專利名稱：用于減除非期望流體振動的方法和裝置的制作方法
用于減除非期望流體振動的方法和裝置相關(guān)文件的交叉引用本申請要求于2010年2月4日提交的、申請系列號為61/301,473的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過參見的方式納入本文。
背景技術(shù)：
在某些流體流應(yīng)用中，由于流體流的突然停止會生成能量傳播波。流體流的突然停止可能是因為泵的突然關(guān)閉或閥的快速閉合。此產(chǎn)生回流能量沖擊和脈沖，當(dāng)傳播波行進(jìn)時，能量沖擊和脈沖可能會增加。這種回流沖擊會使流體產(chǎn)生壓力尖峰和能量，導(dǎo)致系統(tǒng)振動，此現(xiàn)象有時被稱為“水錘”。水錘現(xiàn)象會損壞管路系統(tǒng)，并引起管道、部件和接合點的過早疲勞。波傳播地越遠(yuǎn)，所產(chǎn)生的能量損失越大。一種嘗試的解決方案涉及附接到管道的圓柱型阻尼器，回流能量脈沖在該管道中傳播。然而，這些方案的缺點是，為產(chǎn)生最小解或減少脈沖，必須對該系統(tǒng)整體進(jìn)行加壓以 改變脈沖或沖擊進(jìn)入阻尼器的方向?；亓鲏毫Ψ逯岛蜎_擊會發(fā)現(xiàn)最小阻力的路徑，這通常直到該系統(tǒng)被加壓才會改變進(jìn)入阻尼器的方向。但是此時，沖擊已經(jīng)撞擊管道、接合處、閥等，并已經(jīng)引起一些損壞。一些常規(guī)的方案涉及在管道中串聯(lián)定位的固定阻塞裝置。然而，這些裝置只能減小小部分的回流沖擊或脈沖。另外，這些裝置會經(jīng)常引起系統(tǒng)中的壓力下降，這會不利地影響流動通過管道的流體的構(gòu)成(makeup)。例如，在液態(tài)丙烷(LP)泵送系統(tǒng)中，如果水錘裝置在前進(jìn)方向上引起太大的壓降，那么該流體實際上可能會放氣(gas off)。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述了一種裝置的實施例。在一個實施例中，所述裝置是用以減除水錘的減除裝置。水錘減除裝置的實施例包括入口、出口、擴(kuò)張殼體和導(dǎo)向器。該入口接收來自供給源的流體。該出口將流體傳送到目的地。該擴(kuò)張殼體設(shè)置在入口和出口之間。該擴(kuò)張殼體限定具有足夠保持多個流體體積單元的擴(kuò)張體積(expansion volume)的內(nèi)部擴(kuò)張腔。每個體積單元由一段時間內(nèi)的流體流體積(fluid flow volume)限定。該導(dǎo)向器設(shè)置在擴(kuò)張腔中。導(dǎo)向器大體上將經(jīng)由出口進(jìn)入擴(kuò)張腔的回流能量沖擊進(jìn)行重定向而遠(yuǎn)離入口。本文也描述了所述裝置的其它實施例。本文也描述了相應(yīng)的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的實施例的其它方面和優(yōu)勢通過以下詳細(xì)描述、結(jié)合附圖并通過對依照本發(fā)明原理的示例的描述而變得明顯。


圖I示出了位于管路系統(tǒng)中的減除裝置的一個實施例的示意圖。圖2示出了位于管路系統(tǒng)中的減除裝置的另一實施例的示意圖。圖3示出了圖2中的減除裝置的側(cè)剖視圖。圖4示出了圖2中減除裝置的擴(kuò)張腔和導(dǎo)向器的俯視剖視圖。
圖5示出了流體通過圖2的減除裝置的前向流的一個實施例的過程圖。圖6示出了流體通過圖2的減除裝置的回流的一個實施例的過程圖。圖7示出了帶有細(xì)長形擴(kuò)張殼體的減除裝置的另一實施例的側(cè)剖視圖。整個說明書中，相似的標(biāo)號用于表示相似的元件。
具體實施例方式將會容易理解的是，本文中大致描述并在附圖中示出的實施例的部件可以以諸多種不同的構(gòu)造方式安置和設(shè)計。由此，以下對各種實施例更詳細(xì)的描述，如附圖中所表示的，不是意為限定本發(fā)明的范圍，而是只代表各種實施例。雖然附圖中顯示了實施例的各個方面，但是除非有明確說明，附圖不一定按比例繪制。
在沒有偏離本發(fā)明的精神或重要特征的情況下，本發(fā)明能以其它具體形式實施。應(yīng)當(dāng)理解，所描述的實施例從各個方面上僅是說明性的，而非限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由本發(fā)明的所附權(quán)利要求指定，而非由具體實施方式
指定。在與權(quán)利要求等同的意義和范圍內(nèi)的所有變化都應(yīng)包含在其范圍內(nèi)。整個說明書中，對特征、優(yōu)勢或類似語言的引用并不意味著本發(fā)明可以實現(xiàn)的所有特征和優(yōu)勢都應(yīng)包含在或都包含在本發(fā)明的任何單個實施例中。而是，將涉及這些特征和優(yōu)勢的語言理解為意為與實施例結(jié)合所描述的具體特征、優(yōu)勢或特點包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，整個說明書中對特征、優(yōu)勢及類似語言的討論可以但不是必須地涉及同樣的實施例。另外，所描述的本發(fā)明的特征、優(yōu)勢和特點可以以任何合適的方式結(jié)合在一個或多個實施例中。根據(jù)本文的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明可以在沒有包含特殊實施例的一個或多個具體特征或優(yōu)勢的情況下實現(xiàn)。在其它情況下，在某些未于本發(fā)明所有實施例中示出的實施例中可以認(rèn)識到其它特征和優(yōu)勢。整個說明書中涉及“ 一個實施例”、“實施例”或類似語言，其意為結(jié)合指定實施例而描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特點包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，整個說明書中的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”以及類似語言可以但不必都指代同樣的實施例。針對本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，具體地，針對使用現(xiàn)行結(jié)構(gòu)和方法而尚未完全解決的本領(lǐng)域的問題和需求，開發(fā)了本發(fā)明的實施例。因此，開發(fā)了本發(fā)明的實施例以提供克服現(xiàn)有技術(shù)中各種缺點的結(jié)構(gòu)和方法。本發(fā)明各種實施例的特征和優(yōu)勢將會通過以下描述和所附權(quán)利要求而變得更加充分明顯，或者可以通過如下文所述實現(xiàn)本發(fā)明而得到了解。雖然本文中描述了許多實施例，但是所描述實施例中至少一些總體上涉及減少由于流體流中流體突然停止而引起的非期望流體脈動。在具體實施例中，脈管(vessel)構(gòu)造成容納由回流流體流引起的脈動波并使該脈動波重定向進(jìn)入阻尼器，并同時基本保持前向流體流中的工作壓力。圖I示出了位于管路系統(tǒng)中的減除裝置100的一個實施例的示意圖。所示減除裝置100包括用以提供本文所述特定功能的部件。然而，減除裝置100的其它實施例可以包括更少或更多的部件以提供更少或更多的功能。所示減除裝置100包括進(jìn)口 102和出口 104。在向前流的情況下，流體通過進(jìn)口102進(jìn)入減除裝置100,而流體通過出口 104離開減除裝置100。減除裝置100包括設(shè)置在進(jìn)口 102和出口 104之間的擴(kuò)張殼體106。在一些實施例中，擴(kuò)張殼體106座置于基座108上，該基座108可以附接到其它結(jié)構(gòu)(即地板或墻壁)。減除裝置100也包括阻尼器110。阻尼器112可以通過一個或多個結(jié)構(gòu)支架112聯(lián)接到擴(kuò)張殼體106。所示阻尼器110包括典型的調(diào)節(jié)器114和116。在一些實施例中，調(diào)節(jié)器114和116中的至少一個是用以將氣體從內(nèi)部囊袋(bladder)(見圖6)中排出的排氣閥。在一些實施例中，調(diào)節(jié)器114和116中的至少一個是用以將氣體加載入囊袋的加載閥(或充氣閥)。減除裝置100也包括排放塞118.一般地，減除裝置100聯(lián)接在管路中，以減除諸如水錘的回流能量。圖中示出了聯(lián)接在源管120和目的管122之間的減除裝置100。典型地，水或其它流體從源管120流到目的管122。在所示實施例中，擴(kuò)張殼體106是具有一定球徑的半球(或大體上為半球形)。一些例子中，這些直徑包括但不限于達(dá)到約直徑16英寸、達(dá)到約直徑 34英寸以及達(dá)到約直徑51英寸。各種材料可以用于擴(kuò)張殼體106和減除裝置100的其它部件。例如，擴(kuò)張腔可以由SA516金屬制成。將會理解的是，可以使用能夠焊接、粘接或以其它方式附接到源管120和目的管122的各種材料。例如，在一個實施例中，擴(kuò)張殼體106可以由PVC高壓玻璃纖維制成。另外，擴(kuò)張殼體106可以由任意數(shù)量的組成部件制成。例如，擴(kuò)張殼體106可以制成兩個半部(或不對稱件)，并機(jī)械地裝夾在一起。由于減除裝置100的擴(kuò)張殼體106和其它部件的周向應(yīng)力而產(chǎn)生的最大許可工作壓力和最小壁厚可以由標(biāo)準(zhǔn)公式?jīng)Q定。相似地，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和公式可以用于與減除裝置100的實施例結(jié)合使用的管道凸緣和直徑。而且，接合效率可以由標(biāo)準(zhǔn)射線照相術(shù)(radiography)決定。圖2示出了位于管路系統(tǒng)中的減除裝置100的另一實施例的示意圖。除了進(jìn)口102和出口 104直徑更小以與更小的源管120和目的管122相配外，圖2中所示的減除裝置100在許多方面都與圖I中的減除裝置100相似。圖2也示出了回流裝置124，回流裝置124代表可以引起回流能量脈沖的任何裝置。典型的回流裝置124的一些例子包括泵和閥。當(dāng)泵關(guān)閉或閥閉合時，該動作會產(chǎn)生朝源管120向后傳播的回流能量脈沖。如上所解釋的，回流能量沖擊或脈沖會引起有害的振動，這些有害的振動會弱化管路系統(tǒng)，或甚至使管路系統(tǒng)失效。一般地，減除裝置100在相對靠近回流裝置124處聯(lián)接在管路系統(tǒng)中，以減除回流能量脈沖的作用。在一些實施例中，減除裝置100在管路系統(tǒng)中設(shè)置于與回流裝置124相距一段距離處，該距離為目的管122橫截面直徑的大約30倍之內(nèi)。然而，例如在管路布置不能適應(yīng)減除裝置100的合適安裝位置的情況下，具體的安裝距離可以比該典型距離更大。換句話說，回流裝置124和減除裝置100之間的相對距離可以根據(jù)每個管路系統(tǒng)的具體安裝條件而變化。圖3示出了圖2中減除裝置100的側(cè)剖視圖130。為清晰和方便，圖I和圖2中示出的一些標(biāo)號未在圖3或下面的其它附圖中重復(fù)。所示減除裝置100包括限定在擴(kuò)張殼體106中的擴(kuò)張腔132。典型地，擴(kuò)張腔132的橫截面尺寸比入口 102和出口 104的橫截面尺寸大。此允許擴(kuò)張腔132比入口 102和出口 104保持更大體積的流體。在一些實施例中，擴(kuò)張腔132比其所附接到的管道的直徑大一定比例。
附接到擴(kuò)張殼體106的阻尼器110也限定阻尼腔134。阻尼腔134與擴(kuò)張腔132流體連通。因此，在一些情況下，流體可以在阻尼腔134和擴(kuò)張腔132之間流動。所示減除裝置100也包括位于擴(kuò)張腔132中的至少一個導(dǎo)向器136。一般地，導(dǎo)向器136使由于回流產(chǎn)生的回流能量中至少一些重定向而進(jìn)入阻尼腔134。圖3和圖4示出了具體類型的導(dǎo)向器136，但是其它實施例可以使用其它物理結(jié)構(gòu)的一個或多個導(dǎo)向器136，用以使回流能量脈沖(或者部分的回流能量脈沖)朝阻尼腔134導(dǎo)向。在所示實施例中，導(dǎo)向器136具有大體面向減除裝置100的入口 102的凸面。該導(dǎo)向器的相對應(yīng)凹面大體面向減除裝置100的出口 104。該凹面至少部分地限定導(dǎo)向器136的凹體138。在一些實施例中，導(dǎo)向器136的形狀和表面方便于減除裝置100中的前向流和重定向回流。
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在一些實施例中，出口 104的管道延伸進(jìn)入導(dǎo)向器136的凹體138。該構(gòu)造確保回流能量脈沖基本上由導(dǎo)向器136控制，并且容納在減除裝置100中，而不會通過入口 102回到源管120中。
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而且，在所示實施例中，使用一個或多個結(jié)構(gòu)支架140或支撐件將導(dǎo)向器136安裝于擴(kuò)張腔132中。導(dǎo)向器136的位點或部段142也可以以焊接或以其它方式結(jié)構(gòu)地附連到擴(kuò)張殼體106的內(nèi)表面。設(shè)置成用于導(dǎo)向器136的結(jié)構(gòu)支撐件的數(shù)量和類型可根據(jù)預(yù)計在減除裝置100中產(chǎn)生的回流能量的數(shù)量和類型而定。圖4示出了圖2中減除裝置100的擴(kuò)張腔132和導(dǎo)向器136的俯視剖視圖。具體地，示出了導(dǎo)向器136的凹體138的開口。源管120 (或目的管122)基于直徑的體積和/或面積與擴(kuò)張腔132的體積和/或面積之間可以有一定關(guān)系。管道的體積可以通過單位時間內(nèi)(即，I秒)流過管道橫截面的流體體積而獲取的管道流量而得到。在一個實施例中，擴(kuò)張腔132的體積是源管120(或目的管122)體積的大約2倍到大約6倍。在另一個實施例中，擴(kuò)張腔132的體積是管道體積的大約3. 5倍到大約4. 5倍。在另一個實施例中，擴(kuò)張腔132的體積是管道體積的大約4倍。其它實施例中，擴(kuò)張腔132可以使用其它體積。如具體示例，如果特定管道中的流量是120加侖每分鐘，則該值可以轉(zhuǎn)換為運動通過該管道的流體或材料、以每秒立方英寸為單位的等值。本示例中，流量為大約462立方
英寸每秒。該數(shù)值乘以4等于1848立方英寸。因此，通過使用計算球體體積的公式()
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可以確定擴(kuò)張腔132的相應(yīng)直徑，在這種情況下，該直徑為大約15. 22英寸。在一個實施例中，確定管道的流量，則使用體積大約為管道體積(由流量獲得)的2到6倍、更具體為管道體積的4倍的商用半球形擴(kuò)張殼體106。在另一實施例中，商用半球體的立方英寸與諸多管路中以立方英寸每秒為單位的流量一起確定，且將它們都置于一個表格中，以易于進(jìn)行對t匕，而確定擴(kuò)張腔體積和流量體積的比值是否在可接受范圍內(nèi)。通過使擴(kuò)張腔136具有比通向減除裝置100的源管120的流量體積更大的體積，擴(kuò)張腔136對于整個管路系統(tǒng)的工作具有極小的限制。具體地，減除裝置100仍允許流體擴(kuò)張到擴(kuò)張腔132的內(nèi)部。因為擴(kuò)張腔132可以比通向擴(kuò)張腔120的源管120保持多倍(如大約4倍)的流體，所以，前向流中的流體具有相對少或最少的紊流。擴(kuò)張腔132還將尺寸設(shè)計成減少由于安裝減除裝置100而導(dǎo)致的壓降。換句話說，擴(kuò)張腔132可以將尺寸和形狀設(shè)計成避免當(dāng)流體通過減除裝置100時流體工作壓力下降。如果減除裝置100在流體中引起壓降，那么有必要增加泵的尺寸以抵抗此壓降，使得由系統(tǒng)輸送流體的最終壓力不會改變。例如，如果減除裝置100引起了較大的壓降，那么在現(xiàn)有系統(tǒng)中附加減除裝置100就可能要求另外安裝更大的新泵，這會增加與安裝減除裝置100相關(guān)的成本。通過將相對較小的壓降維持在可接受的范圍內(nèi)，在現(xiàn)有系統(tǒng)中附加減除裝置100不需要安裝更大的泵或其它設(shè)備，或者不需要產(chǎn)生相應(yīng)的支出。雖然本文中描述的實施例使用的是球形擴(kuò)張腔132，但是擴(kuò)張腔132的形狀不必一定是球形。例如，在一些實施例中，擴(kuò)張腔132是細(xì)長形的。在其它實施例中，擴(kuò)張腔132是橢圓形的。在其它實施例中，擴(kuò)張腔1 32是類球形的。在其它實施例中，擴(kuò)張腔132可以是其它形狀或復(fù)雜形狀的組合。擴(kuò)張腔132可以是諸多不同形狀中的一種以適應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)，例如空間限制、構(gòu)造材料或流體屬性等。在一個實施例中，擴(kuò)張腔132的平均橫截面積構(gòu)造成達(dá)到饋送給擴(kuò)張腔132的源管120的開口面積(Jir2)的大約兩倍。例如，如果饋送給擴(kuò)張腔132的源管120的內(nèi)徑是
I.94英寸，那么源管120的開口面積是大約2. 956平方英寸。由此，擴(kuò)張腔132的平均橫截面積的內(nèi)面積可以達(dá)到大約5. 91平方英寸。在其它實施例中，擴(kuò)張腔132的平均橫截面積可以是源管120 (或目的管122)的平均橫截面積的兩倍以上。如上所述，導(dǎo)向器136構(gòu)造成捕獲(catch)擴(kuò)張腔132內(nèi)部的回流能量沖擊或脈沖。流回擴(kuò)張腔132中的流體被允許擴(kuò)張并加壓到一定程度，并施加壓力強迫向上到阻尼腔134中，允許衰減脈沖。以此方式，回流能量脈沖基本上被捕獲，并且不允許進(jìn)一步傳回上游(即進(jìn)入源管120)，以免引起可能的損壞或疲勞。導(dǎo)向器136可以以多種方式附連到擴(kuò)張殼體106。在一個實施例中，導(dǎo)向器136焊接到擴(kuò)張殼體106的內(nèi)表面。導(dǎo)向器136也可以以化學(xué)的方式或電化學(xué)的方式結(jié)合到擴(kuò)張殼體106的內(nèi)表面。在一些實施方案中，如果導(dǎo)向器136為可模制的,那么該導(dǎo)向器136可以與擴(kuò)張殼體106形成或模制為一體件。導(dǎo)向器136可以為大體上平面的或具有連續(xù)的或不規(guī)則的彎曲表面。在其它實施例中，導(dǎo)向器136可以是有棱角的。在一個實施例中，導(dǎo)向器136大體上是球形的。該球體對于從出口 104 (在一些情況下，也稱作回流入口)進(jìn)入擴(kuò)張腔132中的流體流是凹入的，而對于從入口 102 (也稱作前向流入口)進(jìn)入擴(kuò)張腔132中的流體流是凸出的。在此構(gòu)造中，通過出口 104進(jìn)入擴(kuò)張腔132的流體或能量(即由于下游中流體流的停止或中斷引起的返回上游行進(jìn)的流體或能量)基本上被導(dǎo)向器136重定向而進(jìn)入阻尼腔134。而在規(guī)律的工作流體流期間，通過前向流入口進(jìn)入擴(kuò)張腔132中的流體流相對較少或最少程度地受到影響。在前向流方向上，導(dǎo)向器136具有凸表面或最小表面，使得沿下游方向的流體簡單地繞導(dǎo)向器136流動。將會理解的是，這會減少泵上的應(yīng)變，并因此減少成本。在一個例子中，源管120中流體工作壓力為153磅/平方英寸(psi)，而在經(jīng)由擴(kuò)張腔132穿過導(dǎo)向器136時只有大約I. 5磅/平方英寸的壓降。由于具有減除裝置100，此壓降為大約1%的壓力變化。在其它實施例中，減除裝置100可以引起更小或更大的壓力變化，或者甚至可能引起不易察覺的壓力變化。在一些實施例中，減除裝置100可以引起大約3-4%的壓降。對于大部分常規(guī)管路系統(tǒng)，3-4% (或達(dá)到大約4-5%)的壓降是可接受的，因為此種壓降量不要求改變泵尺寸或者僅要求泵尺寸有很小的改變。此3-4%的相對小量的壓降比通常引起18-25%或更大壓降的常規(guī)內(nèi)置減除裝置更可接受。導(dǎo)向器136可以定位為相對于擴(kuò)張腔132的出口 104成一定角度。在一個實施例中，導(dǎo)向器136相對于出口 104的角度在大約15度到75度之間。在其它實施例中，導(dǎo)向器136相對于出口 104的角度在大約30度到60度之間。在一個實施例中，導(dǎo)向器136相對于該出口的角度為大約45度。如果導(dǎo)向器136是球體，那么該導(dǎo)向器的圓形開口限定與出口104的流動方向成大約45度角的平面。導(dǎo)向器136也可以定位為相對于阻尼腔134的開口成一定角度。在一個實施例中，導(dǎo)向器136相對于阻尼腔134的開口的角度在大約15度到175度之間。在其它實施例中，導(dǎo)向器136相對于阻尼腔134的開口的角度在大約30度到120度之間。在其它實施例中，導(dǎo)向器136相對于阻尼腔134的開口的角度在大約45度到大約90度之間。在其它實施例中，導(dǎo)向器136可以以任何種構(gòu)造定位于擴(kuò)張腔132中，以高效地和/或最優(yōu)地將來自開口104的回流流體或能量重定向到阻尼腔134的開口中。 在一些實施例中，導(dǎo)向器136在擴(kuò)張腔132中的定位通過將回流流體或能量的旋轉(zhuǎn)維持向上運動、使得大部分的流體能量被強迫向上而最優(yōu)地使經(jīng)由出口 104返回進(jìn)入擴(kuò)張腔132中的的流體或能量產(chǎn)生適量的紊流。如果有太多的紊流，那么流體和流體能量會受到更少的控制，并試圖自己向上進(jìn)入阻尼腔134并可能無法進(jìn)入阻尼腔134。如果紊流太少，那么流體和流體能量僅可以繞導(dǎo)向器136流動。在一些實施例中，減除裝置100也包括出口延長件，該出口延長件是從出口 104延伸到導(dǎo)向器136的凹體138的內(nèi)部的管道或管子。在此實施例中，該延長件將回流能量脈沖導(dǎo)引到導(dǎo)向器136中，以更加高效地工作和對準(zhǔn)。在一些實施例中，如果沒有延長件，回流能量脈沖可能在邊緣處進(jìn)入擴(kuò)張腔132，其中在邊緣處，回流能量脈沖會被允許在遇到導(dǎo)向器之前進(jìn)行一定程度地分散。導(dǎo)向器136的實施例設(shè)計成對該流體的流量具有相對較小或最小的影響。例如，如果流體以大約120加侖每分鐘的前向流量流過2英寸的管道并進(jìn)入擴(kuò)張腔132，那么導(dǎo)向器136在該擴(kuò)張腔中的位置和構(gòu)造可以設(shè)計成使得離開擴(kuò)張腔132的流體也以基本上120加侖每分鐘的流量流動。因此，與排除減除裝置100的類似管路系統(tǒng)相比，擴(kuò)張腔132和導(dǎo)向器136的特定幾何形狀和構(gòu)造可以影響或改變流量。如果限定流動常數(shù)以特征化通過該管路系統(tǒng)的流量，那么包括或從管路系統(tǒng)排除減除裝置100可以造成流量值的不同。在一些實施例中，在管路系統(tǒng)中包括減除裝置100僅將流量值減少了 5%或更小。在其它實施例中，減除裝置100僅將管路系統(tǒng)中的流量值減少了不到約2%。當(dāng)減除裝置100加入管路系統(tǒng)時，其它實施例可以導(dǎo)致更小或更大的流量變化。圖5示出了流體通過圖2的減除裝置100前向流動的一個實施例的過程圖160。流體通過減除裝置100的前向流動由虛線箭頭表示。當(dāng)流體通過入口 102流入擴(kuò)張腔132時，該流體繞導(dǎo)向器136流動。雖然僅示出了繞過導(dǎo)向器136頂部的單個箭頭，但是根據(jù)導(dǎo)向器136可能附接到擴(kuò)張殼體106的位置和方式，流體可以繞導(dǎo)向器136的各個邊緣流動。一旦到達(dá)導(dǎo)向器136的另一側(cè)，那么該流體(或者已在擴(kuò)張腔132中的其它流體)中的一些會經(jīng)由出口 104離開擴(kuò)張腔132。圖6示出了流體通過圖2的減除裝置100回流的一個實施例的過程圖170。為方便起見，對回流(或流體回流)的說明可指實際流體流或者通過流體的傳播能量，或者同時指二者。流動通過減除裝置100的回流由虛線箭頭表示。由于減除裝置100下游的回流，流體經(jīng)由出口 104流回擴(kuò)張腔132中。導(dǎo)向器136使流體或能量脈沖朝阻尼腔134重定向，而不是繞導(dǎo)向器136流動并向上游流到連接于入口 102的源管120 (見圖2)。雖然只示出了向上導(dǎo)向進(jìn)入阻尼腔134中的單個箭頭，但是，流體或能量脈沖可以沿任何路徑朝向阻尼腔134流動。而且，雖然其中一些流體或能量脈沖可以繞導(dǎo)向器136的各邊緣流動，但是回流的主要部分朝阻尼腔134導(dǎo)向。所示阻尼器110還包括阻尼材料172。阻尼材料172可以包括可壓縮介質(zhì)。擴(kuò)張腔132中的導(dǎo)向器136將壓力尖峰或回流能量沖擊導(dǎo)入阻尼腔134中，允許可壓縮介質(zhì)被壓縮。因此，阻尼器110用于衰減由流動突然停止引起的回流脈沖或壓力尖峰?？蓧嚎s介質(zhì)吸收至少一些回流沖擊的能量以減除由于水錘現(xiàn)象導(dǎo)致的損壞。在一個實施例中，可壓縮介質(zhì)是氣體。該氣體可以是空氣、氫氣、氧氣、氦氣或類似的氣體，或這些氣體的組合。在一個實施例中，阻尼材料172是充氣囊袋，其中該氣體大體上包括氮氣。在其它實施例中，各種氣體或氣體的組合可以基于它們的壓縮性、穩(wěn)定性、惰性等進(jìn)行使用。
在另一實施例中，阻尼材料172是凝膠或固體。在另一實施例中，阻尼材料172可以是固體懸浮液。在一個實施例中，可壓縮介質(zhì)是泡沫。該泡沫內(nèi)部帶有氣體，使得泡沫以一定的速率壓縮。阻尼材料172也可以是捕獲有氣體的固體。其它可壓縮材料可以用以吸收阻尼器110中壓力尖峰的能量。例如，在一個實施例中，諸如彈簧之類的機(jī)械裝置將能量儲存以在隨后以某種不對本系統(tǒng)引起損害的方式釋放。在一個實施例中，阻尼腔134的體積根據(jù)以下公式確定
『―常數(shù)><((常數(shù)片 x/,)—
~P - />
1J1J k 1其中，常數(shù)A是優(yōu)選地在大約0. 1-2. 0 (如大約0. 924)之間的值。常數(shù)B是優(yōu)選地在大約0. 001-0. 01 (如大約0. 005)之間的值。F是通過源管或目的管的流量體積。 4±是現(xiàn)有尖峰壓力(即由于反向脈沖或水錘現(xiàn)象導(dǎo)致流體在管道中產(chǎn)生的新最大壓力)。P是流體在源管中的正常工作壓力。L是從流動停止源返回到減除裝置之間的距離。T是使流動停止的時間。作為一個例子，以下參數(shù)可以描述管路系統(tǒng)的工作條件常數(shù)A=O. 924 (立方英寸乘以分鐘每加侖乘以秒)常數(shù)B=O. 005 (秒 / 英尺)F=IOO (加侖每分鐘)P最大=30(磅/平方英寸)P=20 (磅/平方英寸)L=200 (英尺)
T=O. 25 (秒)根據(jù)這些參數(shù)，可以計算阻尼腔的體積為大約207. 9立方英寸。在一些實施例中，阻尼器110具有相對較低的輪廓，以適應(yīng)在各種位置放置減除裝置。在其它實施例中，可以將許多不同的阻尼器110附連到一個擴(kuò)張殼體106。阻尼器110的可能厚度和阻尼器110上螺旋蓋的可能螺旋剪切力可以通過標(biāo)準(zhǔn)公式確定。圖7示出了帶有細(xì)長形擴(kuò)張殼體106的減除裝置100的另一實施例的側(cè)剖視圖180。所示減除裝置100包括多個導(dǎo)向器136，這些導(dǎo)向器定位在擴(kuò)張腔132中的各個位置處。一些導(dǎo)向器132 (如圖7所示的角形導(dǎo)向器)連續(xù)地附接到擴(kuò)張殼體106的內(nèi)表面。其它導(dǎo)向器132 (如圖7所示的橢圓形導(dǎo)向器)跨越擴(kuò)張殼體106的寬度并附接到擴(kuò)張殼體106的相對兩個內(nèi)表面。可以在具體實施例中實施的導(dǎo)向器136的數(shù)量和類型不限于所示類型和數(shù)量。
通過實施減除裝置100的特殊構(gòu)造，擴(kuò)張腔132的實施例可以隔離回流能量沖擊和/或防止回流能量沖擊流回上游而產(chǎn)生因水錘現(xiàn)象導(dǎo)致的損壞。確切地說，擴(kuò)張腔132容納回流能量沖擊并且在一些情況下，將回流能量沖擊重定向到阻尼腔134中，并在阻尼腔134中該沖擊被吸收或減少。減除裝置100的實施例將由于回流而導(dǎo)致的壓力尖峰減少大約85%。因此只有大約15%的、由于流動突然停止導(dǎo)致的脈沖波通過減除裝置100傳播到上游。其它實施例根據(jù)每個管路系統(tǒng)的設(shè)計和性能說明提供了更多或更少的減除量。如本文所述，制造減除裝置100的方法的一個實施例包括確定該裝置將要放置于其中的管道的尺寸。然后確定擴(kuò)張腔132的體積與管道流量體積的比值。在一個實施例中，該比值在大約2到6之間。在另一實施例中，該比值在大約3. 5到4. 5之間。在又一實施例中，該比值為大約4。然后可以以合適的角度將導(dǎo)向器136固定到擴(kuò)張腔132中。入口、出口、出口延長件(可選)和阻尼器(可選)與擴(kuò)張腔組合。而且，可以檢驗壁厚、管道、法蘭和螺紋尺寸和公差，并可以確定工作壓力和壓降?；谶@些結(jié)果，可以進(jìn)行調(diào)整。減除裝置100的某些實施例的優(yōu)勢是減除裝置100捕獲在某一位點的回流能量脈沖或沖擊，并在其通過管路系統(tǒng)傳播到上游之前減少壓力尖峰的影響。另外，與一些常規(guī)的減除裝置相比，本文中所述減除裝置100的實施例很大程度上減少或最小化前進(jìn)方向上的壓降。管道中的許多流體需要在一定范圍內(nèi)存在恒定壓力，以防止流體改變物理狀態(tài)。減除裝置100的一些實施例的另一優(yōu)勢是將減除裝置100加到管路系統(tǒng)對該管路系統(tǒng)的正常工作壓力的影響相對較小或最小。因此，減除裝置100的實施例減少或最小化泵送流體中的任何物理變化。另外，減除裝置100的實施例不需要大量增加用以泵送流體通過該裝置管路系統(tǒng)的工作。結(jié)果，移動相同量產(chǎn)品通過管道的成本或能量不會增加。在以上描述中，提供了各實施例的具體細(xì)節(jié)。然而，可以實現(xiàn)具有比所有這些特定細(xì)節(jié)少的細(xì)節(jié)的一些實施例。在其它示例中，為簡潔和清晰，未對某些方法、程序、部件、結(jié)構(gòu)和/或功能做比實現(xiàn)本發(fā)明各實施例更詳細(xì)的描述。雖然以具體順序示出并描述了本文方法的操作過程，但是各方法的操作順序可以改變，使得某些操作可以以相反的順序執(zhí)行，或者使得某些操作可以至少部分地與其它操作同時執(zhí)行。在另一實施例中，不同操作的方法(instruction)或子操作可以以間歇方式和/或交替方式實現(xiàn)。雖然已經(jīng)描述并示出了本發(fā)明的特定實施例，但是本發(fā)明不限于所描述并示出的特定形式或部件設(shè)置。本發(fā)明的范圍應(yīng) 由所附權(quán)利要求及其等同內(nèi)容限定。
權(quán)利要求
1.一種水錘減除裝置，包括 入口，所述入口用以接收來自供給源的流體； 出口，所述出口用以將所述流體傳送到目的地； 擴(kuò)張殼體，所述擴(kuò)張殼體設(shè)置在所述入口和所述出口之間，其中， 所述擴(kuò)張殼體限定內(nèi)部擴(kuò)張腔，所述內(nèi)部擴(kuò)張腔具有足夠保持多個流體體積單元的擴(kuò)張體積，其中，每個體積單元由一段時間內(nèi)的流體流體積限定；以及 導(dǎo)向器，所述導(dǎo)向器位于所述擴(kuò)張腔中，其中，所述導(dǎo)向器構(gòu)造成使經(jīng)由所述出口進(jìn)入所述擴(kuò)張腔的回流能量脈沖重定向而遠(yuǎn)離所述進(jìn)口。
2.如權(quán)利要求I所述的水錘減除裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括聯(lián)接到所述擴(kuò)張腔的阻尼器，所述導(dǎo)向器進(jìn)一步構(gòu)造成使所述回流能量脈沖朝所述阻尼器重定向，以吸收所述回流能量脈沖的至少一部分。
3.如權(quán)利要求2所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述阻尼器的近端聯(lián)接到所述擴(kuò)張腔，而所述阻尼器的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)離所述擴(kuò)張腔。
4.如權(quán)利要求3所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述阻尼器包括設(shè)置于所述阻尼器的所述遠(yuǎn)端附近的可壓縮介質(zhì)，其中，所述可壓縮介質(zhì)構(gòu)造成響應(yīng)所述回流能量脈沖而壓縮。
5.如權(quán)利要求3所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述可壓縮介質(zhì)包括包封于囊袋內(nèi)的氣體，其中，所述氣體包括氮氣。
6.如權(quán)利要求I所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向器進(jìn)一步構(gòu)造成使所述流體的前向流體流在所述擴(kuò)張腔內(nèi)從所述入口分散到所述出口。
7.如權(quán)利要求6所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向器包括凸表面，其中，所述凸表面基本上面向所述入口。
8.如權(quán)利要求I所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向器包括凹表面以限定凹體，其中，所述凹體基本上朝向所述出口敞開。
9.如權(quán)利要求8所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述凹體還至少部分地朝向聯(lián)接到所述擴(kuò)張腔的阻尼器敞開。
10.如權(quán)利要求8所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向器具有大體二次曲面的形狀(quadric shape)。
11.如權(quán)利要求8所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向器是半球形的。
12.如權(quán)利要求8所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述出口的端部延伸進(jìn)入所述導(dǎo)向器的所述凹體。
13.如權(quán)利要求I所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述擴(kuò)張腔的擴(kuò)張體積足夠保持大約2到6個流體體積單元，其中，每個體積單元進(jìn)一步限定為在一秒的時間內(nèi)通過所述入口的流體流體積。
14.如權(quán)利要求I所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述擴(kuò)張腔的擴(kuò)張體積足夠保持大約3. 5到4. 5個流體體積單元，其中，每個體積單元進(jìn)一步限定為在一秒的時間內(nèi)通過所述入口的流體流體積。
15.如權(quán)利要求I所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述擴(kuò)張腔的擴(kuò)張體積足夠保持大約4. 0個流體體積單元，其中，每個體積單元進(jìn)一步限定為在一秒的時間內(nèi)通過所述入口的流體流體積。
16.如權(quán)利要求I所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述擴(kuò)張腔的平均橫截面積至少是所述入口的橫截面積的兩倍。
17.如權(quán)利要求I所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述擴(kuò)張腔大體上是球形的。
18.如權(quán)利要求I所述的水錘減除裝置，其特征在于，所述擴(kuò)張腔大體上是細(xì)長形的。
19.一種安裝水錘減除裝置的方法，所述方法包括 將所述減除裝置的入口聯(lián)接到源管以接收來自供給源的流體； 將所述減除裝置的出口聯(lián)接到目的管以將所述流體傳送到目的地； 其中，所述減除裝置包括 擴(kuò)張殼體，所述擴(kuò)張殼體設(shè)置在所述入口和所述出口之間，其中， 所述擴(kuò)張殼體限定內(nèi)部擴(kuò)張腔，所述內(nèi)部擴(kuò)張腔具有足夠保持多個流體體積單元的擴(kuò)張體積，其中，每個體積單元由一段時間內(nèi)的流體流體積限定；以及 導(dǎo)向器，所述導(dǎo)向器位于所述擴(kuò)張腔中，其中，所述導(dǎo)向器構(gòu)造成使經(jīng)由所述出口進(jìn)入所述擴(kuò)張腔的回流能量脈沖大體上遠(yuǎn)離所述入口重定向。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將所述減除裝置的所述出口聯(lián)接到所述目的管進(jìn)一步包括將所述出口在預(yù)定距離內(nèi)聯(lián)接于回流裝置，所述回流裝置在流體流停止時引起所述回流能量脈沖。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定距離在所述目的管的橫截面尺寸的大約30倍之內(nèi)。
全文摘要
水錘減除裝置(100)包括入口(102)、出口(104)、擴(kuò)張殼體(106)和導(dǎo)向器(136)。該入口(102)接收來自供給源的流體。出口(104)將流體傳送到目的地。擴(kuò)張殼體(106)設(shè)置在入口(102)和出口(104)之間。擴(kuò)張殼體(106)限定具有足夠保持多個流體體積單元的擴(kuò)張體積的內(nèi)部擴(kuò)張腔(132)。各體積單元由一段時間內(nèi)的流體流體積限定。導(dǎo)向器(136)設(shè)置在擴(kuò)張腔(132)中。導(dǎo)向器(136)大體上將經(jīng)由出口(104)進(jìn)入擴(kuò)張腔(132)的回流能量沖擊重定向而遠(yuǎn)離入口(102)。
文檔編號F16L55/04GK102753880SQ201180004899
公開日2012年10月24日 申請日期2011年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者F·貝克, R·丹尼 申請人:酷思泰克股份有限公司