CN110287572B - 一种孔板式疏水阀用阀板节流孔的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种孔板式疏水阀用阀板节流孔的设计方法，其应用的孔板式疏水阀由配对法兰、阀板、支承法兰、筒体和连接法兰构成；筒体两端分别与支承法兰和连接法兰通过焊接连接；阀板放置在支承法兰的凹槽内；配对法兰与支承法兰通过螺栓连接将阀板压紧；配对法兰与支承法兰之间通过密封垫进行密封，配对法兰同时连接换热器设备或所需应用疏水阀的管道，阀板上设置有节流孔。该设计方法简单易计算，能在满足使用需求的条件下，快速完成阀板节流孔孔径设计。

Description

一种孔板式疏水阀用阀板节流孔的设计方法

技术领域

本发明涉及蒸汽换热设备以及蒸汽管道中用于排出冷凝水的阀门设备技术领域，具体涉及一种孔板式疏水阀用阀板节流孔的设计方法。

背景技术

在食品、制药、化工、电力等工业领域中，水蒸气通过换热器等能量交换设备向外界传递能量，液化形成的冷凝水需及时排出，防止降低换热器的换热效率。目前所用的倒置桶型、杠杆浮球型等疏水阀，普遍具有结构复杂、使用寿命短、设备故障率高、维修成本高等缺点。孔板式疏水阀是根据实际需求，选择不同节流孔的阀板控制排水量。孔板式疏水阀结构简单，但若阀板节流孔选择不合适，会出现排水不及或大量跑汽等现象。现有的孔板式疏水阀用阀板节流孔的计算过程复杂。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种孔板式疏水阀用阀板节流孔的设计方法，该设计方法简单易计算，能在满足使用需求的条件下，快速完成阀板节流孔的设计。

其具体技术方案如下：

一种孔板式疏水阀用阀板节流孔的设计方法，包括如下步骤：

1)确定疏水阀流量Q、阀板前后压降△p、和疏水阀阀前的管路平均流速v；

2)通过公式确定节流阀管道内径断面面积A₁

3)通过以下公式确定阀板节流孔面积A₀

其中，k，b是参数，其中-3.4﹤k﹤-0.8，1.1﹤b﹤5.2；ρ为流体的密度。

作为本方案的一种改进，步骤1)中，疏水阀阀前的管路平均流速v范围如下：

0.5m/s﹤v﹤8.5m/s。

作为本方案的一种改进，k＝-1.68，b＝1.93。

本发明的有益效果：

1、本发明所公开的孔板式疏水阀用阀板节流孔的设计方法，简单易计算，通过确定疏水阀所应用环境的基本参数即可通过本方法获得阀板节流孔的孔径。

2、利用本发明所公开的孔板式疏水阀用阀板节流孔的设计方法设计的孔板式疏水阀，性能稳定，能够保持排除流量的恒定，应用于高加换热器时，能有效控制高加换热器内的水位。

附图说明

图1、所述孔板式疏水阀的结构示意图；

图2、通过Fluent14.5软件模拟获得阻力系数δ与A₀和A₁关系曲线；

附图标记：1、配对法兰；2、阀板；3、支承法兰；4、筒体；5、连接法兰。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

如图1所示是孔板式疏水阀结构，由图可知，孔板式疏水阀由配对法兰1、阀板2、支承法兰3、筒体4和连接法兰5构成；筒体4两端分别与支承法兰3和连接法兰5通过焊接连接；阀板2放置在支承法兰3的凹槽内；配对法兰1与支承法兰3通过螺栓连接将阀板2压紧；配对法兰1与支承法兰3之间通过密封垫进行密封，配对法兰1同时连接换热器设备或所需应用疏水阀的管道。阀板2上设置有节流孔。本设计方法用于单节流孔式孔板式疏水阀的设计。

一种孔板式疏水阀用阀板节流孔的设计方法，包括如下步骤：

1)确定疏水阀流量Q(m³/s)、阀板前后压降△p(Pa)、和疏水阀阀前的管路平均流速v(m/s)；

2)通过公式确定节流阀管道内径断面面积A₁(m²)

3)通过以下公式确定阀板节流孔面积A₀

其中，k，b是参数，其中-3.4﹤k﹤-0.8，1.1﹤b﹤5.2；ρ(kg/m³)为流体的密度。

步骤1)中，为了减小流体的阻力损失，疏水阀内流体平均流速v范围如下：

0.5m/s﹤v﹤8.5m/s。

由于孔板式疏水阀不适用于间歇生产的用汽设备或冷凝水量波动大的用汽设备，当使用中疏水阀内流速过低或流速过快不适宜使用孔板式疏水阀。

步骤3)中，k＝-1.68，b＝1.93。

步骤3)中为孔板式疏水阀的流量Q、阀板前后压降△p、配对法兰内径面积A₁、阀板节流的面积A₀所满足关系：

其获得过程如下：

1)根据伯努利方程可推导出阀板前后压降△p与阀板节流孔中流速u之间关系为：

δ为局部阻力系数；u为流体流过节流孔的速度，m/s；

2)依据质量守恒定律计算节流孔内的流速为：

3)局部阻力系数δ与阀板上节流孔面积和配对法兰进口面积有关，其通用公式为：

δ＝αf(A₀/A₁) (4)

α为修正系数；

4)在Fluent14.5软件中建立疏水阀的模拟模型，根据模拟得到的压降和流量计算得到不同A₀和A₁下的阻力系数，并对其进行数据分析，得到如图2所示的关系曲线，通过对数据进行拟合，得到阻力系数与A₀和A₁的倒数呈线性正比关系，根据数据拟合得到阻力系数的表达式为：

δ＝kA₀/A₁+b (5)

k和b是参数

4)联合公式(2)-(5)可以得到计算公式(1)。

通过图2中拟合曲线计算得到参数k和b优选值为：k＝-1.68，b＝1.93。

在实际应用中，可选取的参数k和b范围如下：-3.4﹤k﹤-0.8，1.1﹤b﹤5.2

下面提供两个本设计方法具体应用实施例：

实施例1

疏水阀流量为10.0m³/h，进出口压差为0.8MPa，疏水阀阀前的管路流速为2.0m/s。

疏水阀内管道面积A₁为：

依据公式可得到阀板节流孔面积A₀为：

A₀＝1.3×10^-6m²。

实施例2

疏水阀流量为2.0m³/h，进出口压差为1.0MPa，疏水阀阀前的管路流速为1.0m/s。

疏水阀内管道面积A₁为：

依据公式可得到阀板节流孔面积A₀为：

A₀＝4.12×10^-5m²

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种孔板式疏水阀用阀板节流孔的设计方法，应用于孔板式疏水阀，其特征在于，包括如下步骤：

1)确定疏水阀流量Q、阀板前后压降△p、和疏水阀阀前管路平均流速v；

2)通过公式确定节流阀管道内径断面面积A₁

3)通过以下公式确定阀板节流孔面积A₀

其中，k，b是参数，其中-3.4﹤k﹤-0.8，1.1﹤b﹤5.2；ρ为流体的密度。

2.根据权利要求1所述的一种孔板式疏水阀用阀板节流孔的设计方法，其特征在于，步骤1)中，疏水阀阀前管路平均流速v范围如下：

0.5m/s﹤v﹤8.5m/s。

3.根据权利要求1或2所述的一种孔板式疏水阀用阀板节流孔的设计方法，其特征在于，k＝-1.68，b＝1.93。