一種可控壓差特性錐形節(jié)流閥的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及管道流動中的錐形節(jié)流閥領(lǐng)域，具體來說是一種可控壓差特性錐 形節(jié)流閥。
【背景技術(shù)】
[0002] 在管道流動中錐形節(jié)流閥的使用十分常見，不僅廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，亦在各 類流體試驗裝置中得W大量應用。節(jié)流閥進出口截面靜壓差隨節(jié)流閥開度的變化規(guī)律，也 即節(jié)流閥的壓差特性，主要有線性壓差特性、等百分比壓差特性、拋物線壓差特性與快開壓 差特性等四種。四種壓差特性對應下的節(jié)流閥，其隨開度變化的節(jié)流規(guī)律存在顯著區(qū)別，可 滿足不同應用場合的節(jié)流規(guī)律需求。而節(jié)流閥的壓差特性作為其固有特性，取決于節(jié)流閥 的閥巧形狀。為此，如何依據(jù)節(jié)流閥的壓差特性需求，設(shè)計出合理的閥巧形狀成為節(jié)流閥設(shè) 計中的重要環(huán)節(jié)。然而，現(xiàn)有的錐形節(jié)流閥閥巧型面設(shè)計方法，采用初步造型、壓差特性核 算、造型優(yōu)化的循環(huán)迭代方式，無法在設(shè)計環(huán)節(jié)中直接引入節(jié)流閥壓差特性對閥巧型面的 影響，很大程度上限制了錐形節(jié)流閥閥巧型面設(shè)計的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述問題，本實用新型提出了一種可控壓差特性錐形節(jié)流閥，在設(shè)計環(huán)節(jié)中 直接引入節(jié)流閥壓差特性對閥巧型面的影響，通過建立節(jié)流閥壓差、節(jié)流閥喉口面積、節(jié)流 閥閥巧與殼體相對位移之間的數(shù)學關(guān)系式，實現(xiàn)閥巧型面一次造型即可滿足節(jié)流閥的壓差 特性，可大幅提升錐形節(jié)流閥閥巧型面設(shè)計的效率。
[0004] 為實現(xiàn)W上技術(shù)目的，本實用新型的可控壓差特性錐形節(jié)流閥通過W下技術(shù)方 案實行：一種可控壓差特性錐形節(jié)流閥，其特征在于，所述錐形節(jié)流閥包括殼體和閥巧， 所述閥巧的型面和殼體的內(nèi)壁面均為回轉(zhuǎn)面，節(jié)流閥壓差AP與喉口面積At滿足AP = PV。山2.(A〇ut/At-l)的數(shù)學關(guān)系式，其中：P為節(jié)流閥內(nèi)工作流體密度、v〇ut為節(jié)流閥出口截 面工作流體平均速度、Awt為節(jié)流閥出口截面面積，其中，節(jié)流閥壓差AP為節(jié)流閥入口截 面工作流體平均靜壓與出口截面工作流體平均靜壓之差，所述入口截面位于節(jié)流閥喉口紳 圓上游3?5倍喉口紳圓半徑處，所述出口截面位于節(jié)流閥喉口紳圓下游5?10倍喉口紳 圓半徑處，所述節(jié)流閥喉口截面為節(jié)流閥流體通道內(nèi)流通面積最小的截面，所述節(jié)流閥喉 口截面在閥巧全行程范圍內(nèi)均通過節(jié)流閥殼體內(nèi)壁面的喉口紳圓，所述喉口紳圓為節(jié)流閥 閥巧全行程范圍內(nèi)各喉口截面通過的節(jié)流閥殼體內(nèi)壁面上的同一紳圓。
[0005] 進一步地，所述節(jié)流閥的壓差特性為線性壓差特性、等百分比壓差特性、拋物線壓 差特性或快開壓差特性。
[0006] 進一步地，所述節(jié)流閥的壓差特性為等百分比壓差特性時，節(jié)流閥喉口面積At、閥 巧與殼體相對位移量L滿足At= A"t/(eawb+l)的數(shù)學關(guān)系式，其中e為自然底數(shù)；a、b為 常量，由節(jié)流閥閥巧與殼體最大、最小相對位移下的壓差大小確定。
[0007] 進一步地，所述節(jié)流閥的壓差特性為線性壓差特性、拋物線壓差特性或快開壓差 特性時，節(jié)流閥喉口面積At、閥巧與殼體相對位移量L滿足4 = +巧|i,i + IL其中n 為特性系數(shù)，n = 0為線性壓差特性，n = 1/2為拋物線壓差特性，n = -1為快開壓差特性； a、b為常量，由節(jié)流閥閥巧與殼體最大、最小相對位移下的壓差大小確定。
[000引進一步地，所述閥巧的型面為回轉(zhuǎn)面，該回轉(zhuǎn)面的母線為節(jié)流閥閥巧全行程范圍 內(nèi)等喉口面積曲線簇的內(nèi)切線，其中，在節(jié)流閥閥巧與殼體相對位移L下，圍繞節(jié)流閥閥巧 的軸線構(gòu)建等喉口面積回轉(zhuǎn)面，所述等喉口面積回轉(zhuǎn)面的任一紳圓與節(jié)流閥殼體內(nèi)壁面喉 口紳圓形成的流通面積等于喉口面積At，在節(jié)流閥同一縱剖面內(nèi)閥巧與殼體各相對位移下 等喉口面積回轉(zhuǎn)面的母線形成等喉口面積曲線簇。
[0009] 本實用新型的可控壓差特性錐形節(jié)流閥與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果；在錐 形節(jié)流閥閥巧型面設(shè)計中，通過建立節(jié)流閥壓差、節(jié)流閥喉口面積、節(jié)流閥閥巧與殼體相對 位移之間的數(shù)學關(guān)系式，依據(jù)節(jié)流閥壓差特性控制不同閥巧位置下的喉口面積，進而完成 節(jié)流閥閥巧型面設(shè)計，W實現(xiàn)閥巧型面一次造型即可滿足節(jié)流閥壓差特性的要求，可大幅 提升錐形節(jié)流閥閥巧型面設(shè)計的效率。
【附圖說明】
[0010] 圖1為錐形節(jié)流閥二維縱剖面圖示；
[0011] 圖2為本實用新型閥巧型面設(shè)計中尺寸參數(shù)示意圖；
[0012] 圖3為本實用新型閥巧型面設(shè)計中閥巧型面造型示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 為使本實用新型的技術(shù)目的、技術(shù)方案及技術(shù)優(yōu)點更加明晰，下面參照附圖并列 舉實施例子，對本實用新型進一步詳細說明。
[0014] 圖1為一個典型的錐形節(jié)流閥二維縱剖面圖。該錐形節(jié)流閥由閥巧1和殼體2構(gòu) 成軸對稱的流體通道，其中閥巧型面11為回轉(zhuǎn)面，殼體內(nèi)壁面21也為回轉(zhuǎn)面。閥巧1可沿 著圖1中雙箭頭所示的方向移動，在閥巧1移動過程中，閥巧型面11上的某一紳圓與殼體 內(nèi)壁面21上的固定紳圓構(gòu)成流通面積最小的喉口截面3。該喉口截面3在閥巧1全行程 范圍內(nèi)均通過節(jié)流閥殼體內(nèi)壁面同一紳圓，也即圖1中所示的節(jié)流閥殼體內(nèi)壁面喉口紳圓 22。
[0015] 圖2為所述節(jié)流閥閥巧型面中的尺寸參數(shù)示意圖，進口截面4位于節(jié)流閥殼體內(nèi) 壁面喉口紳圓22上游5倍喉口紳圓半徑r處，出口截面5位于節(jié)流閥殼體內(nèi)壁面喉口紳圓 22下游10倍喉口紳圓半徑r處。所述節(jié)流閥壓差AP為進口截面4與出口截面5的靜壓 差，節(jié)流閥壓差AP與喉口面積At滿足AP= pvwt2,（A"t/At-1)的數(shù)學關(guān)系式，其中P 為節(jié)流閥內(nèi)工作流體密度、Vwt為節(jié)流閥出口截面5工作流體平均速度、A wt為節(jié)流閥出口 截面5的面積。
[0016] 作為一種實施方式，例如選取節(jié)流閥壓差特性為等百分比特性。節(jié)流閥喉口面 積At、閥巧1與殼體2相對位移量L滿足At= A wt/ (eat+b+1)的數(shù)學關(guān)系式，其中e為自然 底數(shù)；a、b為常量，由節(jié)流閥閥巧1與殼體2最大、最小相對位移下的壓差大小確定，分別 為-0. 017、3. 525 ;A"t為節(jié)流閥出口截面面積，大小為0. 503m 2。
[0017] 圖3為閥巧型面造型示意圖，得到不同相對位移L的喉口面積At后，針對節(jié)流閥 閥巧與殼體某一相對位置1。，圍繞節(jié)流閥閥巧的軸線AX構(gòu)建等喉口面積回轉(zhuǎn)面，所述等喉 口面積回轉(zhuǎn)面的任一紳圓與節(jié)流閥殼體內(nèi)壁面喉口紳圓形成的流通面積等于喉口面積At。， 在節(jié)流閥縱剖面內(nèi)閥巧與殼體各相對位置1。、li、I2......1。下，各等喉口面積回轉(zhuǎn)面的母 線形成等喉口面積曲線簇S。、Si、S2......S。。節(jié)流閥閥巧型面11為回轉(zhuǎn)面，回轉(zhuǎn)面的母線 為節(jié)流閥閥巧全行程范圍內(nèi)等喉口面積曲線簇S。、Si、S2......S。的內(nèi)切線。
[0018] 數(shù)值計算結(jié)果顯示，節(jié)流閥閥巧在全行程范圍內(nèi)由相同位移量A1引起的節(jié)流閥 壓差相對變化量（A P。- A Pw) / A Pw為0. 75?0. 78,最大相對偏差為3. 8 %。數(shù)值計算結(jié) 果表明，設(shè)計完成的節(jié)流閥閥巧型面使得所述的錐形節(jié)流閥保持了良好的等百分比壓差特 性，與設(shè)計之初要求的錐形節(jié)流閥壓差特性一致。
[0019] W上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用W限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型 的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種可控壓差特性錐形節(jié)流閥，其特征在于，所述錐形節(jié)流閥包括殼體和閥芯，所 述閥芯的型面和殼體的內(nèi)壁面均為回轉(zhuǎn)面，節(jié)流閥壓差ΔΡ與喉口面積A t滿足ΛΡ = P V-2 .(A-/V1)的數(shù)學關(guān)系式，其中：P為節(jié)流閥內(nèi)工作流體密度、V-為節(jié)流閥出口截 面工作流體平均速度、AratS節(jié)流閥出口截面面積，其中，節(jié)流閥壓差ΛΡ為節(jié)流閥入口截 面工作流體平均靜壓與出口截面工作流體平均靜壓之差，所述入口截面位于節(jié)流閥喉口煒 圓上游3?5倍喉口煒圓半徑處，所述出口截面位于節(jié)流閥喉口煒圓下游5?10倍喉口煒 圓半徑處，所述節(jié)流閥喉口截面為節(jié)流閥流體通道內(nèi)流通面積最小的截面，所述節(jié)流閥喉 口截面在閥芯全行程范圍內(nèi)均通過節(jié)流閥殼體內(nèi)壁面的喉口煒圓，所述喉口煒圓為節(jié)流閥 閥芯全行程范圍內(nèi)各喉口截面通過的節(jié)流閥殼體內(nèi)壁面上的同一煒圓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控壓差特性錐形節(jié)流閥，其特征在于，所述節(jié)流閥的壓差 特性為線性壓差特性、等百分比壓差特性、拋物線壓差特性或快開壓差特性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控壓差特性錐形節(jié)流閥，其特征在于，所述節(jié)流閥的壓差 特性為等百分比壓差特性時，節(jié)流閥喉口面積A t、閥芯與殼體相對位移量L滿足At= A _/ (eaL+b+l)的數(shù)學關(guān)系式，其中e為自然底數(shù)；a、b為常量，由節(jié)流閥閥芯與殼體最大、最小相 對位移下的壓差大小確定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控壓差特性錐形節(jié)流閥，其特征在于，所述節(jié)流閥的壓差 特性為線性壓差特性、拋物線壓差特性或快開壓差特性時，節(jié)流閥喉口面積A t、閥芯與殼體 相對位移量L滿足彳=υ[(?/Δ +/))A +丨^其中η為特性系數(shù)，η = 0為線性壓差特性，η =1/2為拋物線壓差特性，η = -1為快開壓差特性；a、b為常量，由節(jié)流閥閥芯與殼體最大、 最小相對位移下的壓差大小確定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的可控壓差特性錐形節(jié)流閥，其特征在于，所述閥 芯的型面為回轉(zhuǎn)面，該回轉(zhuǎn)面的母線為節(jié)流閥閥芯全行程范圍內(nèi)等喉口面積曲線簇的內(nèi)切 線，其中，在節(jié)流閥閥芯與殼體相對位移L下，圍繞節(jié)流閥閥芯的軸線構(gòu)建等喉口面積回轉(zhuǎn) 面，所述等喉口面積回轉(zhuǎn)面的任一煒圓與節(jié)流閥殼體內(nèi)壁面喉口煒圓形成的流通面積等于 喉口面積A t，在節(jié)流閥同一縱剖面內(nèi)閥芯與殼體各相對位移下等喉口面積回轉(zhuǎn)面的母線形 成等喉口面積曲線簇。
【專利摘要】本實用新型涉及一種可控壓差特性錐形節(jié)流閥，包括殼體和閥芯，所述閥芯的型面和殼體的內(nèi)壁面均為回轉(zhuǎn)面，節(jié)流閥壓差ΔP與喉口面積At滿足ΔP＝ρvout2·(Aout/At-1)的數(shù)學關(guān)系式，ρ為節(jié)流閥內(nèi)工作流體密度、vout為節(jié)流閥出口截面工作流體平均速度、Aout為節(jié)流閥出口截面面積，通過建立不可壓流動中錐形節(jié)流閥壓差、節(jié)流閥喉口面積、節(jié)流閥閥芯與殼體相對位移量之間的數(shù)學關(guān)系式，提升不可壓流動中錐形節(jié)流閥閥芯型面設(shè)計對節(jié)流閥壓差特性的控制能力。
【IPC分類】F16K47-10
【公開號】CN204284645
【申請?zhí)枴緾N201420674497
【發(fā)明人】項效镕, 趙慶軍, 趙巍, 雒偉偉, 徐建中
【申請人】中國科學院工程熱物理研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月6日