本发明涉及带倾斜的泄放孔的提升阀和用于减小其里面压力的方法。具体而言,本发明公开了一种提升阀,其包括阀体、阀芯导向器、阀芯闸门和偏压部件,阀芯导向器设置在阀体内部,从而形成从阀门入口至出口的流通道,阀芯闸门设置在阀芯导向器的内部,偏压部件使阀芯闸门偏离阀芯导向器而朝向流入口的内表面,从而阻塞流通道。提升阀还包括至少一个排出孔,其使阀芯导向器的内室与流通道的低静压力区域保持流通。本发明还公开了一种用于减小作用在提升阀的阀芯闸门上的关闭压力的方法。
1.一种提升阀,其包括:xa0阀体,所述阀体具有中心轴线、流入口和流出口;xa0阀芯导向器,其设置在所述阀体的内部,从而形成从所述流入口至所述流出口的流通道的第一部分,所述流通道形成于所述阀体的内表面和所述阀芯导向器的外表面之间,并且经过所述阀芯导向器中的至少一个孔;xa0阀芯闸门,其设置在所述阀芯导向器的内部,从而形成位于所述阀芯闸门的外表面和所述阀体的内表面之间的所述流通道的第二部分;和xa0偏压部件,其设置在所述阀芯导向器的内室中,所述偏压部件配置成用于将所述阀芯闸门向所述流入口的内表面偏压,以阻塞流通道,其中,所述阀芯导向器还包括至少一个排出孔,其使所述阀芯导向器的内室与所述流通道的低静压力区域保持流体连通;xa0其中,所述至少一个排出孔在所述至少一个孔处连到所述流通道。xa0
2.根据权利要求1所述的提升阀,其特征在于,所述至少一个排出孔相对于所述阀体的中心轴线是倾斜的。xa0
3.根据权利要求2所述的提升阀,其特征在于,所述至少一个排出孔的倾斜角度在10至25度之间变化。xa0
4.根据权利要求3所述的提升阀,其特征在于,所述倾斜角度大约为19度。xa0
5.根据权利要求1所述的提升阀,其特征在于,所述至少一个排出孔设置在所述阀芯导向器中,从而减小作用在所述阀芯闸门的内表面上的朝向阀门入口的压力。xa0
6.一种用于减小作用在提升阀的阀芯闸门上的关闭压力的方法,所述提升阀具有阀体,所述阀体具有中心轴线、流入口和流出口,所xa0述提升阀还包括阀芯导向器和偏压部件,其配置成用于将设置在所述阀芯导向器内部的阀芯闸门偏压在所述阀体上,以关闭所述提升阀,所述方法包括:xa0使所述提升阀的流通道中的流动加速,从而减小所述流通道的某一区域中的静压力,所述流通道设置成能够使所述流入口与所述流出口保持流体连通,所述流通道的一部分形成于所述阀芯导向器和所述阀体之间;和xa0使所述阀芯导向器的内室与所述流通道的减小的静压力的区域保持流体连通,从而减小促使所述提升阀关闭的作用在所述阀芯闸门的内表面且朝向所述阀体的内表面的流体压力。xa0
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述流动加速还包括,通过所述阀芯导向器中的至少一个孔而加速流动,静压力减小的所述区域定位在所述至少一个孔所在的所述流通道的那部分中。xa0
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述保持流体连通包括,通过设置在所述阀芯导向器中的至少一个排出孔而使所述阀芯导向器的内室与所述流通道的所述静压力减小的区域保持流体连通。xa0
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述至少一个排出孔相对于所述阀体的中心轴线是倾斜的。xa0
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述至少一个排出孔的倾斜角度在10至25度之间变化。xa0
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述倾斜角度大约为19度。xa0
12.一种提升阀,其包括:xa0阀体,所述阀体具有中心轴线、流入口和流出口;xa0阀芯导向器,其设置在所述阀体的内部,从而形成从所述流入口至所述流出口的流通道的第一部分,所述流通道形成于所述阀体的内表面和所述阀芯导向器的外表面之间,并且经过所述阀芯导向器中的xa0至少一个孔;xa0阀芯闸门,其设置在所述阀芯导向器的内部,从而形成位于所述阀芯闸门的外表面和所述阀体的内表面之间的所述流通道的第二部分;xa0设置在所述阀芯导向器的内室中的弹簧,所述弹簧配置成用于将所述阀芯闸门向所述流入口的内表面偏压,以阻塞所述流通道;和xa0泄放流通道,其使所述阀芯导向器的内室与所述流通道的第一部分的低静压力区域在所述至少一个孔的位置处保持流体连通,所述泄放流通道相对于所述阀体的中心轴线是倾斜的。xa0
13.根据权利要求12所述的提升阀,其特征在于,所述至少一个孔的直径相对所述流入口的直径的比值在0.36至0.44的范围内。xa0
14.根据权利要求12所述的提升阀,其特征在于,所述至少一个排出孔的倾斜角度在10至25度之间变化。xa0技术领域
所公开的实施例大体上涉及压缩机,更具体地而言,本发明涉及带有改进的泄放孔(purgexa0hole)的超高压压缩机(hyperxa0compressor)的提升阀。
背景技术
那些能够产生高达3,000巴或3000巴以上的气体压力级的超高压压缩机被广泛用于工业应用,包括但不局限于低密度聚乙烯或LDPE的生产。这些压缩机的有效性能至少部分地受到吸入和排出自动提升阀的控制。图1显示了一种处于打开位置的传统的提升阀10。如图所示,传统的提升阀10包括阀体11、弹簧14和阀芯导向器(poppetxa0guide)16,阀体11包含阀芯(poppet)或阀芯闸门(poppetxa0shutter)12,其配置成可打开和关闭流入和流出超高压压缩机的气体流动路径,弹簧14配置成可将阀芯12保持在关闭位置,阀芯导向器16包含阀芯12和弹簧14。如图所示,当阀芯闸门12被迫打开时,形成了从入口18至出口20的传统提升阀10的流通道17(如图1中的若干个箭头所标识),此流动路径被位于阀芯闸门12和阀体11之间以及在阀芯导向器16和阀体11之间所形成的空间所限定。传统提升阀10的阀芯导向器16还包括沿着阀芯导向器16的轴线24的排出口22,其将阀芯导向器16的内室26连接到流动停滞区域中的流通道17上,阀芯室26中的背压至少部分地由在传统提升阀10的轴线24周围的流通道17的区域中的静压力来限定。这些提升阀在用于生产LDPE的工厂中所使用的超高压压缩机的可靠性方面扮演重要的角色。这种阀门的性能不仅依赖于所选择的材料属性和用于承受高的操作气压的适当设计,而且还依赖于阀芯闸门12的固有的动态特性。阀门的正确打开和关闭受到各种设计约束的影响,其与若干作用在阀门上的动态作用力相关,包括作用在阀芯闸门12和阀芯导向器16上以打开阀门的阻力,该阻力是由气体流与所提到的阀门部件相互作用而产生的;作用在阀芯导向器16上以关闭传统阀门10的气体压力,该气体压力是由作用在阀芯导向器16背面上的回流压力而产生的;与阀芯闸门12的质量相关联的惯性力;以及尤其由弹簧14产生的用以关闭阀门的弹簧力。上面提到的设计约束的一个示例包括在超高压压缩机的活塞的吸入冲程期间需要完全且稳定地打开闸门的要求。在这种情况下,减小的流动面积可能造成压力损失的增加和更高的气体温度,导致压缩机效率上的损失。此外,不稳定的闸门运动还可能导致在故障之间的维护保养时间减少,这主要是由于在移动部件和稳定部件之间的冲击数量增加的缘故。设计约束的另一示例涉及在活塞反向运动之前需通过复位弹簧来关闭闸门以避免回流的要求。另外,阀芯在早期关闭期间的运动可能由于作用在与弹簧力相同方向上的气体阻力而被进一步加速。又一示例涉及需要将移动部件和固定部件之间的冲击速度保持在可容许的限度内以防止或最大限度地减少冲击面磨损的要求,以及不必要地增加阀门构件的冲击强度的要求,因而增加了阀门的重量和成本。最后,设计约束的另一示例是对粘滞现象低敏感性的要求,粘滞现象尤其是由于气体中存在润滑油和其它污染物而造成的,其在相互接触的各种表面上造成粘滞,而导致冲击速度提高和阀门关闭延迟。不同的因素,例如高的气体温度、提早磨损、聚合物的存在或大的噪声,都可能是不良阀门性能的迹象,其可能导致阀门寿命的下降。三维计算流体动力学(或CFD)已经广泛地用于精确地模拟各种阀门操作条件下的压力损失、阻力、压力分布和流量系数。基于这些模拟研究和实验结果,已经知晓阀芯运动可与临界性能因素关联起来,并可用于估算阀门寿命,并且在传统的阀门结构中,上面提到的阻力和压力不足以稳定地或完全地打开阀门。因此,需要研制一种用于超高压压缩机的改进的提升阀,其将被更有效地打开并保持开启状态,因而提高了压缩机性能并减少了维护和停机时间。
发明内容
通过使提升阀后部分中的气体流动加速,在泄放的阀门内室中可获得减小的静压力,从而减小作用在阀芯闸门上以导致阀门关闭的气体压力,减小打开阀门所需要的沿着阀门的压差,并使阀门的动态开度稳定。通过这样的提升阀可解决一个或多个上面概括的要求或本领域中的其它要求,该提升阀包括阀体;设置在阀体内部从而形成从该阀门入口至出口的流通道的阀芯导向器;设置在阀芯导向器内部的阀芯闸门;和偏压部件,其使阀芯闸门偏离阀芯导向器而朝向流入口的内表面,从而阻塞流通道,阀芯导向器还包括至少一个排出孔,其使阀芯导向器的内室与流通道的低静压力区域保持流体连通。在另一实施例中,根据所公开主题的提升阀包括阀体;阀芯导向器,其设置在阀体内部从而形成从阀门入口至出口的流通道;设置在阀芯导向器内部的阀芯闸门;设置在阀芯导向器内室中的弹簧;和倾斜的泄放流通道(purgexa0flowxa0passage),其使阀芯导向器的内室与流通道的低静压力区域保持流体连通。用于减小作用在提升阀的阀芯闸门上的关闭压力的方法,也属于本文所公开的主题的范围内。这些方法包括如下步骤:使阀门流通道中的流动加速,从而降低位于阀门入口和出口之间的流通道区域中的静压力,该流通道的一部分形成于阀芯导向器和阀体之间;并使阀芯导向器的内室与该流通道的静压力减小的区域保持流体连通,从而减小作用在阀芯内表面上的朝向阀体内表面的流体压力。根据本发明,提供了一种提升阀,其包括:阀体,所述阀体具有中心轴线、流入口和流出口;阀芯导向器,其设置在所述阀体的内部,从而形成从所述流入口至所述流出口的流通道的第一部分,所述流通道形成于所述阀体的内表面和所述阀芯导向器的外表面之间,并且经过所述阀芯导向器中的至少一个孔;阀芯闸门,其设置在所述阀芯导向器的内部,从而形成位于所述阀芯闸门的外表面和所述阀体的内表面之间的所述流通道的第二部分;和偏压部件,其设置在所述阀芯导向器的内室中,所述偏压部件配置成用于将所述阀芯闸门向所述流入口的内表面偏压,以阻塞流通道,其中,所述阀芯导向器还包括至少一个排出孔,其使所述阀芯导向器的内室与所述流通道的低静压力区域保持流体连通;其中,所述至少一个排出孔在所述至少一个孔处连到所述流通道。根据本发明,还提供了一种用于减小作用在提升阀的阀芯闸门上的关闭压力的方法,所述提升阀具有阀体,所述阀体具有中心轴线、流入口和流出口,所述提升阀还包括阀芯导向器和偏压部件,其配置成用于将设置在所述阀芯导向器内部的阀芯闸门偏压在所述阀体上,以关闭所述提升阀,所述方法包括:使所述提升阀的流通道中的流动加速,从而减小所述流通道的某一区域中的静压力,所述流通道设置成能够使所述流入口与所述流出口保持流体连通,所述流通道的一部分形成于所述阀芯导向器和所述阀体之间;和使所述阀芯导向器的内室与所述流通道的减小的静压力的区域保持流体连通,从而减小促使所述提升阀关闭的作用在所述阀芯闸门的内表面且朝向所述阀体的内表面的流体压力。根据本发明,还提供了一种提升阀,其包括:阀体,所述阀体具有中心轴线、流入口和流出口;阀芯导向器,其设置在所述阀体的内部,从而形成从所述流入口至所述流出口的流通道的第一部分,所述流通道形成于所述阀体的内表面和所述阀芯导向器的外表面之间,并且经过所述阀芯导向器中的至少一个孔;阀芯闸门,其设置在所述阀芯导向器的内部,从而形成位于所述阀芯闸门的外表面和所述阀体的内表面之间的所述流通道的第二部分;设置在所述阀芯导向器的内室中的弹簧,所述弹簧配置成用于将所述阀芯闸门向所述流入口的内表面偏压,以阻塞所述流通道;和泄放流通道,其使所述阀芯导向器的内室与所述流通道的第一部分的低静压力区域在所述至少一个孔的位置处保持流体连通,所述泄放流通道相对于所述阀体的中心轴线是倾斜的。上面的概述阐述了本发明各种实施例的特征,以便更好地理解以下的详细说明,并可更好地领会其对本领域的贡献。当然,后文中将描述本发明的其它特征,并且其将用于所附权利要求的主题。在这方面,在详细解释本发明的若干实施例之前,应该懂得,本发明的各种实施例在其应用方面并不局限于以下说明书中所陈述或图中所示的结构细节和构件布置。本发明能够具有其它实施例,并能够以各种方式来实践和实现。另外,应该懂得,这里采用的用语和术语是为了描述的目的,而不应该被认为是具有限制性。因此,本领域中的技术人员应该懂得,作为本公开基础的构思,可易于被用作设计其它用于实现本发明的若干目的的结构、方法和/或系统的基础。因此重要的是,只要其不脱离本发明的精髓和范围,权利要求就应被视为包括这类等同结构。此外,本申请的摘要的目的是可使专利审查员和/或普通公众、尤其本领域中不熟悉专利或法律术语或用语的科学家、工程师和专业人员可从粗略的检查中快速地确定本申请的技术发明公开的性质和本质。因此,摘要既不意图限定本发明或本申请(仅由权利要求确定),而且也不意图以任何方式来限制本发明的范围。
附图说明
对所公开的本发明实施例的更完整的理解和其许多伴随的优势将很容易获得,就象这些通过在结合附图时参照以下详细说明将变得更好理解那样,其中:图1显示了处于打开位置的传统提升阀的截面图;和图2显示了根据本发明公开主题的一个典型实施例的处于打开位置的提升阀的截面图。
具体实施方式
本文所公开的主题的实施例大体上涉及压缩机,更具体地涉及带有改进的泄放孔的超高压压缩机的提升阀。通过使该阀门后部分中的气体流动加速,就在阀芯导向器的泄放的内室中形成减小的静压力,从而减小作用在内室上以导致阀门关闭的气体压力,减小沿着阀门的以打开该阀门的压差,并使与打开阀门相关的动态过程稳定。现在将参照附图描述本文所公开的提升阀的若干实施例,其中相似的标号指示全部若干视图中的相同或相应的部件。图2显示了根据所公开主题的一个典型实施例的提升阀50。如可适用的领域中的普通技术人员所理解的那样,提升阀50可以是吸入阀或排出阀。如图所示,已经显示提升阀50处于打开位置。提升阀50包括阀体52、闸门54、闸门导向器56和弹簧58,该弹簧58偏压阀体52而使其偏离闸门导向器56,从而使阀芯闸门54承靠在阀体52的内表面上。提升阀50还包括入口58和出口60。在操作过程中,弹簧58压迫闸门54,使得闸门54的表面的一部分62抵靠在阀体52的内表面64上,从而防止气体从入口58流到出口60,或反之亦然。当由入口58中的气体压力施加于闸门54上的作用力高于弹簧58的偏压力时,闸门54被移动到打开位置,从而容许气体通过在闸门54和阀体52之间以及在闸门导向器56和阀体52之间形成的流通道66而从入口58流到出口60。还如图2中所示,闸门导向器56包括两个后孔68以及一个或多个排出孔70,后孔68形成流通道66的一部分,所述一个或多个排出孔70使闸门导向器56的内室72与流通道66保持流体连通。如图2中进一步所示,排出孔70相对于提升阀50的中心线74是倾斜的,使得流通道66的其中流过提升阀50的气体流动加速的那个区域连接在闸门导向器56的内室72上。因为气体流加速通过该流动加速区域,所以减小了内室72中的静压力,从而减小了作用在闸门54上而将其偏压在阀体52的内表面64上的气体压力。另外,如本领域中的普通技术人员所理解的那样,可选择后孔68的直径,从而控制该流动加速区域中的流动加速度的量。具体地说,提升阀50的后孔68的直径D_rr小于图1中所示的传统阀门10中的相应的孔。例如,但不应认为具限制性的是,在一特定实施例中,提升阀50的D_rr是传统阀门10的排出口22的直径D_do的66%。因而,假定提升阀50和传统阀门10具有相似的入口直径,即25mm的D_i,那么对于传统阀门10的D_do/D_i为大约0.6,而对于提升阀50的D_rr/D_i可在0.36至0.44范围内变化,优选为0.4。另外,考虑内室72中的弹簧58的布置,确定用于倾斜的排出孔70的倾斜角度,从而保证内室72连接在后孔68上。因此,对于刚才所述的典型的实施例,用于倾斜角度的取值范围将在10至25度之间,优选19度。因而图2提升阀50的某些有利的特征包括:(1)后孔68,其带有减小的直径,从而造成穿过流通道66的流在其中排出孔70将闸门导向器56的内室72连接到流通道66上的区域中得以加速,和(2)一个或多个倾斜的排出孔70,其将流通道66的后孔68连接到闸门导向器56的内室72上。利用这些有利的特征,可将静压力从流通道66的低静压力位置(即流动加速的位置)“传送”到闸门导向器56的内室72。结果减小了背压,并使阀门打开变得更为稳定。如上所述,通过使阀门后部分中的气体流动加速,在阀室内部形成减小的静压力,从而减小了作用在阀芯内室上以导致阀门关闭的气体压力,并减小了沿着阀门的以打开阀门的压差,并使打开阀门的动态过程稳定。考虑了流体运动和阀门动力学的CFD模拟结果已经证实了如上所述的提升阀50的操作。用于阀门动力学的数学模型基于两个微分方程,一个涉及针对某压力降的经过打开的阀门的气体流动,另一个涉及在这些作用影响下的闸门的运动定律,这些作用包括:由于闸门质量的惯性力、阻尼力、来自复位弹簧的弹力、穿过阀门的气体阻力,以及在闸门行程末端闸门对固定部件的冲击力。通过利用带有壁积分边界处理(wallxa0integrationxa0boundaryxa0treatment),采用两方程涡流粘度湍流模型(K-ω)来对用于稳流的雷诺-平均奈维尔-斯托克斯方程(Reynolds-averaged,Navier-Stokesxa0equation)求解,从而可预测流体流。所公开的主题的其中一个有利的特征是泄放孔的移位(shifting),其容许气体作用力的增加。这种孔配置成可容许气体在包含于阀芯和导向器之间的容积的进入和离开,能够从传统阀门设计中的停滞区域(因此施加于阀芯背面上的压力较高)改变为气体速度达到更高值的区域,因而可以降低该压力,造成作用在闸门上的气体作用力的分量大于弹簧反作用力,从而导致上述好处以及本领域中的普通技术人员在理解本文所公开的主题时将清楚的其它好处。用于减小作用在提升阀的阀芯闸门上的关闭压力的方法,也属于本文所公开的主题的范围内。这些提升阀包括阀体、阀芯导向器和偏压部件,阀体具有中心轴线、流入口和流出口;偏压部件配置成可将设置在阀芯导向器内部的阀芯闸门偏压在阀体上,从而关闭提升阀。这些方法包括如下步骤:使阀门流通道中的流动加速,从而减小流通道区域中的静压力,流通道设置成可使阀体的流入口与流出口保持流体连通,流通道的一部分形成于阀芯导向器和阀体之间;并使阀芯导向器的内室与流通道中的静压力减小的区域保持流体连通,从而减小作用在阀芯闸门的内表面上的朝向阀体内表面的流体压力。在所公开的方法中,流通道穿过至少一个位于阀芯导向器中的孔,并且低静压力区域定位于所述至少一个孔所在的流通道的一部分中。另外,保持流体连通可备选地包括,通过至少一个设置在阀芯导向器中的排出孔而使阀芯导向器的内室与流通道的这一部分保持流体连通。如上所述,低静压力区域是流动加速的区域,并且所述至少一个排出孔相对于阀体的中心轴线是倾斜的。所述至少一个排出孔的倾斜角度可在10至25度之间变化。因而,虽然设想了所述至少一个排出孔的倾斜角度的某一范围,但大约19度的倾斜角度是有利的。虽然在图中显示并在上面结合若干个典型实施例具体且详细地完整描述了本文所述主题的公开实施例,但是本领域中的普通技术人员应该明白,在实质上没有脱离本申请所陈述的新颖教导、原理和构思以及所附权利要求中所阐述的主题的优势下,许多修改、变化和省略都是可行的。因此,所公开的创新的恰当范围应仅仅由所附权利要求的广泛诠释来确定,从而包含所有这些的修改、变化和省略。另外,任何过程或方法步骤的顺序或次序可根据备选实施例而变化或重新排序。最后,在权利要求中,任何手段-加-功能的条款都意图涵盖这里所述的执行所述功能的结构,不仅是结构等同物,而且包括等同结构。