能量回收流量控制阀
阅读：1036发布：2020-09-28
专利汇可以提供能量回收流量控制阀专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 流体 流量控制 阀 (101，601)，其包括：壳体(106)；和球形阻塞件(107)，其包括通孔(108)，其中球形阻塞件(107)被插入壳体(106)中并适于在壳体(106)中围绕旋 转轴 线(110)在第一 位置 (图3、图6)和第二位置(图5、图8)之间旋转，在第一位置，通孔(108)与 控制阀 (101，601)大体同轴以允许流体经过，在第二位置，通孔(108)相对于控制阀(101，601)呈大体横向以阻止流体经过。控制阀(101，601)还包括在通孔(108)内的 转子 (111)，其中转子(111)适于在流经控制阀(101，601)的流体的作用下以连续方式旋转，从而围绕与球形阻塞件(107)的 旋转轴 线(110)大体一致的第二旋转轴线(112)旋转。，下面是能量回收流量控制阀专利的具体信息内容。
1.一种流体流量控制阀(101，601)，其包括：壳体(106)；和球形阻塞件(107)，其包括通孔(108)，其中所述球形阻塞件(107)被插入所述壳体(106)中并适于在所述壳体(106)中围绕旋转轴线(110)在第一位置和第二位置之间旋转，在第一位置，所述通孔(108)与所述控制阀(101，601)大体同轴以允许流体经过，在第二位置，所述通孔(108)相对于所述控制阀(101，601)呈大体横向以阻止流体经过，其中，所述控制阀(101，601)还包括在所述通孔(108)内的转子(111)，其中所述转子(111)适于在流经所述控制阀(101，601)的流体的作用下以连续方式旋转，其特征在于，所述转子(111)还适于围绕与所述球形阻塞件(107)的所述旋转轴线(110)大体一致的第二旋转轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的控制阀，其中所述转子(111)包括轴(112)和多个叶片(201)，所述多个叶片相对于流经的所述流体呈大体横向，并且所述叶片固定到所述轴(112)，其中所述轴与所述旋转轴线(110)大体一致。
3.根据权利要求2所述的控制阀，其中所述叶片(201)沿大体平行于流经的所述流体的流动方向扭转。
4.根据权利要求2所述的控制阀，其中所述叶片(201)的尺寸设置成对于所述转子(111)的一些旋转位置来说基本占据所述球形阻塞件(107)的所述通孔(108)的整个自由截面。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的控制阀，其中所述叶片包括在其表面上的孔(902)。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的控制阀，其中所述轴(112)的至少一个端部从所述球形阻塞件(107)突出并且被连接到机械单元或发电机。
7.根据权利要求6所述的控制阀，其还包括适于使所述球形阻塞件(107)旋转的致动器(109)，其中所述致动器(109)定位在所述阀(101)的沿所述旋转轴线(110)与所述机械单元或所述发电机相对的一侧上。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的控制阀，其还包括定位在所述转子(111)上游并且适于与流经的所述流体的流流体动力学地相互作用的偏转元件(602)。
9.根据权利要求8所述的控制阀，其中所述偏转元件(602)在所述阀(601)中相对于所述旋转轴线(110)不对称地定位。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的控制阀，其中所述旋转轴线(110)相对于经过所述阀(101，601)的所述流体流动呈大体横向。
能量回收流量控制阀
技术领域
背景技术
[0002] 称为“球阀”的装置目前是已知的，其用作管道中特别是加压管道中的关闭装置。
[0003] 球阀允许选择性地关闭相连的管道，以便阻止流体例如气体、液体或蒸汽在管道中流动。为此目的，在现有技术中已知的球阀包括具有大体球形形状的阻塞件，该阻塞件容纳在合适的座中并具有大体圆柱形通孔。
[0004] 球阀的球形阻塞件的取向能设置为使其通孔与流动方向同轴，因而允许流体流经阀；球形阻塞件的取向也能设置成垂直于管道轴线方向，因此大体阻止流体流经阀。球阀的球形阻塞件能借助合适的致动器例如能由用户操作的手柄选择性地旋转、典型地经过0°至90°的角度。
[0005] 已知的球阀最常用作打开/关闭装置，其中管道选择性地完全打开或关闭，以便允许或阻止流经阀。
[0006] 但是，现有技术的球阀也允许通过使阻塞件旋转小于90°的角度以便阻塞仅管道的自由截面的一部分来调节管道(阀已经插入其中)中的流体流量。以这种方式，经过球阀的流量减小，但没被彻底阻止。
[0007] 尽管如此，已知的球阀的流量调节效率是较差的。一方面，经过阀的流量的调节是不精确的，并且很难精确地确定实际流经部分关闭的球阀的液体或气体的量。
[0008] 另一方面，已知的球阀在部分关闭以便调节流体的流量时引起流体自身的巨大的局部损耗。这种损耗导致流体的平均速度的降低，并因此导致流速下降，但是损耗典型地使球阀包含在其中的系统没有能量方面的益处。
发明内容
[0009] 本发明的一个目的是提供在现有技术上进行改进的球式流体流量控制阀。
[0010] 特别地，本发明的一个目的是提供控制阀，其中该控制阀能至少部分地回收流体损耗的能量同时调节经过阀的流体流量。
[0011] 本发明的另一目的是提供控制阀，该控制阀允许更精确地调节经过阀的流体流量，特别是在球阀仅部分关闭时。
[0012] 本发明的其他目的是提供球式控制阀，该控制阀相比于已知的球阀具有简单的结构和紧凑的尺寸。
[0014] 基于本发明的总的构思是提供流体流量控制阀，其包括：壳体；和球形阻塞件，其包括通孔，其中球形阻塞件被插入壳体中并适于在壳体中围绕旋转轴线在第一位置和第二位置之间旋转，在第一位置，通孔与控制阀大体同轴以允许流体经过，在第二位置，通孔相对于控制阀呈大体横向以阻止流体经过。控制阀还包括在所述通孔内的转子，其中转子适于在流经阀的流体的作用下以连续方式旋转，从而围绕与球形阻塞件的旋转轴线大体一致的第二旋转轴线旋转。
[0015] 因此根据本发明的控制阀允许回收流经阀的流体所耗损的能量的至少一部分；同时，阀被证明对经过阀自身的流体的流量的调节更有效，从而在转子的作用下使流体的平均速度减小期望的量。回收的能量取决于阀打开的程度，即，阻塞件的旋转角度，也取决于转子的效率。
[0016] 根据本发明的控制阀还允许对于流体能经过阀自身的阻塞件的所有旋转角度有效地利用转子，即，转子的最佳操作不仅确保在亚型的阻塞件的配置中。
[0017] 此外，使用具有相对于流体流动呈横向的旋转轴线的转子改进了转子自身和调节的有效性，从而允许甚至通过简单地改变可施加到转子的阻力矩改变在流体中引起的损耗。
[0018] 另外，由于转子的旋转轴线与阻塞件的旋转轴线一致，转子的引入不需要对球阀的操作原理或结构做很大改变，但同时允许获得容易制造的紧凑的装置。
[0019] 优选地，转子包括轴和多个叶片，所述多个叶片相对于流体的流动呈大体横向并紧固到轴。通过这种方式，能获得简单结构的高效转子。
[0020] 优选地，叶片沿大体平行于经过阀的流体的流动方向扭转，因此进一步改进了转子的效率并有助于转子的起动。
[0021] 优选地，叶片的尺寸设置成对于转子的一些旋转位置来说基本占据所述球形阻塞件的所述通孔的整个自由截面。
[0022] 优选地，叶片包括在其表面上的孔，以便减小流体流经转子而发生的损耗并提高流量控制精度。
[0023] 优选地，控制阀包括的偏转元件，所述偏转元件定位在所述转子上游并且适于与流体流流体动力学地相互作用，以便提高转子的效率并有助于转子的起动。
[0024] 优选地，偏转元件在阀中在阀的旋转轴线限定的横截面中不对称地定位。
[0027] 现在参考附图通过非限制性的实例描述本发明的实施例的一些优选的和有利的实例，其中相同的附图标记用于表示相似的构件、材料或功能，并且其中：
[0028] 图1示意性地示出根据本发明的阀的实施例，该阀结合有用户设备和机械致动器。
[0029] 图2示出根据本发明的控制阀的转子的第一实施例。
[0030] 图3、4和5示意性地示出图1的阀分别处于球形阻塞件的三个不同的旋转角度的侧视剖视图。
[0031] 图6、7和8示意性地示出根据本发明的控制阀分别处于球形阻塞件的三个不同的旋转角度的第二实施例的侧视剖视图。
[0032] 图9示出根据本发明的控制阀的转子的第二实施例。
[0033] 图10示意性地示出根据本发明的控制阀的第三实施例的侧视剖视图。
[0034] 图11示意性地示出根据本发明的控制阀的第四实施例的侧视剖视图。
具体实施方式
[0035] 图1是根据本发明的阀101的示意图。阀101包括具有入口103和出口104的主体102，这允许流体流经阀101。在操作状态，阀101能被安装到加压系统的管道105。
[0036] 阀101包括使其主要为“球”阀的构件；实际上，该阀包括大体球形壳体106，该球形壳体106容纳阻塞件107，该阻塞件允许使阀101关闭，以阻止流体从入口103流到出口104。
[0037] 阻塞件107具有大体球形形状并且包括通孔108，阻塞件的轴线能旋转到不同位置。为此，阻塞件107连接到机械致动器109(例如能由用户操作的手柄，或气动或机电致动器)并能旋转到使通孔108与阀101的轴线对准(因而允许流体经过)或旋转为使通孔108运动到相对于阀101的轴线呈大体横向的位置(因而大体阻止流体经过)。
[0038] 在壳体106和球形阻塞件107之间的联接设置为确保当阻塞件处于关闭位置时的不透性，无论流体是液体、气体、蒸汽还是任何其他多相流体；确保了这种不透性，已知元件和技术能确被使用。
[0039] 阻塞件107因此适于围绕轴线110旋转；阀101还包括插入通孔108中并且固定到轴112的转子111，在轴112上其适于以连续的方式旋转。轴112与轴线110同轴或至少大体同轴，以便球形阻塞件107能转动，从而在不危害转子111的操作的情况下关闭阀101。实际上，转子111适于以在下面将更详细地描述的模式在流经阀101的流体的作用下旋转。
[0040] 轴112具有从球形阻塞件107突出的一个端部，并且在图1的非限制性的实例中，该端部也从阀101的主体突出。轴112的突出端机械地连接到用户设备114，或在图1的实例中直接连接到用户设备114。用户设备114适于使用由于转子111的旋转而由轴112提供的机械动力。在该实例中，致动器109定位在轴线110上、在阀101的与用户设备114相对的那一侧上。
[0043] 在一个实施例中，转子111包括沿转子111的轴线的通孔202。轴112能插入该孔202，该孔202优选具有十字形的横截面，轴112优选一端铰接在球形阻塞件107的腔115中(见图1)，另一端伸出阀101并连接到上述的用户设备114。
[0044] 通常，必须特别注意地来形成经过阻塞件107的孔(轴112插入其中)，因为虽然一方面需要彻底的密封来防止任何液体渗漏，但同时密封系统必须不由于引入过分摩擦而太多地阻碍轴112的旋转。就结构材料而言，通过使用普通控制阀所典型地采用的已知金属合金并通过考虑所涉及的操作压力和温度、工作环境的侵蚀性以及流体的侵蚀性，应采用良好工程实践标准。
[0045] 必须指出的是，通过改变已知的球阀、通过在合适的机械加工之后在已知的球阀上添加构件例如转子111、轴112和用户设备114，能获得根据本发明的阀。特别是，参考图2在这里提供的转子111的实施例的实例(即，其中轴112与转子111分开)在改变球阀方面来说是特别有利的，因为转子111适于自由地插入通孔108，以便轴112能大体沿轴线110插入球形阻塞件107的孔内，因而经由异形孔202将转子111连接到轴112。
[0046] 图3示意性地示出处于操作状态的阀101的侧视图。阀101在这里示出为处于完全打开的配置，其中通孔108的轴线相对于阀01的轴线同轴，因而允许流体经过。在流经的流体的作用下(在附图中是示意性的并且在下面表示为部分流动线)，转子111以连续方式旋转，从而使轴112旋转。必须指出的是，阀101允许通过改变可施加到轴112的阻力扭矩来调节流体流量，从而在流体中引起额外损失并减小平均速度，并因而减小其流速。
[0047] 图4示意性地示出处于不同操作状态的阀101的侧视图。阀101在这里示出为处于部分打开的配置，其中随着阻塞件107的旋转通孔108的轴线相对于阀01的轴线转动，因而仍允许流体经过、但处于较低流速。实际上，阻塞件107的边缘401进入流体流，从而引起减少经过阀101的流体流量的负载损失。
[0048] 但是，转子111在流经的流体的作用下仍将旋转。因此，即使阀部分关闭，仍能由于轴112提供的扭矩而回收动力。而且，通过调节转子111的阻力扭矩，能进一步改进流体流量的调节。
[0049] 优选地，转子111的叶片沿大体平行于经过阀101的流体的流动方向扭转；此外，转子111的叶片尺寸优选设置成对于转子111在通孔118内的至少一些旋转位置来说基本占据孔108的整个自由截面。
[0050] 图5示意性地示出仍处于另一操作状态的阀101的侧视图。阀101在这里示出为处于关闭配置，其中随着阻塞件107的旋转通孔108的轴线相对于阀01的轴线转动90°，因而大体阻止流体流经阀。由于没有液体能围绕转子111流动，转子将保持静止并且不产生动力。在该配置中，阀101使管道105关闭，因此非常像现有技术的球阀那样有效地执行该任务。在这方面，转子111的存在一点不影响阀101的外部尺寸或性能。
[0051] 图6示意性地示出根据本发明的阀601的其他实施例。阀601包括类似于如上所述的阀101的那些元件的元件，除了偏转件602定位在阀601的入口处，即，在流体流动方向上转子111的上游。
[0052] 偏转件602通过将流体流向转子112的上部叶片(其因此受到更大的推力)引导来改进转子111的效率。
[0054] 优选地，偏转件602位于阀横截面中使其相对于转子111的旋转轴线不对称的位置，即，相对于轴112在阀601的横截面中处于不对称的位置。
[0055] 偏转件602还允许当阀602部分打开时通过将流体向转子111的叶片不对称地引导来更容易地使转子111运动，因而有助于转子的起动。
[0056] 图7示意性地示出处于部分打开配置的阀601的侧视图，其中随着阻塞件107的旋转，通孔108的轴线已经相对于阀601的轴线转动。
[0057] 因此允许流体流经阀601，并且偏转件602有助于防止在阻塞件107的边缘701(其进入流体流)处集中的任何消耗。因此，通过以更有效的方式控制负载损失(其减少流经阀601的流体流量)能进一步改进流体流量的调节。
[0058] 此外，也出于进一步改进对流体流量的控制的目的，转子111制成为在流经的流体的作用下转动，从而允许回收并随后使用由轴112提供的扭矩所产生的动力。
[0059] 图8示意性地示出处于关闭配置的阀601的侧视图，其中通孔108的轴线已经相对于阀601的轴线旋转90°，因此大体阻止流体流经阀。由于没有液体能围绕转子111流动，转子将保持静止并且不产生动力。而且在该配置中，阀601使管道105关闭，因此在不存在不利地影响阀的性能的偏转件602的情况下非常像现有技术的球阀那样有效地执行该任务。
[0060] 图9示出可在根据本发明的控制阀中使用的转子901的另一实施例。在该变型中，转子901包括四个叶片201，叶片适于在流经阀101的流体的作用下旋转并产生驱动轴112的扭矩。
[0063] 根据本发明的控制阀可包括利用不同制造方案制造并具有不同形状的转子，这主要取决于阀自身的应用类型。
[0064] 转子的实施例主要取决于被优化的阀所应用的流体类型，无论是气体、液体、蒸汽还是任何其他多相流体。
[0066] 也能想到转子的其他变型，这些变型主要在叶片的数量上彼此不同。
[0067] 图10示意性地示出包括转子111b的阀101b，转子111b包括三个叶片，该阀优选适用于粘性非常大的液体。
[0068] 图11示意性地示出包括转子111c的阀101c，转子111c包括十个叶片，该阀优选适用于使用气体。
[0069] 在转子叶片的优选实施例中，叶片相对于阀轴向扭转，因而改进了转子的效率。叶片也可是平面的，例如，为了限制生产成本，该选择应被认为是合适的。
[0070] 根据本发明的阀允许从流经阀自身的流体回收能量，即，动力；这样获得的动力可用于很多不同目的。
[0071] 参考图1中示出的实例，并假设转子的能量转化为电能，在下面的表I和II中总结出的数据能借助实例被估算。
[0072]
[0073] 表I-表I
[0074] 表I示出当在加压系统(液体、特别是水在其中流动)中使用时借助根据本发明的阀所能产生的动力和能量的估算。在该表中， 表示阀的代表性的直径；角度α是阀打开的角度，当阀完全打开时(球形阻塞件从关闭位置转动)是90°，当阀部分打开时是50°；ρ是水的密度；Cv是所述配置中的阀的估算流量系数；Q是经过阀的流量的估算体积；Δp是阀上的压力突变；P是阀上损耗的动力；η是系统的估算效率(对于液压涡轮机的期望为约0.85-0.95的效率来说，悲观地估计为0.5，包括液压、体积和机械损失)；Ea表示全年内24小时工作周期(由于根据本发明的阀的内在的可靠性和有效性，这些条件能合理地达到)的情况下阀每年能产生的能量。根据表I，对于根据本发明的阀的不同的孔和尺寸并且对于这里考虑的实例，每年能回收的动力超过150000KWh，明显具有能量方面的优点。
[0075]
[0076] 表II-表II
[0077] 表II示出当在加压系统(液体、特别是水在其中流动)中使用时借助根据本发明的阀所能产生的动力和能量的第二种估算。在该表中， 表示阀的代表性的直径；角度α是阀打开的角度，当阀完全打开时(球形阻塞件从关闭位置转动)是90°，当阀部分打开时是50°；ρ是气体的密度；Cv是在所述配置中的阀的估算流量系数；Q是经过阀的流量的估算体积；Δp是阀上的压力突变(当前12巴的值对应于瓦斯气体分配网络中典型地处理的平均突变)；P是阀上损耗的动力；η是系统的估算效率(悲观地估计为0.5，包括液压、体积和机械损失)；
Ea表示全年内24小时工作周期(由于根据本发明的阀的内在的可靠性和有效性，这些条件能合理地达到)的情况下阀每年能产生的能量。
Ea表示全年内24小时工作周期(由于根据本发明的阀的内在的可靠性和有效性，这些条件能合理地达到)的情况下阀每年能产生的能量。
[0078] 根据表II，对于根据本发明的阀的不同的孔和尺寸并且对于这里考虑的实例，即使工作流体是气体物质，每年能回收的动力超过12，000KWh，明显具有能量方面的优点。
[0079] 显然本领域技术人员可在不背离所附权利要求中描述的本发明的保护范围的情况下对本发明做出许多改变。
[0080] 例如，能想到使用可压缩或不可压缩流体的根据本发明的阀的转子的很多实施例，这取决于其一般是完全打开状态还是部分打开状态；也能基于阀自身的一般操作条件优化阀的各元件的形状和结构(阻塞件中的孔的直径，等)。
[0081] 也能想到将致动器109定位在阀101的用户设备114所在的那一侧上；虽然该实施例需要交复杂的结构(例如，致动器可需要存在穿过轴112的孔)，但该实施例可基于对阀自身的外部尺寸的考虑而被使用。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 带有过滤系统的液压能量传递系统 | 2020-05-12 | 264 |
| 用于能量转换的装置、系统及方法 | 2020-05-12 | 819 |
| 流体能量传递装置 | 2020-05-11 | 344 |
| 废气捕捉系统的能量回收 | 2020-05-12 | 703 |
| 生产能量的设备和方法 | 2020-05-11 | 316 |
| 停车费支付方法、系统及装置 | 2020-05-13 | 732 |
| 车辆自助服务的控制方法及智能控制主机 | 2020-05-13 | 792 |
| 用于能量转换的装置、系统及方法 | 2020-05-13 | 913 |
| 能量转化水处理技术及其设备 | 2020-05-13 | 602 |
| 能量布 | 2020-05-11 | 83 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
能量热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈