УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2007 года по МПК F16K47/08 

Область применения изобретения

Это изобретение относится к устройствам для диссипации энергии текучей среды, а точнее к устройству для снижения давления текучей среды с низкой эффективностью акустических преобразований в газовых потоках, а также к устройствам, позволяющим избежать кавитации и, следовательно, обладающим низкими шумовыми свойствами для потоков жидкости.

Предпосылки для создания изобретения

Для управления текучей средой в промышленных процессах, например, в системах с нефтяными и газовыми трубопроводами, в силовых установках, в химических процессах и т.д. часто необходимо снизить давление текучей среды. Для решения этой задачи используют регулируемые устройства для дросселирования потока, например клапаны управления потоком и регуляторы текучей среды, а также другие нерегулируемые устройства для дросселирования текучей среды, такие как диффузоры, глушители и другие устройства для создания противодавления. Назначение клапана управления текучей средой и/или другого устройства для дросселирования текучей среды в рассматриваемом случае их использования может заключаться в управлении скоростью текучей среды или другими переменными параметрами процесса, однако дросселирование обязательно вызывает снижение давления как побочный результат функции управления потоком.

Текучие среды под давлением содержат накопленную механическую потенциальную энергию. При снижении давления происходит выделение этой энергии. Энергия выделяется в виде кинетической энергии текучей среды, причем как посредством объемного движения жидкости, так и случайного турбулентного движения. Хотя турбулентность представляет собой хаотическое движение текучей среды, при таком случайном движении имеется кратковременная структура, в которой формируются турбулентные вихри (или завихрения), быстро разрушающиеся с образованием меньших вихрей, которые, в свою очередь, также разрушаются, и т.д. В конечном счете, вязкость гасит движение самых мелких вихрей, и происходит преобразование энергии в тепло.

С турбулентным движением текучих сред связаны колебания давления и скорости, которые оказывают воздействие на конструктивные элементы трубопроводной системы, вызывая их вибрацию. Вибрация может привести к усталостному разрушению компонентов, на которые действует давление, либо приводит к иным видам износа, к ухудшению эксплуатационных характеристик или к поломке прикрепленного инструмента. Даже если не происходит физического повреждения, вибрация генерирует шум, создаваемый воздухом, который вызывает у людей раздражение или может привести к ухудшению слуха.

В случае промышленного применения, которое предполагает работу с жидкостями, главным источником шума, вибрации и разрушения при снижении давления является кавитация. Кавитация возникает в потоке в том случае, когда текучая среда проходит через зону, где давление падает ниже давления ее паров. При таком пониженном давлении происходит образование пузырьков пара, которые затем разрушаются при прохождении в зону, находящуюся далее по ходу, где давление превышает давление паров. Разрыв паровых пузырьков может быть причиной шума, вибрации и разрушений. Поэтому в идеале устройство для снижения давления текучей среды должно обеспечивать постепенное снижение давления текучей среды, не допуская его падения ниже давления паров. Однако на практике создание такого устройства связано с огромными трудностями, поэтому известны устройства для снижения давления текучей среды, в которых с целью снижения давления используют большое количество ступеней. Конечное падение давления в таких устройствах относительно невелико, а это может обеспечить меньшее образование пузырьков и меньшую кавитацию.

В настоящее время существуют клапаны управления текучей средой, содержащие регулировочную часть в форме уложенных стопкой дисков, формирующих устройство для снижения давления текучей среды. Уложенные стопкой диски образуют большое количество проходов для потока текучей среды, предназначенных для снижения давления текучей среды.

Одно из устройств, в котором используют уложенные стопкой диски, имеет образованные в нем извилистые пути для потока текучей среды. В этом устройстве каждый из проходов для потока текучей среды выполнен так, что имеется ряд последовательных прямоугольных поворотов, так что поток текучей среды на этом извилистом пути много раз меняет направление, когда он проходит этот путь от подвода к отводу. В таких устройствах предполагается, что каждый прямоугольный поворот должен обеспечивать дискретную величину падения давления, поэтому на извилистом пути происходит многоступенчатое уменьшение давления. Однако в действительности промежуточные прямоугольные повороты проходов для текучей среды не эффективны в отношении создания дросселя с целью ступенчатого снижения давления. Кроме того, снижение давления, создаваемое извилистым путем, непредсказуемо, поскольку снижение давления, создаваемое каждым прямоугольным поворотом, не известно. Далее, как установлено, прямоугольные повороты могут вызвать дисбаланс массы и давления потока и приводят к неэффективности потока. Дисбаланс давления может привести к созданию внутри устройства зон низкого давления, в которых давление текучей среды мгновенно падает ниже давления паров и затем восстанавливается, вследствие чего будет происходить кавитация и вызываемое ею разрушение. Дисбаланс потока влияет на падение давления и на скорость текучей среды в случае устройства, в котором через несколько проходов проходит большая масса, чтобы обеспечить повышенную скорость.

Кроме того, устройство с извилистым путем имеет выходные отверстия проходов, ориентированные таким образом, что потоки текучей среды, покидающие проходы, сходятся. В результате струи текучей среды, выходящие из смежных выходных отверстий, могут сталкиваться для формирования большей струи потока, имеющей большую энергию течения, вследствие чего увеличивается уровень шума.

Указанные выше и другие недостатки имеющихся в настоящее время регулировочных устройств значительно снижают эффективность этих устройств в отношении требуемого ослабления шума, уменьшения вибрации, а также уменьшения или исключения разрушений, вызываемых кавитацией. Соответственно, необходимо исключить вышеупомянутые недостатки, а также создать другие усовершенствования регулировочных устройств так, чтобы они могли обеспечить повышенные характеристики, касающиеся ослабления шума.

Краткое изложение сущности изобретения

Согласно определенным аспектам настоящего изобретения создано устройство для снижения давления текучей среды, содержащее множество уложенных стопкой дисков, образующих периметр и полый центр, соосных с продольной осью. Каждый диск имеет по меньшей мере один проход для потока, расположенный между полым центром и периметром, при этом проход для потока включает входной участок, выходной участок и промежуточный участок, расположенный между входным и выходным участками. Промежуточный участок каждого прохода для потока включает конструкцию для снижения давления и зону восстановления, расположенную сразу же далее по ходу от конструкции для снижения давления.

Согласно дополнительным аспектам настоящего изобретения создано устройство для снижения давления, содержащее множество уложенных стопкой дисков, образующих периметр и полый центр, соосных с продольной осью. Каждый диск имеет по меньшей мере один проход для потока, расположенный между полым центром и периметром, при этом проход для потока включает входной участок, выходной участок и промежуточный участок, расположенный между входным и выходным участками. Промежуточный участок каждого прохода для потока включает дроссель и связанную с ним зону восстановления, расположенную далее по ходу от дросселя, при этом дроссель направляет поток по существу к центру связанной с ним зоны восстановления.

Согласно другим аспектам настоящего изобретения создано устройство для снижения давления текучей среды, содержащее множество уложенных стопкой дисков, образующих периметр и полый центр, соосных с продольной осью. Каждый диск имеет по меньшей мере один проход для потока, расположенный между полым центром и периметром, при этом проход для потока включает входной участок, выходной участок и промежуточный участок, расположенный между входным и выходным участками, причем противоположные стенки промежуточного участка прохода для потока расходятся друг от друга при прохождении промежуточного участка от входного участка к выходному участку.

Согласно еще одним дополнительным аспектам настоящего изобретения создано устройство для снижения давления текучей среды, содержащее множество уложенных стопкой дисков с периметром и полым центром, соосных с продольной осью. Каждый диск имеет первый и второй проходы, расположенные между полым центром и периметром, при этом первый проход для потока включает входной участок, выходной участок и промежуточный участок, расположенный между входным и выходным участками, и второй проход для потока также имеет входной участок, выходной участок и промежуточный участок, расположенный между входным и выходным участками. Промежуточный участок второго прохода для потока и промежуточный участок первого прохода для потока пересекают друг друга в определенном месте пересечения, при этом каждый из промежуточных участков первого и второго проходов для потока включает зону восстановления, находящуюся далее по ходу от места пересечения.

Согласно другим дополнительным аспектам настоящего изобретения создано устройство для снижения давления текучей среды, содержащее множество уложенных стопкой дисков, имеющих определенную толщину и образующих периметр и полый центр, соосных с продольной осью. Каждый диск имеет по меньшей мере один проход для потока, расположенный между полым центром и периметром, при этом проход для потока включает входной участок, выходной участок и промежуточный участок, расположенный между входным и выходным участками. Каждый проход для потока проходит через всю толщину диска, чтобы образовать сквозной проход для потока, причем каждый сквозной проход для потока делит диск по меньшей мере на первую и вторую сплошные части.

Согласно определенным аспектам настоящего изобретения создан способ сборки устройства для снижения давления текучей среды, содержащий формирование множества дисков, имеющих по меньшей мере один проход для потока, расположенный между полым центром и периметром диска, при этом каждый проход для потока включает входной участок, выходной участок и промежуточный участок, расположенный между входным и выходным участками, причем проход для потока делит диск по меньшей мере на первую и вторую сплошные части, а каждый диск дополнительно включает первую перемычку, проходящую между первой и второй сплошными частями. Диски укладывают стопкой вдоль оси и крепят друг к другу для образования узла из уложенных стопкой дисков. Первую перемычку каждого диска в узле, состоящем из уложенных стопкой дисков, затем удаляют.

Краткое описание чертежей

Отличительные признаки настоящего изобретения, которые являются новыми, перечислены в прилагаемых пунктах формулы изобретения. Изобретение будет более понятно при рассмотрении приведенного далее описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на нескольких из которых одинаковыми позициями обозначены одинаковые элементы:

на фиг.1 изображен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий клапан управления текучей средой, содержащий регулировочную часть в виде уложенных стопкой дисков, формирующих устройство для снижения давления текучей среды, выполненное согласно настоящему изобретению; на фиг.2 изображен вид в плане кольцеобразного диска, который может быть использован в качестве каждого из уложенных стопкой дисков согласно фиг.1; на фиг.3 изображен вид в плане альтернативного варианта осуществления кольцеобразного диска, имеющего дроссели для обеспечения многоступенчатого снижения давления; на фиг.4А изображен вид в плане еще одного альтернативного варианта осуществления кольцеобразного диска для обеспечения многоступенчатого снижения давления, который включает перемычку в форме внутреннего кольца; на фиг.4В изображен вид в плане варианта осуществления диска, подобного варианту, показанному на фиг.4А, в котором кольцеобразный диск включает перемычку в форме наружного кольца; на фиг.4С изображен вид в плане варианта осуществления диска, подобного варианту согласно фиг.4А, в котором кольцеобразный диск включает две перемычки в форме внутреннего и наружного колец; на фиг.4D изображен вид в плане варианта осуществления диска, подобного варианту, показанному на фиг.4А, в котором кольцеобразный диск включает первую перемычку в форме внутреннего кольца и вторую перемычку в форме большого количества ушек; на фиг.5 изображен перспективный вид пяти дисков, каждый из которых соответствует диску согласно фиг.4А, показанных в виде уложенного стопкой узла; на фиг.6 изображен вид в плане альтернативного варианта осуществления кольцеобразного диска, который обеспечивает возможность прохождения потока к смежным, уложенным стопкой дискам; на фиг.7 изображен перспективный вид восьми дисков, каждый из которых соответствует диску согласно фиг.6, показанных в виде уложенного стопкой узла; на фиг.8 изображен вид в плане альтернативного варианта осуществления диска, имеющего пересекающиеся проходы для потока; на фиг.9 изображен вид в плане еще одного варианта осуществления кольцеобразного диска, на котором показан проход для потока с большим количеством вспомогательных выходных отверстий.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 показано устройство для снижения давления текучей среды, выполненное согласно настоящему изобретению в виде клапанной обоймы 10, содержащей множество уложенных стопкой дисков и установленной внутри клапана 12 управления потоком текучей среды. Уложенные стопкой диски расположены концентрично относительно оси 29. Клапан 12 управления текучей средой включает корпус 14, имеющий подвод 16 для текучей среды и отвод 18 для нее, а также соединительный канал 20, проходящий через корпус клапана. Хотя здесь описано прохождение текучей среды от подвода 16 к отводу 18, что, как показано стрелкой на фиг.1, происходит слева направо, понятно, что текучая среда может проходить в обратном направлении (то есть справа налево) без отклонения от сущности настоящего изобретения.

Посадочное кольцо 22 установлено внутри канала 20 корпуса клапана, при этом оно взаимодействует с элементом 24 приведения клапана в действие для управления потоком текучей среды во внутреннюю часть обоймы 10 и наружу через обойму. Обойму 10 можно удерживать внутри клапана с помощью обычных средств крепления, например держателя 26 и крепежных болтов 28, известным способом входящих в зацепление с крышечной частью клапана. Ряд сварных швов 30 на наружной стороне обоймы 10 клапана надежно удерживает диски в собранном в стопку состоянии. В предпочтительном варианте осуществления конструкции согласно изобретению каждый отдельный диск имеет никелевое гальваническое покрытие. Диски с никелевым гальваническим покрытием собирают стопкой, которую устанавливают в зажимное приспособление и подвергают воздействию требуемой нагрузки и температуры, чтобы посредством плавления прикрепить отдельные диски друг к другу. В других вариантах конструкции диски могут быть прикреплены друг к другу посредством припаивания или сварки. В случае больших дисков для надежного удерживания уложенных стопкой дисков в собранном состоянии может быть использовано несколько болтов или механических средств крепления другого типа.

Обойма 10 клапана включает множество уложенных стопкой дисков, каждый из которых идентичен диску 32, показанному на фиг.2. Диск 32 включает полую центральную часть 34 и кольцевой периметр 36. В диске 32 выполнено множество проходов 38 для прохождения потока. Каждый проход 38 для прохождения потока имеет входной участок 40, расположенный вблизи от центральной части 34, наружный участок 42, расположенный вблизи периметра 36, и промежуточный участок 44, расположенный между входным участком 40 и выходным участком 42. Когда идентичный диск уложен на верхнюю часть диска 32 и в достаточной степени повернут (например, на 60 градусов по отношению к диску, показанному на фиг.2), понятно, что проходы 46 прохождения потока будут полностью находиться внутри каждого диска 32. В таком варианте конструкции каждый проход 38 потока ограничен внутренней стенкой 46, наружной стенкой 48 и сплошными частями верхнего и нижнего смежных дисков 32.

Каждый диск 32 имеет заданную толщину "t", как показано на фиг.1 и 5. В предпочтительном варианте осуществления конструкции каждый проход 38 для потока проходит через всю толщину диска, чтобы создать сквозной проход для потока. Сквозные проходы для потока могут быть выполнены посредством какого-либо одного из нескольких хорошо известных способов, включая лазерное резание. Кроме того, проходы 38 для потока могут быть выполнены по форме, отличающейся от сквозных проходов. Например, проходы 38 для потока могут быть образованы в виде канавок или каналов, сформированных в диске 32.

Каждому проходу 38 для потока придана конфигурация, обеспечивающая повышение величины сопротивления, оказываемого текучей среде. В варианте конструкции, показанном на фиг.2, промежуточный участок 44 каждого прохода 38 для потока образован так, что, в основном, имеет спиральную форму. Спиральная форма позволяет довести до максимума длину прохода 38 для потока от входного участка 40 до выходного участка 42. Начальная ширина прохода 38 для потока может быть выбрана таким образом, чтобы гарантировать, что текучая среда быстро будет соприкасаться с внутренней и наружной стенками 46, 48. В предпочтительном варианте конструкции ширина каждого прохода 38 для потока может быть постепенно увеличена для управления скоростью текучей среды, когда происходит снижение давления.

Кроме того, проходам 38 для потока придана такая конфигурация, которая уменьшает шум и кавитацию. Для этого необходимо избежать того, чтобы проходы 38 для потока близко отстояли друг от друга или образовывали последовательные резкие изменения направления, которые определены здесь как угол порядка 90° между смежными частями прохода для потока. В варианте конструкции, представленном на фиг.2, каждый проход 38 для потока образован в виде постепенной кривой без образования каких-либо острых углов между смежными частями прохода.

Понятно, что если основная линия 50 проведена от оси диска 29 к входному участку 40 прохода для потока, то любая часть прохода 38, которая проходит под углом к основной линии, увеличивает длину прохода 38 при его расположении от входного участка 40 к выходу 42. Любая такая дополнительная длина прохода для потока приведет к увеличению сопротивления, действующего на текучую среду, в результате чего давление будет снижено. В случае соединения при отсутствии близко отстоящих друг от друга или последовательных резких изменений направления прохода 38 для потока результат будет заключаться в постепенном снижении давления текучей среды без образования смежных зон с высоким и низким давлением, которые могут привести к дисбалансу потока, снижению эффективности прохода и возникновению таких зон, где низкое давление падает ниже давления паров жидкости, что может привести к вскипанию и к возникновению кавитации.

На фиг.3 показан альтернативный кольцеобразный диск 60 с выполненными в нем проходами 62 для потока, которые обеспечивают многоступенчатое снижение давления. Каждый диск 60 имеет полый центр 64 и периметр 66. Каждый проход 62 для потока проходит от входного участка 68, расположенного вблизи от полого центра 64, через промежуточный участок 70 к наружному участку 72, расположенному вблизи от периметра 66. В варианте конструкции, представленном на фиг.3, промежуточный участок 70 каждого прохода 62 для потока образован в виде ряда прямых отрезков 70а, 70b и 70с. Отрезки 70а-с объединены с зонами восстановления после стадии снижения давления, когда текучая среда проходит по проходу 62. Каждый угол, образованный между смежными прямыми отрезками 70а-с, составляет более 90° (то есть не создает резкого изменения направления, о котором здесь было сказано). Конструкции, служащие для снижения давления, такие как дроссели 74, 76, образованные в промежуточном участке 70, могут привести к дискретному падению давления, а также могут обеспечить ориентацию потока текучей среды далее по ходу за ними. В представленном варианте осуществления конструкции дроссель 74 образован внутренним гребнем 78, выполненным на внутренней стенке 80 прохода 62 для потока, и наружным гребнем 82, выступающим от наружной стенки 84 прохода для потока. Подобным же образом дроссель 76 образован внутренним гребнем 86, выполненным на внутренней стенке 80, и наружным гребнем 88, выполненным на наружной стенке 84. Очевидно, что дроссели 74, 76 могут быть образованы посредством одного гребня, выполненного на любой из внутренней или наружной стенок 80, 84, или каким-то иным способом, который приводит к снижению давления.

Непосредственно далее по ходу потока от каждого дросселя 74, 76 находится зона восстановления соответственно 90, 92. Зоны восстановления 90, 92 не имеют каких-либо дросселей, резких изменений направления или иных конструкций, снижающих давление. В результате зоны 90, 92 восстановления обеспечивают возможность повторного соприкосновения текучей среды с внутренней и наружной стенками 80, 84 прохода 62 для потока так, чтобы на текучую среду вновь действовало сопротивление, снижающее давление. Зоны восстановления 90, 92 также обеспечивают более предсказуемое снижение давления на последующем дросселе, так что уровни давления можно более точно контролировать, чтобы избежать падения давления ниже давления паров текучей среды. Кроме того, любые конструкции для снижения давления, расположенные далее по ходу потока от зоны восстановления, будут более эффективны, поскольку поток текучей среды вновь будет соприкасаться со стенками пути 62. В результате будет создано устройство для многоступенчатого снижения давления текучей среды.

Геометрическая форма прохода 62 для потока ближе по ходу от дросселей 74, 76 может работать во взаимодействии с конфигурацией и размером дросселей 74, 76 для ориентации потока в зонах восстановления, что позволяет избежать увеличенных зон рециркуляции. Как показано на фиг.3, наружный гребень 82 дросселя 74 больше внутреннего гребня 78. Смещенные относительно друг друга гребни обеспечивают направление потока текучей среды к центру находящейся далее по ходу потока зоны восстановления 90, чтобы создать более равномерный профиль скоростей потока текучей среды и предотвратить наличие смежных зон с высоким и низким давлением текучей среды, а также очень больших зон восстановления. Одно из преимуществ более равномерного профиля скоростей заключается в большей предсказуемости, касающейся расположенных далее по ходу потока ступеней снижения давления.

Выходные участки 72 расположены и ориентированы таким образом, чтобы свести к минимуму схождение текучей среды, выходящей из смежных выходных участков 72. В варианте осуществления конструкции согласно фиг.3 выходные участки отстоят друг от друга вокруг периферии диска 60. Кроме того, смежные выходные участки направлены в сторону друг от друга, так что текучая среда, выходящая из смежных проходов 62 для потока, расходится.

На фиг.4А показан кольцеобразный диск 100, который по существу подобен кольцеобразному диску 60, показанному на фиг.3. Однако одно из главных различий заключается в форме промежуточного участка 70 каждого из проходов 62а-с для текучей среды. Вместо выполнения их прямыми, как показано на фиг.3, отрезки 70а-с рассматриваемого варианта конструкции постепенно изгибаются так, чтобы проходы 62а-с для потока имели большее сходство со спиралью.

Проходы 62а-с для потока в кольцеобразном диске 100 согласно фиг.4А также включают в себя дроссели 74, 76, 77 для обеспечения ступенчатого падения давления. Проходы 62а и 62 с для потока показаны с дросселями, образованными первым и вторым гребнями, выступающими из противоположных стенок прохода для потока подобно варианту конструкции согласно фиг.3. Однако проход 62b для потока представляет собой проход с альтернативными дросселями, которые могут быть использованы. Например, дроссель 74b образован одним гребнем, выступающим из одной из стенок. Дроссель 76b образован смещенными относительно друг друга гребнями 79а, 79b, выступающими из противоположных стенок прохода для потока. Помимо смещения относительно друг друга, гребни 79а, 79b имеют разные профили. Например, гребень 79b выступает в проход для потока дальше, чем гребень 79а. Могут быть использованы различные варианты конструкции дросселя для получения требуемых характеристик потока текучей среды, например падения давления и ориентации потока.

Диск 100 согласно фиг.4 также включает перемычку, например внутреннее кольцо 102, выполненное у полого центра диска 100, для облегчения изготовления и сборки множества дисков при формировании регулировочной обоймы. Без внутреннего кольца 102 каждый диск был бы выполнен из отдельных спиралеобразных сплошных деталей 104, которые было бы трудно транспортировать и собирать. В случае внутреннего кольца 102 сплошные части 104 удерживают в соответствующем положении, когда диски уложены стопкой и относительно легко прикреплены друг к другу. Затем полый центр регулировочной обоймы увеличивают до его конечного диаметра посредством удаления внутреннего кольца 102 для обеспечения сообщения посредством потока текучей среды между полым центром и входными участками 68. Вместо внутреннего кольца 102 каждый диск может иметь наружное кольцо 105 (фиг.4В), которое обеспечивает те же самые преимущества, что и внутреннее кольцо. Наружное кольцо 105 удаляют, как только будут собраны диски. Кроме того, диски могут быть снабжены как внутренним, так и наружным кольцами 102, 105, как показано на фиг.4С, для дополнительной стабилизации дисков в течение сборки регулировочной обоймы. Кроме того, перемычка может быть выполнена в виде одного или более ушек 106 (фиг.4D), проходящих между смежными сплошными частями 104. После сборки дисков ушки 106 удаляют. В любом из приведенных выше вариантов осуществления конструкции перемычка может быть удалена с помощью любых известных процессов, таких как хонингование, шлифование или обработка резанием. Перемычка необязательна для альтернативных конструкций прохода для потока, например, канавок или каналов, в случае которых не выполняют отдельные сплошные участки. В таких вариантах проходы 38 для потока могут быть образованы во время литья или формования диска, травлением поверхности диска или каким-то иным приемлемым способом.

На фиг.5 показан перспективный вид множества уложенных стопкой кольцеобразных дисков 100. Из фиг.5 понятно, что смежные кольцеобразные диски 100 могут быть повернуты по отношению друг к другу для создания прохода 62 для потока. В представленном варианте конструкции внутренние кольца 102 уложенных стопкой дисков 100 еще не удалены для открытия входных участков 68 каждого прохода 62 для потока.

На фиг.6 показан альтернативный вариант конструкции кольцеобразного диска 110, в случае которого каждый проход 62 для потока пересекает более, чем 1 диск. В представленном варианте конструкции промежуточный участок 70 включает ближнюю по ходу часть 112, имеющую выходной конец 114, и дальнюю по ходу часть 116, имеющую входной конец 118. Как показано на фиг.7, множество идентичных дисков 110 может быть выполнено и уложено стопкой так, чтобы выходной конец 114 ближней по ходу части 112, выполненной в первом диске 110, совпадал с входным концом 118 находящейся далее по ходу части 116, выполненной во втором диске 110. В результате текучая среда будет проходить из полого центра через расположенную ближе по ходу часть 112 первого диска к выходному концу 114. После этого текучая среда будет перемещаться через находящие друг на друга выходной и входной концы 114, 118 к расположенной далее по ходу потока части 116 второго диска.

Переход между первым и вторым дисками обеспечивает снижение давления посредством конструкции в форме двух последовательных, проходящих под 90° изменений направления. Чтобы свести к минимуму вредное влияние близко отстоящих друг от друга резких изменений направления, каждая расположенная далее по ходу потока часть 116 прохода для потока включает зону 120 восстановления, расположенную сразу же далее по ходу потока от входного конца 118. Зоны 120 восстановления обеспечивают диссипацию турбулентности текучей среды и обеспечивают повторное прикасание текучей среды к стенкам прохода для потока. В результате даже при выполнении ряда (то есть пары) последовательных резких изменений направления создаваемое падение давления будет более предсказуемым, и последовательное влияние сопротивления будет усилено. В альтернативном варианте выходному и входному концам 114, 118 может быть придана такая конфигурация, которая будет обеспечивать плавный переход от одного диска к последующему диску, за счет чего можно будет избежать создания последовательных резких изменений направления.

На фиг.8 показан еще один вариант конструкции диска, имеющего пересекающиеся проходы для потока текучей среды, так что столкновение текучей среды в этих проходах снижает ее давление. Диск 130 включает три входных участка 132, образованных у полого центра 134 диска. Каждый входной участок 132 может представлять собой общий входной участок для двух взаимосвязанных проходов для потока. Например, общий входной участок 132 обеспечивает подачу текучей среды к проходам 136, 138. Каждый из проходов 136, 138 имеет в основном спиральную форму от входного участка 132 до выходного участка 140. Предпочтительно, чтобы каждый входной участок 132 совпадал в радиальном направлении с центральной точкой полого центра 134 так, чтобы в каждый из проходов 136, 138 проходила приблизительно половина текучей среды, входящей в связанный с ними входной участок 132. Из-за резкого изменения направления между входным участком 132 и проходами 136, 138 сразу же далее по ходу потока от входного участка 132 в каждом из проходов 136, 138 созданы зоны 142, 144 восстановления.

Каждый из проходов 136, 138 для потока включает конструкцию для снижения давления, выполненную в форме пересечения проходов для потока. Когда каждый из проходов 136, 138 проходит к периметру 146 диска 130, он пересекается с другими проходами. Например, проход 138 пересекает проход 148 в месте пересечения 150. Кроме того, проход 138 для потока пересекает проход 152 в месте пересечения 154. Наконец, проход 138 пересекает проход 136 в месте пересечения 156. Каждый из проходов обеспечен достаточными зонами восстановления далее по ходу потока от каждого пересечения. Например, проход 138 для потока образован с зоной восстановления 158 между местами пересечения 150 и 154. Кроме того, между местами пересечения 154 и 156 обеспечена зона восстановления 160.

Понятно, что при работе текучая среда, проходящая по проходам, в местах пересечения будет сталкиваться. В результате столкновения текучей среды происходит диссипация энергии и снижение давления текучей среды.

Проходы для текучей среды могут быть копланарными, так что каждое пересечение будет создавать резкое изменение направления потока текучей среды. Например, в случае пересечения 150 текучая среда, проходящая по проходу 138, может достигнуть пересечения 150 и отклониться в расположенную далее по ходу часть 148 прохода, как указано стрелкой 162. Подобным же образом, текучая среда в ближайшей по ходу части прохода 148 может достичь пересечения 150 и отклониться в расположенную далее по ходу часть 138 прохода, как указано стрелкой 164. Поэтому текучая среда, проходящая по этим проходам, может резко изменить направление. Хотя обычно резкое изменение направления может привести к нежелательным характеристикам потока, зоны восстановления, обеспеченные далее по ходу от каждого пересечения, например, зона восстановления 158, сводят к минимуму вредное влияние таких резких изменений направления и обеспечивают более предсказуемое падение давления, которое с этим связано. В результате необходимое общее падение давления на диске 130 может быть предугадано и рассчитано более надежно.

Как вариант, проходы для потока могут быть смещены перед каждым пересечением, чтобы уменьшить или исключить резкие изменения направления потока текучей среды, при этом создавая дополнительные потери под действием пограничного слоя текучей среды между двумя потоками. Как показано на фиг.8, проход 136 для потока может пересекаться с проходом 166 в месте пересечения 168. Ближе по ходу от пересечения 168 проход 136 для потока может включать уклон 170, который направляет поток текучей среды к верхней части пересечения 168, в то время как проход 166 может включать уклон 172, который направляет текучую среду к нижней части пересечения 168. В результате текучая среда, проходящая от проходов 136, 166 к пересечению 168, будет продолжать движение вдоль соответствующих проходов без резкого изменения направления. Хотя падение давления в месте пересечения 168 не так велико, как в месте планарного пересечения 150, диссипация энергии текучей среды происходит благодаря силам сдвига, создаваемым смежными потоками текучей среды.

На фиг.9 показан кольцеобразный диск 190, имеющий большое количество вспомогательных выходов 192. В диске 190 выполнен проход 62, имеющий входной участок 68, промежуточный участок 70 и выходной участок 72. Входной участок 68 и промежуточный участок 70 могут быть выполнены любым из описанных выше способов со ссылкой на различные варианты осуществления конструкции. Однако выходной участок 72 включает разделительный вспомогательный участок 192, который формирует первый и второй вспомогательные выходы 194 потока. Большое количество вспомогательных выходов 194 потока повышает величину контакта между текучей средой и стенками проходов, за счет чего увеличивается сопротивление, обусловленное вязкостью.

Хотя в настоящем описании предполагается включение устройства для снижения давления, выполненного согласно изобретению, в дроссельный клапан управления текучей средой, понятно, что изобретение этим не ограничено. Устройство может быть осуществлено в виде неподвижного дросселя в трубопроводе как ближе по ходу, так и далее по ходу от клапана управления, либо полностью независимо от места нахождения клапана управления.

Изложенное выше подробное описание приведено только для ясности понимания, а не для лишних ограничений, поскольку для квалифицированных специалистов в этой отрасли будут очевидны модификации этого изобретения.

Изобретения относятся к арматуростроению и предназначены для снижения давления текучей среды с низкой эффективностью акустических преобразований в газовых потоках. Устройство для снижения давления текучей среды содержит множество уложенных стопкой дисков, образующих периметр и полый центр, соосных с продольной осью. Каждый диск имеет, по меньшей мере, один проход для потока, расположенный между полым центром и периметром. Проход для потока включает входной участок, выходной участок и промежуточный участок, расположенный между входным и выходным участками. Каждый промежуточный участок прохода для потока имеет в основном спиральную форму и включает конструкцию для снижения давления и зону восстановления. Зона восстановления расположена далее по ходу потока от конструкции для снижения давления. Проходы для потока содержат дроссели. Они образованы первым и вторым гребнями, выступающими из противоположных стенок прохода для потока. Конструкция для снижения давления содержит ограничитель. Ограничитель образован парой проходящих внутрь гребней. Имеется вариант выполнения устройства для снижения давления. Имеется способ сборки устройства для снижения давления. Упомянутый способ включает формирование множества дисков, имеющих, по меньшей мере, один проход для потока. Проход для потока делит диск, по меньшей мере, на первую и вторую сплошные части. Каждый диск дополнительно включает первую перемычку. Она расположена между первой и второй сплошными частями. Способ включает также укладывание дисков стопкой вдоль оси, крепление уложенных стопкой дисков друг к другу для образования узла из уложенных стопкой дисков, удаление первой перемычки каждого диска в узле из уложенных стопкой дисков. Изобретения направлены на повышение эффективности упомянутых устройств за счет ослабления шума, уменьшения вибрации, уменьшения разрушений, вызванных кавитацией. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для снижения давления текучей среды, содержащее множество уложенных стопкой дисков, образующих периметр и полый центр, соосных с продольной осью, каждый диск имеет, по меньшей мере, один проход для потока, расположенный между полым центром и периметром, при этом проход для потока включает входной участок, выходной участок и промежуточный участок, расположенный между входным и выходным участками, каждый промежуточный участок прохода для потока имеет в основном спиральную форму и включает конструкцию для снижения давления и зону восстановления, расположенную далее по ходу потока от конструкции для снижения давления, при этом проходы для потока содержат дроссели, образованные первым и вторым гребнями, выступающими из противоположных стенок прохода для потока, а конструкция для снижения давления содержит ограничитель, образованный парой проходящих внутрь гребней.2. Устройство по п.1, в котором спиральная форма промежуточного участка прохода для потока содержит множество прямых отрезков.3. Устройство по п.1, в котором противоположные стенки промежуточного участка прохода для потока постепенно расходятся друг от друга при прохождении промежуточного участка прохода для потока от входного участка к выходному участку.4. Устройство по п.3, в котором первый гребень выступает в проход для потока дальше, чем второй гребень.5. Устройство по п.1, в котором каждый проход для потока содержит множество конструкций для снижения давления в промежуточном участке и связанную с ними зону восстановления, расположенную далее по ходу потока от каждой конструкции для снижения давления, при этом каждая пара из конструкции для снижения давления и зоны восстановления создает ступень снижения давления.6. Устройство по п.1, в котором промежуточный участок прохода для потока изогнут для образования в основном спиральной формы.7. Устройство по п.1, в котором входной участок выровнен вдоль радиальной основной линии диска и включает входную зону восстановления.8. Устройство по п.1, в котором каждый выходной участок прохода для потока содержит первый и второй вспомогательные выходы потока, сообщающиеся по текучей среде с взаимодействующим промежуточным участком прохода для потока.9. Устройство по п.1, в котором промежуточный участок второго прохода для потока и промежуточный участок первого прохода для потока пересекаются в определенном месте пересечения, при этом каждый из промежуточных участков первого и второго проходов для потока включает зону восстановления далее по ходу потока от места пересечения.10. Устройство по п.9, в котором первый и второй проходы для потока направлены к месту пересечения, по существу, в одной и той же плоскости, так что текучая среда, проходящая по первому и второму проходам, в месте пересечения совершает резкое изменение направления.11. Устройство по п.9, в котором первый проход для потока включает первый уклон ближе по ходу потока от места пересечения, направленный к первой плоскости, а второй проход для потока включает второй уклон ближе по ходу потока от места пересечения, направленный ко второй плоскости так, что текучая среда, проходящая по первому и второму проходам для потока, создает в месте пересечения силы сдвига.12. Устройство по п.9, в котором входной участок первого прохода для потока и входной участок второго прохода для потока выполнены как одно целое и в виде общего входного участка.13. Устройство по п.12, в котором общий входной участок выровнен вдоль радиальной основной линии диска, проходящей от оси к общему входному участку так, что в первый и второй проходы для потока проходят, по существу, равные объемы текучей среды.14. Способ сборки устройства для снижения давления текучей среды, включающий формирование множества дисков, имеющих, по меньшей мере, один проход для потока, расположенный между полым центром и периметром, при этом каждый проход для потока включает входной участок, выходной участок и промежуточный участок, расположенный между входным и выходным участками, причем проход для потока делит диск, по меньшей мере, на первую и вторую сплошные части, а каждый диск дополнительно включает первую перемычку, расположенную между первой и второй сплошными частями, укладывание дисков стопкой вдоль оси, крепление уложенных стопкой дисков друг к другу для образования узла из уложенных стопкой дисков, удаление первой перемычки каждого диска в узле из уложенных стопкой дисков.15. Способ по п.14, при котором в первой перемычке выполняют внутреннюю кольцевую часть, проходящую вокруг внутренней части диска.16. Способ по п.14, при котором в первой перемычке выполняют наружную кольцевую часть, проходящую вокруг периметра диска.17. Способ по п.14, при котором в первой перемычке выполняют ушко, расположенное между первой и второй сплошными частями.18. Способ по п.14, при котором в диске выполняют вторую перемычку, при этом способ дополнительно включает стадию удаления второй перемычки каждого диска в узле из уложенных стопкой дисков.19. Способ по п.18, при котором в первой перемычке выполняют внутреннюю кольцевую часть, проходящую вокруг внутренней части диска, а во второй перемычке выполняют наружную кольцевую часть, проходящую вокруг периметра диска.20. Способ по п.19, при котором в первой и второй перемычках выполняют первое и второе ушки, проходящие между смежными сплошными частями.21. Устройство для снижения давления текучей среды, содержащее множество уложенных стопкой дисков, имеющих толщину и образующих периметр и полый центр, соосных с продольной осью, множество уложенных стопкой дисков определяет, по меньшей мере, один проход для потока, расположенный между полым центром и периметром, при этом проход для потока включает входной участок, выходной участок и промежуточный участок, имеющий в основном спиральную форму, образованную преимущественно прямыми отрезками, и расположенный между входным и выходным участками, причем каждый проход для потока включает конструкцию для снижения давления и зону восстановления, расположенную далее по ходу потока от конструкции для снижения давления, при этом первый диск множества уложенных стопкой дисков включает входной участок и ближнюю по ходу потока часть промежуточного участка, и второй диск множества уложенных в стопку дисков, смежный с первым диском, включает выходной участок и дальнюю по ходу потока часть промежуточного участка, при этом ближняя по ходу потока часть промежуточного участка сообщается по текучей среде с дальней по ходу потока частью промежуточного участка.22. Устройство по п.21, в котором конструкция для снижения давления включает пару резких изменений направления потока при переходе промежуточного участка от первого диска ко второму диску, причем зона восстановления расположена далее по ходу потока от пары резких изменений направления потока.23. Устройство по п.21, в котором противоположные стенки промежуточного участка прохода для потока постепенно расходятся друг от друга при прохождении промежуточного участка прохода для потока от входного участка к выходному участку.