[发明专利]多级套筒式高压差控制阀套筒结构及设计优化方法

权利要求书

1.一种多级套筒式高压差控制阀套筒结构的设计优化方法，其特征在于，所述多级套筒式高压差控制阀套筒结构为设置于阀盖(1)和阀体(2)间的套筒组件(3)，所述的套筒组件(3)包括上套筒(31)、若干层开孔的套筒和套筒下底(35)；若干层套筒同轴嵌套，且顶部均连接于上套筒(31)底部，底部均由套筒下底(35)封堵；所述阀盖(1)设置于阀体(2)和套筒组件(3)上，且阀盖(1)对阀体(2)和套筒组件(3)有向下压紧的力；

所述设计优化方法包括以下步骤：

S1、根据每级套筒的压降均需要小于阻塞流压差的原则，确定多级套筒式高压差控制阀套筒的套筒级数n，n的取值区间为[2,4]；

S2、同时考虑套筒受到的外部介质径向压力和阀盖施加的轴向压力，计算其满足径向压力的第一套筒初始厚度t₀以及满足轴向压力的第二套筒初始厚度t₁，选择t₀和t₁最大值作为每一级套筒的厚度t；

所述第一套筒初始厚度t₀的求解公式为：

式中：修正系数α取1.3～1.6；P_cr为径向临界压力，MPa；L为套筒的长度，mm；D为最外层套筒的外直径，mm；E为套筒材料的杨氏弹性模量，MPa；

所述第二套筒初始厚度t₁的求解公式为：

式中：F_N为套筒在阀体内受到来自阀盖的轴向压力，N；μ为套筒材料的泊松比；

S3、根据确定的每一级套筒的厚度t，确定相邻两级套筒之间的最大允许间隙，作为相邻两级套筒之间的间隙值；

S4、根据套筒的目标流量特性曲线确定套筒全开时的全流通流量系数，在假设套筒满足线性流量特性的条件下，通过计算流体力学软件进行第一次迭代，得到在套筒的全开流量系数等于所述全流通流量系数时所需的每级套筒总流通面积S_总；然后在每级套筒总流通面积始终为S_总的前提下，通过计算流体力学软件对每级套筒中开孔的设计层数、孔径大小和开孔数量进行第二次迭代，使套筒的最终流量特性曲线符合目标流量特性曲线时，停止迭代得到每级套筒中孔的设计层数、孔径大小和数量，完成多级套筒式高压差控制阀套筒结构的设计优化。

2.如权利要求1所述的设计优化方法，其特征在于，所述S1中，每级套筒的阻塞流压差计算公式为：

p_1(i+1)＝p_1i-Δp_chokedi

式中：Δp_chokedi为第i级套筒的阻塞流压差，kPa；i＝1,2,…,n，n为套筒总级数；F_L为压力恢复系数；F_F为液体临界压力比系数；p_1i为第i级套筒前压力，kPa；当i＝1时，p_1i＝p_in；p_in为阀门入口压力，kPa；p_v为入口温度下液体蒸汽的绝对压力，kPa；p_c为绝对热力学临界压力，kPa。

3.如权利要求2所述的设计优化方法，其特征在于，所述S1中，每级套筒的压降计算公式为：

式中：Δp为阀门前后压差，Δp＝p_in-p_out，kPa；p_out为阀门出口压力，kPa；Δp_2i为预估的第i级套筒压降，kPa。

4.如权利要求1所述的设计优化方法，其特征在于，所述套筒上的开孔列数为偶数列。

5.如权利要求1所述的设计优化方法，其特征在于，所述套筒中上下两层开孔之间不存在空行程，每一层开孔的孔径为该层开孔的高度，所有层的总长度为阀门行程。

6.如权利要求1所述的设计优化方法，其特征在于，所述S4中，套筒的目标流量特性曲线为线性流量特性曲线，在进行第二次迭代时应满足任意上下两层开孔的孔径均相同。