专利名称：用于管理压力和流速的系统和方法
技术领域：
本发明的实施例涉及流体流动的控制技术，更具体地说，涉及一种用于同时控制 流体流动的压力和流速的系统和方法。
背景技术：
高压流体流动可能会在流体流动管路的出口处产生高流体流速，例如，在水流等 等的情况下。这类高压或高流速可能会在出口处导致不当的流体质量损失。再者，由于高 压，管路网络的各个出口处可能不会达到期望的流速。因此，管路网络内流体流动的分配不 统一。举例来说，高层建筑中特定楼层的一个出口可能会比不同楼层的另一个出口获得更 多的水。类似地，由于不同的龙头具有不同的压力，处在同一楼层的龙头以不同的流速汲 引。根据常规解决方法，通过减压阀或流量控制阀的使用，高压和高流速的问题已经 分别得到了处理。这些阀降低压力或调节压力或流速。在多数情况下，这类阀为复杂的装 备且可能包含运动部件。一些这类装置可能也需要繁重的维护工作。此外，这类常规装置通常比较昂贵且可能无法安装在最常见的应用中。再者，这类 装置可能无法同时降低压力和流速。因此，需要用于控制流体流动的压力和/或流速的经过改良的系统和方法。
发明内容
本发明揭示一种用于管理流体流动的压力和流速的装置。所述装置包含第一孔 板、第二孔板和管状结构。所述第一孔板包含具有第一直径(dl)的第一孔且所述第一孔定 位在接近第一孔板的边缘处。所述第二孔板包含具有第二直径(业)的第二孔且所述第二 孔定位在接近第二孔板的边缘处。所述管状结构具有有效直径(D)，所述管状结构包括在管 状结构内垂直于流体流动的方向而放置的第一孔板和第二孔板，所述第一孔板与所述第二 孔板相隔最佳距离(X)。
因此，可详细理解本发明的上述特征的方式，可参考实施例获得上文简要概述的 本发明的更具体描述，其中一些实施例已在附图中加以说明。然而，应注意，附图仅说明本 发明的典型实施例，且因此不应视为限制本发明的范畴，因为本发明可允许其他等效实施 例。图1说明根据本发明的一个实施例的用于控制流体的压力和流速的装置。图2说明根据本发明的一个实施例的用以控制压力和流速的设备的线性分解图。图3说明根据本发明的一个实施例的用以控制压力和流速的装置的截面图。
图4说明根据本发明的一个实施例的用以控制压力和流速的组装系统的正视截 面图。
具体实施例方式图1说明根据本发明的一个实施例的用于控制流体压力和流速的装置100。装置 100包含第一孔板102、第二孔板104和管状结构106。第一孔板102具有第一孔108，所述第一孔108具有第一直径dl。第一孔108定 位在接近第一孔板102的边缘处。第二孔板104具有第二孔110，所述第二孔110具有第 二直径d2。第二孔110定位在接近第二孔板104的边缘处。管状结构106具有有效直径 (D)。在各种实施例中，第一孔的直径dl与第二孔的直径d2实质上是相同的。如图所说明 的，管状结构106容纳第一孔板102和第二孔板104，以使得第一孔板102和第二孔板104 在管状结构106内大体垂直于流体流动的方向而放置。根据某些实施例，第一孔108定位在接近第一孔板102的边缘处，且第二孔110定 位在接近第二孔板104的边缘处。根据图1所说明的实施例，例如，定位第一孔108和第二 孔110以使得在管状结构106内所述两个孔彼此相对成对角。在管状结构106内，第一孔 板102和第二孔板104相隔距离X。在一些实施例中，距离X依第一直径dl和/或第二直 径d2而定。在一些实施例中，为了使装置下游的流体流动的压力和流速的降低达到最佳 化，距离X优选地等于第一直径(dl)的6倍和/或等于第二直径(d2)的6倍。在一些其 他实施例中，距离X也依流体的物理特性和化学特性而定。流体的物理特性为粘性、温度、 表面张力、介电常数、密度等等。如图1所说明的，运作时流体流动通过第一孔102而进入装置100，然后经过管状 结构106且最终从第二孔104离开。在流体进入装置100之前，流体具有上游压力和上游 流速。当流体流动根据上文所述的各种实施例穿过装置100时，流体流动的压力或流速有 利地下降或两者都下降。因此，在流体流动离开装置100之后流体流动具有下游压力和下 游流速，且所述下游压力和下游流速比上游压力和上游流速低。根据各种实施例，下游压力 和下游流速可依第一孔的直径dl和/或第二孔的直径d2而配置。根据一些实施例，第一孔108和第二孔110(或“多个孔”)具有直缘，即，第一孔 108和第二孔110的边界大体上分别垂直于第一孔板102和第二孔板104(或“多个孔板”) 的平面。在其他实施例中，所述孔可具有锥形或曲线边缘。在一些实施例中，所述孔板具有 相同厚度。孔板厚度依流体的上游压力和孔板与管状结构的材料而定。在一个实施例中，在 有效直径⑶为13mm的管状结构中，第一孔板102和第二孔板104具有3mm的厚度以承受 高达14kg/cm2的上游压力。所属领域的技术人员将了解到，第一孔板102和第二孔板104 可具有不同厚度以承受上游压力和上游流速。第一孔板102和第二孔板104由流体防渗材料建造而成。在一些实施例中，第一 孔板102和第二孔板104由类似于管状结构106所用的材料建造而成。根据各种实施例， 孔板102、孔板104和管状结构106包括一或多种金属材料，例如包含铜、青铜、锌、铁等等。 在某些其他实施例中，孔板102、孔板104和管状结构106可包括此项技术中普遍已知的一 或多种适合的塑料材料。虽然已将水作为流体描述了各种实施例，所属领域的技术人员将了解到，所述流体可为任何其他液体或气体或展现类似性质的任何其他此类物质。再者，两个孔板102、104 之间的距离X可根据流体的粘性和密度而变化。在一些实施例中，管状结构106具有选自圆、椭圆、矩形、多角形或任何其他截面 图案的一个或多个图案的截面形状。所有此类形状和截面包含在权利要求书所体现的本发 明的范畴和精神内。对于圆形截面而言，有效直径为圆形直径D。然而，在其他形状的情况 下，则可定义有效直径D。举例来说，对于圆形形状(直径D)来说，有效直径D可为圆的直 径，此圆具有与管状结构106的截面面积相等的面积。所属领域的技术人员将了解到，第一 孔板102与第二孔板104因此将与管状结构106的形状相符，且因此可具有如上文所论述 的相应截面形状。根据某些实施例，直径D介于所述孔108、110的直径(dl，d2)的四倍至 六倍之间。如所论述的，当流体流动穿过装置100时，流体流动记录了上游压力和流速的损 失。一个或多个装置100可以串联组合的方式安装在流体流动流中，以获得所期望的下游 压力和/或下游流速。在某些其他实施例中，可对诸如所述装置100的复合装置进行串并联 组合的布置。相隔距离X的两个孔板102、104有利地使进入装置的压力和流速的降低达到 最佳化。根据一个实施例，入射压力为14kg/cm2时，压力降低为lkg/cm2，进而达到14 1 的减压比。根据若干其他实施例，通过适当地对装置100或类似于所述装置100的装置的 组合进行配置，可达到较高的减压比。所属领域的技术人员将了解到，所述装置100可根据 待连接管的形状具有不同形状。再者，装置100易于维护，进而允许改进以适用于现存的流 体流动流，诸如用于家庭用水分配和更换。再者，由于未使用任何运动部件，装置100的使 用寿命长且易于制造，且因此提供了一种以成本显著減少的方式解决流体压力和流速降低 的方法。图2说明根据本发明的一个实施例的用以控制压力和流速的设备200。设备200 包含装置100、管座208、第一管210和第二管212。如图1所提到的，装置100包含第一孔 板102、第二孔板104、第一孔板102上的第一孔108 (未图示)和第二孔板104上的第二孔 110。第一管210连接至管座208内的装置100，并且第二管212连接至管座208内的装置 100。流体流动从第一管210导向第二管212。如图4进一步说明的，运作时装置100配置 成搁置在管座208内。图3说明根据本发明的一个实施例的装置100的截面图。装置100包含具有厚度 的壁302。一般来说，装置100的厚度与第一管210和第二管212的厚度相等。然而，可增 大装置100的厚度以提供额外的坚固性。通过增大管座208(参看图幻的厚度可提供额外 的支撑。根据一个实施例，第一孔108和第二孔110的尺寸可根据装置100进口处的流体 压力和装置100出口处所要求的流速变化。图4说明根据本发明的一个实施例的用以控制压力和流速的组装系统400的正视 截面图。所述系统400分别包含管座208、第一管210、第二管212、装置100和处在装置100 进口和出口处的第一孔108和第二孔110。可注意到，所述孔、管和装置100之间的间隙有 所夸大，仅用于说明的目的，且各种组件彼此紧密装配。根据本发明的一个实施例，下游流速随孔108、孔110的直径的改变而变化。根据 另一实施例，装置100出口处的下游流速可与装置100进口处的流体压力的平方根成正比 例变化。所属领域的技术人员将了解到，可将多于一个类似于(例如)所述孔108、孔110的孔使用在装置100的两侧(在孔板102、104上)，以便在装置100出口处获得所期望的流 体压力和所期望的流速。一般来说，装置100各处的流体流动的压力与流速的降低实质上 成相等比例。因此，流速的大幅降低将伴随下游压力的大幅降低。尽管各种说明性实施例已经针对用于家庭用水分配的管道流动，所属领域的技术 人员将了解到，类似于装置100的类似装置可配置成用于需要压力和流速降低的若干其他 流体流动应用中。举例来说，类似于装置100的装置可适当地配置以应用于诸如水坝、商用 运水车、工业供水等等。可以串联或并联的各种组合方式和/或以串联配置与并联配置相 结合的方式布置所述装置，以便提供所期望的压力和流速输出。再者，装置100可装配有额 外的孔板，以达到质量流量和压力控制的更进一步降低。根据某些预期的实施例，装置100可配置成调节空气以所期望的压力和流速流入 熔炉，以便辅助充分的高效燃烧，即，使燃烧燃料和废气中气态和悬浮污染物的降低达到最 高效率，进而潜在地赢得碳排放信用。根据另一预期的实施例，所述装置的流速和压力的降低设计通过降低悬浮污染物 的速度来帮助抑制废气中的悬浮污染物的传播。此举有助于降低敏感装置的载重，像电集
/I、典坐坐 土研寸寸。在又一预期的实施例中，所述装置可调节空气流入像活性污泥法(Activated Sludge Process) 一样的任何类型的污水处理设备中的流动，以加速有氧生物分解过程并 且赢得碳排放信用。在其他实施例中，所述装置调节空气(受迫)流入干草列堆中来加速 有机物(农业废物)/城市固体废物的有氧生物分解过程和处理渗漏污水的解决过程。如所论述的，所述装置的实施例有助于对任何在高压或高流速下分配水的配水系 统的水进行管理。举例来说，建筑物和房屋、工业、灌溉、丘陵山区等等中的水分配。根据又一预期的实施例，所述装置可用作安全装置。举例来说，在锅炉爆炸的情况 下，由于大量未经控制的气流，接近锅炉的每一片瓷砖燃烧起来(导致财产损失且在一些 情况下导致人员伤亡)。安装作为压力失效安全装置的装置可显著地降低此类情况所造成 的潜在损害。在其他实施例中，所述装置可配置以用于蒸馏设备，以便提高效率，例如炼油厂、 勇敢加工设备等等。所述装置的其他应用在汽车、航空、船运和潜水艇工业中实现。举例来说，所述装 置可用以调节任何类型的二冲程或四冲程发动机中的气流，以便增強发动机的性能/燃料 效率和废气中气态与悬浮污染物的降低且赢得碳排放信用。所述装置可用作飞机、船和潜 水艇等等中的制动器。所述装置可用以调节海洋各深度处潜水艇的入口和出口的水流，以 使所述装置更便于用户使用。所述装置可用以耗散从用于在热电厂/坝等等中发电的涡轮 机中溢出的蒸汽/水的能量。所述装置可用以耗散从任何高度落下的水(瀑布等等)的能 量。所述装置将确保坝的安全，以防止由于坝下方的下层土的腐蚀而导致坝失效。所述装置可用以吸收安装在摩托车、汽车、公共汽车、卡车等等中的震动器所产生 的震动。所述装置也可用以吸收由于两车碰撞而产生的震动。所述装置可用以抑制风沙流中的沙粒传播。在地铁中，水通常以所期望的流速供应。会存在严重的非法用水行为，如用户安装 整体铸造式泵从给水总管吸取更多水。可在适当位置安装所述装置来抑制非法用水行为，因为所述装置大幅调节流体压力和流速。可在需要同时调节压力和流速的任何地方使用所述装置。在上文的详细说明中，已经描述本发明的具体实施例。然而，所属领域的技术人员 将了解到，如在上文所论述的各种实施例中所阐明的，可在不脱离本发明的精神和范畴的 情况下进行各种修改和改变。尤其地，上文所揭示的实施例描述用于降低流体流动的压力 和流速的、既简单又有效的装置，并且所述装置易于配置(例如，通过按比例扩大)以用于 不同应用。因此，说明书和图式将视为说明性的而并非限制性的，并且所有这类修改希望包 含在本发明的范畴内。对于益处、优点、问题的解决方法和可以使得益处、优点、问题的解决 方法产生或变得更明显的任何要素来说，不应将其解释为如本文所描述的重要、必要或基 本的特性或要素。
权利要求
1.一种用于管理流体流动的压力和流速的装置，包括第一孔板，其具有第一孔，所述第一孔具有第一直径(dl)，所述第一孔定位在接近所述 第一孔板的边缘处；第二孔板，其具有第二孔，所述第二孔具有第二直径(d2)，所述第二孔定位在接近所述 第二孔板的边缘处；和管状结构，其具有有效直径(D)，所述管状结构包括在所述管状结构内垂直于所述流体 流动的方向而放置的所述第一孔板和所述第二孔板，所述第一孔板和所述第二孔板相隔距 离⑴，其中，所述装置的下游压力和/或流速比所述装置的上游压力和/或流速低。
2.根据权利要求1所述的装置，其中每一所述第一孔定位在接近所述第一孔板的所述 边缘处且所述第二孔定位在接近所述第二孔板的所述边缘处，以使得在所述装置内所述第 一孔与所述第二孔彼此相对成对角定位。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一直径与所述第二直径是相等的。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一孔板与所述第二孔板之间的所述距离 (X)依所述第一直径(dl)和/或所述第二直径(业)而定。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述距离⑴优选地等于所述第一直径(dl)的6 倍或所述第二直径(业)的6倍。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述下游处的所述压力和所述流速依所述第一直 径(Cl1)和/或所述第二直径(d2)而定。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一孔和所述第二孔的边缘是直的。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一孔板和第二孔板的厚度依所述流体的上 游压力和所述管状结构、所述第一孔板与所述第二孔板的材料而定。
9.根据权利要求8所述的装置，其中在有效直径⑶为13mm的管状结构中，所述第一 孔板和所述第二孔板具有约3mm的厚度用于承受高达14kg/cm2的所述上游压力，所述管状 结构和所述孔板包括铁。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述有效直径(D)是所述第一孔直径(dl)或所 述第二孔直径(d2)的约4至约6倍。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述材料包括铜、青铜、铁或金属材料中的一种 或多种材料。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置的下游的所述压力和所述流速依所述 第一孔直径(dl)和/或所述第二孔直径(业)而定。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述两个孔板之间的所述距离依流体物理特性 和化学特性而定。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述流体物理特性选自由粘性、温度、表面张 力、介电常数和密度组成的群组。
15.根据权利要求1所述的装置，其中所述流体包括液体和/或气体。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述管状结构包括可选自圆、椭圆、多角形或不 规则截面中的一个的截面形状。
17.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一孔板与所述第二孔板配置成可移除地固定在所述管状结构内，且其中所述第一孔板与所述第二孔板牢牢地固定在所述管状结构 内。
18.一种用于管理流体流动的压力和流速的设备，包括进口，其用于接收流入的流体流动；装置，其可操作地连接至所述进口，所述装置包括第一孔板，其具有第一孔；所述第一孔具有第一直径(dl)，所述第一孔定位在接近所 述第一孔板的边缘处；第二孔板，其具有第二孔；所述第二孔具有第二直径(d2)，所述第二孔定位在接近所 述第二孔板的边缘处；和管状结构，其具有有效直径(D)，所述管状结构包括在所述管状结构内垂直于所述流体 流动的方向而放置的所述第一孔板和所述第二孔板，所述第一孔板与所述第二孔板相隔最 佳距离(X)；和出口，其用于排放所述流体流动。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述第一孔板与所述第二孔板之间的所述距离 (X)依所述第一直径(dl)和/或所述第二直径(业)而定。
20.根据权利要求18所述的装置，其中所述距离X优选地等于所述第一直径(dl)的6 倍或等于所述第二直径(业)的6倍。
21.根据权利要求18所述的设备，其中下游处的所述压力和所述流速依所述第一直径 (Cl1)和/或所述第二直径(d2)而定。
22.根据权利要求18所述的设备，其中所述有效直径(D)是所述第一孔直径(dl)或所 述第二孔直径(d2)的约4至约6倍。
23.一种制造用于控制流体流动的压力和流速的装置的方法，所述方法包括提供具有直径(D)的管状结构；提供第一孔板，所述孔板具有牢牢地固定至所述管状结构的进口边缘的第一孔；和提供第二孔板，所述孔板具有牢牢地固定至所述管状结构的出口边缘的第二孔，其中，所述第一孔板和所述第二孔板垂直于所述流体流动的方向而放置在所述管状结 构内，所述第一孔板与所述第二孔板相隔最佳距离(X)。
全文摘要
本发明揭示一种用于控制流体流动的压力和流速的装置。所述装置包含容纳在管状结构中的第一孔板、第二孔板。所述第一孔板包含具有第一直径(d1)的第一孔且所述第一孔定位在接近所述第一孔板的边缘处。所述第二孔板包含具有第二直径(d2)的第二孔且所述第二孔定位在接近所述第二孔板的边缘处。所述管状结构具有有效直径(D)，所述管状结构包括在所述管状结构内垂直于所述流体流动的方向而放置的所述第一孔板和所述第二孔板，所述第一孔板与所述第二孔板相隔最佳距离(X)。
文档编号F16L55/027GK102066823SQ200980112929
公开日2011年5月18日 申请日期2009年2月12日 优先权日2008年2月12日
发明者S·库马 申请人:桑尼塔·瑞尼