专利名称：：涡流控制装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种涡流控制装置。涡流控制装置，或是"涡流阀"，其应用于雨水系统之类中，在强烈的流动条件下用于限制流入污水总管的雨水的流速。举例来说，一个接收来自街道边铁栅的雨水的集水沟可能在其出口处具有一个涡流控制装置，这样在暴雨的情况下，来自集水沟的流出物将得到限制。如果进入集水沟的流入物超过由流量控制装置控制的流出物，水量将在集水沟中积聚直到情况得以缓解。GB2409537则揭示出这样的一种装置。该装置包含容室，该容室具有相对布置的端壁和绕着一轴线延伸的并位于该端壁之间的外壁。其中的一个端壁具有大体上位于该轴线上的出口，且该容室也具有沿该轴线的切线方向的入口。因此，当装置中的压位差超过一定数值时，容室中流入的水则形成涡流以限制通过出口的流出物。GB2409537的装置中，该入口由外壁上的圆形孔隙所构造成，该入口的大小可借助于滑动弓形板(slidingarcuateplate)而改变。因此，相同的容室可用来使涡流控制装置具有不同的特性，并通过将弓形板适当地定位而达成该目标。同样地，已安装的涡流控制装置可改变其特性，例如，通过调整弓形板，则可使流动状态在其操作的过程中发生改变。另一种此类装置，诸如涡流式节流阀(vortexthrottle)，揭露于US5524393中。其中描述的装置用于控制从屋顶流走的雨水。依照本发明的一个方面，本发明提供一种涡流控制装置，该涡流控制装置包含容室，该容室限定出涡流室，该容室包含相对布置的端壁和绕着一轴线延伸的外壁，该外壁位于该端壁之间，该外壁包含弯曲部，该弯曲部绕着该轴线延伸，该弯曲部的一端与相对于该轴线沿着切线方向延伸至第一自由边缘的平面部相邻接，该弯曲部的另一端与沿着朝向该平面部的方向延伸并终止于第二自由边缘处的终端部相邻接；出自该容室的出口，该出口设置于其中一个端壁中，以及到该容室的入口，该入口限定在该外壁中并位于第二自由边缘和该平面部之间，该入口构造成使流经该入口进入到该涡流室的流体在该涡流室中产生绕着该轴线的循环流，其特征在于，沿着朝向逆流边缘的方向引导该终端部使其远离循环流，由此，借助于流经该入口进入到该涡流室的流体在入口的区域中形成紊流，该终端部以85。至95°的角度向该平面部倾斜。在这种装置的一个实施例中，该外壁可由第一和第二外壁部件构成，该第一外壁部件包含平面部和弯曲部，而第二外壁部件则包含终端部，该终端部紧固至端壁和弯曲部上。该终端部可确定方向使其由该弯曲部朝向该平面部的第一自由边缘进行引导。该入口可位于与平面部的切线方向相垂直的平面内。该外壁的弯曲部可围绕该轴线以超过不小于270。的角度延伸。在一个特定的实施例中，该平面部和该终端部大体上相互垂直。依照本发明的另一方面，本发明提供一种制造涡流控制装置的方法，该涡流控制装置包含容室，该容室限定出涡流室，该容室包含相对布置的端壁和绕着一轴线延伸的外壁，该外壁位于该端壁之间；出自该容室的出口，该出口设置于其中一个端壁中；以及到该容室的入口，该入口设置在该外壁中并被构造成使流经该入口进入到该涡流室的流体在该涡流室中产生绕着该轴线的循环流，相对于位于该入口区域中的循环流的方向将该入口限定在该外壁的逆流边缘和顺流边缘之间，该逆流边缘为该外壁的终端部的边缘，其特征在于，该方法包含以下步骤(a)制造包含有端壁和部分外壁的模板单元，该部分外壁不包含(excluding)该终端部；以及(b)随后将该外壁的终端部紧固至该模板单元上。基于该涡流控制装置的所需特性可确定位于第二过渡部和顺流边缘之间的该终端部的长度。依照本发明的第三方面，本发明提供一种制造涡流控制装置的方法，该涡流控制装置包含容室，该容室限定出涡流室，该容室包含相对布置的端壁和绕着一轴线延伸的外壁，该外壁位于该端壁之间；出自该容室的出口，该出口设置于其中一个端壁中；以及到该容室的入口，该入口设置在该外壁中并被构造成使流经该入口进入到该涡流室的流体在该涡流室中产生绕着该轴线的循环流，相对于位于该入口区域中的循环流的方向将该入口限定在该外壁的逆流边缘和顺流边缘之间，该逆流边缘为该外壁的终端部的边缘，其特征在于，该方法包含以下步骤(a)制造多个相同的模板单元，每个模板单元均包含有端壁和部分外壁，该部分外壁不包含该终端部；以及(b)确定将要提供的涡流控制装置的所需特性；(c)确定将要被紧固至所述模板单元之一的终端部的所需尺寸，以提供所述所需特性；以及(d)将所需尺寸的终端部紧固至所述模板单元之一。该第二平面部可通过焊接而紧固至该模板单元上。在该涡流控制装置的一个可选实施例中，该容室可包含一体模制件。依照本发明的第四个方面，本发明提供一种制造涡流控制装置的方法，该涡流控制装置包含容室，该容室为一体模制件并限定出涡流室，该容室包含相对布置的端壁和绕着一轴线延伸的外壁，该外壁位于该端壁之间；出自该容室的出口，该出口设置于其中一个端壁中；以及到该容室的入口，该入口设置在该外壁中并被构造成使流经该入口进入到该涡流室的流体在该涡流室中产生绕着该轴线的循环流，相对于位于该入口区域中的循环流的方向将该入口限定在该外壁的逆流边缘和顺流边缘之间，该逆流边缘为该外壁的终端部的边缘，其特征在于，该方法包含以下步骤(a)制造包含有端壁和外壁的模板单元；(b)移除该外壁的区域以形成该终端部和该平面部的自由边缘，由此形成了具有所需尺寸的入口。为使本发明更便于理解，且为了更为清楚地显示本发明是如何发挥其功效的，现以实施例的形式提供附图作为参考，其中图1所示为模板单元接受外壁部件以形成涡流控制装置；图2所示为涡流控制装置成品；图3为与图2相一致的涡流控制装置的流动特性；5图4为公知涡流控制装置的流动特性；图5所示为公知涡流控制装置中的压力梯度；图6所示为与图2相一致的涡流控制装置中的压力梯度；图7所示为公知涡流控制装置中的紊流强度；以及图8所示为与图2相一致的涡流控制装置中的紊流强度；图9所示为图5中的涡流控制装置的流线谱；图10对应图9，其显示如图2所示的涡流控制装置的流线谱；图11对应图IO，其显示为可选的涡流控制装置的流线谱；图12为图11中的涡流控制装置的示意图；图13所示为与本发明不一致的涡流控制装置中的压力梯度；图14对应图13，所示为与本发明相一致的涡流控制装置中的压力梯度；图15所示为另一个与本发明不一致的涡流控制装置中的压力梯度；图16为展示不同布局的涡流控制装置中的压力下降总计的曲线图。如图1所示，模板单元2包含相平行的端壁4、6和第一外壁部件8。该外壁部件8包含弯曲部IO，该弯曲部IO在过渡部12处平滑地并入平面部14之中。该弯曲部10绕着一轴线X沿圆周延伸。该端壁4中具有出口5，该出口5位于该轴线X上。该弯曲部10可为正圆筒形，即沿着轴线X的方向上观察是圆形的。但是在可选的实施例中，该弯曲部10则可具有非圆形的构型，例如以螺旋形的形式。如图1和图2所示，该外壁部件8绕着轴线X具有单一的曲率。该弯曲部10和平面部14可由一具有适当形状的长条薄片材料而成型，该薄片材料可为钢。同样地，该端壁4、6可由钢片制成。模板单元2具有开口16。该开口16由端壁4、6的平行整齐边缘18、20、该平面部14的第一自由边缘22及该弯曲部10的第二边缘24而限定。该开口16因此呈矩形并位于同一平面内。终端部以平板26的形式构成第二外壁部件，可将其安装至该模板单元2上以部分地闭合该开口16。因此，矩形的板26在端壁4、6的边缘18、20处和弯曲部10的边缘24处焊接至该模板单元。由此而形成的完整单元如图2所示。可理解的是，该板26在边缘24处与该弯曲部10相邻接，也因此在由第一和第二外壁部件8、26组成的外壁中构成了对应于第一过渡部12的第二过渡部。该板26终止在与第二自由边缘32处相对的过渡部24，该第二自由边缘32和第一自由边缘22限定出了该成品装置的入口30的上、下端。由于端壁4、6的边缘18、20邻接板26的侧向边缘且延伸至第一自由边缘22，可理解的是，该板26的方位因此由第一自由边缘22向过渡部24进行引导。此外，平面部14垂直于端壁4、6的边缘18、20，因此该平面部14也垂直于板26。在一个可选的实施例中，该模板单元可制成一体模制件(one-piecemoulding),其在模制成型中使该开口16完全地闭合，以使该外壁连续地沿圆周方向环绕该模板单元。因此，不是添加平板26以减少该开口16的尺寸以得到理想尺寸的入口30，而是根据图1中的开口16，只需切去外壁8上的理想尺寸的平面区域而得到该入口30。为付诸实施，图2中所示的装置可安装于一个集水沟中，在降雨的过程中，雨水在该集水沟中得以释放。该装置安置于该集水沟中以使该入口30暴露于该集水沟的内部，且6该出口5连接出口管，该出口管由该集水沟延伸至下水道或是从该集水沟接受水流的其他管道。在流入集水沟的水流流速较低的情况下，当集水沟中的水平面到达该出口5的最低处时，流经入口30进入到该装置中的水会流向该出口5。在水流的流速较高时，集水沟中的水平面将进一步地上涨，且增大的压位差会提高流经入口30的水的流速。由于流经入口30的水流沿着轴线X的切线方向进行引导，因此进入的水流会在装置中绕着轴线X而形成涡流。在这些情况下，边缘22会被视为是在涡流中相对于圆周水流方向的逆流边缘(upstreamedge)，而边缘32则被视为是顺流边缘(downstreamedge)。人们已惊讶地发现，具有如图2中所示构型的涡流控制装置会导致一种流动特性，即如图3所示，该涡流控制装置具有令人意想不到的优点。首先考虑一公知涡流控制装置的流动特性，如图4所示，可以看出当装置经受的压位差增大时，流经该装置的流速开始相对增长并相对快地增长到反向点(reversalpoint)A。在该装置中，涡流在该点处开始起动。在涡流开始建立时，在压位差增长的同时流速因此而减缓，直到到达第二反向点B，在该点处涡流已经完全地形成了。当压位差从点B处开始增大时，流速再一次增长，但是出现增长的速率比至点A的要低。如图2中所示的装置，其流体特性如图3所示，可理解的是，该流动特性具有一个跟随在反向点A之后的额外的过渡点C。因此，在压位差从点A处开始增长的情况下，流速降低的速率也开始较图4所示的有所减缓，然而仍然持续超过压位差相对较大的增长。在点C处，当涡流已完全地形成时，至点B的流速降低的速率相对地开始加快，而经过点B之后流速则如图4中的特性开始增长。可理解的是，按本发明的装置(图3)，由点A至点B之间流速的降低要大于公知装置(图4)中的流速降低。对于涡流控制装置而言，理想的特性体现在装置中的流速随着增长的压位差而逐渐地增长至点A，而在点A之后保持恒定，也就是说无论压位差如何的进一步的增长，该流速在其特性上均表现为一条垂直的线。可理解的是，从图3和图4，如图2所示的本发明的装置允许流速保持在点A处或是低于点A的情况下比公知装置具有更大的压位差的增长。图5和图6再一次与公知装置(图5)和如图2中所示的装置(图6)进行了比较。图5和图6示出了相对于出口5处的压力(图5和图6中未示)的静态压力的等高线，以千帕(kPa)为测量单位。图5和图6示出了具有相同外部尺寸和相同的出口5的直径的涡流控制装置。可理解的是，相较于公知的类似装置(图5-在其中入口的标记为30')，按本发明(图6)的装置支持入口30和出口5之间更大的压差。特别可理解的是，按本发明的装置中的压差超过了30kPa，而公知装置中的压差仅仅约为24kPa。上述的结果是，为达到相同的压差，按本发明的涡流控制装置可具有一个更大直径的出口5。其具有一个优点，即出口5不致老是阻塞。图7至图11显示出增长的压力损耗是如何达到的。由于常用单元(图7和图9)的外壁8'在入口30'处向上弯曲至自由边缘32'，故无论水流通过入口30'进入该单元中还是其绕着单元的内部旋转，水流的路径均为相对的流线型。因此，从装置外的水流至装置内的沿圆周方向的涡流具有一个平滑的过渡。如图7所示的紊流强度在入口30'处相对地较低。由前述认为，在该区域内将紊流减至最低有利于在该装置的操作范围之外获得预想的流动特性。按本发明的一个实施例中，如图8和IO所示，垂直于反向布置的平面部14平7板26使水流的路径偏离流线型。当水流进入到单元中，且水流在单元中环流时，该装置具有促进从外壁8而来的"流分离(flows印aration)"的效果。这在单元外也形成有紊流。这些分离区域典型地包含小液流再循环或是小漩涡42、44，如图IO所示，由流入物生成的小漩涡42和由沿相反方向的循环水流生成的小漩涡44。可以认为，相反的旋转造成了紊流的增长，并导致水流在小漩涡42和44之间发生流剪切(flowshearing)。上述所提到的紊流强度，其在图7和图8中以百分数表示，为紊流速度变化的均方根与水流速度的平均值的比值。由上述可知，按本发明的涡流控制装置的外壁8的构型使该装置的性能既在如图3中的液流特性方面且在实施过程中所达成的压力损耗方面均得到了提高。此外，按本发明的涡流控制装置在装置的制造上具有优势。如图1所示，板26作为制造过程中的最后一道工序，或是作为最后一道工序之一，该板26紧固至模板单元2上(例如焊接至边缘18、20和24)。由过渡部24至顺流边缘32的板26的长度确定了入口30的大小，并因此决定了成品装置的流动特性。因此，由相同的模板2仅仅配上尺寸合适的板26，而构造出多个具有不同流动特性的不同装置是可能的。相同模板单元2可以高效地批量生产并库存。当需要一个具有特定流动特性的涡流控制装置时，可以从库存中取出一个模板单元配上一个尺寸合适的板26以构造出该装置。可根据各个订单而专门地制造板26，或者可储存不同尺寸的板26以满足需求。单一尺寸的模板单元2可因此覆盖大范围的流动条件。为扩展需覆盖的流动条件的范围，模板单元2可按不同的尺寸构造，但是特定的流动特性仍然是由最后一道制造工序，即通过配合上一个尺寸合适的板26而获得。图11和图12所示为该涡流控制装置的一个可选实施例。其局部与图2所示的装置相一致，并标示以相同的附图标记。在图11和图12的实施例中，终端部延伸至顺流边缘32，其不是以图1和图2中实施例的单独板26的形式，而是弯曲部10的延长部36。尽管如图12所示的理论上的第二过渡部24不是由实际上的接合构成的。终端部36包括一个反向弯曲38，故引导最接近顺流边缘32的区域40远离该装置的内部，换句话说，在外表上看，远离限定在容室2内的该涡流室的内部，当水流流经入口30且在单元内循环时，由此加剧了流分离和随之而来的紊流强度。如图11和12所示的装置可作为包含一体模制件的模板而形成，例如通过旋转模制，但是如图9所示，模制的材料需延伸超过入口30。按装置所需要的流动特性确定了的开口30的最终位置，由制作初始模板的剩余材料来制造所需尺寸的开口30。作为模制过程的结构，外壁8可为连续的圆形，因此入口30是完全封闭的，直到外壁8的部分被切掉。如图儿所示，作为提供削具入口(sharperinlet)的反向弯曲38的作用，其促使单元内和单元外更多的环流有更多的流分离，并增强紊流和能量损耗。可理解的是，如图1和图2中所示的制造过程也可应用于具有如图12中所示构型的涡流阀，反之亦然。图13至图16表明板26和平面部14之间夹角的作用。在图13和图15中，板26以18°的角度向平面部14倾斜，或是伸入到涡流室中(图13)或是从该涡流室中伸出来(图15)。图14的一种方案为，按本发明，板26垂直于平面部14。图13至图15的所有变化均具有直径为100mm的出口5(图中未示)且在相同的8(ComputationalFluidDynamicsmodelling,CFD)估算。由图13至图15中的压力等高线可理解的是，图14中所示的单元支持了最大的压力下降。其由下面的表格得以确认。该表格不仅包括由图13至图15所示的方案结果，而且包括板26以反方向的9。的角度倾斜的两种另一方案的结果。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>从这些结果可理解的是，本单元能够支持的最大压力下降出现在板26位于或是接近垂直于平面部14的时候，而且如果欲对任何给定的压力负荷的情况下使出口5的直径最大，则图14的方案将提供优等的效果。权利要求一种涡流控制装置，其包含容室，该容室限定出涡流室，该容室包含相对布置的端壁和绕着一轴线延伸的外壁，该外壁位于该端壁之间，该外壁包含弯曲部，该弯曲部绕着该轴线延伸，该弯曲部的一端与相对于该轴线沿着切线方向延伸至第一自由边缘的平面部相邻接，该弯曲部的另一端与沿着朝向该平面部的方向延伸并终止于第二自由边缘处的终端部相邻接；出自该容室的出口，该出口设置于其中一个端壁中；以及到该容室的入口，该入口限定在该外壁中并位于第二自由边缘和该平面部之间，该入口构造成使流经该入口进入到该涡流室的流体在该涡流室中产生绕着该轴线的循环流，其特征在于，沿着朝向逆流边缘的方向引导该终端部使其远离循环流，由此，借助于流经该入口进入到该涡流室的流体在入口的区域中形成紊流，该终端部以85°至95°的角度向该平面部倾斜。2.如权利要求1所述的涡流控制装置，其特征在于，该终端部是平坦的，且该终端部相对于该轴线切向地延伸。3.如权利要求2所述的涡流控制装置，其特征在于，该终端部由该弯曲部朝向该平面部的自由边缘进行引导。4.如权利要求1所述的涡流控制装置，其特征在于，当平行于该轴线观察时，该终端部包括反向弯曲，以使该终端部的邻近该逆流边缘的区域向着该涡流室的外部进行引导。5.如前述任一项权利要求所述的涡流控制装置，其特征在于，该入口位于与平面部的切线方向相垂直的平面内。6.如前述任一项权利要求所述的涡流控制装置，其特征在于，该弯曲部在该平面部和该终端部之间围绕该轴线以超过不小于270°的角度延伸。7.如前述任一项权利要求所述的涡流控制装置，其特征在于，该外壁由第一部件和第二部件所构造成，该第一部件包括该平面部和该弯曲部，该第二部件包括终端部。8.如前述任一项权利要求所述的涡流控制装置，其特征在于，该容室包含一体模制件。9.一种制造涡流控制装置的方法，该涡流控制装置包含容室，该容室限定出涡流室，该容室包含相对布置的端壁和绕着一轴线延伸的外壁，该外壁位于该端壁之间；出自该容室的出口，该出口设置于其中一个端壁中；以及到该容室的入口，该入口设置在该外壁中并被构造成使流经该入口进入到该涡流室的流体在该涡流室中产生绕着该轴线的循环流，相对于位于该入口区域中的循环流的方向将该入口限定在该外壁的逆流边缘和顺流边缘之间，该逆流边缘为该外壁的终端部的边缘，其特征在于，该方法包含以下步骤(a)制造包含有端壁和部分外壁的模板单元，该部分外壁不包含该终端部；以及(b)随后将该外壁的终端部紧固至该模板单元上。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，基于该涡流控制装置的所需特性来确定该终端部的长度。11.一种制造涡流控制装置的方法，该涡流控制装置包含容室，该容室限定出涡流室，该容室包含相对布置的端壁和绕着一轴线延伸的外壁，该外壁位于该端壁之间；出自该容室的出口，该出口设置于其中一个端壁中；以及到该容室的入口，该入口设置在该外壁中并被构造成使流经该入口进入到该涡流室的流体在该涡流室中产生绕着该轴线的循环流，相对于位于该入口区域中的循环流的方向将该入口限定在该外壁的逆流边缘和顺流边缘之间，该逆流边缘为该外壁的终端部的边缘，其特征在于，该方法包含以下步骤(a)制造多个相同的模板单元，每个模板单元均包含有端壁和部分外壁，该部分外壁不包含该终端部；以及(b)确定将要提供的涡流控制装置的所需特性；(c)确定将要被紧固至所述模板单元之一的终端部的所需尺寸，以提供所述所需特性；以及(d)将所需尺寸的终端部紧固至所述模板单元之一。12.如权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于，该终端部通过焊接而紧固至该模板单元上。13.—种制造涡流控制装置的方法，该涡流控制装置包含容室，该容室为一体模制件并限定出涡流室，该容室包含相对布置的端壁和绕着一轴线延伸的外壁，该外壁位于该端壁之间；出自该容室的出口，该出口设置于其中一个端壁中；以及到该容室的入口，该入口设置在该外壁中并被构造成使流经该入口进入到该涡流室的流体在该涡流室中产生绕着该轴线的循环流，相对于位于该入口区域中的循环流的方向将该入口限定在该外壁的逆流边缘和顺流边缘之间，该逆流边缘为该外壁的终端部的边缘，其特征在于，该方法包含以下步骤(a)制造包含有端壁和外壁的模板单元；(b)移除该外壁的区域以形成该终端部和该平面部的自由边缘，由此形成了具有所需尺寸的入口。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，基于该涡流控制装置的所需特性来确定该外壁的所述被移除区域的尺寸。全文摘要一种涡流控制装置，其通过对具有端壁(4、6)的模板单元(2)进行成形而制成，该壁(4)具有出口开口(5)和部分外壁(8)。该部分外壁(8)具有开口(16)。板(26)随后紧固至模板单元(2)上以部分地闭合该开口(16)，而留下入口(30)(图2)。选择板(26)的大小以使入口(30)的大小达到成品装置的所需流动特性。板(26)以85°至95°的角度范围向位于入口(30)的相对侧上的平面部(14)倾斜，以在入口(30)的区域形成紊流。文档编号E03F5/10GK101796309SQ200880100609公开日2010年8月4日申请日期2008年7月25日优先权日2007年7月26日发明者丹尼尔·斯图亚特·亚曼,基思·盖瑞·哈钦斯,杰里米·保罗·勒科尔尼,罗伯特·亚乌·吉安菲·安德,迈克尔·盖伊·法拉姆申请人:海沃国际有限公司