多邊形節流件的製作方法

2023-09-21 18:46:30 3

專利名稱：多邊形節流件的製作方法
技術領域：
本發明涉及提供了一種節流裝置，尤其涉及一種多邊形的置於多邊形通道中的節 流件。
背景技術：
非線性或非均質的流體在工業上難於測量其流速和流量。雖然往往各種非線性的 流速分布可以被轉換為平均流速和相應的平均節流區，但是仍無法解決非線性的影響，因 為流動狀態的變化同樣造成平均流速和平均節流區的非線性變化。所以，流速分布的非線 性特徵已被作為流量計設計中的不可控變量，並造成在誤差要求範圍內流量計測量範圍的 大幅降低。此現象也同時影響渦流流量計。相關專利的例子有:U. S. Pat. No. 4，638，672， U. S. Patent No. 5，814，738。目前所知的節流件是用於圓形通道中流動的流體，其特徵是至少有一端為圓形， 例如安裝在通道內部的圓錐形節流裝置可以改變流體的流速分布狀態，往往用於在圓形通 道中流動的流體，例如，在金屬圓管中的油，而該裝置對於在多邊形通道中流動的非線性的 流體是無效的，目前也沒有見到可以有效解決前述非線性問題的裝置。因此，本領域的技術人員致力於開發一種能有效解決前述非線性流體問題和起到 有效整流效果的裝置。

發明內容
一方面，此發明提供了一種節流裝置，它由一個多邊形通道和置於多邊形通道中 的節流件組成。多邊形通道由管道的壁的內表面形成，流體在多邊形通道內按一定方向流動，並 沿此方向形成一個上遊端和一個下遊端。在多邊形通道內的節流件沿流體的流向有一上遊端，和在其後節流件的較大部位 的一個周圍邊緣，此周圍邊緣具有與其所在的多邊形通道的截面基本相同的形狀和相等數 目的邊。節流件的上遊端為一個單一尖銳端點或具有與節流件的周圍邊緣基本相同但較小 的形狀。從上遊端由至少一個按一定角度傾斜延伸且逐漸增大至周圍邊緣的壁形成的節流 件周圍壁，流體沿節流件周圍壁被傾斜分流通過由節流件周圍邊緣和多邊形通道之間形成 的通流區域。前述節流件周圍邊緣通常被置於與流體流向相垂直的平面內，同時此周圍邊緣的 每條邊也與其所在的多邊形通道的截面相對應的邊平行，前述上遊端通常位於多邊形通道 的縱向中軸上，這樣此節流件通常被置於與多邊形通道同軸的狀態。實證研究發現這種周圍壁和周圍邊緣的方式在一定的流量範圍內至少在前述通 流區域可以有效地使流體流動狀態線性化。此節流件也可以具有一個為單一尖銳端點的或 具有與周圍邊緣相同形狀但較小的下遊端，並從周圍邊緣由至少一個按一定角度傾斜延伸 且逐漸減小至下遊端的壁形成的周圍壁。
在此節流件的上遊端或下遊端處和多邊形通道之間由互相配合的方式將此節流 件同軸地安裝於多邊形通道內，此互相配合的安裝方式可以是固定的(不可拆卸的)，也可 以是可替換或可拆卸的(例如，插入方式，對夾方式，等等)。一些實施例中，此節流件通過一個從上遊端伸出的支撐臂被插入到多邊形通道 中，並由螺栓或法蘭固定在多邊形通道所在的管道的壁上。通過此互相配合的安裝方式可 以省去節流裝置的通道，因此可以節省材料和製造費用。一些實施例中，此節流件是被同軸地安裝在多邊形通道基本位於中間的位置。一些實施例中，多邊形通道與此節流件相重疊的截面具有相同的形狀。一些實施例中，此節流件只有一個周圍邊緣。此節流件最大周圍邊緣所圍成的平面面積相對於其所在的多邊形通道的截面的 面積之比的範圍在大約0. 05到大約0. 95之間(例如從大約0. 30到大約0. 80之間，從大 約0. 50到大約0. 80之間，從大約0. 70到大約0. 80之間，從大約0. 30到大約0. 60之間或 是大約0. 45)。一些實施例中，此多邊形通道和節流件都由金屬製成(例如，碳鋼，不鏽鋼，鐵， 鋁，各種合金，等等)。一些實施例中，此節流裝置包含一個或多個安裝於多邊形通道上或與多邊形通道 相連接的流量計，該流量計可以測量多邊形通道內流體的流速、流量、壓力、渦流的狀態或
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AW裡j寸寸ο一些實施例中，多邊形通道內流體的狀態是液態或是氣態。比如，在多邊形通道內 的氣態流體可以包括空氣、煙道氣、焦爐煤氣、沼氣、粉碎燃料氣，某種惰性氣體、氮氣或水 蒸汽。液態流體的例子包括水和油。另一些實施例中，該多邊形通道可以是方形、正方形、五邊形或三角形通道，例如， 方形通道，正方形通道，等等。多邊形通道的尺寸可以包括但不局限為6. 0乘6. 0米，4. 0 乘1. 6米，3. 0乘1. 2米，0. 4乘0. 8米，等等。另一方面，本發明提供了一種可以使多邊形通道中流體的狀態線性化的節流件。 具體地說，沿流體流向，此節流件包括一個上遊端和至少一個周圍邊緣，該周圍邊緣具有與 其所在的多邊形通道截面基本一致的形狀和相等數目的邊，該上遊端為一個單一尖銳端點 或具有與周圍邊緣相同但較小的形狀。該節流件的周圍邊緣與其所在的多邊形通道的截面形狀相同但尺寸較小，在節流 件的兩端之間由按一定角度延伸的壁的方式形成節流件的周圍壁，從而使流體被分流通過 一個由節流件周圍邊緣和多邊形通道之間形成的通流區域，在一定的流量範圍內，此周圍 邊緣和周圍壁的方式至少在前述通流區域可以有效地使流體的流速分布、流量或渦流的狀 態線性化，此節流件被安置於多邊形通道內並且附著於其上。一些實施例中，前述上遊端為一個單一尖銳端點。一些實施例中，前述上遊端具有與前述周圍邊緣相同但較小的形狀。比如，前述上 遊端的大小可以是前述周圍邊緣的大約0. 至50%或大約5%至25%，等等。一些實施例中，由前述周圍邊緣所圍成的平面面積是其所在的多邊形通道的截面 面積的大約5%到95% (例如，大約30-80%，大約50-80%，大約70-80%，大約30-60%或 是大約45%，等等)。
一些實施例中，前述周圍邊緣的形狀可以屬於方形、正方形、五邊形或三角形(例 如，方形，正方形，等等。)此發明所涉及的節流裝置提供的優越性包括但不限於有效地使流體混合，創造 有利於測量的渦流狀態，增大流量計的線性範圍(例如，使壓差和流量平方之間具有更大 的線性，等等)。此處使用的「或」和「或者」的含義同時有「和」和「或」的意思。此處使用的「周圍邊緣」的含義是前述節流件的一突出底端的截面的外輪廓，從此 周圍邊緣延伸出按一定角度傾斜的壁直至形成一個上遊端。大體上，節流件的周圍壁向上 遊延伸得越長，就可以獲得越強的流速分布的線性，但是同時流體經過節流件所產生的壓 差就越小，可能使測量變得困難。為了同時取得優化的流體狀態的線性和必需的壓差，由實證研究得知，如果前述 節流件的周圍壁在逐漸延伸的過程中改變不同的傾斜角度就可以形成不止一個周圍邊緣。 比如，如果一個節流件沿流體的流向有兩個(或更多)相連的並按照不同角度延伸逐漸增 大的周圍壁，前一部分周圍壁按照相對於節流件中軸60度角延伸，而在前一部分周圍壁的 末端後一部分周圍壁按照相對於節流件中軸25度角延伸，則此節流件就具有兩個周圍邊 緣一個位於前一部分(按照60度角延伸的)周圍壁的末端，另一個位於後一部分(按照 25度角延伸的)周圍壁的末端。同時由實證研究得知，沿流向，從最大的周圍邊緣向後也可 以(按照一個負角度)延伸出由逐漸減小的周圍壁形成的直至一個為單一尖銳端點的或具 有與周圍邊緣相同形狀但較小的節流件下遊端。此下遊端可以降低流體流經節流件造成的 壓力損失，優化回流速度，創造優化的渦流狀態和流體混合效果。周圍壁自最大周圍邊緣延 伸至下遊端的長度通常小於周圍壁自最大周圍邊緣延伸至上遊端的長度。此處使用的「線性化」的含義是改變至少一個原本不規律的或非線性的流體狀態， 使其變為大體上呈線性或大幅提高其線性範圍，例如，流速，流量，渦流脫落，等等。此處使用的「節流」的含義是流體流通的方向被調整、改變或被節制，通常由於節 制流體流動會產生壓差等效果。以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創 造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員 依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術 方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。


圖1所示是本發明所涉及的節流裝置的一個縱截面，其中包括，沿流體流向，在節 流件的上遊端之前位於多邊形通道上的用於連接流量計的一個開口(Pi)和在節流件的下 遊端之後的位於多邊形通道上的用於連接同一臺或其它流量計的另一個開口(P2)。該節流 件通過所謂的對夾方式安裝於多邊形通道所在的管道上，即連接該節流件的下遊端的支撐 架被管道的壁和法蘭所限制而達到安裝的目的。圖2所示是圖1所示的本發明所涉及的節流裝置從其上遊所視的橫截面，如圖所 示其周圍邊緣與所在多邊形通道橫截面的形狀相同且具有相等數目的邊，此周圍邊緣的每 條邊與其所在的多邊形通道截面的相對應的邊平行，這樣此節流件被同軸地置於多邊形通
6道內。此節流件包括一個方形通道，一個方形節流件，沿流體流向，在節流件上遊端之前的 在多邊形通道上的一個開口(Pl)和在節流件下遊端之後的在多邊形通道上的另一個開口 (P2)。 圖3是本發明所涉及的節流裝置的一個縱截面，其中包括，沿流體流向，一個在節 流件的上遊端之前位於多邊形通道上的一個開口(Pi)和其後的位於多邊形通道上的另一 個開口(P2)，此另一個開口是由與節流件的上遊端連接的中空的支撐臂、中空的節流件和 節流件下遊端的開孔所組成的流體通路的出口。這兩個開口被用於與一臺或多臺流量計的 連接。在此節流裝置中，節流件的上遊端和下遊端被固定在多邊形通道上，該節流件還具有 兩個周圍邊緣。其中標號1和2的部分分別是節流件的不同坡度的斜壁，在它們之間標號 6的部分是第一個周圍邊緣，此周圍邊緣具有與其所在的多邊形通道的截面基本相同的形 狀和相等數目的邊；標號3和4的部分分別是固定該節流件的上遊端和下遊端的部件(在 本圖內為直杆)；標號5的部分是節流裝置多邊形通道的壁；標號7的部分是第二個周圍邊 緣，此周圍邊緣同樣具有與其所在的多邊形通道的截面基本相同的形狀和相等數目的邊。
權利要求
1.一種節流裝置，它由一個多邊形通道和置於多邊形通道中的節流件組成，其中多 邊形通道由管道的壁的內表面形成，流體在多邊形通道內按一定方向流動，並沿此方向形 成一個上遊端和一個下遊端；在多邊形通道內的節流件沿流體的流向有一上遊端，和在其 後節流件的較大部位的一個周圍邊緣，此周圍邊緣具有與其所在的多邊形通道的截面基本 相同的形狀和相等數目的邊；節流件的上遊端為一個單一尖銳端點或具有與節流件的周圍 邊緣基本相同但較小的形狀；從上遊端由至少一個按一定角度傾斜延伸且逐漸增大至周圍 邊緣的壁形成的節流件周圍壁，流體沿節流件周圍壁被傾斜分流通過由節流件周圍邊緣和 多邊形通道之間形成的通流區域；前述節流件周圍邊緣通常被置於與流體流向相垂直的平 面內，同時此周圍邊緣的每條邊也與其所在的多邊形通道的截面相對應的邊平行，前述上 遊端通常位於多邊形通道的縱向中軸上，這樣此節流件通常被置於與多邊形通道同軸的狀 態。
2.如權利要求1所述的節流裝置，其中此節流件也可以具有一個為單一尖銳端點的或 具有與周圍邊緣相同形狀但較小的下遊端，並從周圍邊緣由至少一個按一定角度傾斜延伸 且逐漸減小至下遊端的壁形成的周圍壁。
3.如權利要求1所述的節流裝置，其中在此節流件的上遊端或下遊端處和多邊形通道 之間由互相配合的方式將此節流件同軸地安裝於多邊形通道內，此互相配合的安裝方式可 以是固定的，也可以是可替換或可拆卸的。
4.如權利要求1所述的節流裝置，其中此節流件是被同軸地安裝在多邊形通道基本位 於中間的位置。
5.如權利要求1所述的節流裝置，其中此多邊形通道與此節流件相重疊的截面具有相 同的形狀。
6.如權利要求1所述的節流裝置，其中此節流件只有一個周圍邊緣。
7.如權利要求1所述的節流裝置，其中此節流件最大周圍邊緣所圍成的平面面積相對 於其所在的多邊形通道的截面的面積之比的範圍在大約0. 05到大約0. 95之間。
8.如權利要求7所述的節流裝置，其中此節流件最大周圍邊緣所圍成的平面面積相對 於其所在的多邊形通道的截面的面積之比的範圍在大約0. 30到大約0. 80之間。
9.如權利要求8所述的節流裝置，其中此節流件最大周圍邊緣所圍成的平面面積相對 於其所在的多邊形通道的截面的面積之比的範圍在大約0. 50到大約0. 80之間。
10.如權利要求9所述的節流裝置，其中此節流件最大周圍邊緣所圍成的平面面積相 對於其所在的多邊形通道的截面的面積之比的範圍在大約0. 70到大約0. 80之間。
11.如權利要求7所述的節流裝置，其中此節流件最大周圍邊緣所圍成的平面面積相 對於其所在的多邊形通道的截面的面積之比的範圍在大約0. 30到大約0. 60之間。
12.如權利要求7所述的節流裝置，其中此節流件最大周圍邊緣所圍成的平面面積相 對於其所在的多邊形通道的截面的面積之比大約是0. 45。
13.如權利要求1所述的節流裝置，其中此多邊形通道和節流件都由金屬製成。
14.如權利要求13所述的節流裝置，其中該金屬為碳鋼、不鏽鋼、鐵、鋁或合金。
15.如權利要求1所述的節流裝置，此節流裝置包含一個或多個安裝於多邊形通道上 或與多邊形通道相連接的流量計，該流量計可以測量多邊形通道內流體的流速、流量、壓 力、渦流的狀態或質量。
16.如權利要求1所述的節流裝置，此多邊形通道內流體的狀態是液態或是氣態。
17.如權利要求16所述的節流裝置，在多邊形通道內的氣態流體可以包括空氣、煙道 氣、焦爐煤氣、沼氣、粉碎燃料氣，某種惰性氣體、氮氣或水蒸汽。
18.如權利要求16所述的節流裝置，在多邊形通道內的液態流體可以包括水和油。
19.如權利要求1所述的節流裝置，該多邊形通道可以是方形、正方形、五邊形或三角 形通道。
20.如權利要求19所述的節流裝置，該多邊形通道是方形通道或正方形通道。
21.如權利要求19所述的節流裝置，該多邊形通道的尺寸可以為大約6.0乘大約6.0 米，大約4. 0乘大約1. 6米，大約3. 0乘大約1. 2米或大約0. 4乘大約0. 8米。
22.—種可以使多邊形通道中流體的狀態線性化的節流件，其中沿流體流向，此節流 件包括一個上遊端和至少一個周圍邊緣，該周圍邊緣具有與其所在的多邊形通道截面基本 一致的形狀和相等數目的邊，該上遊端為一個單一尖銳端點或具有與周圍邊緣相同但較小 的形狀；該節流件的周圍邊緣與其所在的多邊形通道的截面形狀相同但尺寸較小，在節流 件的兩端之間由按一定角度延伸的壁的方式形成節流件的周圍壁，從而使流體被分流通過 一個由節流件周圍邊緣和多邊形通道之間形成的通流區域，在一定的流量範圍內，此周圍 邊緣和周圍壁的方式至少在前述通流區域可以有效地使流體的流速分布、流量或渦流的狀 態線性化，此節流件被安置於多邊形通道內並且附著於其上。
23.如權利要求22所述的節流件，其中前述上遊端為一個單一尖銳端點。
24.如權利要求22所述的節流件，其中前述上遊端具有與前述周圍邊緣相同但較小的 形狀。
25.如權利要求22所述的節流件，其中前述上遊端的大小可以是前述周圍邊緣的大約 0. 1 %至大約50 %或大約5 %至大約25 %。
26.如權利要求25所述的節流件，其中由前述周圍邊緣所圍成的平面面積是其所在的 多邊形通道的截面面積的大約5%到大約95%。
27.如權利要求沈所述的節流件，其中由前述周圍邊緣所圍成的平面面積是其所在的 多邊形通道的截面面積的大約30%到大約80%。
28.如權利要求27所述的節流件，其中由前述周圍邊緣所圍成的平面面積是其所在的 多邊形通道的截面面積的大約50%到大約80%。
29.如權利要求27所述的節流件，其中由前述周圍邊緣所圍成的平面面積是其所在的 多邊形通道的截面面積的大約70%到大約80%。
30.如權利要求沈所述的節流件，其中由前述周圍邊緣所圍成的平面面積是其所在的 多邊形通道的截面面積的大約30%到大約60%。
31.如權利要求沈所述的節流件，其中由前述周圍邊緣所圍成的平面面積是其所在的 多邊形通道的截面面積的大約45%。
32.如權利要求22所述的節流件，其中前述周圍邊緣的形狀可以屬於方形、正方形、五 邊形或三角形。
33.如權利要求22所述的節流件，其中前述周圍邊緣的形狀可以屬於方形或正方形。
全文摘要
本發明包括了一種節流裝置和可以作為節流裝置一部分的節流件。沿流體流向，此節流件包括一個上遊端和至少一個周圍邊緣，該周圍邊緣具有與其所在的多邊形通道截面基本一致的形狀和相等數目的邊，該上遊端為一個單一尖銳端點或具有與周圍邊緣相同但較小的形狀；該節流件的周圍邊緣與其所在的多邊形通道的截面形狀相同但尺寸較小，在節流件的兩端之間由按一定角度延伸的壁的方式形成節流件的周圍壁，從而使流體被分流通過一個由節流件周圍邊緣和多邊形通道之間形成的通流區域，在一定的流量範圍內，此周圍邊緣和周圍壁的方式至少在前述通流區域可以有效地使流體的流速分布、流量或渦流的狀態線性化，此節流件被安置於多邊形通道內並且附著於其上。
文檔編號G01F1/32GK102095452SQ20101059548
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者李楓 申請人:上海埃蹊恩貿易有限公司