專利名稱:一種可控壓差特性錐形節流閥的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種可控壓差特性錐形節流閥，包括殼體和閥芯，所述閥芯的型面和殼體的內壁面均為回轉面，節流閥壓差ΔP與喉口面積At滿足ΔP＝ρvout2·(Aout/At-1)的數學關系式，ρ為節流閥內工作流體密度、vout為節流閥出口截面工作流體平均速度、Aout為節流閥出口截面面積，通過建立不可壓流動中錐形節流閥壓差、節流閥喉口面積、節流閥閥芯與殼體相對位移量之間的數學關系式，提升不可壓流動中錐形節流閥閥芯型面設計對節流閥壓差特性的控制能力。
【專利說明】-種可控壓差特性錐形節流閥
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及管道流動中的錐形節流閥領域，具體來說是一種可控壓差特性錐 形節流閥。
【背景技術】
[0002] 在管道流動中錐形節流閥的使用十分常見，不僅廣泛用于工業生產領域，亦在各 類流體試驗裝置中得W大量應用。節流閥進出口截面靜壓差隨節流閥開度的變化規律，也 即節流閥的壓差特性，主要有線性壓差特性、等百分比壓差特性、拋物線壓差特性與快開壓 差特性等四種。四種壓差特性對應下的節流閥，其隨開度變化的節流規律存在顯著區別，可 滿足不同應用場合的節流規律需求。而節流閥的壓差特性作為其固有特性，取決于節流閥 的閥巧形狀。為此，如何依據節流閥的壓差特性需求，設計出合理的閥巧形狀成為節流閥設 計中的重要環節。然而，現有的錐形節流閥閥巧型面設計方法，采用初步造型、壓差特性核 算、造型優化的循環迭代方式，無法在設計環節中直接引入節流閥壓差特性對閥巧型面的 影響，很大程度上限制了錐形節流閥閥巧型面設計的效率。
【發明內容】
[0003] 針對上述問題，本實用新型提出了一種可控壓差特性錐形節流閥，在設計環節中 直接引入節流閥壓差特性對閥巧型面的影響，通過建立節流閥壓差、節流閥喉口面積、節流 閥閥巧與殼體相對位移之間的數學關系式，實現閥巧型面一次造型即可滿足節流閥的壓差 特性，可大幅提升錐形節流閥閥巧型面設計的效率。
[0004] 為實現W上技術目的，本實用新型的可控壓差特性錐形節流閥通過W下技術方 案實行：一種可控壓差特性錐形節流閥，其特征在于，所述錐形節流閥包括殼體和閥巧， 所述閥巧的型面和殼體的內壁面均為回轉面，節流閥壓差AP與喉口面積At滿足AP = PV。山2.(A〇ut/At-l)的數學關系式，其中：P為節流閥內工作流體密度、v〇ut為節流閥出口截 面工作流體平均速度、Awt為節流閥出口截面面積，其中，節流閥壓差AP為節流閥入口截 面工作流體平均靜壓與出口截面工作流體平均靜壓之差，所述入口截面位于節流閥喉口紳 圓上游3?5倍喉口紳圓半徑處，所述出口截面位于節流閥喉口紳圓下游5?10倍喉口紳 圓半徑處，所述節流閥喉口截面為節流閥流體通道內流通面積最小的截面，所述節流閥喉 口截面在閥巧全行程范圍內均通過節流閥殼體內壁面的喉口紳圓，所述喉口紳圓為節流閥 閥巧全行程范圍內各喉口截面通過的節流閥殼體內壁面上的同一紳圓。
[0005] 進一步地，所述節流閥的壓差特性為線性壓差特性、等百分比壓差特性、拋物線壓 差特性或快開壓差特性。
[0006] 進一步地，所述節流閥的壓差特性為等百分比壓差特性時，節流閥喉口面積At、閥 巧與殼體相對位移量L滿足At= A"t/(eawb+l)的數學關系式，其中e為自然底數；a、b為 常量，由節流閥閥巧與殼體最大、最小相對位移下的壓差大小確定。
[0007] 進一步地，所述節流閥的壓差特性為線性壓差特性、拋物線壓差特性或快開壓差 特性時，節流閥喉口面積At、閥巧與殼體相對位移量L滿足4 = +巧|i,i + IL其中n 為特性系數，n = 0為線性壓差特性，n = 1/2為拋物線壓差特性，n = -1為快開壓差特性； a、b為常量，由節流閥閥巧與殼體最大、最小相對位移下的壓差大小確定。
[000引進一步地，所述閥巧的型面為回轉面，該回轉面的母線為節流閥閥巧全行程范圍 內等喉口面積曲線簇的內切線，其中，在節流閥閥巧與殼體相對位移L下，圍繞節流閥閥巧 的軸線構建等喉口面積回轉面，所述等喉口面積回轉面的任一紳圓與節流閥殼體內壁面喉 口紳圓形成的流通面積等于喉口面積At，在節流閥同一縱剖面內閥巧與殼體各相對位移下 等喉口面積回轉面的母線形成等喉口面積曲線簇。
[0009] 本實用新型的可控壓差特性錐形節流閥與現有技術相比具有如下有益效果；在錐 形節流閥閥巧型面設計中，通過建立節流閥壓差、節流閥喉口面積、節流閥閥巧與殼體相對 位移之間的數學關系式，依據節流閥壓差特性控制不同閥巧位置下的喉口面積，進而完成 節流閥閥巧型面設計，W實現閥巧型面一次造型即可滿足節流閥壓差特性的要求，可大幅 提升錐形節流閥閥巧型面設計的效率。
【附圖說明】
[0010] 圖1為錐形節流閥二維縱剖面圖示；
[0011] 圖2為本實用新型閥巧型面設計中尺寸參數示意圖；
[0012] 圖3為本實用新型閥巧型面設計中閥巧型面造型示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 為使本實用新型的技術目的、技術方案及技術優點更加明晰，下面參照附圖并列 舉實施例子，對本實用新型進一步詳細說明。
[0014] 圖1為一個典型的錐形節流閥二維縱剖面圖。該錐形節流閥由閥巧1和殼體2構 成軸對稱的流體通道，其中閥巧型面11為回轉面，殼體內壁面21也為回轉面。閥巧1可沿 著圖1中雙箭頭所示的方向移動，在閥巧1移動過程中，閥巧型面11上的某一紳圓與殼體 內壁面21上的固定紳圓構成流通面積最小的喉口截面3。該喉口截面3在閥巧1全行程 范圍內均通過節流閥殼體內壁面同一紳圓，也即圖1中所示的節流閥殼體內壁面喉口紳圓 22。
[0015] 圖2為所述節流閥閥巧型面中的尺寸參數示意圖，進口截面4位于節流閥殼體內 壁面喉口紳圓22上游5倍喉口紳圓半徑r處，出口截面5位于節流閥殼體內壁面喉口紳圓 22下游10倍喉口紳圓半徑r處。所述節流閥壓差AP為進口截面4與出口截面5的靜壓 差，節流閥壓差AP與喉口面積At滿足AP= pvwt2,（A"t/At-1)的數學關系式，其中P 為節流閥內工作流體密度、Vwt為節流閥出口截面5工作流體平均速度、A wt為節流閥出口 截面5的面積。
[0016] 作為一種實施方式，例如選取節流閥壓差特性為等百分比特性。節流閥喉口面 積At、閥巧1與殼體2相對位移量L滿足At= A wt/ (eat+b+1)的數學關系式，其中e為自然 底數；a、b為常量，由節流閥閥巧1與殼體2最大、最小相對位移下的壓差大小確定，分別 為-0. 017、3. 525 ;A"t為節流閥出口截面面積，大小為0. 503m 2。
[0017] 圖3為閥巧型面造型示意圖，得到不同相對位移L的喉口面積At后，針對節流閥 閥巧與殼體某一相對位置1。，圍繞節流閥閥巧的軸線AX構建等喉口面積回轉面，所述等喉 口面積回轉面的任一紳圓與節流閥殼體內壁面喉口紳圓形成的流通面積等于喉口面積At。， 在節流閥縱剖面內閥巧與殼體各相對位置1。、li、I2......1。下，各等喉口面積回轉面的母 線形成等喉口面積曲線簇S。、Si、S2......S。。節流閥閥巧型面11為回轉面，回轉面的母線 為節流閥閥巧全行程范圍內等喉口面積曲線簇S。、Si、S2......S。的內切線。
[0018] 數值計算結果顯示，節流閥閥巧在全行程范圍內由相同位移量A1引起的節流閥 壓差相對變化量（A P。- A Pw) / A Pw為0. 75?0. 78,最大相對偏差為3. 8 %。數值計算結 果表明，設計完成的節流閥閥巧型面使得所述的錐形節流閥保持了良好的等百分比壓差特 性，與設計之初要求的錐形節流閥壓差特性一致。
[0019] W上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用W限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型 的范圍之內。
【權利要求】
1. 一種可控壓差特性錐形節流閥，其特征在于，所述錐形節流閥包括殼體和閥芯，所 述閥芯的型面和殼體的內壁面均為回轉面，節流閥壓差ΔΡ與喉口面積A t滿足ΛΡ = P V-2 .(A-/V1)的數學關系式，其中：P為節流閥內工作流體密度、V-為節流閥出口截 面工作流體平均速度、AratS節流閥出口截面面積，其中，節流閥壓差ΛΡ為節流閥入口截 面工作流體平均靜壓與出口截面工作流體平均靜壓之差，所述入口截面位于節流閥喉口煒 圓上游3?5倍喉口煒圓半徑處，所述出口截面位于節流閥喉口煒圓下游5?10倍喉口煒 圓半徑處，所述節流閥喉口截面為節流閥流體通道內流通面積最小的截面，所述節流閥喉 口截面在閥芯全行程范圍內均通過節流閥殼體內壁面的喉口煒圓，所述喉口煒圓為節流閥 閥芯全行程范圍內各喉口截面通過的節流閥殼體內壁面上的同一煒圓。2. 根據權利要求1所述的可控壓差特性錐形節流閥，其特征在于，所述節流閥的壓差 特性為線性壓差特性、等百分比壓差特性、拋物線壓差特性或快開壓差特性。3. 根據權利要求2所述的可控壓差特性錐形節流閥，其特征在于，所述節流閥的壓差 特性為等百分比壓差特性時，節流閥喉口面積A t、閥芯與殼體相對位移量L滿足At= A _/ (eaL+b+l)的數學關系式，其中e為自然底數；a、b為常量，由節流閥閥芯與殼體最大、最小相 對位移下的壓差大小確定。4. 根據權利要求2所述的可控壓差特性錐形節流閥，其特征在于，所述節流閥的壓差 特性為線性壓差特性、拋物線壓差特性或快開壓差特性時，節流閥喉口面積A t、閥芯與殼體 相對位移量L滿足彳=υ[(?/Δ +/))A +丨^其中η為特性系數，η = 0為線性壓差特性，η =1/2為拋物線壓差特性，η = -1為快開壓差特性；a、b為常量，由節流閥閥芯與殼體最大、 最小相對位移下的壓差大小確定。5. 根據權利要求1至4任一項所述的可控壓差特性錐形節流閥，其特征在于，所述閥 芯的型面為回轉面，該回轉面的母線為節流閥閥芯全行程范圍內等喉口面積曲線簇的內切 線，其中，在節流閥閥芯與殼體相對位移L下，圍繞節流閥閥芯的軸線構建等喉口面積回轉 面，所述等喉口面積回轉面的任一煒圓與節流閥殼體內壁面喉口煒圓形成的流通面積等于 喉口面積A t，在節流閥同一縱剖面內閥芯與殼體各相對位移下等喉口面積回轉面的母線形 成等喉口面積曲線簇。
【文檔編號】F16K47-10GK204284645SQ201420674497
【發明者】項效镕, 趙慶軍, 趙巍, 雒偉偉, 徐建中 [申請人]中國科學院工程熱物理研究所