CN204284645U - 一种可控压差特性锥形节流阀 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种可控压差特性锥形节流阀，包括壳体和阀芯，所述阀芯的型面和壳体的内壁面均为回转面，节流阀压差ΔP与喉口面积At满足ΔP＝ρvout 2·(Aout/At-1)的数学关系式，ρ为节流阀内工作流体密度、vout为节流阀出口截面工作流体平均速度、Aout为节流阀出口截面面积，通过建立不可压流动中锥形节流阀压差、节流阀喉口面积、节流阀阀芯与壳体相对位移量之间的数学关系式，提升不可压流动中锥形节流阀阀芯型面设计对节流阀压差特性的控制能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及管道流动中的锥形节流阀领域，具体来说是一种可控压差特性锥形节流阀。
背景技术
在管道流动中锥形节流阀的使用十分常见，不仅广泛用于工业生产领域，亦在各类流体试验装置中得以大量应用。节流阀进出口截面静压差随节流阀开度的变化规律，也即节流阀的压差特性，主要有线性压差特性、等百分比压差特性、抛物线压差特性与快开压差特性等四种。四种压差特性对应下的节流阀，其随开度变化的节流规律存在显著区别，可满足不同应用场合的节流规律需求。而节流阀的压差特性作为其固有特性，取决于节流阀的阀芯形状。为此，如何依据节流阀的压差特性需求，设计出合理的阀芯形状成为节流阀设计中的重要环节。然而，现有的锥形节流阀阀芯型面设计方法，采用初步造型、压差特性核算、造型优化的循环迭代方式，无法在设计环节中直接引入节流阀压差特性对阀芯型面的影响，很大程度上限制了锥形节流阀阀芯型面设计的效率。
发明内容
针对上述问题，本实用新型提出了一种可控压差特性锥形节流阀，在设计环节中直接引入节流阀压差特性对阀芯型面的影响，通过建立节流阀压差、节流阀喉口面积、节流阀阀芯与壳体相对位移之间的数学关系式，实现阀芯型面一次造型即可满足节流阀的压差特性，可大幅提升锥形节流阀阀芯型面设计的效率。
为实现以上技术目的，本实用新型的可控压差特性锥形节流阀通过以下技术方案实行：一种可控压差特性锥形节流阀，其特征在于，所述锥形节流阀包括壳体和阀芯，所述阀芯的型面和壳体的内壁面均为回转面，节流阀压差ΔP与喉口面积At满足ΔP＝ρvout 2·(Aout/At-1)的数学关系式，其中：ρ为节流阀内工作流体密度、vout为节流阀出口截面工作流体平均速度、Aout为节流阀出口截面面积，其中，节流阀压差ΔP为节流阀入口截面工作流体平均静压与出口截面工作流体平均静压之差，所述入口截面位于节流阀喉口纬圆上游3～5倍喉口纬圆半径处，所述出口截面位于节流阀喉口纬圆下游5～10倍喉口纬圆半径处，所述节流阀喉口截面为节流阀流体通道内流通面积最小的截面，所述节流阀喉口截面在阀芯全行程范围内均通过节流阀壳体内壁面的喉口纬圆，所述喉口纬圆为节流阀阀芯全行程范围内各喉口截面通过的节流阀壳体内壁面上的同一纬圆。
进一步地，所述节流阀的压差特性为线性压差特性、等百分比压差特性、抛物线压差特性或快开压差特性。
进一步地，所述节流阀的压差特性为等百分比压差特性时，节流阀喉口面积At、阀芯与壳体相对位移量L满足At＝Aout/(eaL+b+1)的数学关系式，其中e为自然底数；a、b为常量，由节流阀阀芯与壳体最大、最小相对位移下的压差大小确定。
进一步地，所述节流阀的压差特性为线性压差特性、抛物线压差特性或快开压差特性时，节流阀喉口面积At、阀芯与壳体相对位移量L满足其中n为特性系数，n＝0为线性压差特性，n＝1/2为抛物线压差特性，n＝-1为快开压差特性；a、b为常量，由节流阀阀芯与壳体最大、最小相对位移下的压差大小确定。
进一步地，所述阀芯的型面为回转面，该回转面的母线为节流阀阀芯全行程范围内等喉口面积曲线簇的内切线，其中，在节流阀阀芯与壳体相对位移L下，围绕节流阀阀芯的轴线构建等喉口面积回转面，所述等喉口面积回转面的任一纬圆与节流阀壳体内壁面喉口纬圆形成的流通面积等于喉口面积At，在节流阀同一纵剖面内阀芯与壳体各相对位移下等喉口面积回转面的母线形成等喉口面积曲线簇。
本实用新型的可控压差特性锥形节流阀与现有技术相比具有如下有益效果：在锥形节流阀阀芯型面设计中，通过建立节流阀压差、节流阀喉口面积、节流阀阀芯与壳体相对位移之间的数学关系式，依据节流阀压差特性控制不同阀芯位置下的喉口面积，进而完成节流阀阀芯型面设计，以实现阀芯型面一次造型即可满足节流阀压差特性的要求，可大幅提升锥形节流阀阀芯型面设计的效率。
附图说明
图1为锥形节流阀二维纵剖面图示；
图2为本实用新型阀芯型面设计中尺寸参数示意图；
图3为本实用新型阀芯型面设计中阀芯型面造型示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的技术目的、技术方案及技术优点更加明晰，下面参照附图并列举实施例子，对本实用新型进一步详细说明。
图1为一个典型的锥形节流阀二维纵剖面图。该锥形节流阀由阀芯1和壳体2构成轴对称的流体通道，其中阀芯型面11为回转面，壳体内壁面21也为回转面。阀芯1可沿着图1中双箭头所示的方向移动，在阀芯1移动过程中，阀芯型面11上的某一纬圆与壳体内壁面21上的固定纬圆构成流通面积最小的喉口截面3。该喉口截面3在阀芯1全行程范围内均通过节流阀壳体内壁面同一纬圆，也即图1中所示的节流阀壳体内壁面喉口纬圆22。
图2为所述节流阀阀芯型面中的尺寸参数示意图，进口截面4位于节流阀壳体内壁面喉口纬圆22上游5倍喉口纬圆半径r处，出口截面5位于节流阀壳体内壁面喉口纬圆22下游10倍喉口纬圆半径r处。所述节流阀压差ΔP为进口截面4与出口截面5的静压差，节流阀压差ΔP与喉口面积At满足ΔP＝ρvout 2·(Aout/At-1)的数学关系式，其中ρ为节流阀内工作流体密度、vout为节流阀出口截面5工作流体平均速度、Aout为节流阀出口截面5的面积。
作为一种实施方式，例如选取节流阀压差特性为等百分比特性。节流阀喉口面积At、阀芯1与壳体2相对位移量L满足At＝Aout/(eaL+b+1)的数学关系式，其中e为自然底数；a、b为常量，由节流阀阀芯1与壳体2最大、最小相对位移下的压差大小确定，分别为-0.017、3.525；Aout为节流阀出口截面面积，大小为0.503m2。
图3为阀芯型面造型示意图，得到不同相对位移L的喉口面积At后，针对节流阀阀芯与壳体某一相对位置ln，围绕节流阀阀芯的轴线AX构建等喉口面积回转面，所述等喉口面积回转面的任一纬圆与节流阀壳体内壁面喉口纬圆形成的流通面积等于喉口面积Atn，在节流阀纵剖面内阀芯与壳体各相对位置l0、l1、l2......ln下，各等喉口面积回转面的母线形成等喉口面积曲线簇s0、s1、s2......sn。节流阀阀芯型面11为回转面，回转面的母线为节流阀阀芯全行程范围内等喉口面积曲线簇s0、s1、s2......sn的内切线。
数值计算结果显示，节流阀阀芯在全行程范围内由相同位移量Δl引起的节流阀压差相对变化量(ΔPn-ΔPn-1)/ΔPn-1为0.75～0.78，最大相对偏差为3.8％。数值计算结果表明，设计完成的节流阀阀芯型面使得所述的锥形节流阀保持了良好的等百分比压差特性，与设计之初要求的锥形节流阀压差特性一致。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。
Claims (5)
1.一种可控压差特性锥形节流阀，其特征在于，所述锥形节流阀包括壳体和阀芯，所述阀芯的型面和壳体的内壁面均为回转面，节流阀压差ΔP与喉口面积At满足ΔP＝ρvout 2·(Aout/At-1)的数学关系式，其中：ρ为节流阀内工作流体密度、vout为节流阀出口截面工作流体平均速度、Aout为节流阀出口截面面积，其中，节流阀压差ΔP为节流阀入口截面工作流体平均静压与出口截面工作流体平均静压之差，所述入口截面位于节流阀喉口纬圆上游3～5倍喉口纬圆半径处，所述出口截面位于节流阀喉口纬圆下游5～10倍喉口纬圆半径处，所述节流阀喉口截面为节流阀流体通道内流通面积最小的截面，所述节流阀喉口截面在阀芯全行程范围内均通过节流阀壳体内壁面的喉口纬圆，所述喉口纬圆为节流阀阀芯全行程范围内各喉口截面通过的节流阀壳体内壁面上的同一纬圆。
2.根据权利要求1所述的可控压差特性锥形节流阀，其特征在于，所述节流阀的压差特性为线性压差特性、等百分比压差特性、抛物线压差特性或快开压差特性。
3.根据权利要求2所述的可控压差特性锥形节流阀，其特征在于，所述节流阀的压差特性为等百分比压差特性时，节流阀喉口面积At、阀芯与壳体相对位移量L满足At＝Aout/(eaL+b+1)的数学关系式，其中e为自然底数；a、b为常量，由节流阀阀芯与壳体最大、最小相对位移下的压差大小确定。
4.根据权利要求2所述的可控压差特性锥形节流阀，其特征在于，所述节流阀的压差特性为线性压差特性、抛物线压差特性或快开压差特性时，节流阀喉口面积At、阀芯与壳体相对位移量L满足其中n为特性系数，n＝0为线性压差特性，n＝1/2为抛物线压差特性，n＝-1为快开压差特性；a、b为常量，由节流阀阀芯与壳体最大、最小相对位移下的压差大小确定。
5.根据权利要求1至4任一项所述的可控压差特性锥形节流阀，其特征在于，所述阀芯的型面为回转面，该回转面的母线为节流阀阀芯全行程范围内等喉口面积曲线簇的内切线，其中，在节流阀阀芯与壳体相对位移L下，围绕节流阀阀芯的轴线构建等喉口面积回转面，所述等喉口面积回转面的任一纬圆与节流阀壳体内壁面喉口纬圆形成的流通面积等于喉口面积At，在节流阀同一纵剖面内阀芯与壳体各相对位移下等喉口面积回转面的母线形成等喉口面积曲线簇。
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| CN108374918A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-08-07 | 华北水利水电大学 | 一种限流阀 |
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