[实用新型]一种可控压差特性锥形节流阀

说明书

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A_t满足ΔP＝ρv_out²·(A_out/A_t-1)的数学关系式，其中：ρ为节流阀内工作流体密度、v_out为节流阀出口截面工作流体平均速度、A_out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A_t、阀芯与壳体相对位移量L满足A_t＝A_out/(e^aL+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A_t、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A_t，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