CN104214416A - 多级降压套筒优化设计方法 - Google Patents

Abstract

多级降压套筒优化设计方法，按所提供的套筒壁厚计算方法所求出的套筒筒体壁厚由外向内逐层递减。按所提供的多级降压套筒级间隙计算方法所求出的各级套筒间间隙随流体行程方向逐级递减。本发明提供了较为合理的降压级数、套筒壁厚和级间间隙的计算方法，根据此方法设计的多级降压套筒具有兼具防空化效果好与低噪声的优点。

Description

多级降压套筒优化设计方法

技术领域

本发明涉及多级降压调节阀内部节流套筒的设计。

背景技术

多级降压套筒是用于调节阀内部的节流降压装置，现有的调节阀内部设有的套筒结构，各级套筒壁厚、级间间隙相等，只根据需求和阀腔空间确定降压级数，没有具体合理地确定降压级数、壁厚和级间间隙的设计计算方法。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术所存在的不足，通过改进设计计算方法，从而设计出一种防空化、降噪效果更好的多级降压套筒结构。

本发明是多级降压套筒的优化设计方法，其步骤为：

（A）降压级数的计算：

综合防空化与降低噪声两方面因素得到改进的各级压降计算公式如下：

  

式中：为优化方法计算出的第i级压降（i=1、2、3……）；

      为阀前后总压降；

       n为降压级数；

初步确定级数为k（k=1、2、3……）级，即n=k，根据上式求得每一级压降，当某一级压降大于或等于阻塞流压差时，可能发生阻塞流，故采用k+1级降压，即使每一级的压降均小于相应阻塞流压差；

以此类推，最终得出多级降压套筒的降压级数；

（B）套筒筒体壁厚计算：

根据各节流层应满足周向应力和轴向应力的限制，结合计算方法（A）得出的各级压降ΔP _i′所得公式如下：

式中：为套筒内介质压力；

为第i级节流套筒直径；

          为材料许用拉应力；

为第i级套筒壁厚；

（C）．套筒级间间隙计算：

确定一种多级套筒级间间隙的计算方法，如下：

    （4 mm≤G _i ≤44 mm）

式中：A _i 为相邻上级套筒总开孔流通面积；

G _i 为套筒筒体间间隙；

h为行程。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明结合传统的防空化和降噪声的降压方法，优化设计出兼具防空化和降噪的套筒降压级数计算方法。

2、本发明提供了套筒壁厚计算方法，与以往等壁厚套筒设计方法相比，考虑到外层套筒承压相对较高，设计出的套筒结构能更好的满足强度要求。

3、本发明提供套筒级间间隙的计算方法，使介质在经过降压节流后得到适当的缓冲，减轻介质流速过高引起的冲蚀。

附图说明

图1是各级降压和级数确定流程图，图2是套筒结构示意图，图3是套筒相关参数标识图。附图标记说明：1. 一级套筒；2. 二级套筒；3. 三级套筒；4.套筒座。

具体实施方式

本发明是多级降压套筒的优化设计方法，专用于多级降压调节阀内部节流套筒的设计，其特征在于：基于现有的多级降压套筒设计计算方法，综合考虑空化、噪声两方面因素对其加以改进，得到更合理的降压级数设计计算方法，其步骤为：

（A）降压级数的计算：

综合防空化与降低噪声两方面因素得到改进的各级压降计算公式如下：

  

式中：为优化方法计算出的第i级压降（i=1、2、3……）；

      为阀前后总压降；

       n为降压级数；

初步确定级数为k（k=1、2、3……）级，即n=k，根据上式求得每一级压降，当某一级压降大于或等于阻塞流压差时，可能发生阻塞流，故采用k+1级降压，即使每一级的压降均小于相应阻塞流压差；

以此类推，最终得出多级降压套筒的降压级数；

（B）套筒筒体壁厚计算：

根据各节流层应满足周向应力和轴向应力的限制，结合计算方法（A）得出的各级压降ΔP _i′所得公式如下：

式中：为套筒内介质压力；

为第i级节流套筒直径；

          为材料许用拉应力；

为第i级套筒壁厚；

（C）．套筒级间间隙计算：

确定一种多级套筒级间间隙的计算方法，如下：

    （4 mm≤G _i ≤44 mm）

式中：A _i 为相邻上级套筒总开孔流通面积；

G _i 为套筒筒体间间隙；

h为行程。

本实施例中的多级套筒，基于现有的多级降压套筒设计计算方法，综合考虑空化、噪声两方面因素对其加以改进，得到更合理的计算方法，其步骤如下：

1、首先确定套筒降压级数：

已知阀前后压力分别为、，套筒出入口总压降；n为降压级数， 为优化方法计算出的第i级压降（i=1、2、3……），初步确定级数为k（k=1、2、3……）级，即n=k，则将已知条件代入下式：

  

得到第一级到第k级的压降分别为、、…………。

空化出现的先决条件是阻塞流的产生，当（：阻塞流压差）时，即可避免阻塞流及闪蒸空化的发生。

已知液体压力恢复系数F _L ；绝对热力学临界压力；入口温度下液体的饱和蒸汽压。第i级套筒入口压力。设第i级套筒前后压差为，将已知参数代入下式：

得第一级到第k级套筒相应阻塞流压差、、…………。

根据给定公式和判定条件，各级降压和级数确定流程如图1所示，初步确定级数为k（k=1、2、3……）级，即n=k，根据上式求得每一级压降，当某一级压降大于或等于阻塞流压差时，可能发生阻塞流，故采用k+1级降压，即使每一级的压降均小于相应阻塞流压差。以此类推，最终得出多级降压套筒的降压级数。

2、确定套筒筒体壁厚：

已知套筒入口介质压力，第i级节流套筒直径，材料许用拉应力。

设为第i级套筒壁厚，利用步骤1中的各级压降，将已知参数代入下式：

得，其中选取大于或等于求得值的圆整值。

3、确定套筒级间间隙：

为使介质在经过降压节流后得到适当的缓冲，减轻介质流速过高引起的冲蚀，由此确定一种多级套筒级间间隙的计算方法，已知A _i 为相邻上级套筒总开孔流通面积，h为行程，代入下式：

     

得级间间隙G _i ，且满足4 mm≤G _i ≤44 mm。

如图2所示，根据多级降压套筒优化设计计算方法所得实施例分为三级：一级套筒1、二级套筒2和三级套筒3，三级套筒与套筒座4焊接在一起，形成多级降压套筒。

如图3所示，根据计算方法（B）求出的实施例中套筒筒体壁厚由外向内逐层递减，套筒结构能更好的满足强度要求。

如图3所示，根据计算方法（C）求出的实施例中各级套筒级间间隙随介质流动方向逐级递减，外层间隙较宽可使高速流体充分缓冲消耗更多能量，减轻介质流速过高引起的冲蚀。

Claims (1)

1.多级降压套筒的优化设计方法，其特征在于：其步骤为：

（A）降压级数的计算：

综合防空化与降低噪声两方面因素得到改进的各级压降计算公式如下：

  

式中：为优化方法计算出的第i级压降（i=1、2、3……）；

      为阀前后总压降；

       n为降压级数；

初步确定级数为k（k=1、2、3……）级，即n=k，根据上式求得每一级压降，当某一级压降大于或等于阻塞流压差时，可能发生阻塞流，故采用k+1级降压，即使每一级的压降均小于相应阻塞流压差；

以此类推，最终得出多级降压套筒的降压级数；

（B）套筒筒体壁厚计算：

根据各节流层应满足周向应力和轴向应力的限制，结合计算方法（A）得出的各级压降ΔP _i′所得公式如下：

式中：为套筒内介质压力；

为第i级节流套筒直径；

         为材料许用拉应力；

为第i级套筒壁厚；

（C）．套筒级间间隙计算：

确定一种多级套筒级间间隙的计算方法，如下：

    （4 mm≤G _i ≤44 mm）

式中：A _i 为相邻上级套筒总开孔流通面积；

G _i 为套筒筒体间间隙；

h为行程。