CN113531203B - 一种y型流道节流套筒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Y型流道节流套筒，利用三层节流套，每层节流套内孔加工沟槽，外径加工分流孔，利用普通加工设备就能完成。使得介质通过环形槽起到节流作用，再通过分流孔起到流体运动的阻尼控制流速的目的，充分有效地利用内孔沟槽外径分流孔相结合，反复三层节流降压。本发明适用于火电、化工等高压降液体、蒸汽和气体放空场合使用的阀门类构件中，具有抗汽蚀、抗闪蒸、低噪音、低振动等优点。加工简单方便，效率高，大大降低了加工成本。

Description

一种Y型流道节流套筒

【技术领域】

本发明属于调节阀技术领域，尤其涉及一种Y型流道节流套筒。

【背景技术】

Y型流道节流套筒主要应用于小流量节流阀和减温减压调节阀，此类阀门广泛用于电站、化工等高压降液体、蒸汽和气体放空场合使用的阀门类构件中，具有抗汽蚀、抗闪蒸、低噪音、低振动等优点。现有同类阀门节流件分别为上下碟片式和内外多层套筒式两种；其中：上下碟片式的节流件在每层碟片的上端面上加工多条弯曲的沟槽，弯曲的沟槽增加了流体运动的阻尼，起到了多级降压的作用，使压降平均分布在各个拐角处，从而达到了有效控制流速的目的。由于叠片对沟槽的弯度和拐角的需求高，所以结构非常复杂，加工结束需要把每片节流板分层焊接在一起，目前此类焊接和加工沟槽设备造价高昂难以实现，加工成本高等特点，造成迷宫碟片式套筒加工困难的问题，并且节流流道长度有限，不能有效起到抗冲刷作用，并且节流流道狭小导致流道容易堵塞。还有内外多层套筒式节流件，此类节流件是利用多层节流套套筒叠加在一起，每层节流套需要加工节流孔，孔与另外一层节流套孔相错30％，起到节流作用每层需要高精度配合，并且每层需要层间焊接，此类设备造价高昂加工需要时间长成品率低等特点，并且节流孔道短，节流效果差，抗冲刷效果一般。本发明利用三层节流套，每层节流套内孔加工沟槽，外径加工分流孔，利用普通加工设备就能完成。使得介质通过环形槽起到节流作用，再通过分流孔起到流体运动的阻尼控制流速的目的，充分有效地利用内孔沟槽外径分流孔相结合，反复三层节流降压，增加节流流道长度，比现有节流件节流流道增加一倍，降压节流效果明显，有效保护阀门密封面，阀门使用寿命延长。并且加工难度大大降低。

【发明内容】

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种Y型流道节流套筒，筒体分为三层，由内侧套筒、中间套筒、外侧套筒由外向内层层叠加固定组合构成，所述三层Y型流道节流套筒中的每个均呈环状结构，包括内环面、外环面；内环面上设有均匀环型槽，外环面上设计分流小孔，两者形成自外向内/自外向内的节流流道。

进一步的，介质流道呈Y型形式。

进一步的，内侧套筒位于最外侧，底部设计下支撑座，中间套筒位于中间位置，中间套筒外径与内侧套筒内径相配合，底部置于内侧套筒下支撑座上，外侧套筒位于最内侧，上部设计有上支撑面，其外径与中间套筒内径相配合，上支撑面压在中间套筒上端面，形成组合套筒结构。

进一步的，分流小孔为通孔，均匀分布在每层套筒外环面上。

进一步的，介质流道呈螺旋下降型形式。

进一步的，套管的壁厚在6mm至20mm的范围内。

进一步的，套管的壁厚在0.25英寸至0.75英寸范围内。

进一步的，当套管由不锈钢构造。

进一步的，将分离的密封环热配合在外表面中加工或模制的凹槽中，或者通过将开口环焊接在表面上的期望的间隔位置处；此时套筒中的环的外表面与盘组的内表面形成的密封是通过金属对金属的压缩而形成的。

进一步的，通过对内侧/外侧套筒的外表面进行机加工而形成密封环，形成一体成型的密封结构。

本发明的有益效果包括：(1)采用三层节流套筒结构，降低了制造难度，利用普通加工设备就能完成，能够适应液体质量变化情况，对于特殊场景能够更快速的释放压力；三层结构增加节流流道长度，比现有节流件节流流道增加一倍，降压节流效果明显，有效保护阀门密封面，阀门使用寿命延长。(2)设计沟槽外加分流孔的结构，使得介质通过环形槽起到节流作用，再通过分流孔起到流体运动的阻尼控制流速的目的，充分有效地利用内孔沟槽外径分流孔相结合，反复三层节流降压；(4)通过介质流动速度和流动方向的错开特定角度的装配方式，降低对套筒本体泄压损耗以及降低套筒选材的要求，使得介质快速通过套筒达到快速泄流的目的；(4)采用分组分流小孔的设置方式，适应性计算小孔数量的方式，在控制套筒强度的基础上，最大化泄压节流能力；(5)采用混合材质的多层套筒，也就是说三层套筒材质是相同或不同的，通过小孔设置的改变来对压力降低提供更多的控制，形成外部喷溅泄压模式，有助于快速降温，防止堵塞，可大大减少费用。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明的Y型流道节流套筒的示意图。

图2为本发明的Y型流道节流套筒特定角度装配的示意图。

图3为本发明的切面夹角示意图。

图4为本发明的斜角圆柱形分流小孔示意图。

图5为本发明的Y型流道节流套筒立体剖面示意图。

图6为本发明的Y型流道节流套筒安装前示意图。

图7为本发明的Y型流道节流套筒安装后示意图。

附图标记说明：1-内侧套筒，2-中间套筒，3-外侧套筒

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

附图1所示，下面对本发明所应用的一种Y型流道节流套筒进行详细说明。其筒体由内侧套筒、中间套筒、外侧套筒由外向内层层叠加固定组合构成，所述三层Y型流道节流套筒中的每个均呈环状结构，包括内环面、外环面；内环面上设有均匀环型槽，外环面上设计分流小孔，两者形成自外向内的节流流道，介质流道呈Y型形式；

优选的：分流小孔为通孔，均匀分布在每层套筒外环面上；

内侧套筒位于最外侧，底部设计下支撑座，中间套筒位于中间位置，中间套筒外径与内侧套筒内径相配合，底部置于内侧套筒下支撑座上，外侧套筒位于最内侧，上部设计有上支撑面，其外径与中间套筒内径相配合，上支撑面压在中间套筒上端面，形成组合套筒结构；

如附图2所示，层层套筒装配时，不同层次分流小孔之间错开特定角度装配，装配完成后在组合套筒上端，内侧套筒与外侧套筒端面焊接固定，将中间套筒夹于内侧套筒与外侧套筒之间，保证套筒之间不脱离；

如附图3所示，在错开一定角度安装时，内侧套筒分流小孔边缘一侧到中间套筒对应分流小孔的一侧和内侧套筒小孔边缘一侧的切面夹角为第一角度b1，内侧套筒分流小孔边缘另一侧到中间套筒对应分流小孔的另一侧和内侧套筒小孔边缘另一侧的切面夹角为第二角度b2；优选的：内侧套筒和中间套筒之间错开Ag1角度装配，中间套筒和外侧套筒之间错开Ag2角度装配；一种较佳的设置是，Ag1>＝Ag2；

设置Ag1值使得角度设置对介质速度的降低的影响小；此时，介质速度的降低主要是因为动能降低而非对套筒本体的撞击导致；

所述设置Ag1值使得角度设置对介质速度的降低的影响小，具体的：设置Ag1使得第一角度b1和第二角度b2满足公式(3)；

(C_b1+(0.68×sin(b1))cos²(b1))/(C_b2+(0.68×sin(b2))cos²(b2))<0.02； (3)

其中：ρ是流体密度，v是实验水流速度，SH是分流小孔的面积，C_b1是切面夹角为b1时的阻力系数；C_b1是切面夹角为b2时的阻力系数；也可以采用类似的方法来设置Ag2使得第三角度C1和第四角度C2也满足公式(3)；

优选的：所述特定角度为Ag1＝Ag2＝18°；

本发明在三层套筒结构的基础上，进一步通过介质流动速度和流动方向的错开特定角度的装配方式，降低对套筒本体泄压损耗以及降低套筒选材的要求，使得介质快速通过套筒达到快速泄流的目的；

优选的：在组合套筒上设置防转销，防止转动；

如附图4所示，将通孔设置为斜角圆柱通孔，倾斜的方向和水流动方向一致；也就将通孔开口设置为斜开口；此时，对应分流小孔上的对应点构成的连线为平行线；例如图4中相邻分流小孔的边缘线上对应点的连线为平行线，通过这样的方式，使得在特定角度情况下，介质流动的因为套筒的动量损耗进一步的降低，从而降低的对制备介质材料的要求；通过方向一致的设置斜角分流小孔改变分流方向为螺旋形，大大延长分流通道长度；

现有技术中对分流小孔的设计一般都是仅仅根据强度、尺寸加经验值来确定，甚至主要依据经验来设置。节流套筒在结构设计时没有针对调节阀应用场景而做结构的适应性调整；当调节阀用于调节的介质质量并非质量良好的水时，会因为流动性、温度、杂质、压力变化等原因使得对阀体提出更高的要求；本发明进一步提出设置第三层渐变套筒结构，套筒中的分流小孔的数量和这些分流小孔的位置是相对于阀的期望压力释放能力、制造成本和流动特性来设置，从而能够适应介质质量变化情况，对于特殊场景能够更快速的释放压力；模型模拟来选择在现场介质环境以及制造条件允许的情况下最科学的分流小孔设计方式，通过增加均应变率提高了快速流动的模拟准确性；

优选的：通过改进的紊流模型进行模拟来确定每层套筒中分流小孔的尺寸；具体的：通过模型控制方程进行模拟控制；具体包括：根据现场介质环境确定流体密度；基于可选的套管材质和减压要求确定压强范围，根据套筒尺寸和套筒材质确定小孔半径的变化范围；在上述范围内不断变化压强参数和小孔半径参数，并通过模型控制方程进行模拟控制；最终选择上述参数均在允许范围内的情况下，方向速度分量符合减压要求的小孔半径和压强值；基于压强值和减压要求确定套管材质；

其中：模型的控制方程为：

模型遵循的动量方程为：

K方程和ε方程为：

其中：X_i和X_j是坐标分量，i＝1,2,3分别表示三个方向；u_i为i方向速度分量；t为时间；p为压强，ρ为流体密度；μ为流体动力粘度，τ_ij是雷诺应力；μ_eff＝μ+μ_t；其中：μ_t为紊动黏度；G_k为平均速度梯度引起的紊动能产生项，

k为湍动能，ε为湍流散耗率；其中，模型常数C_u＝0.0625，C_1ε＝1.42，C_2ε＝1.68，γ₀＝3.17，β＝0.008；α_k＝α_ε＝0.98，S为自定义源项，S设置为1.44；

优选的：对控制方程的中模拟点的选择采用有限点法；也就是说模拟点是离散的，通过增加或者降低点的密度能够控制模拟的复杂度；

优选的：套管的壁厚在0.25英寸至0.75英寸范围内；

优选的：套管的壁厚在6mm至20mm的范围内；

优选的：在模拟过程中直接将套管的壁厚设置为小孔的深度，也就深度X3方向上的高度；

优选的：基于根据现场环境模拟选出的套管材质进行套管材质的选择；套管由不锈钢构造，但也可由其它金属制成，这些金属可经过电镀和/或硬化以提供较长的使用寿命。合适的材料包括400系列硬化不锈钢、钴基合金、合金和碳化钨；

现有技术中的分流小孔往往是均匀分布，但是均匀分布情况下不能有效利用多层套筒介质流动特性，在套筒层间，介质流动是被引导的，均匀分布不能够增加泄压能力反而会造成刚性降低，本发明采用分组设置，适应性计算小孔数量的方式，在控制套筒强度的基础上，最大化泄压节流能力；

所述多排小孔上下位置错开并均匀排布，具体为：每层套筒中分流小孔分组设置，每组中设置多排，多排小孔上下位置错开并均匀排布；排间小孔之间的距离小于组间小孔之间的距离；一个分流小孔的边缘到相邻分流小孔的边缘之间的距离大于等于分流小孔的直径d；如附图5-7中，设置8组分流小孔，每组分流小孔为两排；

进一步的：套筒的面积根据现场环境需要设置，分流小孔的总面积需要满足强度要求；设套筒的表面积为A，A＝π×D×H；其中：D为套筒的直径，H为套筒纵向高度；根据套筒材质确定分流小孔总面积对套筒面的占比Prp；根据公式(9)计算分流小孔的个数n；A×Prp＝(π×d²/4)×n(9)；其中：n是分流小孔的个数；

优选的：当套管由不锈钢构造时，Prp＝34％，由硬化不锈钢构造时，Prp＝37％；

现有技术中套筒材质的选用往往是凭借经验，本发明基于通过科学选材精确计算，提出采用混合材质的多层套筒，也就是说三层套筒材质是相同或不同的，通过小孔设置的改变来对压力降低提供更多的控制，形成外部喷溅泄压模式，有助于快速降温，降低了对套筒材质的要求，这种情况下逐层降低对套筒材质的要求，可以大大减少费用；同时，通过内侧，槽，中间，槽，外侧的刮擦，在径向分流小孔被碎屑阻塞的情况下，套筒内部的反冲或机械刮擦将足以去除任何夹带的碎屑，内侧套筒能够承受嵌入过程流体中的碎屑的损坏而提供了对这些碎屑的高水平的公差；

由于设置每层套筒的分流小孔材质数量相同，本发明进一步的发明点在于可以根据材质的不同允许可设置分流小孔的尺寸不同；从而支撑使得在使用场景不同的时候，适应性的设置小孔的面积；具体的：用在减温水调节阀时，介质由外流向内套筒，使得内侧套筒的分流小孔面积小于中间套筒，而中间套筒小于外侧分流小孔，由于分流小孔的数目是相当的，位置相对的三层套筒之间形成对应的分流通道，通道本身是畅通的；用在最小流量调节阀上时候，介质从内流向外套筒；使得内侧套筒的分流小孔面积大于中间套筒，而中间套筒大于外侧分流小孔，由于分流小孔的数目是相当的，位置相对的三层套筒之间形成对应的分流通道；优选的：上述小于为略小于；大于略大于；通过这样的设置使得位置相对的三层套筒之间形成对应的分流通道通过上述渐进式的小孔设置，使得介质在流动过程中形成一定的压力从而对碎屑进行冲刷，有效的降低了可能发生的阻塞；

正是因为材质可以分开选择，因此，可以选择便于进行现场加工的材质进行内侧套筒的制作；通过对内侧/外侧套筒的外表面进行机加工而形成密封环，形成一体成型的密封结构；

可替代的，将分离的密封环热配合在外表面中加工或模制的凹槽中，或者通过将开口环焊接在表面上的期望的间隔位置处；此时套筒中的环的外表面与盘组的内表面形成的密封是通过金属对金属的压缩而形成的；

介质经过环状流道槽再到节流孔，此时介质经过节流，再次泄压到环状流道槽释放压力，再通过二次节流孔节流后再次流入流道槽，进行泄压释放。介质再次通过第三层节流孔节流后流入阀体内腔再次释放泄压，整个过程三次节流三次释放泄压，并且每一层节流套相互错层，介质流向形成双”S”型,能够有效保证介质多次节流降压作用，最大化减少高流速介质对阀门密封面的冲刷以及气蚀现象，此节流套结构紧凑降压节流效果显著，并且在保证节流降压的同时保证了调节特性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种Y型流道节流套筒，其特征在于，筒体分为三层，由内侧套筒、中间套筒、外侧套筒由外向内层层叠加固定组合构成，所述三层Y型流道节流套筒中的每个均呈环状结构，包括内环面、外环面；内环面上设有均匀环型槽，外环面上设计分流小孔，两者形成自外向内/自外向内的节流流道；

不同层次分流小孔之间错开特定角度装配，装配完成后在组合套筒上端，内侧套筒与外侧套筒端面焊接固定，将中间套筒夹于内侧套筒与外侧套筒之间，保证套筒之间不脱离；

在错开特定角度安装时，内侧套筒分流小孔边缘一侧到中间套筒对应分流小孔的一侧和内侧套筒小孔边缘一侧的切面夹角为第一角度b1，内侧套筒分流小孔边缘另一侧到中间套筒对应分流小孔的另一侧和内侧套筒小孔边缘另一侧的切面夹角为第二角度b2；

内侧套筒和中间套筒之间错开Ag1角度装配，中间套筒和外侧套筒之间错开Ag2角度装配；

设置Ag1值使得角度设置对介质速度的降低的影响小；所述设置Ag1值使得角度设置对介质速度的降低的影响小，具体的：设置Ag1使得第一角度b1和第二角度b2满足公式(3)；

其中：ρ是流体密度，v是实验水流速度，SH是分流小孔的面积，C_b1是切面夹角为b1时的阻力系数；C_b1是切面夹角为b2时的阻力系数；采用Ag2使得第三角度C1和第四角度C2也满足公式(3)。

2.根据权利要求1所述的Y型流道节流套筒，其特征在于，介质流道呈Y型形式。

3.根据权利要求2所述的Y型流道节流套筒，其特征在于，内侧套筒位于最外侧，底部设计下支撑座，中间套筒位于中间位置，中间套筒外径与内侧套筒内径相配合，底部置于内侧套筒下支撑座上，外侧套筒位于最内侧，上部设计有上支撑面，其外径与中间套筒内径相配合，上支撑面压在中间套筒上端面，形成组合套筒结构。

4.根据权利要求3所述的Y型流道节流套筒，其特征在于，分流小孔为通孔，均匀分布在每层套筒外环面上。

5.根据权利要求4所述的Y型流道节流套筒，其特征在于，介质流道呈螺旋下降型形式。

6.根据权利要求5所述的Y型流道节流套筒，其特征在于，套管的壁厚在6mm至20mm的范围内。

7.根据权利要求6所述的Y型流道节流套筒，其特征在于，套管的壁厚在0.25英寸至0.75英寸范围内。

8.根据权利要求7所述的Y型流道节流套筒，其特征在于，套管由不锈钢构造。

9.根据权利要求8所述的Y型流道节流套筒，其特征在于，将分离的密封环热配合在外表面中加工的凹槽中，或者通过将开口环焊接在表面上的期望的间隔位置处；此时套筒中的环的外表面与盘组的内表面形成的密封是通过金属对金属的压缩而形成的。

10.根据权利要求9所述的Y型流道节流套筒，其特征在于，通过对内侧/外侧套筒的外表面进行机加工而形成密封环，形成一体成型的密封结构。

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