Снижающий шум диффузорный дроссель с шевронами

Клапан для текучей среды содержит корпус клапана, имеющий впускное отверстие для текучей среды и выпускное отверстие для текучей среды, соединенные каналом для текучей среды. Седло клапана расположено внутри канала для текучей среды. Элемент управления текучей средой расположен с возможностью перемещения в канале для текучей среды и взаимодействует с дроссельным узлом для регулирования потока текучей среды через канал для текучей среды. Дроссельный узел содержит оболочку (122), имеющую множество отверстий (140), определяющих характер потока текучей среды, протекающей через оболочку, и множество шевронов, окружающих каждое отверстие, которые подавляют шум, создаваемый множеством отверстий. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение относится в целом к регулирующим клапанам, содержащим дроссельный узел, имеющий оболочку с множеством снижающих давление отверстий, и, конкретнее, к деталям дроссельной части регулирующего клапана с оболочкой, имеющей множество снижающих давление отверстий, окруженных множеством шевронов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Клапаны для текучей среды (гидро- и пневмоклапаны) управляют ее потоком из одной точки в другую. Находясь в закрытом положении, клапан для текучей среды препятствует потоку текучей среды, пребывающей под высоким давлением с одной стороны клапана, в область более низкого давления на другой стороне клапана. Часто клапаны для текучей среды содержат подвижный элемент управления текучей средой и седло определенного вида, взаимодействующее с элементом управления текучей средой для управления потоком текучей среды через клапан. В некоторых случаях может быть желательным определить характер потока текучей среды, проходящей через клапан, например, для уменьшения давления. В этих случаях может использоваться дроссельный узел, содержащий оболочку с множеством отверстий, снижающих давление. Отверстия могут иметь размер и форму, позволяющие определить характер потока текучей среды через дроссельный узел, например, путем снижения давления текучей среды. Однако снижающие давление отверстия создают турбулентный поток ниже по потоку от деталей дроссельной части клапана, что приводит к нежелательному шуму.

[0003] На Фиг. 1 проиллюстрирован известный регулирующий клапан 10. Регулирующий клапан 10 содержит корпус клапана 12, имеющий впускное отверстие для текучей среды 14 и выпускное отверстие для текучей среды 16, соединенные каналом для текучей среды 18. Дроссельный узел 20 расположен внутри корпуса клапана 12 между впускным отверстием для текучей среды 14 и выпускным отверстием для текучей среды 16. Дроссельный узел 20 содержит оболочку 22 и седло 24. Элемент управления текучей средой, такой как пробка 26, расположен внутри оболочки 22, и пробка 26 взаимодействует с седлом 24 для управления потоком текучей среды через корпус клапана 12. Шток 28 соединен с пробкой 26 с одного конца и приводным механизмом 30 с другого конца. Приводной механизм 30 управляет перемещением пробки 26 внутри оболочки 22.

[0004] Как проиллюстрировано на Фиг. 2, оболочка 22 содержит первый конец 32 и второй конец 36. Стенка оболочки 38 проходит между первым концом 32 и вторым концом 36, образуя полый центральный канал, внутри которого скользит пробка клапана 26 для регулирования потока текучей среды через оболочку 22. В стенке оболочки 38 выполнено множество отверстий 40. Множество отверстий 40 в оболочке определяет характер потока текучей среды, протекающей через оболочку 22, например, уменьшая давление текучей среды при ее протекании через отверстия 40. Отверстия могут быть в целом круглыми по форме с центральной осью В, перпендикулярной продольной оси А оболочки 22.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В одном аспекте клапан для текучей среды содержит: корпус клапана, имеющий впускное отверстие для текучей среды и выпускное отверстие для текучей среды, соединенные каналом для текучей среды; дроссельный узел, расположенный внутри канала для текучей среды и содержащий оболочку и седло; элемент управления текучей средой, расположенный с возможностью перемещения в канале для текучей среды и взаимодействующий с дроссельным узлом для регулирования потока текучей среды через канал для текучей среды; множество отверстий, расположенных в стенке оболочки и определяющих характер потока текучей среды через дроссельный узел; и множество шевронов, расположенных вокруг каждого отверстия из множества отверстий, причем указанное множество шевронов сглаживает поток, выходящий из отверстия, с окружающим потоком текучей среды для подавления шума, создаваемого текучей средой, выходящей из множества отверстий.

[0006] В другом аспекте дроссельный узел регулирующего клапана содержит: оболочку; седло; и элемент управления текучей средой, расположенный с возможностью перемещения в канале для текучей среды и взаимодействующий с дроссельным узлом для регулирования потока текучей среды через канал для текучей среды; множество отверстий, расположенных в стенке оболочки и определяющих характер потока текучей среды через дроссельный узел; и множество шевронов, расположенных вокруг каждого отверстия из множества отверстий, причем указанное множество шевронов сглаживает поток, выходящий из отверстия, с окружающим потоком текучей среды для подавления шума, создаваемого текучей средой, выходящей из множества отверстий.

[0007] В другом аспекте оболочка дроссельного узла регулирующего клапана содержит: стенку оболочки, проходящую от первого конца до второго конца, образуя полый цилиндр; множество отверстий, расположенных в стенке оболочки и определяющих характер потока текучей среды через оболочку; и множество шевронов, расположенных вокруг каждого отверстия из множества отверстий, причем указанное множество шевронов сглаживает поток текучей среды, выходящий из отверстия, с окружающим потоком текучей среды для подавления шума, создаваемого текучей средой, выходящей из множества отверстий.

[0008] В соответствии с любым одним или несколькими из вышеперечисленных аспектов описанные выше регулирующий клапан, дроссельный узел или оболочка могут дополнительно содержать какую-либо одну или несколько из следующих предпочтительных форм.

[0009] В некоторых предпочтительных формах множество шевронов образовано множеством каналов, расположенных на внешней поверхности оболочки. В других предпочтительных формах множество каналов содержит по меньшей мере четыре канала, радиально расходящихся от каждого отверстия во множестве отверстий, причем указанное множество каналов необязательно содержит по меньшей мере один канал, ориентированный параллельно продольной оси оболочки, и по меньшей мере один канал, ориентированный перпендикулярно продольной оси оболочки, или по меньшей мере один канал, ориентированный под углом около 45 градусов относительно продольной оси оболочки.

[0010] В других предпочтительных формах по меньшей мере один канал во множестве каналов содержит две стенки канала, соединяющиеся в нижней части, причем указанные стенки канала могут быть расположены под углом к внешней поверхности стенки оболочки с величиной угла в диапазоне от 20 до 80 градусов, предпочтительно от 30 до 70 градусов и более предпочтительно от 40 до 50 градусов.

[0011] В других предпочтительных вариантах реализации изобретения нижняя часть необязательно проходит внутрь от наружной поверхности стенки оболочки до глубины от 70 до 30 процентов толщины

стенки оболочки, от 60 до 4 0 процентов толщины стенки оболочки или около 50 процентов толщины стенки оболочки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0012] На Фиг. 1 приведен вид в поперечном сечении известного регулирующего клапана, имеющего известный дроссельный узел;

[0013] На Фиг. 2 приведен увеличенный вид оболочки дроссельного узла согласно Фиг. 1;

[0014] На Фиг. 3 приведен вид сбоку одного варианта реализации оболочки снижающего шум дроссельного узла, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения;

[0015] На Фиг. 4 приведен увеличенный вид части оболочки согласно Фиг. 3, обведенной прямоугольником 4 на Фиг. 3;

[0016] На Фиг. 5 приведен увеличенный вид одного из отверстий оболочки согласно Фиг. 3, обведенного кругом 5 на Фиг. 4;

[0017] На Фиг. 6 приведен вид в продольном сечении оболочки согласно Фиг. 3, выполненном по линии 6-6 на Фиг. 4;

[0018] На Фиг. 7 приведен вид в продольном сечении оболочки согласно Фиг. 3, выполненном по линии 7-7 на Фиг. 4;

[0019] На Фиг. 8 приведен вид в поперечном сечении оболочки согласно Фиг. 3, выполненном по линии 8-8 на Фиг. 4; и

[0020] На Фиг. 9 приведен вид в поперечном сечении оболочки согласно Фиг. 3, выполненном по линии 9-9 на Фиг. 4.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0021] Описанные здесь дроссельные узлы и оболочки преимущественно обеспечивают сниженные показатели шума по сравнению с дроссельными узлами, известными из уровня техники. Раскрытые дроссельные узлы и оболочки могут использоваться как отдельные дроссельные узлы или оболочки, или описанные дроссельные узлы или оболочки могут быть скомбинированы с другими дроссельными узлами с получением дроссельных узлов, определяющих характер потока текучей среды при уменьшении шума. Хотя раскрытые дроссельные узлы и оболочки могут использоваться в клапанах любого типа, описанные дроссельные узлы и оболочки могут быть особенно полезны в регулирующих клапанах со скользящим штоком, поворотных клапанах, шаровых клапанах и встроенных в линию диффузорах.

[0022] Как проиллюстрировано на Фиг. 3-9, один вариант реализации оболочки 122, сконструированный в соответствии с принципами изобретения, может содержать первый конец 132 и второй конец 136. Оболочка 122 может использоваться в обычном регулирующем клапане, таком как регулирующий клапан 10 согласно Фиг. 1. Стенка оболочки 138 проходит между первым концом 132 и вторым концом 136, образуя полый центральный канал, внутри которого скользит пробка клапана для регулирования потока текучей среды через оболочку 122. В стенке оболочки 138 выполнено множество отверстий 140. Множество отверстий 140 в оболочке определяют характер потока текучей среды, протекающей через оболочку 122, например, уменьшая давление текучей среды при ее протекании через множество отверстий 140. Множество каналов 142а, 142b может быть выполнено на внешней поверхности 144 стенки оболочки 138. В одном варианте реализации каждое отверстие в первом множестве отверстий 140 может быть окружено четырьмя равноотстоящими каналами 140а, 140b, радиально расходящимися наружу от отверстия. В других вариантах реализации изобретения каждое отверстие во множестве отверстий 140 может быть окружено более или менее чем четырьмя равноотстоящими каналами 142. Например, каждое отверстие во множестве отверстий 140 может быть окружено двумя, тремя, четырьмя, пятью, шестью, семью, девятью, десятью, одиннадцатью, двенадцатью или более каналами 142. В варианте реализации изобретения, изображенном на Фиг. 3-5, каналы 142а, 142b расположены ортогонально друг относительно друга. Например, каналы 142а могут быть расположены параллельно продольной оси А оболочки 122, тогда как каналы 142b могут быть расположены перпендикулярно продольной оси А оболочки 122. В других вариантах реализации изобретения каналы 142а, 142b могут быть расположены под другими углами к продольной оси А.

[0023] Каждый канал 142a, 142b может быть V-образным каналом, прорезанным или иным образом фрезерованным или сформированным на внешней поверхности 144 оболочки 122. V-образный канал может содержать желоб или нижнюю часть 150, образующий (образующую) самую глубокую часть канала относительно внешней поверхности 144. Первая стенка канала 152а может простираться наружу от нижней части 150 под углом к внешней поверхности 144. Угол наклона Z, показанный на Фиг. 6, может находиться в диапазоне от около 20 градусов до около 60 градусов, предпочтительно от около 30 градусов до около 50 градусов и более предпочтительно от около 35 градусов до около 45 градусов. Кроме того, вторая стенка 152b канала может простираться наружу от нижней части 150 под углом к внешней поверхности 144, таким же, как угол Z первой стенки канала 152a.

[0024] Нижняя часть 150 канала 142а, 142b может проходить внутрь в стенку оболочки 138 от внешней поверхности 144 на глубину 156, составляющую от около 40% до около 20% толщины стенки оболочки Т, и более предпочтительно около 30% толщины стенки оболочки Т, как показано на Фиг. 7.

[0025] Возвращаясь к Фиг. 5, первая стенка 152а первого канала 142а соединяется с внешней поверхностью 144 стенки оболочки 138 на первой внешней кромке 160а, а вторая стенка канала 152b соединяется с внешней поверхностью 144 стенки оболочки 138 на второй внешней кромке 160b. Аналогично, первая стенка 152а второго канала 142b соединяется с внешней поверхностью 144 стенки оболочки 138 на первой внешней кромке 160а, а вторая стенка 152b второго канала 142b соединяется с внешней поверхностью 144 стенки оболочки 138 на второй внешней кромке 160b. Первая кромка 160а первого канала 142а соединяется со второй кромкой 160b второго канала 160b в отверстии 140, образуя точку или шеврон 164. Другие внешние кромки внешнего канала соединяются, образуя другие шевроны 164. Шевроны 164 изменяют геометрию выхода отверстий 140 таким образом, чтобы обеспечить снижение шума. Считается, что шевроны 164 прерывают выходной поток в отверстии 140 и текучей среды, окружающей оболочку 122, что приводит к снижению эффективности источника шума.

[0026] В одном варианте реализации изобретения стенка оболочки, имеющая соотношение ширины отверстия и шеврона в диапазоне от 1:1/2 до 1:1, обеспечивает снижение шума около 4-6 децибел. Другие конфигурации шеврона, размеры отверстий и значения давления обеспечивают общее снижение шума на 2-8 децибел, в зависимости от давления и конфигурации отверстий.

[0027] Несмотря на то, что некоторые оболочки, дроссельные узлы и регулирующие клапаны описаны здесь в соответствии с принципами настоящего изобретения, объем прилагаемой формулы изобретения ими не ограничивается. Напротив, формула изобретения охватывает все варианты реализации настоящего изобретения, которые справедливо можно отнести к объему допустимых эквивалентов.

1. Клапан для текучей среды, содержащий:

корпус клапана, имеющий впускное отверстие для текучей среды и выпускное отверстие для текучей среды, соединенные каналом для текучей среды;

дроссельный узел, расположенный внутри канала для текучей среды и содержащий оболочку и седло, при этом оболочка содержит стенку оболочки, проходящую от первого конца до второго конца и образующую полый центральный канал;

элемент управления текучей средой, расположенный с возможностью перемещения в канале для текучей среды и взаимодействующий с дроссельным узлом для регулирования потока текучей среды через канал для текучей среды;

множество отверстий, расположенных в стенке оболочки и определяющих характер потока текучей среды через дроссельный узел, и

множество шевронов, образованных вокруг каждого отверстия из множества отверстий, причем указанное множество шевронов выполнено с возможностью сглаживания потока текучей среды, выходящего из отверстия, с окружающим потоком текучей среды, тем самым подавляя шум, создаваемый текучей средой, выходящей из множества отверстий,

при этом каждый шеврон из множества шевронов образован множеством каналов, расположенных на внешней поверхности оболочки, и

первый канал из множества каналов непрерывным образом проходит между первым отверстием из множества отверстий и вторым отверстием из множества отверстий, а второй канал из множества каналов непрерывным образом проходит между первым отверстием из множества отверстий и третьим отверстием из множества отверстий.

2. Клапан для текучей среды по п. 1, отличающийся тем, что множество каналов содержит по меньшей мере четыре канала, радиально расходящихся наружу от каждого отверстия во множестве отверстий.

3. Клапан для текучей среды по п. 2, отличающийся тем, что множество каналов содержит по меньшей мере один канал, ориентированный параллельно продольной оси оболочки, и по меньшей мере один канал, ориентированный перпендикулярно продольной оси оболочки.

4. Клапан для текучей среды по п. 2, отличающийся тем, что множество каналов содержит по меньшей мере один канал, ориентированный под углом около 45 градусов относительно продольной оси оболочки.

5. Клапан для текучей среды по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один канал во множестве каналов содержит две стенки канала, расположенные в нижней части.

6. Клапан для текучей среды по п. 5, отличающийся тем, что стенки канала расположены под углом к внешней поверхности стенки оболочки.

7. Клапан для текучей среды по п. 6, отличающийся тем, что стенки канала расположены под углом в диапазоне от 20 до 60 градусов, предпочтительно от 30 до 50 градусов и более предпочтительно от 35 до 45 градусов.

8. Клапан для текучей среды по п. 5, отличающийся тем, что нижняя часть проходит внутрь от наружной поверхности стенки оболочки на глубину от 40 до 20 процентов толщины стенки оболочки и более предпочтительно около 30 процентов толщины стенки оболочки.

9. Дроссельный узел регулирующего клапана для текучей среды, содержащий:

оболочку, содержащую стенку оболочки, проходящую от первого конца до второго конца;

седло и

элемент управления текучей средой, расположенный с возможностью перемещения в канале для текучей среды и взаимодействующий с оболочкой и седлом для регулирования потока текучей среды через канал для текучей среды;

множество отверстий, расположенных в стенке оболочки и определяющих характер потока текучей среды через дроссельный узел; и множество шевронов, образованных вокруг каждого отверстия из множества отверстий, причем указанное множество шевронов выполнено с возможностью сглаживания потока текучей среды, выходящего из отверстия, с окружающим потоком текучей среды, тем самым подавляя шум, создаваемый текучей средой, выходящей из множества отверстий,

при этом каждый шеврон из множества шевронов образован множеством каналов, расположенных на внешней поверхности оболочки, и

первый канал из множества каналов непрерывным образом проходит между первым отверстием из множества отверстий и вторым отверстием из множества отверстий, а второй канал из множества каналов непрерывным образом проходит между первым отверстием из множества отверстий и третьим отверстием из множества отверстий.

10. Дроссельный узел по п. 9, отличающийся тем, что множество каналов содержит по меньшей мере четыре канала, радиально расходящихся наружу от каждого отверстия во множестве отверстий.

11. Дроссельный узел по п. 10, отличающийся тем, что множество каналов содержит по меньшей мере один канал, ориентированный параллельно продольной оси оболочки, и по меньшей мере один канал, ориентированный перпендикулярно продольной оси оболочки.

12. Дроссельный узел по п. 10, отличающийся тем, что множество каналов содержит по меньшей мере один канал, ориентированный под углом около 45 градусов относительно продольной оси оболочки.

13. Дроссельный узел по п. 9, отличающийся тем, что по меньшей мере один канал во множестве каналов содержит две стенки канала, расположенные в нижней части.

14. Оболочка дроссельного узла регулирующего клапана, содержащая:

стенку оболочки, проходящую от первого конца до второго конца, образуя полый цилиндр;

множество отверстий, расположенных в стенке оболочки и определяющих характер потока текучей среды через оболочку; и

множество шевронов, расположенных вокруг каждого отверстия из множества отверстий, причем указанное множество шевронов выполнено с возможностью сглаживания потока текучей среды, выходящего из отверстий, с окружающим потоком текучей среды, тем самым подавляя шум, создаваемый текучей средой, выходящей из множества отверстий,

при этом каждый шеврон из множества шевронов образован множеством каналов, расположенных на внешней поверхности оболочки, и

первый канал из множества каналов непрерывным образом проходит между первым отверстием из множества отверстий и вторым отверстием из множества отверстий, а второй канал из множества каналов непрерывным образом проходит между первым отверстием из множества отверстий и третьим отверстием из множества отверстий.

15. Оболочка по п. 14, отличающаяся тем, что шевроны обеспечивают снижение шума на величину в диапазоне около 2-8 децибел по сравнению с оболочкой без шевронов.

16. Оболочка по п. 14, отличающаяся тем, что по меньшей мере один канал во множестве каналов содержит две стенки канала, расположенные в нижней части.

17. Оболочка по п. 16, отличающаяся тем, что стенки канала расположены под углом к внешней поверхности стенки оболочки, и стенки канала расположены под углом в диапазоне от 20 до 60 градусов, предпочтительно от 30 до 50 градусов и более предпочтительно от 35 до 45 градусов.

18. Оболочка по п. 16, отличающаяся тем, что нижняя часть проходит внутрь от наружной поверхности стенки оболочки на глубину от 40 до 20 процентов толщины стенки оболочки и более предпочтительно около 30 процентов толщины стенки оболочки.