NO328223B1

NO328223B1 - Reduksjonsanordning for fluidtrykk.

Info

Publication number: NO328223B1
Application number: NO20040646A
Authority: NO
Inventors: Michael Wildie Mccarty; Ted Alan Long; Michael M Anderson
Original assignee: Fisher Controls Int
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2010-01-11
Also published as: CN1967037A; US6701957B2; US6935370B2; CN100458252C; RU2004107567A; CN1967036A; CN100386551C; CN1967037B; EP1419336A1; JP2009103322A; BR0210570A; CN1543545A; EP1419336B1; RU2302577C2; WO2003016767A1; CA2457197C; US20050252559A1; US7013918B2; MXPA03011567A; ES2320425T3

Description

TEKNISK OMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse vedrører energispredningsanordninger for fluid, mer spesielt en reduksjonsanordning for fluidtrykk med lav akustisk omformings-effektivitet for gass-strømmer og også for anordninger med kavitasjonsunngåelse og dermed lave støyegenskaper for væskestrømmer.

TEKNISK BAKGRUNN

Ved styring av fluider i industrielle prosesser slik som olje- og gassrør-ledningssystemer, kraftanlegg, kjemiske prosesser, osv., er det ofte nødvendig å redusere trykket til et fluid. Regulerbare strømningsrestriksjonsanordninger slik som strømningsreguleringsventiler og fluidregulatorer og andre faste fluid-restriksjonsanordninger slik som diffusorer, lyddempere og andre tilbaketrykks-anordninger blir brukt til denne oppgaven. Formålet med en fluidreguleringsventil og/eller en annen fluidbegrensningsanordning i en gitt anvendelse kan være å regulere fluidhastigheten eller andre trykkvariable, men begrensningen induserer en iboende trykkreduksjon som et biprodukt av strømningsreguleringsfunksjonen.

DE 27 28 697 A1 beskriver for eksempel en ventil med fortrinnsvis sirku-lære skiver som er stablet langs en sentral akse i et ventilhus. Annenhver skive har et spor, fortrinnsvis utstanset, fra et sentralt hulrom til den ytre omkretsen. Skivene med utstansede kanaler dekkes av dekkskiver slik at annenhver skive har en gjennomgående kanal og annenhver skive er tett. Et stempel plasseres i det sentrale hulrommet. Når stempelet beveges frem og tilbake langs den sentrale aksen, vil et varierende antall skiver med radiale kanaler være udekket av stempelet slik at fluid kan strømme gjennom kanalene. Ved at skivene kan stanses ut, f eks av blikk eller andre tynnplater, frembringes et ventillegeme med nøyaktig regulering av fluidstrøm uten at det kreves komplisert eller kostbar maskinering for å lage det.

Trykkfluider inneholder lagret mekanisk potensiell energi. Reduksjon av trykket frigjør denne energien. Energien manifesterer seg som den kinetiske energien til fluidet, både volumbevegelsen av fluidet og dets tilfeldige turbulente bevegelse. Selv om turbulens er den kaotiske bevegelse i et fluid, er det forbi-gående struktur i denne tilfeldige bevegelsen ved at turbulente virvelstrømmer (strømvirvler) blir dannet, men brytes hurtig ned i mindre virvelstrømmer som igjen også brytes ned, osv. Til slutt demper viskositeten ut bevegelsen av de minste virvelstrømmene, og energien er blitt transformert til varme.

Trykk- og hastighetssvingninger er tilordnet den turbulente fluidbevegelse som virker på de strukturelle elementer i rørledningssystemet, noe som forårsaker vibrasjon. Vibrasjoner kan føre til tretthetssvikt av trykkbestandige komponenter eller andre typer slitasje; forringelse av ytelse eller svikt av påmonterte instrum-enter. Selv når den ikke gir fysiske skader, kan vibrasjon generere luftbåret støy som er sjenerende for eller kan skade menneskers hørsel.

I industrielle anvendelser hvor det inngår væsker, er hovedkilden til støy, vibrasjon og skade fra trykkreduksjon av væsker, kavitasjon. Kavitasjon blir forårsaket i en strømning når fluidet passerer gjennom en sone hvor trykket er under fluidets damptrykk. Ved dette reduserte trykket dannes det dampbobler og klapper deretter sammen etter å ha passert nedstrøm inn i en sone hvor trykket overskrider damptrykket. Disse sammenklappende dampboblene kan forårsake støy, vibrasjon og skader. Ideelt vil en reduksjonsanordning for fluidtrykk derfor gradvis redusere fluidtrykket uten at det faller til under damptrykket. I praksis er imidlertid en slik trykkreduksjonsanordning alt for vanskelig og kostbar å produsere, og derfor er det kjent fluidtrykkreduksjonsanordninger som benytter flertrinns trykkreduksjon. Det siste trykkfallet i slike anordninger er forholdsvis lite, noe som kan produsere færre bobler og mindre kavitasjon.

US 6 095 196 beskriver fluidreguleringsventiler som inneholder en ventil-pluggenhet i form av stablede skiver som danner en fluidtrykkreduksjons-anordning. De stablede skivene definerer et antall fluidstrømningspassasjer utformet for å skape en trykkreduksjon i fluidet.

En anordning som benytter stablede skiver er utformet med snirklete fluid-strømningsbaner. I denne anordningen er hver av fluidstrømningsbanene utformet med en rekke påfølgende rettvinklede svinger slik at fluidstrømningen endrer retninger mange ganger i en snirklete bane mens banen går fra innløpet til utløpet. I slike innretninger er det ment at hver rettvinklet sving skal produsere et diskret trykkfall slik at den snirklete banen produserer en flertrinns trykkreduksjon. I virkeligheten har det imidlertid vist seg at de mellomliggende, rettvinklede svinger i strømningspassasjene ikke effektivt skaper en begrensning for trinnvis trykkreduksjon. I tillegg er den trykkreduksjon som skapes av den snirklede banen utforutsigbar siden trykkreduksjonen som bevirkes av hver rettvinklet sving, ikke er kjent. Videre har det vist seg at de rettvinklede svinger kan generere trykk- og massestrømningsubalanse og strømningsineffektivitet. Trykkubalansen kan føre til frembringelse av områder med lavt trykk inne i innretningen hvor fluidet forbi-gående faller under damptrykket og deretter tar seg opp igjen, for derved å skape kavitasjon og forårsake skade. Strømningsubalanse påvirker trykkfallet og fluidhastigheten gjennom anordningen hvor en større masse strømmer gjennom noen passasjer, noe som resulterer i økt hastighet.

I tillegg har innretningen med snirklete baner utløp orientert slik at fluid-strømningen som kommer ut fra passasjene konvergerer. Fluidstrømmer som kommer ut fra tilstøtende utløp kan følgelig kollidere og danne en større jetstrøm som har høyere strømningsenergi og derved øker støynivået.

De ovenfor nevnte ulemper og andre i nåværende tilgjengelige regulerings-innretninger, reduserer betydelig effektiviteten til disse anordningene når det gjelder å tilveiebringe ønsket støydempning, vibrasjonsreduksjon og reduksjon eller eliminering av kavitasjonsskader. Følgelig er det ønskelig å eliminere de ovenfor nevnte ulemper samt å fremskaffe andre forbedringer i regulerings-anordningene for å sette dem i stand til å oppvise forbedrede støydempnings-karakteristikker.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer i følge krav 1 en reduksjonsanordning for fluidtrykk omfattende et antall stablede skiver som har en omkrets og et hult sentrum innrettet langs en langsgående akse, kjennetegnet ved at hver skive har minst én kontinuerlig, gjennomskåret strømningsbane som strekker seg mellom det hule sentrum og omkretsen, idet strømningsbanen innbefatter en innløpsseksjon, en utløpsseksjon og en mellomliggende seksjon som strekker seg mellom innløps- og utløpsseksjonene, at hver mellomliggende strømningsbane-seksjon har en generell spiralform og innbefatter en trykkreduserende struktur og en gjenvinningssone posisjonert umiddelbart nedstrøms for den trykkreduserende struktur, hvor den trykkreduserende strukturen omfatter en innsnevring dannet av et par innoverrettede kanter.

I overensstemmelse med ytterligere aspekter ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en reduksjonsanordning for fluidtrykk som omfatter et antall stablede skiver som har en omkrets og et hult sentrum innrettet langs en langsgående akse. Hver skive har minst én strømningsbane som strekker seg mellom det hule sentrum og omkretsen, idet strømningsbanen innbefatter en innløpsseksjon, en utløpsseksjon og en mellomliggende seksjon som strekker seg mellom innløps-og utløpsseksjonene. Hver mellomliggende strømningsbaneseksjon innbefatter en begrensningsanordning og en tilhørende gjenvinningssone posisjonert umiddelbart nedstrøms for begrensningsanordningen, hvor begrensningsanordningen dirigerer strømning hovedsakelig mot et sentrum for den tilhørende gjenvinningssone.

Ifølge ytterligere aspekter ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en reduksjonsanordning for fluidtrykk som omfatter et antall stablede skiver som har en omkrets og et hult sentrum innrettet langs en langsgående akse. Hver skive har minst én strømningsbane som strekker seg mellom det hule sentrum og omkretsen, idet strømningsbanen innbefatter en innløpsseksjon, en utløpsseksjon og en mellomliggende seksjon som strekker seg mellom innløps- og utløps-seksjonene, hvor motstående vegger i den mellomliggende strømningsbane-seksjon divergerer fra hver andre etter hvert som den mellomliggende strømningsbaneseksjon strekker seg fra innløpsseksjonen til utløpsseksjonen.

I samsvar med ytterligere aspekter ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en reduksjonsanordning for fluidtrykk som omfatter et antall stablede skiver som har en omkrets og et hult sentrum innrettet langs en langsgående akse. Hver skive har første og andre strømningsbaner som strekker seg mellom det hule sentrum og omkretsen, idet den første strømningsbane innbefatter en innløpsseksjon, en utløpsseksjon og en mellomliggende seksjon som strekker seg mellom innløps- og utløpsseksjonene, der den annen strømningsbane har en inn-løpsseksjon, en utløpsseksjon og en mellomliggende seksjon som strekker seg mellom innløps- og utløpsseksjonene. Den annen mellomliggende strømnings-baneseksjon og den første mellomliggende strømningsbaneseksjon krysser hverandre ved en skjæring, og hver av de første og andre mellomliggende strøm-ningsbaneseksjoner innbefatter en gjenvinningssone nedstrøms for skjæringen.

I samsvar med ytterligere aspekter ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en reduksjonsanordning for fluidtrykk som omfatter et antall stablede skiver som har en tykkelse og definerer en omkrets og et hult sentrum innrettet langs en langsgående akse. Hver skive har minst én strømningsbane som strekker seg mellom det hule sentrum og omkretsen, idet strømningsbanen innbefatter en innløpsseksjon, en utløpsseksjon og en mellomliggende seksjon som strekker seg mellom innløps- og utløpsseksjonene. Hver strømningsbane strekker seg over hele tykkelsen av skiven for å tilveiebringe en gjennomgående strømningsbane, der hver gjennomgående strømningsbane deler skiven i minst første og andre ubrutte partier.

I følge den foreliggende oppfinnelse er det også tilveiebrakt en fremgangsmåte for sammenstilling av en reduksjonsanordning for fluidtrykk omfattende å utforme et antall skiver som har minst én strømningsbane som strekker seg mellom et hult sentrum og en omkrets av skiven, der hver strømningsbane innbefatter en innløpsseksjon, en utløpsseksjon og en mellomliggende seksjon som strekker seg mellom innløps- og utløpsseksjonene, kjennetegnet ved at strømningsbanen deler skiven i minst første og andre ubrutte partier, der hver skive innbefatter et første broparti som strekker seg mellom de første og andre ubrutte partier, å stable skivene langs en akse, å feste de stablede skiver sammen for å danne en stablet skiveenhet og å fjerne det første broparti fra hver skive i den stablede skiveenhet.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Oppfinnelsen kan best forstås under henvisning til den følgende beskrivelse tatt i forbindelse med de vedføyde tegninger, hvor like henvisningstall identifiserer like elementer på de flere figurer, og hvor: fig. 1 er en skisse i tverrsnitt som illustrerer en fluidreguleringsventil som inneholder en ventilplugg i form av stablede skiver som danner en reduksjonsanordning for fluidtrykk i samsvar med foreliggende oppfinnelse;

fig. 2 er et planriss av en ringformet skive som kan brukes til å danne hver av de stablede skivene på fig. 1;

fig. 3 er et planriss over en alternativ utførelsesform av en ringformet skive som har begrensningsanordninger for å skape flertrinns trykkreduksjon;

fig. 4A er et planriss over nok en annen alternativ utførelsesform av en ringformet skive for å skape flertrinns trykkreduksjon, innbefattende en bro i form av en indre ring;

fig. 4B er et planriss over en skiveutførelse i likhet med fig. 4A, hvor den ringformede skive innbefatter en bro i form av en ytre ring;

fig. 4C er et planriss over en skiveutførelse i likhet med fig. 4A, hvor den ringformede skive innbefatter to broer i form av indre og ytre ringer;

fig. 4D er et planriss over en skiveutførelse i likhet med fig. 4A, hvor den ringformede skive innbefatter en første bro i form av en indre ring og en annen bro i form av et antall striper eller lapper;

fig. 5 er en perspektivskisse av fem skiver som på fig. 4, vist i en stablet enhet;

fig. 6 er et planriss over en alternativ utførelsesform av en ringformet skive som tillater strømning til tilstøtende, stablede skiver;

fig. 7 er en perspektivskisse over åtte skiver som på fig. 6, vist i en stablet enhet;

fig. 8 er et planriss over en alternativ utførelsesform av en ringformet skive som har innbyrdes skjærende strømningsbanen og

fig. 9 er et planriss over nok en ytterligere ringformet skiveutførelse som viser en strømningsbane med mange delutløp.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DE FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER

Det vises til fig. 1 hvor det er illustrert en reduksjonsanordning for fluidtrykk i samsvar med prinsippene bak foreliggende oppfinnelse i form av et ventilhus 10 som har et antall stablede skiver og montert inne i en fluidreguleringsventil 12. De stablede skivene er konsentriske omkring en akse 29. Fluidreguleringsventilen 12 innbefatter et ventillegeme 14 med et fluidinnløp 16, et fluidutløp 18 og en forbind-elsespassasje 20 gjennom ventillegemet. Selv om fluidstrømningen fra innløpet 16 til utløpet 18 her er beskrevet som om den går fra venstre til høyre som vist ved pilene på fig. 1, vil man forstå at fluidet kan strømme i motsatt retning (dvs. fra høyre til venstre) uten å avvike fra foreliggende oppfinnelses lære.

En tetningsring 22 er montert inne i passasjen 20 i ventillegemet og sam-virker med et ventilbetjeningsorgan 24 for å regulere fluidstrømning inn i det indre og gjennom det ytre av ventilhuset 10. Ventilhuset 10 kan være montert i ventilen ved hjelp av konvensjonelle monteringselementer slik som en husholder 26 og monteringsbolter 28 i inngrep med ventildekseldelen av ventilen på kjent måte. En rekke sveisestrenger 30 på utsiden av ventilhuset 10 holder skivene sikkert i en sammenstilt stabel. I en foretrukket konstruksjonsform av oppfinnelsen er hver enkelt skive belagt med et nikkellag. De nikkelbelagte skivene er sammenstilt til en stabel som blir plassert i en festeanordning og underkastet en egnet stabelbelastn-ing og temperatur for å smelte de enkelte, belagte skiver til hverandre. I andre utførelsesformer kan skivene være slagloddet eller sveiset sammen. For større skiver kan en rekke bolter eller andre typer mekaniske festeanordninger være brukt til sikkert å holde de stabledes skivene samlet.

Ventilburet 10 innbefatter et antall stablede skiver som hver er identisk med en skive 32 som vist på fig. 2. Skiven 32 innbefatter et hult midtparti 34 og en ringformet omkrets 36. Et antall strømningsbaner 38 er utformet i skiven 32. Hver strømningsbane 38 har en innløpsseksjon 40 posisjonert nær midtpartiet 34, en utløpsseksjon 42 posisjonert nær omkretsen 36 , og en mellomliggende seksjon 44 som forbinder innløpsseksjonen 40 med utløpsseksjonen 42. Når en identisk skive blir stablet på toppen av skiven 32 og rotert tilstrekkelig (f.eks. rotert 60° i forhold til den skive som er vist på fig. 2), vil man forstå at strømningsbanene 46 befinner seg fullstendig innenfor hver skive 32.1 en slik utførelsesform er hver strømningsbane 38 avgrenset av en indre vegg 46, en ytre vegg 48, og ubrukte partier for de øvre og nedre tilstøtende skiver 32.

Hver skive 32 har en gitt tykkelse "t", som best kan ses under henvisning til fig. 1 og 5.1 den foretrukne utførelsesform strekker hver strømningsbane 38 seg over hele tykkelsen av skiven for å tilveiebringe en gjennomgående strømnings-bane. De gjennomgående strømningsbaner kan være utformet ved hjelp av én av flere velkjente teknikker, innbefattende laserskjæring. I tillegg kan strømningsban-ene 38 være anordnet i en annen form enn gjennomskårne passasjer. F.eks. kan strømningsbanen 38 være utformet som spor eller kanaler utformet i skivene 32.

Hver strømningsbane 38 er formet for å øke den strømningsmotstand som utøves på fluidet. I den utførelsesform som er vist på fig. 2 er hver mellomliggende seksjon 44 av hver strømningsbane 38 utformet i en generell spiralform. Spiralformen maksimaliserer lengden av strømningsbanen 38 mens den løper fra innløpsseksjonen 40 til utløpsseksjonen 42. Den innledende bredde av strømn-ingsbanen 38 kan velges for å sikre at fluidet hurtig fester seg til de indre og ytre vegger 46, 48.1 den foretrukne utførelsesform kan bredden av hver strømnings-bane 38 utvides gradvis for å regulere hastigheten til fluidet mens trykket reduseres.

I tillegg er strømningsbanene 38 utformet for å redusere støy og kavitasjon. I denne forbindelse unngår strømningsbanene 38 tett atskilte eller påfølgende plutselige endringer i retning, her definert som en innbefattet vinkel på nitti grader eller mindre mellom tilstøtende strømningsbanepartier. I den utførelsesform som er vist på fig. 2, er hver strømningsbane 38 utformet som en gradvis kurve uten skarpe vinkler utformet mellom tilstøtende partier av banen.

Man vil forstå at hvis en referanselinje 50 blir trukket fra skiveaksen 29 og en innløpsseksjon 40 for en strømningsbane, vil et hvilket som helst parti av strømningsbanen 38 som strekker seg i en vinkel til referanselinjen, øke lengden av strømningsbanen 38 mens den løper fra innløpsseksjonen 40 til utløpet 42. En hvilken som helst slik ytterligere strømningsbanelengde vil øke strømnings-motstanden som virker på fluidet og dermed resultere i en trykkreduksjon. I forbindelse med fraværet av nært atskilte eller påfølgende plutselige retningsendringer i strømningsbanen 38, er resultatet gradvis reduksjon av fluidtrykk uten at det skapes tilstøtende områder med høye og lave trykk som kan forårsak strømningsubalanse, reduksjon i gjennomstrømningseffekt og områder hvor områder med lavt trykk faller under væskedamptrykket som kan føre til ekspan-sjonsfordampning og kavitasjon.

Det vises til fig. 3 hvor en alternativ ringformet skive 60 er vist med fluidstrømningsbaner 62 som tilveiebringer flertrinns trykkreduksjon. Hver skive 60 har et hult sentrum 64 og en omkrets 66. Hver strømningsbane 62 strekker seg fra en innløpsseksjon 68 lokalisert nær det hule sentrum 64, gjennom en mellomliggende seksjon 70 og til en utløpsseksjon 72 posisjonert nær omkretsen 66.1 den utførelsesform som er illustrert på fig. 3, er den mellomliggende seksjon 70 av hver strømningsbane 62 utformet som en rekke rette delpartier 70a, 70b og 70c. Delpartiene 70a-c er tilordnet gjenvinningsanordninger som følger etter et trykkreduksjonstrinn mens fluidet strømmer gjennom strømningsbanen 62. Hver vinkel som er utformet mellom tilstøtende rette delpartier 70a-70c er større enn 90° (dvs. at den ikke utgjør noen plutselig retningsendring slik det defineres her). De trykkreduserende strukturer, slik som begrensningsanordningene 74, 76, som er utformet i den mellomliggende seksjon 70, kan skape diskrete trykkfall og kan orientere nedstrøms fluidstrømning. I den illustrerte utførelsesform er restriksjonen 74 utformet ved hjelp av en indre kant 78 dannet i en indre vegg 80 av strømningsbanen 62 og en ytre kant 82 som rager ut fra en yttervegg 84 i strømningsbanen. Likeledes er restriksjonen 76 dannet ved hjelp av en indre kant 86 dannet i den indre vegg 80 og en ytre kant 88 utformet i den ytre vegg 84. Man vil forstå at restriksjonene eller begrensningsanordningene 74, 76 kan være utformet som en enkelt kant dannet i enten de indre eller ytre vegger 80, 84, eller på en hvilken som helst annen måte som bevirker en trykkreduksjon.

Umiddelbart nedstrøms for hver innsnevring eller restriksjon 74, 76 er en gjenvinningssone, henholdsvis 90, 92. Gjenvinningssonene 90, 92 har ingen innsnevringer, plutselige retningsendringer eller andre trykkreduserende strukturer. Gjenvinningssonene 90, 92 tillater følgelig fluidet å feste seg på nytt til de indre og ytre vegger 80, 84 i strømningsbanen 62 slik at den trykkreduserende motstand igjen virker på fluidet. Gjenvinningssonene 90, 92 sørger også for en mer forutsigbar trykkreduksjon gjennom den følgende innsnevring slik at trykk-nivåene kan reguleres mer nøyaktig for å unngå fall til under damptrykket for fluidet. Eventuelle trykkreduserende strukturer anbrakt nedstrøms for gjenvinningssonen vil videre være mer effektive siden fluidstrømningen igjen er i kontakt med veggene i strømningsbanen 62. En virkelig flertrinns reduksjonsanordning for fluidtrykk er følgelig tilveiebrakt.

Strømningsbanens 62 geometri oppstrøms for innsnevringene 74, 76 kan virke sammen med formen og størrelsen av innsnevringene 74, 76 for å orientere strømningen i gjenvinningssonene, for derved å unngå større resirkulasjonssoner. Som vist på fig. 3 er den ytre kant 82 av innsnevringen 74 større enn den indre kanten 78. De forskutte kantene bidrar til å dirigere fluidstrømningen mot midten av gjenvinningssonen 90 nedstrøms for å gi en mer jevn hastighetsprofil for fluidstrømningen og for å hindre tilstøtende områder med høye og lave fluidtrykk og alt for store gjenvinningssoner. En fordel med en mer jevn hastighetsprofil er økt forutsigbarhet for nedstrøms trykkreduksjonstrinn.

Utløpsseksjonene 72 er posisjonert og orientert for å minimalisere konverg-ens av fluid som kommer ut fra tilstøtende utløpsseksjoner 72.1 utførelsesformen på fig. 3 er utløpsseksjonene atskilt omkring skivens 60 periferi. I tillegg blir tilstøt-ende utløpsseksjoner dirigert bort fra hverandre slik at fluid som kommer ut fra til-støtende fluidbaner 62, divergerer.

Det vises til fig. 4A hvor det er vist en ringformet skive 100 som er nokså lik den ringformede skive 60 på fig. 3. Én av hovedforskjellene er imidlertid formen av den mellomliggende seksjon 70 av hver fluidbane 62a-c. Istedenfor å være rett som vist på fig. 3, har delpartiene 70a-c av den aktuelle utførelsesform en gradvis kurve slik at strømningsbanen 62a-c mer ligner en spiral.

Strømningsbanene 62a-c i den ringformede skive 100 på fig. 4a, innbefatter også innsnevringer 74, 76, 77 for å frembringe trinnvise trykkfall. Strømningsbanene 62a og 62c er vist med innsnevringer dannet av første og andre kanter som rager ut fra motstående strømningsbanevegger, i likhet med utførelsesformen på fig. 3. Strømningsbanen 62b illustrerer imidlertid alternative innsnevringer som kan brukes. Innsnevringen 74b er f.eks. dannet av en enkelt kant som rager ut fra én av strømningsbaneveggene. Innsnevringen 76b er utformet av forskutte kanter 79a, 79b som rager ut fra motstående strømnings-banevegger. I tillegg til å være forskutte, har kantene 79a, 79b forskjellige profiler. Kanten 79b rager f.eks. lenger inn i strømningsbanen enn kanten 79a. De forskjellige utførelsesformer av innsnevringene kan brukes til å oppnå de ønskede strømningskarakteristikker, slik som trykkfall og fluidstrømningsorientering.

Skiven 100 på fig. 4 innbefatter også en bro, slik som en indre ring 102 utformet ved det hule sentrum av skiven 100, for å lette fremstilling og sammenstilling av flere skiver for å danne ventilreguleringsburet. Uten den indre ring 102 ville hver skive være laget av separate, spiralformede emnedeler 104 som ville være vanskelig å transportere og montere. Med den indre ring 102 blir de ubrutte partier 104 holdt i posisjon mens skivene blir stablet og festet sammen på en forholdsvis enkel måte. Det hule sentrum av ventilburet blir så forstørret til sin endelige diameter ved å fjerne den indre ring 102 for å opprette fluidkommunika-sjon mellom det hule sentrum og innløpsseksjonene 68. I stedet for den indre ring 102 kan hver skive ha en ytre ring 105 (fig. 4B) som tilveiebringer de samme for-deler som den indre ringen. Den ytre ring 105 blir så fjernet straks skivene er sammenstilt. Videre kan skivene være forsynt med både indre og ytre ringer 102, 105, som illustrert på fig. 4C, for ytterligere å stabilisere skivene under montering av reguleringsburet. Videre kan broen være anordnet i form av én eller flere tapper 106 (fig. 4D) som strekker seg mellom tilstøtende ubrutte partier 104. Tappene 105 blir fjernet etter at skivene er sammenstilt. I en hvilken som helst av de foregående utførelsesformer kan broene fjernes på en hvilken som helst kjent måte, slik som honing, sliping eller maskinering.

Den ovenfor nevnte bro er ikke nødvendig for alternative strømningsbane-konstruksjoner, slik som spor eller kanaler hvor de enkelte utbrutte deler ikke er laget. I slike alternativer kan strømningsbanene 38 være utformet under støping eller dannelsen av skiven, etset inn i skivens overflate eller på en hvilken som helst annet egnet måte.

Fig. 5 gir en perspektivskisse av et antall stablede, ringformede skiver 100. Fra fig. 5 vil man forstå at tilstøtende ringformede skiver 100 kan roteres i forhold til hverandre for å skape strømningsbanene 62.1 den illustrerte utførelsesform er de indre ringene 102 til de stablede skivene 100 ennå ikke blitt fjernet for å eksponere innløpsseksjonene 68 til hver strømningsbane 62.

Det vises til fig. 6 hvor en alternativ utførelsesform av en ringformet skive 110 er vist, der hver fluidstrømningsbane 62 gjennomskjærer mer enn én skive. I den illustrerte utførelsesform innbefatter den mellomliggende seksjon 70 en oppstrømsdel 112 med en utløpsende 114 og en nedstrømsdel 116 som har en inngangsende 118. Som vist på fig. 7, kan flere identiske skiver 110 være formet og stablet slik at utgangsenden 114 av oppstrømsdelen 112 som er utformet i en første skive 110, er innrettet med inngangsenden 118 til nedstrømsdelen 116 som er utformet i en annen skive 110. Fluid vil følgelig strømme fra det hule sentrum gjennom oppstrømsdelen 112 i den første skive til utgangsenden 114. Fluidet vil så bli overført via de overlappende utgangs- og inngangsendene 114, 118 til nedstrømsdelen 116 i en annen skive.

Overgangen mellom de første og andre skiver skaper en trykkreduserende struktur i form av to påfølgende 90° retningsendringer. For å minimalisere de ødeleggende virkninger av de nært atskilte, plutselige retningsendringer, innbefatter hver nedstrøms strømnings-banedel 116 en gjenvinningssone 120 umiddelbart nedstrøms for inngangsenden 118. Gjenvinningssonene 120 tillater turbulens-en i fluidet å forsvinne og fremmer ny kontakt mellom fluidet og strømningsbane-veggene. Selv gjennom en rekke (dvs. et par) påfølgende, plutselige retningsendringer er følgelig det derved skapte trykkfall, mer forutsigbart, og den gradvise virkning av strømningsmotstanden blir forsterket. I en alternativ utførelsesform kan inngangs- og utgangsendene 114, 118 være formet for å bevirke en glatt overgang fra én skive til den neste for derved å unngå frembringelse av påfølgende, plutselige retningsendringer.

Fig. 8 viser en annen skiveutførelse som har kryssende fluidstrømningsba-ner slik at kollisjonen mellom fluid i banene reduserer fluidtrykket. Skiven 130 innbefatter tre innløpsseksjoner 132 utformet ved det hule sentrum 134 av skiven. Hver innløpsseksjon 132 kan være en felles innløpsseksjon for to tilknyttede strømningsbaner. En felles innløpsseksjon 132 mater f.eks. fluid til strømnings-banene 136, 138. Hver strømningsbane 136, 138 haren generell spiralform fra innløpsseksjonen 132 til en utløpsseksjon 140. Hver innløpsseksjon 132 er fortrinnsvis radialt innrettet med midtpunktet til det hule sentrum 134 slik at hver strømningsbane 136, 138 mottar tilnærmet halvparten av det fluid som kommer inn i den tilknyttede innløpsseksjon 132. På grunn av den plutselige retningsendring mellom innløpsseksjonen 132 og strømningsbanene 136, 138, ergjen-vinningssoner 142, 144 anordnet i hver strømningsbane 136, 138 umiddelbart nedstrøms for innløpsseksjonen 132.

Hver strømningsbane 136, 138 innbefatter en trykkreduserende struktur i form av strømningsbanekrysninger. Ettersom hver strømningsbane 136, 138 strekker seg mot en omkrets 146 av skiven 130, krysser den andre strømnings-baner. Strømningsbanen 138 krysser f .eks. en strømningsbane 148 ved en skjæring 150. Strømningsbanen 138 krysser videre en strømningsbane 152 ved en skjæring 154. Endelig krysser skjæringsbanene 138 en strømningsbane 136 ved skjæringen 156. Hver strømningsbane er forsynt med nok gjenvinningssoner nedstrøms for hver skjæring. Strømningsbanen 138 er f.eks. utformet med en gjenvinningssone 158 mellom skjæringene 150 og 154.1 tillegg er gjenvinningssonen 160 forsynt med gjenvinningssoner mellom skjæringene 154 og 156.

Under drift vil man forstå at det fluid som passerer gjennom strømnings-banene, vil kollidere ved skjæringene. Fluidkollisjonene sprer energi i fluidet og reduserer fluidtrykket. Fluidets egen bevegelse blir følgelig brukt til å forbedre energispredningen og bevirke en trykkreduksjon.

Strømningsbanene kan være koplanare slik at hver skjæring skaper en plutselig endring i retningen av fluidstrømningen. Ved skjæringen 150 kan f.eks. fluid som beveger seg gjennom strømningsbanen 138, nå skjæringen 150 og bøyes av inn i nedstrømsdelen av fluidbanen 148, som antydet ved hjelp av pilen 162. Likeledes kan fluid i oppstrømsdelen av strømningsbanen 148 nå skjæringen 150 og avbøyes inn i en nedstrømsdel av strømningsbanen 138, som antydet med pilen 164. Fluid som strømmer gjennom disse banene kan derfor utsettes for en plutselig retningsendring. Selv om den plutselige retningsendring normalt kan resultere i uønskede strømningskarakteristikker, minimaliserer gjenvinningssonene som er anordnet nedstrøms for hver skjæring, slik som gjenvinningssonen 158, de ødeleggende virkninger av slike plutselige retningsendringer og gjør det mulig for trykkfallet i forbindelse med dette å være mer forutsigbart. Det ønskede totale trykkfall gjennom skiven 130 kan følgelig beregnes og konstrueres på en mer pålitelig måte.

Alternativt kan strømningsbanene være forskutt i forhold til hver skjæring for å redusere eller eliminere plutselige retningsendringer i fluidstrømningen mens det fremdeles skapes ytterligere tap gjennom virkningen av et fluidskjærelag mellom de to strømmene. Som vist på fig. 8 kan strømningsbanen 136 skjære strømnings-banen 166 ved en skjæring 168. Oppstrøms for skjæringen 168 kan strømnings-banen 136 innbefatte en skråflate 170 som retter fluidstrømningen mot en øvre del av skjæringen 168, mens strømningsbanen 166 kan innbefatte en skråflate 172 som dirigerer fluidstrømningen mot nedre del av skjæringen 168. Fluid som strøm-mer fra banene 136, 166 inn i skjæringen 168, vil følgelig fortsette langs sine res-pektive baner uten plutselige retningsendringer. Selv om trykkfallet ved skjæringen 168 ikke er så stort som det i forbindelse med planskjæringen 150, blir energi i fluidet spredt på grunn av skjærkrefter som skapes av de tilstøtende fluidstrømmer.

Det vises nå til fig. 9 hvor en ringformet skive 190 er vist som har flere del-utløp 192. En strømningsbane 62 er utformet i skiven 190, som har en innløpssek-sjon 68, en mellomliggende seksjon 70 og en utløpsseksjon 72. Innløpsseksjonen 68 og den mellomliggende seksjon 70 kan være utformet på en hvilken som helst av de måter som er beskrevet ovenfor under henvisning til de forskjellige utfør-elsesformer. Utløpsseksjonen 72 innbefatter imidlertid en splittende delstrømn-ingsseksjon 192 som danner første og andre delstrømnings-utløp 194. De flere delstrømningsutløp 194 skaper kontaktstørrelsen mellom fluidet og baneveggene for derved å øke den viskøse motstand.

Selv om den foreliggende beskrivelse er rettet mot å innbefatte en reduksjonsanordning for fluidtrykk i henhold til oppfinnelsen i en regulerbar fluidreguleringsventil, vil man forstå at oppfinnelsen ikke er begrenset til dette. Anordningen kan være implementert som en fast innsnevring i en rørledning enten oppstrøms eller nedstrøms for en reguleringsventil, eller i sin helhet uavhengig av plasser-ingen av en reguleringsventil.

Den foregående detaljerte beskrivelse er blitt gitt for kun å tydeliggjøre forståelsen, og ingen unødvendige begrensninger skal utledes fra denne, ettersom modifikasjoner vil være opplagte for fagkyndige på området.

Claims

1. Reduksjonsanordning (10) for fluidtrykk, omfattende: et antall stablede skiver (60) som har en omkrets (66) og et hult sentrum (64) innrettet langs en langsgående akse (29); karakterisert ved: at hver skive har minst én kontinuerlig, gjennomskåret strømningsbane (62) som strekker seg mellom det hule sentrum (64) og omkretsen (66), idet strømningsbanen (62) innbefatter en innløpsseksjon (68), en utløpsseksjon (72) og en mellomliggende seksjon (70) som strekker seg mellom innløps- og utløpsseksjonene; at hver mellomliggende strømningsbaneseksjon har en generell spiralform og innbefatter en trykkreduserende struktur (74, 76) og en gjenvinningssone (90, 92) posisjonert umiddelbart nedstrøms for den trykkreduserende struktur, hvor den trykkreduserende strukturen (74, 76) omfatter en innsnevring dannet av et par innoverrettede kanter (74, 76).

2. Anordning ifølge krav 1, hvor den mellomliggende strømningsbaneseksjon (70) er dannet av et antall rette delpartier (70a-70c).

3. Anordning i følge krav 1 eller 2, hvor en nedstrøms del (192) av strømnings-banens mellomliggende seksjon omfatter første og andre delstrømningsutløp (194).

4. Anordning i følge et av de foregående krav, hvor den minst ene strømnings-banen (38, 62, 136, 138) omfatter en spiralform, og innsnevringene (74, 76) retter strømning hovedsakelig mot et senter av en tilhørende gjenvinningssone (90, 92).

5. Anordning i følge krav 1 eller 2, hvor motstående vegger i den mellomliggende strømningsbaneseksjon (70) gradvis divergerer fra hverandre mens den mellomliggende strømningsbaneseksjonen (70) løper fra innløpsseksjonen til utløps-seksjonen.

6. Anordning ifølge krav 1, hvor hver strømningsbane omfatter flere innsnevringer i den mellomliggende seksjon og en tilhørende gjenvinningssone (90, 92) posisjonert umiddelbart nedstrøms for hver innsnevring, hvor hvert innsnevrings- og gjenvinningssone-par bevirker et trykkfalltrinn.

7. Anordning ifølge krav 1, hvor innløpsseksjonen er innrettet langs den radiale skivereferanselinje (50) og innbefatter en innløpsgjenvinningssone (142, 144).

8. Anordning ifølge et av de foregående krav, hvor den trykkreduserende struktur omfatter et par plutselige retningsendringer i strømningsbanen.

9. Anordning ifølge et av de foregående krav, hvor en første kant rager lenger inn i strømningsbanen enn en annen kant.

10. Anordning ifølge et av de foregående krav, hvor de første og andre kanter er forskutt slik at den første kant (74) er posisjonert oppstrøms for den annen kant (76).

11. Reduksjonsanordning for fluidtrykk i følge et av de foregående krav, omfattende: en andre strømningsbane (138) som strekker seg mellom det hule sentrum og omkretsen, idet den andre strømningsbanen (138) har en innløpsseksjon (132), en utløpsseksjon (140) og en mellomliggende seksjon som strekker seg mellom innløps- og utløpsseksjonene; hvor den andre mellomliggende strømningsbaneseksjon og den første mellomliggende strømningsbaneseksjon krysser hverandre ved en skjæring (150); og hvor hver av de første og andre mellomliggende strømningsbaneseksjoner innbefatter en gjenvinningssone (158) nedstrøms for skjæringen (150).

12. Anordning ifølge krav 11, hvor de første (148) og andre (138) strømningsbaner er rettet mot skjæringen (150) ved hovedsakelig samme plan, slik at fluid som strømmer gjennom de første (148) og andre (138) strømningsbaner underkastes en plutselig retningsendring (164) ved skjæringen (150).

13. Anordning ifølge krav 11 eller 12, hvor den første strømningsbane (136) innbefatter en første skråflate (170) oppstrøms for skjæringen (168) dirigert til et første plan, og at den annen strømningsbane (138) innbefatter en annen skråflate (172) oppstrøms for skjæringen (168) dirigert til et annet plan, slik at fluid som strømmer gjennom de første (136) og andre (138) strømningsbaner skaper skjærkrefter ved skjæringen (168).

14. Anordning ifølge et av kravene 11-13, hvor den første (136) strømningsbanens innløpsseksjon og den andre (138) strømningsbanens innløpsseksjon er utformet integrert som en felles innløpsseksjon (132).

15. Anordning ifølge krav 14, hvor den felles innløpsseksjon (132) er innrettet langs en radial skivereferanselinje som strekker seg fra aksen (29) til den felles innløpsseksjon (132) slik at hovedsakelig like fluidvolumer strømmer inn i de første (136) og andre (138) strømningsbaner.

16. Anordning i følge krav 1, hvor hver gjennomskårete strømningsbane (62) deler skiven inn i minst første og andre ubrutte partier (104).

17. Anordning i følge krav 16, hvor hver skive videre omfatter et første broparti (102,105, 106) som strekker seg mellom de første og andre ubrutte partier (104).

18. Anordning i følge krav 17, hvor det første broparti omfatter et indre ringparti (102) som strekker seg omkring den indre del av skiven.

19. Anordning i følge krav 17 eller 18, hvor det første broparti omfatter et ytre ringparti (105) som strekker seg omkring skivens omkrets.

20. Anordning i følge et av kravene 17-19, hvor det første broparti omfatter en tapp (106) som strekker seg mellom de første og andre ubrutte partier (104).

21. Anordning i følge et av kravene 17-20, hvor hver skive videre omfatter et andre broparti (102, 105, 106).

22. Anordning i følge et av kravene 17-21, hvor det første broparti omfatter et første ringparti (102) som strekker seg omkring skivens hule sentrum, og hvor det andre broparti omfatter et andre ringparti (105) som strekker seg omkring skivens omkrets.

23. Anordning i følge et av kravene 17-22, hvor de første og andre bropartier omfatter første og andre tapper (106) som strekker seg mellom tilstøtende ubrutte partier (104).

24. Anordning i følge et av kravene 16-23, hvor motstående vegger i hver gjennomskårete strømningsbanes mellomliggende seksjon (70) gradvis divergerer fra hverandre mens den mellomliggende strømningsbaneseksjonen (70) løper fra innløpsseksjonen til utløpsseksjonen.

25. Fremgangsmåte for sammenstilling av en reduksjonsanordning (10) for fluidtrykk, omfattende å uforme et antall skiver (60) som har minst én strømningsbane (62) som strekker seg mellom et hult sentrum (64), og en omkrets (66) av skiven, der hver strømningsbane innbefatter en innløpsseksjon (68), en utløpsseksjon (72) og en mellomliggende seksjon (70) som strekker seg mellom innløps- og utløpsseksjonene, karakterisert ved at strømningsbanen (62) deler skiven (60) i minst første og andre ubrutte partier (104), der hver skive videre innbefatter et første broparti (102, 105, 106) som strekker seg mellom de første og andre ubrutte partier (104); å stable skivene langs en akse (29); å feste de stablede skiver sammen for å danne en stablet skiveenhet; og å fjerne det første broparti fra hver skive i den stablede skiveenhet.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 25, hvor det første broparti omfatter et første ringparti (102) som strekker seg omkring den indre del av skiven.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 25 eller 26, hvor det første broparti omfatter et ytre ringparti (105) som strekker seg omkring skivens omkrets.

28. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 25-27, hvor det første broparti omfatter en tapp (106) som strekker seg mellom de første og andre ubrutte partier.

29. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 25-28, hvor skiven videre innbefatter et annet broparti (102, 105, 106), og hvor fremgangsmåten videre omfatter et trinn for å fjerne det andre bropartiet fra hver skive i den stablede skiveenhet.

30. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 25-29, hvor det første broparti omfatter et indre ringparti (102) som strekker seg omkring den indre del av skiven, og det andre skiveparti (105) omfatter et ytre ringparti som strekker seg omkring skivens omkrets.

31. Fremgangsmåte ifølge krav29 eller 30, hvor de først og andre bropartier omfatter første og andre (106) tapper som strekker seg mellom tilstøtende ubrutte partier.