CN103791117A - 高可调比小流量线性控制调节阀 - Google Patents

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邱义芬
蔚小东
石立勇
薛利豪
任兆生
贺龙华
张建明
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Beihang University
Guizhou Fenglei Aviation Ordnance Co Ltd
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Beihang University
Guizhou Fenglei Aviation Ordnance Co Ltd
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/04—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having cylindrical surfaces; Packings therefor
    • F16K5/0407—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having cylindrical surfaces; Packings therefor with particular plug arrangements, e.g. particular shape or built-in means

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Abstract

本发明的新型阀门达到了以下目的：改善了小开度时流量调节效果，提高了阀门小流量流体的控制能力；扩大了流量精确调节的可用开度范围，增大了阀门的实用流量可调比；使阀门由全闭到全开过程中流量基本保持为线性变化。本发明的高可调比小流量线性控制调节阀包括：阀门座；阀芯，其具有阀芯通道（2）；伺服电机，用于调节阀芯相对于的开度，控制阀芯通道的进出口大小，其特征在于阀芯通道（2）的前端（3）的形状为楔形，从而在阀门由0度开始旋开时，阀门入口面积随开度增加而变化的速度不会出现突变，从而改善小开度条件下的阀门流量控制特性。

Description

高可调比小流量线性控制调节阀
技术领域
本发明涉及管路液体流量控制，具体涉及一种高可调比小流量线性控制调节阀。 
背景技术
工程中，管路流体流量控制大量采用圆柱形通道的电动调节球阀，其阀芯如图1所示，通孔1为圆柱形阀芯通道，使用伺服电机调节阀门阀芯相对于阀体的开度，控制阀芯通道的进出口大小，进而改变流量，但此种阀门并不能完全满足使用要求。 
首先，采用现有柱形通道阀门对小流量流体的控制效果差，在小开度条件时流量随开度增大的流量变化速度很小，而且在阀门旋开至某一开度时流量会产生突变； 
其次，现有圆柱形通道阀门在控制流量变化时，流量随阀门开度的均匀增大呈非线性变化，不利于实现流量的精确控制。(可以参考:龚禹，桂林.球阀阻力系数的数值模拟及流场分析[J].水利电力科技，36（3）：20-24.) 
在某项目中，需要对小流量流体实现精确控制，同时要求流体流量的可调比较大，实现在0.5L/min～5L/min范围内流体流量的精确控制。 
若采用工程中大量使用的柱形通道阀芯电动调节阀虽具有制造加工简单等优点，但是在实际测试中，不能满足使用要求，主要表现在： 
1较小和较大开度条件下流量变化速度慢，流量精确调节实用价值小； 
2流量变化随阀门开度增大呈非线性变化； 
3在开度增大到20度左右时流量出现突变； 
4实用可调比较小。 
上述问题缺点导致圆柱形通道阀门达不到项目要求实现的控制效果。 
发明内容
为了克服上述现有技术问题，本发明人提出了本发明的新型阀门，该阀门达到了以下目的： 
改善了小开度时流量调节效果，提高了阀门小流量流体的控制能力； 
扩大了流量精确调节的可用开度范围，增大了阀门的实用流量可调比； 
使阀门由全闭到全开过程中流量基本保持为线性变化。 
根据本发明的一个方面，提供了一种高可调比小流量线性控制调节阀，包括： 
阀门座； 
阀芯，其具有阀芯通道； 
伺服电机，用于调节阀芯相对于的开度，控制阀芯通道的进出口大小， 
其特征在于 
阀芯通道的前端的形状为楔形，从而在阀门由0度开始旋开时，阀门入口面积随开度增加而变化的速度不会出现突变，从而改善小开度条件下的阀门流量控制特性。 
附图说明
图1是传统的圆柱形通道阀芯结构示意图。 
图2是根据本发明的一个实施例的新型阀门的阀芯示意图。 
图3是本发明人进行的流量实验的系统配置示意图。 
图4显示了根据本发明的阀门的流量调节模拟验证结果。 
图5显示了传统的圆柱形通道阀门的流量调节模拟效果。 
图6A至6C是根据本发明加工得到的一个阀座与阀芯的结构示意，其中，图6A和6B分别表示阀体的剖视图与侧视图，图6C表示与阀体装配的阀芯。 
具体实施方式
本发明针对阀门阀芯通道形状的设计，阀芯座、电动调节等部分与现有技术相同，其结构如图2所示，其中通孔2为阀芯通道。 
阀芯通道2的前端3的形状改为楔形，从而在阀门由0度开始旋开时，阀门入口面积随开度增加而变化的速度不会出现突变，从而改善小开度条件下的阀门流量控制特性； 
阀芯通道2的截面的主要部分4由圆形变为高度不变的扁平矩形，使阀芯旋转时，阀门进出口面积保持恒定的变化速度，以达到流量变化的线性调节； 
阀芯通道2的截面的末端5，为等半径圆弧形。 
图6A-6C表示根据本发明的一个实施例阀门，图6A和6B分别为阀体的剖视图与侧视图。图6C为与之装配的阀芯结构示意图。 
有益效果 
本发明人通过数值模拟分析+实验的方法，验证了新型阀门相对于原阀门流量调节效果的改进。该数值模拟分析+实验具体包括： 
数值模拟分析采用Gambit建模、Fluent计算的方式； 
实验系统如图3所示，包括泵6、调节阀7、过滤器8、水流量计9、水箱10及管路等。 
根据实验结果与数值模拟结果分别绘制阀门的流量特性曲线，如图4所示，其中，标号11表示利用实验数据绘制的相对流量曲线，12表示利用数值模拟结果绘制的相对流量曲线。从图4所示的结果可见： 
1）经过重新设计阀芯通道形状，流量随开度变化的曲线形状发生了明显变化，流量由圆柱形通道阀门的非线性增长改变为基本符合线性增长； 
2）在阀芯旋开20度以下的小开度范围内，流量的增长速度与20度以后基本保持一致，保证了阀门在小开度情况下的流量控制效果；3）阀门由20度到83度（100%），流量变化了大约8倍（圆柱形通道阀为20倍），0到20度内控制的流量范围占总流量控制范围的12.5%（圆柱形通道阀为5%），对流量的控制效果相比圆柱形通道调节阀有了很大提高。 
作为对比，发明人对相同设置条件下的传统圆柱形通道阀门进行了的数值模拟，其结果见图5中曲线13。可以看到，阀芯通道形状的改变使阀门流量控制特性有了很大改善，具体包括： 
A1）阀芯通道截面前端为楔形，相比原柱形通道阀的圆弧，将使阀芯由0度旋开时，阀芯入口面积变化速度不会出现突变，并且在小开度范围阀芯入口面积增大速度随旋开角度增加线性均匀增大，由此改善了阀门在小开度时的流量控制特性； 
A2）由于阀芯通道截面形状中部呈高度不变的扁口形，因此在阀芯旋开20度之后阀芯入口面积随阀芯开合角度将呈线性变化，通过阀门的流量也呈线性变化。 
A3）阀门实用可调比增大，小开度及大开度都可以对流量进行良好的线性控制。 

Claims (3)

1.高可调比小流量线性控制调节阀，包括：
阀门座；
阀芯，其具有阀芯通道（2）；
伺服电机，用于调节阀芯相对于的开度，控制阀芯通道的进出口大小，
其特征在于
阀芯通道（2）的前端（3）的形状为楔形，从而在阀门由0度开始旋开时，阀门入口面积随开度增加而变化的速度不会出现突变，从而改善小开度条件下的阀门流量控制特性。
2.根据权利要求1的高可调比小流量线性控制调节阀，其特征在于阀芯通道（2）的截面的主要部分（4）为高度不变的扁平矩形，从而使得当阀芯旋转时阀门进出口面积保持恒定的变化速度，达到流量变化的线性调节。
3.根据权利要求1的高可调比小流量线性控制调节阀，其特征在于阀芯通道（2）的截面的末端（5）为等半径圆弧形。
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PB01 Publication
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