专利名称：带有曲折路径的流体减压装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体能量分散装置，尤其涉及应用曲折路径技术的此类装置。
背景技术：
在工业生产过程中的流体控制中，例如油和气体管道系统、化学的生产过程等等，常常需要降低流体的压力。可应用于此项工作的装置有可调节的流量限制装置如流量控制阀、流体调节器以及其它固定的流体限制装置如扩散器、消音器，以及其它的背压装置。在其应用中的流量控制阀和/或其它流量限制装置的用途可以是控制流率或其它过程可调变量，但是作为它的流量控制功能的一副效应，即这种限制不可避免地会引起压力的下降。
目前用于降低流体压力的一种装置是应用一种曲折的流体流动路径技术。在这项技术中，需要流体流通过一具有多个流体流动通道的装置，每一个流体流动通道构造成当流体自装置的进口向装置的出口穿过时，流体流在一曲折路径中多次改变方向。每一个曲折的流动路径至少可分成两支流曲折路径。这些装置通常被称为“曲折路径调整装置″。
在目前使用的这些运用曲折路径技术的曲折路径调整装置中，人们注意到它们有一些不足之处，这些不足之处会显著地降低这些装置所需的工作特性。
首先，在每一个曲折流动通道中的射流在马上要被分开和改变方向进入一附加的两支流曲折路径或通道之前，在一角度方向会获得一个显著的动量。这导致了在两个支流路径之间的流量不平衡，在与射流马上要被分开之前的射流动量较处于一直线上的支流通道中所含的流量比与射流马上要进入分开的支流通道之前的射流动量不处于一直线上的那一个相联的支流中所含的流量要大。这种质量不平衡的射流造成了更大的噪音并降低了曲折路径调整装置的效率。
另外，在每一个流动路径或支流路径中的射流的出口段处，曲折路径调整装置这种固有的设计导致了出口射流相互碰撞，从而造成了额外的系统噪音。
图2示出了一种现有技术中的曲折路径调整装置中的圆盘30。圆盘30包括一空心的中心部分32以及一环状周边34。多个曲折流动路径设置在空心的中心32与环状周边34之间。在圆盘30上，在一圆盘面上形成有多个细分的和确定的流动通道36，在这些通道中来自圆盘中心的流体流从空心的中心32进入通道36，并且在遇到分开的支流段38之前，流体流需通过若干连续的直角转弯——也就是如图2中沿圆周的顺时针方向、直径方向、圆周的逆时针方向以及直径方向等等。在每一个分开的支流段38中，流量被分成两个部分，每一股流量还需要经过若干个直角的方向改变直到最后在出口段40a和40b作为一出口射流离开。
在图2所示的现有技术中的曲折流径圆盘30中，可以看到在出口40a处的射流会发生向直径方向的右转，进入出口时带有一个向左的动量，然而在出口42b处的射流会发生向直径方向最后的左转，进入出口时便带有一个向右的动量，这便导致了射流在相邻的各出口40a、40b处碰撞并增加了系统的噪音。在出口段处射流同样的碰撞，例如会发生在相邻的出口段40b和44a处，以及围绕着现有技术中的圆盘30的整个的周边上，同样还会发生在一堆圆盘中的各个的圆盘重叠的出口段间。
另外可以看到，当射流马上要进入每一个通道36中的分开的支流段38之前，流量的动量是沿图2中右圆周方向或顺时针方向的，这样动量就趋向于使得携带进入分开的支流段38的右向段中的流量比流体流的另一段或向左(逆时针方向)方向的流量多。
在需提供低噪音的情况下，在目前使用的曲折路径调整装置中的上述和其它的一些不足会显著地降低这些装置的效率。因此，就需要消除上述不足，提出曲折路径调整装置的其它改进方法，从而使这些装置可以提高降低噪音的特性。
发明内容
根据本发明的原理，提供了一种改进后的曲折流动路径型的流体减压装置。尤其，根据本发明的改进后的流体减压装置包括多个带有沿纵轴对齐的周边与空心中心的层叠圆盘。每一圆盘包括多个各自的流体流通道，它们从位于圆盘空心中心处的通道入口向位于圆盘周边处的通道出口延伸。
圆盘中的每一个各自的流体流通道包括由至少两个流动方向突然改变确定的一曲折流动路径，此路径终止在圆盘周边。提供了一种可用于指引每一流动路径中的各流体流的方向装置，从而基本保持从各流动出口流出的流体流相互的独立，由此避免不希望出现的诸出口流动的碰撞。
每一曲折流动路径可分成两个或更多个终止在圆盘周边上的各自的支流出口处的支流路径。设置了一种可使支流路径具有相同的流体质量流量的装置，从而平衡了通向各支流出口的每一支流路径中的流体的质量流量。
较佳的是，圆盘周边上的每一流动出口相互间被分隔成基本相等的距离。另外较佳的是，圆盘周边上的每一流动出口被分隔成离圆盘堆中相邻圆盘上的各流动出口距离基本相等。同样，在带有多个层叠圆盘和通过层叠圆盘延伸的曲折流动路径的流体减压装置中，在层叠圆盘周边上流动出口处设有流动路径定向装置，以防止流出的出口流动间的碰撞。
还设有一种用来减少从流动出口的射流至装置阀体壁上的冲击的装置，例如一含有减压装置的流量控制阀。其它改进可以包括与曲折路径或直(或反向锥形)出口结合的大的充气腔室。整个笼(cage)形的减压装置可以做得更加紧凑，同时这也可以帮助减少从流动出口流出的射流对阀体壁的冲击。另外，流动通道可以被转改成结合一区域，使若干独立的流动通道结合与延续曲折路径到流动出口，从而大大地增加了出口处的流动扩张区域，由此降低了出口流动的速度。
本发明的新颖性将以所附的权利要求书中的特性加以阐述。根据以下描述并结合附图可对本发明有更好的理解，在不同的附图中相同部分用相同的标号表示，下列附图分别是图1是表示含有调整成若干层叠圆盘形的一阀的一流体控制阀的剖示图，其中层叠圆盘形成根据本发明的曲折流动路径型的流体减压装置；图2是折断的现有技术圆盘的局部平面图，其中示出了从圆盘中心到圆盘周边的多个曲折的流动通道；图3(a)是示出了根据本发明图1中若干层叠圆盘中之一个中改进后的曲折流动路径的示意图，它具有可防止射流碰撞一流动矫直的出口；图3(b)是示出了本发明的改进后的曲折流动路径圆盘的另一种实施例的示意图，其中转弯的次序被重新定向和隔开以促成的平行(但不是直径的)出口射流，从而避免射流碰撞；图4(a)、4(b)和图4(c)是表示本发明的另一种实施例的示意图，它具有用于在每一个支流路径中平衡流体流量的改进了的圆盘通道的结构；以及图5是表示本发明的曲折流动路径圆盘的另一种实施例的示意图。
具体实施例方式
以下将参照图1说明根据本发明的原理的曲折路径型的流体减压装置。本发明的曲折路径调整装置为一具有多个层叠圆盘以及安装在一流体控制阀12内的阀笼10的形式，流体控制阀12包括具有流体进口16、流体出口18以及通过阀体的连接通道20的阀体14。
在阀体通道20内安装有一座圈22，并与阀控制构件24配合工作从而控制流入内部以及通过阀笼10的外部的流体。可以通过一个传统的安装装置例如笼保持器26以及与阀的阀帽部分配合的安装螺栓28以一种常规的方式将阀笼10保持在阀内。
现参照图3(a)，其中示出了根据本发明所构造出的一通道46，它设置在图1中的若干层叠圆盘10中的一圆盘48的一表面上。通道46设有用于流体从进口50处的圆盘中心通过一分开的支流段52流向各支流出口54a、54b的一曲折路径。如图3(a)可见，通过通道46的流体流在进入分开的支流段52之前改变了六次方向。而后，每一支流从各自的出口54a、54b离开之前在支流段中突然地改变六次方向。在每一出口54a、54b的端部处设有一收敛的斜面或向内部限制的锥形段56，它可以使流体趋向于集中，从而通过各自的出口54a、54b的流动出口变直。通过锥形段56矫直的流量使从每一个支流路径流出的射流相互间保持基本的独立，此后从各自的支流出口流出，由此可基本地防止不需要的流出的流体的碰撞以及减少噪音。出口54a、54b相互间充分隔开以防射流过早的合并。
为了避免支流路径射流的碰撞，并由此相互保持独立以及避免增加系统的噪音，除图3(a)的实施例以外，图3(b)中的实施例也提供了重新定向和隔离开的出口。图3(b)示出了一图盘58，它具有通道60以及分别在支流出口64a、64b终止的一分开的支流段62。在每一个出口64a、64b处，出口之间设有一专门的间隔各自的一壁段66a、66b，此壁段趋向于使在支流出口处的各流体流避免碰撞，从而使它们保持基本相互独立的运行。
如图2所示的现有技术中的圆盘30中的流量的不平衡是由在流动通道分开处设置的通道形状有利于一个路径引起的。图4(a)、4(b)以及图4(c)示出了本发明中的三种实施例，应用这些实施例可以使通过圆盘通道的流体流量达到一个更好的平衡。
图4(a)示意地示出了具有的通道70的一圆盘68，此通道在通向一分开的支流段72的方向上有多个突然的流动方向的改变，而支流段72在最终通向各自支流出口74a、74b的方向上含有若干更多的突然的流动方向的改变。在分开的支流段72的进口处设有一障碍物，其用意在于确定了比相应的支流通道76b更受限制的相应的支流通道76a。这个更受限制的支流通道76a位于更大的分开质量流量的流出通道70的路径中。
例如在图4(a)中，在通道70的流体流突然改变了六次方向——最初向下，接着向右，而后向上，再向右，再向下以及最后向右，这样当最后的流体流离开通道70而开入支流通道72时，流体流中更多的质量是在向更受限制的支流通道76a的向下流量动量方向中的。由于上部的支流通道76b不如相对的支流通道76a那样受限制，通过通道76b的流动区域比通过通道76a的流动区域更大，从而趋向于使位于通道76a、76b后的分开支流通道中的质量流平衡。
由于圆盘68是环形的，上述在通道70中的方向的改变也可以被描述为在径向改变进入分开的支流段72之前，流量的方向最初地改变到一个圆周的方向上，然后径向向外，然后沿圆周上的一个相反的方向，然后径向向外，然后沿圆周上的第一个方向。因此，为了平衡质量流并由此降低系统的噪音，图4(a)中的实施例改变了分开的支流通道76a和76b的流动面积。
在图4(b)的圆盘78中，在通道80和一分开的支流段82之间设有一流动矫直段84。在流动矫直段84的端部，设有一向内的锥形段86，它可以集中流量并当流动进入分开的支流段82时可使流动变直。由于离开矫直段84并进入分开支流段82的流动趋向于直线运动，从而可进一步平衡通向支流出口88a、88b流体流的质量。
在图4(c)的实施例中，圆盘90设有一通道80、流动矫直段84以及通向含有推力反向装置92的一分开支流段91的一锥形的端部86。在这种实施例中，不仅可以使流体流量的质量更好的平衡，并且可以使压力明显下降。
在图5的另外一种实施例中，圆盘94被设计成在若干层叠圆盘10的一半上的所有的出口射流，例如出口95取向于一个方向，而在若干层叠圆盘的另一半上的出口96取向于相对的方向，从而当射流离开流动出口时可避免射流的碰撞(除了在最后象限上最少的碰撞)。这种方法具有的额外的好处是，若干层叠圆盘10可以在阀体14中定向，这样就不会有从流动出口例如96、98流出的射流的直接击中在最小间隙位置阀体壁，从而减少了射流/阀体壁的冲击。如果需要，可以在有少数几个出口射流趋向于碰撞的最后一个象限使用上述的流动矫直技术。
应该注意还可提出其它用于改进现有的曲折路径调整装置的实施例。例如，圆盘通道可包括具有曲折路径或笔直的(或反向的)锥形出口的大型充气室。通过消除了许多由于如图2所示的先前的笼上在点97、98之间形成的多余的进口段而浪费的空间，由若干层叠圆盘形成的整个笼可以比先前的曲折流动路径笼做得更紧凑。这可以帮助减少射流/阀体壁的冲击。流动通道还可以改变为包括一个区域，它允许独立的流动通道结合并延续曲折的路径至出口。这种实施例将大大增加流动的扩张区域。当然可以意识到通过结合无论是一个、两个或更多个这些实施例都可获得比先前的曲折流动路径装置在噪音性能上的有显著的改进。
上述详细的描述仅用于清晰地理解本发明，而不起不必要的限制，对于本技术领域训练有素的人而言显然还可有其它的变化。
权利要求
1.一种流体减压装置，它包括多个带有沿纵轴线对齐的周边与空心中心的层叠圆盘；每一个圆盘具有多个各自的流体流动通道，这些通道从圆盘空心中心处的一个通道入口向圆盘周边处用于出口流动的一个通道出口延伸；各个流体流动通道均包括一曲折流动路径；所述的流体流动通道包括在所述通道出口处的流动路径定向装置，它使出口处的流量定向，从而基本避免从各通道出口处流出的各出口流之间发生碰撞。
2.如权利要求1所述的一种流体减压装置，其特征在于，所述的流动路径定向装置包括独立的流动路径装置，它使从每一个通道出口流出的各流体流相互间保持基本独立，
3.如权利要求2所述的一种流体减压装置，其特征在于，在圆盘周边上的每一个通道的出口相互间隔开的距离基本相等。
4.如权利要求3所述的一种流体减压装置，其特征在于，在圆盘周边上的每一个通道的出口离开圆盘堆中相邻的圆盘上各自的通道出口所隔开的距离基本相等。
5.如权利要求2所述的一种流体减压装置，其特征在于，所述独立流动路径装置包括在各个通道出口的端部处均有一向内的锥形段，锥形段用于矫直从各通道出口流出的各出口流。
6.如权利要求2所述的一种流体减压装置，其特征在于，所述独立流动路径装置包括被专门隔开的各通道出口，使得从各通道出口流出的各出口流动相互间保持基本的独立。
7.如权利要求1所述的一种流体减压装置，其特征在于，在所述通道出口处的所述流动路径定向装置以绕所述圆盘边缘的同一个方向引导出口流动。
8.如权利要求1所述一种流体减压装置，其特征在于，在所述通道出口处的所述流动路径定向装置绕圆盘周边的一半以一个方向引导各出口流动(a)，而绕圆盘周边的另一半以第二个相对的方向引导(b)。
9.如权利要求8所述的一种流体减压装置，其特征在于，包括在选定的通道出口处，所述流动路径定向装置包括独立的流动路径装置，可使从所述选定的通道出口流出的各流体流相互间保持基本独立。
10.一种流体减压装置，它包括多个带有沿纵轴线对齐的周边与空心中心的层叠圆盘；每一个圆盘具有多个各自动流体流的通道，这些通道从圆盘空心中心处的一个通道入口向在圆盘周边处的通道出口延伸；各个流体流动通道均包括由至少两个流动方向的突然变化确定的一曲折流动路径以及一分开的支流段，其中至少一个流体流分成终止在圆盘周边处的各支流出口处的两支流路径；以及质量流量平衡装置，使支流路径具有相同的流体的质量流量，从而平衡通向各支流出口的各支流路径中的流体的质量流量。
11.如权利要求10所述的流体减压装置，其特征在于，所述的质量流量平衡装置包括位于一个支流路径中的限制装置，它用于改变各支流路径的流动面积从而平衡质量流量。
12.如权利要求10所述的流体减压装置，其特征在于，所述的质量流量平衡装置包括位于直接毗邻并在分开的支流段之前的所述通道中的一流动矫直段。
13.如权利要求12所述的流体减压装置，其特征在于，所述的流动矫直段包括一在内部的锥形端部。
14.如权利要求10所述的流体减压装置，其特征在于，在直接毗邻内部的锥形端部的分开的支流段中包括一流动推力反向装置。
15.如权利要求10所述的流体减压装置，其特征在于，包括独立的流动路径装置，此装置使得从各支流路径流出的各流体流从各支流出口流出时相互间保持基本独立。
16.一种流体减压装置，它包括多个带有沿纵轴线对齐的周边与空心中心的层叠圆盘；多个各自的流体流通道，这些通道确定了通过所述若干层叠圆盘的曲折的流动路径，各路径从层叠圆盘空心中心处的通道入口向位于层叠圆盘的周边处的、用于出口流动的通道出口处延伸；以及所述流体流通道包括在所述的通道出口处的流动路径定向装置，它指引出口流量的方向以基本避免从所述层叠圆盘的周边处的各通道出口流出的各出口流量间的碰撞。
全文摘要
一种在若干层叠圆盘中带有曲折流动通道的流体减压装置。通过定向的流动通道使流体流动出口保持独立,从而避免了流出的流体的碰撞。流动矫直段包括在流体流动出口(54a、54b)处的一向内的锥形的端部(56)。曲折流动通道(46)分成可平衡支流通道间的质量流量的至少两分支通道。
文档编号F15D1/02GK1350625SQ00807614
公开日2002年5月22日 申请日期2000年4月17日 优先权日1999年5月18日
发明者M·W·麦卡蒂, T·A·朗, D·P·格思曼, P·J·谢夫布赫 申请人:费希尔控制产品国际公司