在該至少一個葉片處於一部份打開位置時，將該流體流的該部分引導至該一個或多個分流器流動路徑的該等入口。
  2. 如請求項1所述之節流閥，其中該一個或多個分流器流動路徑包含多個分流器流動路徑，該至少一個葉片包含一第一葉片及一第二葉片，該第一葉片經組配成在該第一葉片處於該部份打開位置時，將該流體流的該部分的一第一部分引導至該等多個分流器流動路徑中的一個或多個分流器流動路徑的一第一組的該等入口，且該第二葉片經組配成在該第二葉片處於該部份打開位置時將該流體流的該部分的一第二部分引導至該等多個分流器流動路徑中的一個或多個分流器流動路徑的一第二組的該等入口。
  3. 如請求項2所述之節流閥，其中該第一葉片及該第二葉片為半圓形且彼此實質相同。
  4. 如請求項1所述之節流閥，其包含耦接至該至少一個葉片中的每一葉片的一樞軸桿，其中該樞軸桿延伸穿過該主體的多個相對側。
  5. 如請求項1所述之節流閥，其中該一個或多個分流器流動路徑中的至少一個分流器流動路徑的該入口定位於該內表面處，該一個或多個分流器流動路徑中的至少一個分流器流動路徑的該出口定位於該內表面處，或其組合。
  6. 如請求項1所述之節流閥，其中該主體藉由一鑄造製程或一增材製造製程形成為一單個元件。
  7. 如請求項1所述之節流閥，其中該一個或多個分流器流動路徑中的至少一者包含延伸穿過該主體的一通道。
  8. 如請求項7所述之節流閥，其中該通道具有一實質上圓形的橫截面。
  9. 如請求項1所述之節流閥，其中該至少一個葉片包含一單個葉片。
  10. 如請求項8所述之節流閥，其中該一個或多個分流器流動路徑的該等入口沿該內表面的一半圓形區定位。
  11. 一種製造用於一離心式壓縮機之一節流閥的方法，其包含： 形成一主體，其中該主體具有一中央通道及多個分流器流動路徑，該中央通道由該主體的一內表面形成，該等多個分流器流動路徑中的每一分流器流動路徑具有一入口及一出口，且該等多個分流器流動路徑經組配以在通過該中央通道的一流體流內引起一渦流，同時該流體流的一部分穿過該等多個分流器流動路徑； 將至少一個葉片安置在該中央通道內，其中該至少一個葉片經組配成：在該至少一個葉片處於一關閉位置時實質上阻止該流體流通過該中央通道；在該至少一個葉片處於一打開位置時使得該流體流能夠通過該中央通道；及在該至少一個葉片處於一部份打開位置時將該流體流的該部分引導至該等多個分流器流動路徑的該等入口；以及 將該至少一個葉片可旋轉地耦接至該主體，以使得該至少一個葉片能夠在該關閉位置、該打開位置以及該部份打開位置之間旋轉。
  12. 如請求項11所述之方法，其中將該至少一個葉片可旋轉地耦接至該主體包含將一樞軸桿不可旋轉地耦接至該至少一個葉片中的每一葉片及將該樞軸桿樞轉地耦接至該主體的多個相對側。
  13. 如請求項11所述之方法，其中形成該主體包含經由一鑄造製程或一增材製造製程將該主體形成為一單個元件。
  14. 如請求項11所述之方法，其中該等多個分流器流動路徑中的至少一者包含延伸穿過該主體的一通道。
  15. 如請求項11所述之方法，其中該至少一個葉片包含一第一葉片及一第二葉片，該第一葉片經組配成在該第一葉片處於該部份打開位置時，將該流體流的該部分的一第一部分引導至該等多個分流器流動路徑中的一個或多個分流器流動路徑的一第一組的該等入口，且該第二葉片經組配成在該第二葉片處於該部份打開位置時將該流體流的該部分的一第二部分引導至該等多個分流器流動路徑中的一個或多個分流器流動路徑的一第二組的該等入口。
  16. 一種用於一離心式壓縮機之節流閥，其包含： 一主體，具有一中央通道及多個分流器流動路徑，其中該等多個分流器流動路徑經組配以在通過該中央通道的一流體流內引起一渦流，同時該流體流的一部分穿過該等多個分流器流動路徑； 至少一個葉片，安置在該中央通道內，其中該至少一個葉片經組配成：在該至少一個葉片處於一關閉位置時實質上阻止該流體流通過該中央通道；在該至少一個葉片處於一打開位置時使得該流體流能夠通過該中央通道；及在該至少一個葉片處於一部份打開位置時將該流體流的該部分引導至該等多個分流器流動路徑；以及 一樞軸桿，不可旋轉地耦接至該至少一個葉片中的每一葉片，其中該樞軸桿樞轉地耦接至該主體的多個相對側，以使得該葉片能夠在該關閉位置、該打開位置以及該部份打開位置之間旋轉。
  17. 如請求項16所述之節流閥，其中該至少一個葉片包含一第一葉片及一第二葉片，該第一葉片經組配成在該第一葉片處於該部份打開位置時，將該流體流的該部分的一第一部分引導至該等多個分流器流動路徑中的一個或多個分流器流動路徑的一第一組，且該第二葉片經組配成在該第二葉片處於該部份打開位置時將該流體流的該部分的一第二部分引導至該等多個分流器流動路徑中的一個或多個分流器流動路徑的一第二組。
  18. 如請求項16所述之節流閥，其中該至少一個葉片包含一單個葉片。
  19. 如請求項16所述之節流閥，其中該主體形成為一單個元件。
  20. 如請求項16所述之節流閥，其中該等多個分流器流動路徑中的至少一者包含延伸穿過該主體的一通道。
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