[发明专利]用于节流阀的流率稳定器

说明书

本发明总的涉及阀门，尤其涉及其中具有流率稳定器的节流阀。

                         发明背景

节流阀被应用于众多的过程控制系统中，以控制过程流体的某些参数。当过程控制系统使用节流阀以控制压力、液位、PH值或者其它所需的流体参数时，节流阀最终控制流体的流率。

节流阀通常包括一通过一流孔与一流体输出通道相连的流体输入通道，以及一安装在流孔内、用于控制流过其中的流量的密闭件。该密闭件可包括一阀塞，该阀塞具有顶着安装在流孔上的座环所设置的表面。操作时，控制系统将阀塞向着座环的表面移动，或者使其远离该表面移动，以便提供所需的流体流过流孔及节流阀时的流量。

对于某一阀塞位置与某一压力状况而言，节流阀的流率通常被认为是稳定值。因此，系统设计者在设计一控制系统时，传统地将节流阀的流率定为恒定值。然而，事实上在使用时，节流阀的流率无法完全地维持恒定，相反会有所波动。阀门流率的变化表现为阀门流率的瞬间跳动或者引起例如双稳态流率之类的阀门流率中的持久变化。虽已推测阀门流率中的变化涉及湍流，但是引起阀门流率变化的准确的原因至今尚未人知。

然而，通常已知的是，在大多数状况下会在阀门内形成湍流。湍流是一种无规律的流量状况，其中的流体压力、流速等紊乱变化。湍流存在于实际尺寸和时标的范围内，即自实际较大的流体移动至实际较小的流体移动，并自较快地无规则变化至较慢地无规则变化。

此外，在阀门的工作期间，阀门内的流体必须加速，直到克服由阀塞及流孔所引起的流动限制。已推测，阀门内湍流和/或流体的较高的流速会引起阀门中的流动型式不稳定。这些不稳定的流动型式会引起流率扰动。

在不同的流体压力及流率下产生的较大或较小量的流率扰动在阀门内发生在较大的频率范围之中，并影响流过阀门的流量。阀门中的某些流动扰动产生在大大高于被控制的过程的特性频率的频率上，或产生在大大高于典型的控制过程设备能够响应的频率范围内的频率上。这些高频流动扰动表现为噪音形式，并被过程中固有的机械流动容量有效地过滤掉。因此，这些高频扰动不会明显地影响控制系统的运行。

另外，阀门中的某些扰动产生在大大低于过程及过程控制设备的特性频率的频率上。由于控制系统能够识别由这些低频扰动所引起的较缓的流量变化值，并相应地调节节流阀，因此该过程控制系统可在闭环运行期间补偿这些低频扰动。

然而，出现在过程及过程控制设备相关的特性频率的数量级上的频率的扰动，即中频扰动，由于过程控制器正改变过程控制参数来在扰动出现与消失大致相同的速率上补偿这些扰动，因此这些扰动在过程控制系统中引起了值得注意的问题。因此，过程控制器难以跟上这些中频扰动，于是导致了较差的控制器性能。

直至今日，没有人真正知道是什么引起了中频扰动，以及如何在过程中最佳地消除这些扰动。此外，现有技术中至今还没有用来减小诸如节流阀之类的阀门中的中频扰动的适用范围较广的解决方法。

                          发明概述

已发现存在于阀门流率中的扰动是由在阀门的上游或流体输入通道内形成诸如准恒稳态涡流之类的流量扰动所产生的，并且这些涡流的形成和中断与阀门流率中明显的变化相对应。已确定的是，为了提供一种尽可能稳定的流率的阀门，最重要的是要防止在阀门的上游或流体输入通道内的诸如涡流的间歇性形成与中断之类的扰动。

本发明涉及阀门设计，尤其涉及使用在阀门内的座环设计、阀塞设计以及流体通道的设计，比如一种节流阀，它可以通过防止在存在于阀门的上游或流体输入通道内的流体中间歇形成涡流来消除由湍流或其它物理现象所引起的中等频率流量扰动。

根据本发明的一个方面，阀门包括一通过一流体输出通道与一流体输出口相连的流体输入通道。在流体输入通道与流体输出口之间安置一流孔，并且安装着一阀塞，该阀塞可相对于流孔移动以改变流过阀门的流体的流率。在流体输入通道内安装一构件，该构件可减小存在于流体输入通道内的流体中的间歇性扰动。

该减少扰动件可包括一安装在流体输入通道内的叶片，该叶片可自例如一安装在流孔内的座环延伸。该叶片可平行于、垂直于或倾斜于流过流体输入通道的流体的流动方向安装。减少扰动件可包括多片例如构成十字形的叶片。另外，减少扰动件可呈篮状，或者可包括一个或多个自座环延伸的圆筒体或管体。倘若需要的话，这种圆筒体或者管体的壁内可具有洞眼。此外，减少扰动件可不与座环相连，而与阀塞或者流体输入通道的管壁相连。