具有固有增強湍流計量裝置和流量調節的閥的製作方法

2023-04-24 12:03:11 1

專利名稱：具有固有增強湍流計量裝置和流量調節的閥的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及流體流量計量裝置，而更具體地說，涉及利用磁 力渦輪檢測裝置進行流量計量的流體流量計量裝置。
技術背景洗碟機製造廠需要準確地確定每個洗滌和漂洗周期的注水容積。 然而，由於水壓因安裝位置而有差異，所以注水速率，即水流動一定 時期的水量也隨著改變。照這樣，定時的注水周期可能造成被分配的 水太多或太少。因此，為了正常地操作器具，重要的是真實地測量在 注水周期中被分配的水量。這可以通過檢測桶中水量的水位開關或是 通過在水經過某種類型的流量測量裝置分配時檢測水來確定。在過去，曾用了帶磁力檢測的渦輪式流量裝置來測量在水分配期 間水經過流量控制閥的流量。器具的控制器檢測渦輪在水的流動下旋 轉時產生的電脈沖，並計算已分配的水量。 一旦如器具控制器確定的 分配了適當水量，則將流量控制閥關閉。 一種這樣的渦輪式流量計量裝置在美國專利No. 5, 429， 272中有所描述，所述專利標題為"利用 電動閥控制液體流到容器的容積的裝置"。遺憾的是，關於這類渦輪式流量計量裝置有一些局限性，它們限 制了控制器精確測定閥已分配多少水的能力。這些局限性至少部分地 是由於水使渦輪旋轉的能量傳遞效率不足。這種來自流動的水流的力 必須克服摩擦和磁幹擾，所述摩擦和磁幹擾往往會妨礙渦輪的旋轉。 這些問題在具有低水壓，並因此具有水經過閥和在渦輪式流量計上的 低流率的設備中尤其嚴重。在這些低流率下，渦輪往往會斷續地旋轉 或者是在不真實地反映已分配的水量的速率下。因此，在本技術中對流體流量計量裝置有必要用磁力檢測增加標 準渦輪式流量計量裝置的效率。本發明提供這樣一種裝置。本發明的本發明的優選實施例提供一種新的和改進的渦輪式流量計量裝 置。更具體地說，本發明的一些實施例提供一種新的和改進的流量計 量閥，所述流量計量閥利用渦輪式計量裝置更準確地測量流體流過該 閥的流量。在一個實施例中，流量計量閥裝有一裝置，所述裝置剛好在從流 量傳感器的渦輪翼片上面經過之前的水流中產生湍流。裝置實際上增 加了水流的雷諾數或湍流，這樣導致增加水在渦輪葉片本身上的接觸。 這使渦輪更有效地旋轉，使規定的流量容積在流量計量裝置上面經過。 改善的效率在整個流量範圍內產生更好的準確度和性能。本發明的 一 個實施例迫使流動流逆時針方向旋轉並撞擊渦輪翼 片，使更大的力施加到翼片的表面上，這使渦輪更有效地轉動。渦輪 被設計成使較大部分的翼片表面積垂直於渦流的流動流。這種相反方 向由水流使更多的力施加在渦輪翼片上。本發明的其它方面、目的和優點通過下面的詳細說明與附圖相結 合時將變得更加明顯。


包括在說明書中並形成說明書的 一 部分的附圖舉例說明了本發明的若干方面，並與說明一起用來闡明本發明的原理，在附圖中圖1是閥的一個實施例的橫剖視圖，該閥裝有按照本發明指教構造的渦輪式流量計和湍流裝置；和圖2是閥的另一實施例的橫剖視圖，該閥裝有按照本發明指教構造的渦輪式流量計和湍流裝置。儘管本發明在某些優選實施例方面將進行說明，但沒有將本發明限制於那些實施例的意圖。相反，本意圖是包括如附屬權利要求書限定的本發明的精神和範圍內所包含的所有可供選擇的方案、修改和等效內容。
具體實施方式
現在轉向附圖，其中，同樣元件用同樣標記表示，特別是參見圖 1，圖1示出流體可能流過的閥或導管的一部分。更準確地說，圖1示出一主體，所述主體採取水計量閥的流量連接器(flow connector ) IO的形式，該流量連接器10可以例如在器具，比如洗碟機或洗衣機 中使用。然而，正如本領域的技術人員從下面的說明中將要認識到的 那樣，這些實施例僅是作為示例，而不是作為限制提供。實際上，本 發明的裝置可以在另一些實施例中使用，在所述另一些實施例中，從 中通過的流體流量的準確計量是重要的或者是所要求的。如圖1中所示，流量連接器10包括第一端12和第二端14，在所 述第一端12與第二端14之間是流體、例如水流過的流道。在所示的 實施例中，水流的方向是從第一端12流到第二端14。為了監測水經 過這個流量連接器10的流量，使用一渦輪式流量計，所述渦輪式流量 計具有一旋轉磁力渦輪16。這種旋轉磁力渦輪16包括傾斜翼片18, 水橫跨過所述翼片18流動，以將轉動給予渦輪16。渦輪16通過固定 元件24被固定在流道中的適當位置，水可以橫跨過所述固定元件24 流動。渦輪16通過軸端部20、 22旋轉地連接到固定元件24上。如上所述，這種渦輪16受到摩擦力和磁幹擾力，所述摩擦力和磁 幹擾力往往會在橫跨過渦輪的水流的力的作用下阻礙渦輪自由旋轉。 這勢必降低旋轉的效率，從而導致尤其是在低流率下測定已橫跨過渦 輪流動過的實際水量不準確。為了克服這個問題，在渦輪16的上遊的 流動流中設置一湍流裝置26。優選地，湍流裝置26固定在流動流中 的適當位置。湍流裝置26包括外螺旋表面28，隨著水橫過所述螺旋 表面28流動，該螺旋表面28使流過流量連接器10的水在流道內旋轉 或自旋。由螺旋表面28引起的旋轉方向與在流過流量連接器10正常 流動下渦輪16的旋轉的方向相同。隨著水流過螺旋表面28,湍流裝置26實際上增加了水流的雷諾 數或湍流。當如圖1所示設置在渦輪16的上遊時，水在渦輪16的翼 片18上的接觸力被增加。這使渦輪16對從流量測量裝置上越過的規定的流量容積更有效地旋轉。也就是說，通過使用湍流裝置26，在渦 輪翼片18上流動的力能更好地克服渦輪16經受的摩擦力和磁千擾。 改善的效率在整個流動範圍內產生更好的準確度和性能。上述意欲完成相同作用的裝置被稱作分流器。這些裝置通常在水 流中簡單地利用截頭圓錐形狀或結構。這些裝置使水流在流道的壁上 具有更高的速度是有效的，所述更高流速在最外面壁上引起流動流的 更好流動。不幸的是，由於流動不垂直於翼片18自身的表面，所以這 種流動幾乎沒有增加渦輪翼片18上的直接接觸或力。在本發明的湍流裝置26的情況下，水流到渦輪16的流動矢量更 接近垂直於翼片18的接觸面。這樣即使在低流率下也會增加翼片18 上的力，這種力有助於渦輪16的旋轉。在沒有湍流裝置26的情況下， 流動矢量是沿著流量連接器10的流路的軸線。這些矢量以這種方式與 傾斜翼片18相互作用，以致只將一部分力在使渦輪16旋轉的方向上 傳遞，而一部分力隨著渦輪16被迫朝向第二端14而在下遊軸端部22 上實際上產生增大的摩擦。湍流裝置26改變這種動力，並在旋轉方向 上能傳遞更多的力，以幫助渦輪16的旋轉來克服摩擦力和磁幹擾力， 否則所述摩擦力和磁幹擾力勢必阻礙所述渦輪16的旋轉。現在轉向圖2，該圖示出按照本發明教導構造的另一實施例。在 這個實施例中，除了湍流裝置26之外，還採用了截頭圓錐形分流器(固 定元件24的表面34)。在這個可供選擇的實施例中，閥操作機構30 (圖1中未示出)裝有湍流裝置(不過為清楚起見，閥系部件本身未 示出)。在這個實施例中，設置限流器32,以便將通過閥的流量控制 到某一預定的流率。根據系統的具體安裝和流量需要，其它實施例可 以不包括這種限流器32。還應該注意，在圖2的實施例中，經過流量 連接器10的流動與圖1的流動相反。如同上述實施例一樣，湍流裝置26位於渦輪16上遊的流動流中。 如圖所示，它還位於閥操作機構30的流量調節器32的下遊。湍流裝 置26的螺旋表面28被定向，以使經過閥的水流逆時針方向旋轉(或 順時針方向旋轉，這取決於流量計中所用的渦輪16的翼片18的幾何形狀)。該湍動的旋轉流然後進入流量連接器10的第二端14,在這裡， 該旋轉流在流出流量連接器10的第一端12之前碰到流量計。流量計包括旋轉磁力渦輪16，所述渦輪16通過軸端部20、 22旋 轉地設置在兩個固定元件24之間，並位於閥的操作機構30之後流量 連接器10中。在這個實施例中，至少前固定元件24被構造成具有截 頭圓錐面34，以進一步幫助將流動指向渦輪16的翼片18,且通常幫 助水流過翼片18。如同上述實施例一樣，渦輪16具有若千翼片18，所述翼片18被 製成使渦輪16在與螺旋表面28產生的水的旋轉相同的方向上旋轉， 即在所示實施例中逆時針方向旋轉。翼片18的表面積優選地被構造成 使得它們在流動流被湍流裝置26的引導時而近似垂直於所述流動流。 因此，經過湍流裝置26之後流量連接器10的水流以通常垂直的取向 接觸渦輪16的翼片18，從而在翼片18上產生增強的力。這樣即使低 的流率也保證渦輪16有效旋轉。磁力測量裝置，比如霍爾效應傳感器、坡莫合金或簧片傳感器(未 示出)檢測由磁荷渦輪16施加的磁場，如本技術中已知的那樣。該傳 感器或者它所連接的控制器用電子器件製成，以測定正在流過閥或者 已流過閥的水的流量和/或容積，這種測定由磁力傳感器檢測的脈沖速 率和/或脈沖數來確定。然後，當已分配適當的水量時，器具的控制器 不管安裝位置的水壓如何可以正常地將閥關閉。因此，本文引用的所有參考文獻，其中包括出版物、專利申請和 專利都同等程度地包括在這裡作為參考，正如每種參考文獻都曾單獨 和具體地表示作為參考文獻包括在本文中，並在本文中全部陳述出來。使用術語"一"和"一個"及"該"與類似的涉及對象，除非本文另 外指出或明顯地與上下文相矛盾，否則將被認作包括單個和多個。術 語"包括"，"具有"，"其中包括"和"包含"除非另有說明，否則將 被認作開放的術語(即表示"其中包括，但不限於，")。本文列舉的數 值的範圍除非本文另外指出，否則僅表示用作單獨涉及屬於該範圍內每個分開數值的簡化方法，並且每個分開的數值都引入說明書中，如 同本文曾單獨引用的那樣。除非本文另外指出或者另外明顯地與上下 文相矛盾，否則本文所述的所有方法都可以按任何合適的次序實施。 除非另有要求，否則使用本文提供的任何和所有示例或者典型語言(例 如，"比如")都僅是表示更好地舉例說明本發明，並非對本發明的範 圍提出限制。說明書中沒有語言應被認作是表示實踐本發明必不可少 的任何未保護的成份。本文描述了這個發明的一些優選實施例，其中包括發明人用於實 施本發明已知的最佳方式。對於本領域的技術人員，通過閱讀上述說 明書那些優選實施例的變化可以變得顯而易見。發明人預期本領域的 技術人員在合適時應用這些變化，並且發明人打算將本發明用與本文 具體說明不同的方法實踐。因此，本發明包括在其所附權利要求書中 列舉的主題的所有修改和等效內容，受到可適用法律的準許。此外， 在本發明所有可能變化的上述原理的任何組合，除非本文另外指出或 者另外明顯地與上下文相矛盾，否則都被本發明所包括。
權利要求
1.一種閥，其具有貫穿其中限定的流道，所述閥包括渦輪，其旋轉地設置在流道內；和湍流裝置，其固定地在渦輪上遊設置在流道內，該湍流裝置具有螺旋外表面。
2. 如權利要求l所述的閥，其中，湍流裝置被構造成整個地橫過 流道延伸。
3. 如權利要求l所述的閥，其中，渦輪包括至少一個翼片，所述 翼片設置在其外表面上，並被構造成在有經過流道的流體流的情況下 在第一方向上將轉動給予渦輪，並且，湍流裝置的螺旋外表面被構造 成在第一方向上給予經過流道的流體流的轉動。
4. 如權利要求3所述的閥，其中，至少一個翼片被構造成給予渦 輪的逆時針方向的轉動，並且，螺旋外表面被構造成給予其下遊流體 流的逆時針方向的轉動。
5. 如權利要求l所述的閥，其還包括至少一個固定在流道內的固 定元件，並且，渦輪旋轉地連接到至少一個固定元件上。
6. 如權利要求5所述的閥，其中，渦輪通過一對軸端部旋轉地連 接到至少一個固定元件上。
7. 如權利要求5所述的閥，其中，至少一個固定元件包括上遊固 定元件和下遊固定元件。
8. 如權利要求7所述的閥，其中，上遊固定元件包括截頭圓錐形 前表面。
9. 如權利要求8所述的閥，其中，下遊固定元件包括截頭圓錐形 後表面。
10. 如權利要求1所述的閥，其還包括流量連接器，所述流量連 接器具有第一端和第二端，流道貫穿流量連接器中延伸，並且，渦輪 設置在流量連接器中。
11. 如權利要求10所述的閥，其中，湍流裝置設置在流量連接器中。
12. 如權利要求10所述的閥，其還包括閥操作機構，流道貫穿其 中延伸，並且，湍流裝置設置在閥操作機構中。
13. 如權利要求12所述的閥，其中，閥操作機構包括限流器。
14. 一種裝置，其包括 主體，其限定貫穿其中的流道；渦輪，其旋轉地設置在所述流道內；和湍流裝置，其在渦輪上遊設置在流道內，該湍流裝置被構造成增 加流體流過所述流道的雷諾數。
15. 如權利要求14所述的裝置，其中，湍流裝置具有螺旋外表面。
16. 如權利要求15所述的裝置，其中，渦輪包括至少一個翼片， 所述翼片設置在其外表面上，並被構造成在有流體流過流道的情況下 使渦輪旋轉，並且，湍流裝置的螺旋外表面被構造成增加流體的湍流， 以便幫助渦輪旋轉。
17. 如權利要求15所述的裝置，其中，渦輪包括至少一個翼片， 所述翼片設置在其外表面上，並被構造成在有流體流過流道的情況下 使渦輪在第一方向上旋轉，並且，湍流裝置的螺旋外表面被構造成在 渦輪的上遊流過流道的流體中引起在第 一 方向上的旋轉。
18. 如權利要求15所述的裝置，其中，渦輪包括至少一個翼片， 所述翼片設置在其外表面上，並被構造成當流過流道的流體接觸其外 表面時使渦輪旋轉，並且，湍流裝置的螺旋外表面被構造成引起流過 流道的流體的旋轉，使得流體接觸至少一個通常垂直的翼片的表面。
19. 如權利要求15所述的裝置，其中，渦輪包括至少一個翼片， 所述翼片設置在其外表面上，並被構造成當流過流道的流體接觸其表 面時使渦輪旋轉，並且，湍流裝置的螺旋外表面被構造成引導流過所 述流道的流體通常與至少一個翼片的表面垂直。
20. —種閥，其包括閥操作機構，其具有貫穿其中限定的第一流體通道； 流量連接器，其連接到閥操作機構上，該流量連接器具有貫穿其中限定的第二流體通道，第二流體通道與所述第一流體通道流體連通，第一流體通道和第二流體通道形成流道； 渦輪，其旋轉地設置在流道內；和湍流裝置，其在渦輪上遊設置在流道內，該湍流裝置具有外表面， 所述外表面被構造成增加流過流道的流體的湍流。
全文摘要
一種閥裝有一裝置，所述裝置剛好在從流量傳感器的渦輪翼片上面經過之前的水流中產生湍流。該裝置實際上增加了水流的雷諾數和湍流，從而增加水在渦輪上的接觸。這使渦輪更有效地旋轉，使規定的流量容積在流量計量裝置上面經過。改善的效率在整個流量範圍內產生更好的準確度和性能。在一個實施例中，湍流裝置迫使流動流逆時針方向旋轉並撞擊渦輪翼片，從而產生更大的力使渦輪更有效地旋轉。渦輪被設計成使較大部分的翼片表面積垂直於湍流的流動流。這種相反方向由水流使更多的力施加在渦輪翼片上。
文檔編號F15C1/16GK101631959SQ200780031321
公開日2010年1月20日 申請日期2007年8月24日 優先權日2006年8月24日
發明者J·C·克洛普, K·J·恩格爾, M·A·亨切爾 申請人:羅伯特紹控制器公司