ШУМОПОНИЖАЮЩИЙ ЗАТВОР ДИФФУЗОРА Российский патент 2020 года по МПК F16K47/08 F16K3/24 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники

[0001] Изобретение относится в целом к клапанам управления, содержащим затворный узел, имеющий множество понижающих давление отверстий и, в частности, к затвору клапана управления, имеющему первое множество отверстий, понижающих давление, и второе множество каналов, понижающих шум.

Смежная технология

[0002] Клапаны для текучей среды управляют потоком текучей среды при ее перемещении из одного места в другое. Когда клапан для текучей среды находится в закрытом положении, текучая среда под высоким давлением с одной стороны лишена возможности перехода в место с более низким давлением на другой стороне клапана. Часто клапаны для текучей среды содержат подвижный элемент управления текучей средой и седло определенного вида, которое взаимодействует с элементом управления текучей средой для управления потоком текучей среды через клапан. В некоторых случаях может потребоваться определение характеристик текучей среды при ее прохождении через клапан, например для снижения давления. В этих случаях может быть использован затворный узел, который содержит клетку с множеством отверстий, снижающих давление. Отверстия могут иметь размер и форму для определения характеристик потока текучей среды через затворный узел, например посредством снижения давления текучей среды. Однако, снижающие давление отверстия создают турбулентный поток на выходе затвора клапана, что приводит к нежелательному шуму.

[0003] На фиг. 1 изображен известный клапан 10 управления. Клапан 10 управления содержит корпус 12 клапана, имеющий впускное отверстие 14 для текучей среды и выпускное отверстие 16 для текучей среды, которые соединены каналом 18 для текучей среды. Внутри корпуса 12 клапана расположен затворный узел 20 между впускным отверстием 14 для текучей среды и выпускным отверстием 16 для текучей среды. Затворный узел 20 содержит клетку 22 и седло 24. Внутри клетки 22 расположен элемент управления текучей средой, такой как пробка 26, которая взаимодействует с седлом 24 для управления потоком текучей среды через корпус 12 клапана. Шток 28 соединен с пробкой 26 на одном конце и приводом 30 на другом конце. Привод 30 управляет перемещением пробки 26 внутри клетки 22.

[0004] Как показано на фиг. 2, клетка 22 содержит первый торец 32 и второй торец 36. Между первым торцом 32 и вторым торцом 36 проходит стенка 38 клетки, образующая центральное отверстие, в котором скользит пробка 26 клапана для управления потоком текучей среды, проходящей через клетку 22. В стенке 38 клетки выполнено множество отверстий 40 клетки. Множество отверстий 40 клетки определяет характеристики текучей среды, проходящей через клетку 22, например, посредством снижения давления текучей среды при ее прохождении через отверстия 40. Отверстия обычно могут иметь круглую форму с центральной осью А, перпендикулярной продольной оси В клетки 22.

РАСКРЫТИЕ 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; затворный узел, расположенный внутри канала для текучей среды, включающий клетку и седло; элемент управления текучей средой, расположенный с возможностью перемещения внутри канала для текучей среды и взаимодействующий с затворным узлом для управления потоком текучей среды через канал для текучей среды; множество отверстий, расположенных в стенке клетки, которые определяют характеристики потока текучей среды, проходящего через затворный узел; и множество каналов, расположенных вокруг каждого отверстия множества отверстий, направляющее поток текучей среды к текучей среде, выходящей из множества отверстий, для подавления шума, образуемого текучей средой, выходящей из множества отверстий.

[0006] В другом аспекте клетка для затворного узла клапана управления содержит стенку клетки, проходящую от первого торца до второго торца и образующую полый круговой цилиндр; множество отверстий, расположенных в стенке клетки и определяющих характеристики потока текучей среды, проходящего через клетку; и множество каналов, расположенных вокруг каждого отверстия множества отверстий, направляющее поток текучей среды к текучей среде, выходящей из множества отверстий, для подавления шума, образуемого текучей средой, выходящей из множества отверстий, причем каждое отверстие из множества отверстий имеет центральную ось, которая по существу перпендикулярна продольной оси клетки, а каждый канал из множества каналов имеет центральную ось, которая расположена под углом, не параллельно и не перпендикулярно, относительно продольной оси клетки, и центральная ось отверстий расположена под углом относительно центральной оси каналов в диапазоне от 10 градусов до 80 градусов.

[0007] В соответствии с любым одним или большим количеством из вышеописанных первого и второго аспектов, клапан управления или клетка, как указано выше, могут дополнительно включать один или большее количество следующих предпочтительных вариантов.

[0008] В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения по меньшей мере одно отверстие из множества отверстий имеет центральную ось, которая по существу перпендикулярна продольной оси клетки, и по меньшей мере один канал из множества каналов имеет центральную ось, которая расположена под углом, не параллельно и не перпендикулярно, относительно продольной оси клетки.

[0009] В других предпочтительных вариантах осуществления изобретения центральная ось по меньшей мере одного отверстия и центральная ось по меньшей мере одного канала расположены под углом, не параллельно и не перпендикулярно, относительно друг друга, причем угол находится в диапазоне от 10 до 80 градусов, предпочтительно от 20 до 70 градусов и более предпочтительно от 30 до 60 градусов.

[0010] В других предпочтительных вариантах множество каналов содержит от двух до двенадцати каналов и предпочтительно от шести до восьми каналов.

[0011] Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один канал из множества каналов содержит боковые стенки, которые параллельны друг другу, таким образом, образуя круглое отверстие.

[0012] В других предпочтительных вариантах по меньшей мере один канал из множества каналов содержит боковые стенки, которые наклонены вовнутрь относительно друг друга, в некоторых вариантах боковые стенки расположены под углом от внутренней поверхности клетки к наружной поверхности клетки, в других вариантах боковые стенки начинают наклоняться друг к другу в промежуточной точке между внутренней поверхностью клетки и наружной поверхностью клетки, и в некоторых вариантах по меньшей мере один канал образует сопло.

[0013] В других вариантах осуществления изобретения по меньшей мере один канал из множества каналов имеет диаметр, находящийся в диапазоне от 10 до 30 процентов диаметра по меньшей мере одного отверстия из множества отверстий, предпочтительно от 15 до 25 процентов диаметра по меньшей мере одного отверстия.

[0014] В других вариантах осуществления изобретения по меньшей мере один канал из множества каналов расположен на расстоянии от 0,5 до 2 радиусов по меньшей мере одного канала от по меньшей мере одного отверстия из множества отверстий.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0015] На фиг. 1 изображен известный клапан управления в разрезе, содержащий известный затворный узел;

[0016] На фиг. 2 изображен увеличенный вид клетки затворного узла, показанного на фиг. 1;

[0017] На фиг. 3 изображен увеличенный вид одного варианта осуществления клетки шумопонижающего затворного узла, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения; и

[0018] Фиг.4 изображает клетку, показанную на фиг. 3, в разрезе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0019] Затворные узлы, описанные в настоящей заявке, предпочтительно обеспечивают пониженную шумовую сигнатуру по сравнению с известными затворными узлами. Раскрытые в настоящей заявке затворные узлы могут быть использованы как независимые затворные узлы или могут быть объединены с другими затворными узлами для получения затворных узлов, которые определяют характеристики потока текучей среды, снижая при этом шум. Несмотря на то, что описанные затворные узлы могут быть использованы в любом типе клапана, они могут быть, в частности, полезны в клапанах управления с поступательным движением штока.

[0020] На фиг. 3 изображен один вариант осуществления клетки 122, выполненной в соответствии с принципами настоящего изобретения, которая может содержать первый торец 132 и второй торец 136. Клетка 122 может быть использована в традиционном клапане управления, таком как клапан 10 управления, представленный на фиг. 1. Между первым торцом 132 и вторым торцом 136 проходит стенка 138 клетки, образующая центральное отверстие, в котором скользит пробка клапана для управления потоком текучей среды, проходящим через клетку 122. В стенке 38 клетки выполнено первое множество отверстий 140 клетки. Первое множество отверстий 140 клетки определяет характеристики текучей среды, проходящей через клетку 122, например, посредством снижения давления текучей среды при ее прохождении через первое множество отверстий 140. Второе множество отверстий, которые могут принимать форму каналов 142, может окружать каждое отверстие первого множества отверстий 140. В одном варианте осуществления изобретения каждое отверстие первого множества отверстий 140 может быть окружено восемью равномерно распределенными каналами 142. В других вариантах осуществления настоящего изобретения каждое отверстие первого множества отверстий 140 может быть окружено большим или меньшим количеством, чем восемь, равномерно распределенных каналов 142. Например, каждое отверстие первого множества отверстий 140 может быть окружено двумя, тремя, четырьмя, пятью, шестью, семью, девятью, десятью, одиннадцатью, двенадцатью или большим количеством каналов 142.

[0021] На фиг. 4 изображена клетка 122, показанная на фиг. 3, в разрезе. Каждое отверстие первого множества отверстий 140 содержит центральную ось А, которая по существу перпендикулярна продольной оси В клетки 122 (т.е. центральная ось А наклонена под углом 85-95 градусов относительно продольной оси В). Каждый канал 142 сформирован вокруг центральной оси С, которая расположена под углом (т.е. не перпендикулярно и не параллельно) относительно продольной оси В клетки 122. Между центральной осью С каналов 142 и центральной осью А отверстий 140 образован угол 150а, 150b. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения угол 150а, 150b может составлять от 10 до 80 градусов, предпочтительно от 20 до 70 градусов и более предпочтительно от 30 до 60 градусов. Углы в этих диапазонах обеспечивают наилучшие характеристики шумопонижения.

[0022] В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 4, каналы 142 включают отверстия, имеющие по существу параллельные в продольном сечении боковые стенки 154, как видно с правой стороны фиг. 4, второе множество отверстий 142 имеет форму круговых цилиндров или круглых отверстий. В других вариантах осуществления изобретения каналы 142 могут иметь боковые стенки 154, которые сходят на конус вовнутрь от внутренней поверхности 160 клетки 122 к наружной поверхности 162 клетки 122, таким образом, образуя коническое отверстие, сопло или воронку, как показано с правой стороны фиг. 4. Конусообразность боковых стенок 154 увеличивает скорость текучей среды, проходящей через каналы 142, что может улучшить шумопонижающую способность клетки 122. В некоторых вариантах осуществления изобретения боковые стенки 154 могут сходить на конус, начиная с внутренней поверхности 160 и заканчивая на наружной поверхности 162. В других вариантах осуществления изобретения боковые стенки 154 могут начинать сходить на конус в промежуточной точке между внутренней поверхностью 160 и наружной поверхностью 162. В некоторых вариантах осуществления изобретения боковые стенки 154 могут сходить на конус в направлении друг к другу под углом от 5 до 20 градусов, предпочтительно от 10 до 15 градусов. Конусообразность боковых стенок 154 в этих диапазонах обеспечивает наилучшие характеристики шумопонижения.

[0023] Как показано на фиг. 3, в некоторых вариантах осуществления изобретения каналы 142 могут иметь диаметры, находящиеся в диапазоне от 10 до 30 процентов диаметра отверстий первого множества отверстий 140, предпочтительно в диапазоне от 15 до 25 процентов и более предпочтительно составляющие примерно 20 процентов диаметра отверстий первого множества отверстий. В других вариантах осуществления изобретения каналы 142 могут быть расположены на расстоянии от 0,5 до 2 радиусов каналов 142 от первого множества отверстий 140, предпочтительно на расстоянии от 0,75 до 1,5 радиусов и более предпочтительно на расстоянии примерно 1 радиуса.

[0024] Не привязываясь к теории, считается, что текучая среда, выходящая из каналов 142, сокращает область сдвига, образуемую текучей средой, выходящей из первого множества отверстий 140, благодаря направленному потоку из каналов 142 в направлении первого множества отверстий 140. Кроме того, считается, что текучая среда, выходящая из каналов 142, стабилизирует поток на выходе первого множества отверстий 140. Оба этих эффекта снижают шум, образуемый текучей средой, проходящей через первое множество отверстий.

[0025] Несмотря на то, что затворные узлы и клапаны управления описаны в данной заявке в соответствии с принципами настоящего изобретения, объем прилагаемой формулы изобретения ими не ограничен. Напротив, формула изобретения покрывает все варианты осуществления настоящего изобретения, которые фактически входят в объем допустимых эквивалентов.

Клапан для текучей среды содержит корпус клапана, имеющий впускное отверстие для текучей среды и выпускное отверстие для текучей среды, которые соединены каналом для текучей среды. В канале для текучей среды расположено седло клапана. Внутри канала для текучей среды установлен с возможностью перемещения элемент управления текучей средой, взаимодействующий с затворным узлом для управления потоком текучей среды, проходящей через канал для текучей среды. Затворный узел содержит клетку (122), имеющую множество отверстий (140), определяющих характеристики текучей среды, проходящей через клетку (122), и множество каналов (142), подавляющих шум, образуемый множеством отверстий (140). 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Клапан для текучей среды, содержащий:

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

затворный узел, расположенный внутри канала для текучей среды и включающий клетку и седло;

элемент управления текучей средой, расположенный с возможностью перемещения внутри канала для текучей среды и взаимодействующий с затворным узлом для управления потоком текучей среды через канал для текучей среды; и

множество отверстий, расположенных в стенке клетки, которые определяют характеристики потока текучей среды, проходящего через затворный узел, и множество каналов, расположенных вокруг каждого отверстия из множества отверстий и направляющих поток текучей среды к текучей среде, выходящей из множества отверстий, для подавления шума, образуемого текучей средой, выходящей из множества отверстий,

причем, по меньшей мере, одно отверстие из множества отверстий имеет центральную ось, которая по существу перпендикулярна продольной оси клетки, а, по меньшей мере, один канал из указанного множества каналов имеет центральную ось, которая расположена под углом, не параллельно и не перпендикулярно, относительно продольной оси клетки.

2. Клапан по п. 1, в котором центральная ось указанного по меньшей мере одного отверстия и центральная ось по меньшей мере одного канала расположены под углом, не параллельно и не перпендикулярно, относительно друг друга.

3. Клапан по п. 2, в котором угол между центральной осью указанного по меньшей мере одного отверстия и центральной осью указанного по меньшей мере одного канала находится в диапазоне от 10 до 80 градусов.

4. Клапан по п. 3, в котором угол находится в диапазоне от 20 до 70 градусов.

5. Клапан по п. 4, в котором угол находится в диапазоне от 30 до 60 градусов.

6. Клапан по любому из предшествующих пунктов, в котором множество каналов содержит от двух до двенадцати каналов, расположенных вокруг по меньшей мере одного отверстия из множества отверстий.

7. Клапан по п. 6, в котором множество каналов содержит от шести до восьми каналов, расположенных вокруг по меньшей мере одного отверстия из множества отверстий.

8. Клапан по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один канал из множества каналов содержит боковые стенки, которые параллельны друг другу.

9. Клапан по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один канал из множества каналов является круглым отверстием.

10. Клапан по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один канал из множества каналов содержит боковые стенки, которые наклонены вовнутрь относительно друг друга.

11. Клапан по п. 10, в котором боковые стенки расположены под углом от внутренней поверхности клетки к наружной поверхности клетки.

12. Клапан по п. 10, в котором боковые стенки начинают наклоняться друг к другу в промежуточной точке между внутренней поверхностью клетки и наружной поверхностью клетки.

13. Клапан по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный по меньшей мере один канал образует сопло.

14. Клапан по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один канал из множества каналов имеет диаметр, находящийся в диапазоне от 10 до 30 процентов диаметра по меньшей мере одного отверстия из множества отверстий.

15. Клапан по п. 14, в котором указанный по меньшей мере один канал имеет диаметр, находящийся в диапазоне от 15 до 25 процентов диаметра указанного по меньшей мере одного отверстия.

16. Клапан по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один канал из множества каналов расположен на расстоянии от 0,5 до 2 радиусов этого по меньшей мере одного канала от по меньшей мере одного отверстия из множества отверстий.

17. Клетка для затворного узла клапана управления, содержащая:

стенку клетки, проходящую от первого торца до второго торца и образующую полый круговой цилиндр;

множество отверстий, расположенных в стенке клетки, которые определяют характеристики потока текучей среды, проходящего через клетку; и

множество каналов, расположенных вокруг по меньшей мере одного отверстия из множества отверстий и направляющих поток текучей среды к текучей среде, выходящей из указанного по меньшей мере одного отверстия, для подавления шума, образуемого текучей средой, выходящей из этого по меньшей мере одного отверстия,

причем указанное по меньшей мере одно отверстие имеет центральную ось, которая по существу перпендикулярна продольной оси клетки, а по меньшей мере один канал из множества каналов имеет центральную ось, которая расположена под углом, не параллельно и не перпендикулярно, относительно продольной оси клетки, причем центральная ось указанного по меньшей мере одного отверстия наклонена относительно центральной оси указанного по меньшей мере одного канала под углом от 10 до 80 градусов.

18. Клетка по п. 17, в которой указанный по меньшей мере один канал расположен на расстоянии от 0,5 до 2 радиусов этого по меньшей мере одного канала от указанного по меньшей мере одного отверстия.

19. Клетка по п. 17 или 18, в которой указанный по меньшей мере один канал имеет конические боковые стенки, образующие сопло, которое ускоряет поток текучей среды через этот по меньшей мере один канал.