[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

说明书

本发明公开了一种多级套筒式高压差控制阀套筒结构及设计优化方法，套筒结构包括控制阀阀体和阀盖内的套筒组件，能充分起到减振降噪的作用。本发明提出的多级套筒式高压差控制阀套筒设计方法，包括多级套筒的级数、厚度和间隙设计；以及多级套筒上小孔设计方法能使套筒控制阀实现特定的流量特性，包括线性、快开和等百分比特性曲线。本发明的多级套筒的级数、厚度设计方法基于套筒面临径向外压的工况条件，以及套筒受到的轴向压力；线性、快开和等百分比特性曲线开孔设计方法基于计算流体力学软件及其迭代计算。本发明设计方便，节约成本，能快速准确地得到多级多孔套筒，具有一定的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及套筒式高压差阀门领域，具体涉及一种工质为液体的节流套筒组件的结构以及设计优化方法。

背景技术

套筒式控制阀具有抑制空化、振动，降低噪声的功能，且通过更换套筒组件可实现改变调节特性，因此，广泛用作减压阀、蒸汽调节阀、高压疏水阀等阀门，也作为控制阀的重要结构类型之一。对于复杂的工况条件下，单层套筒往往降噪能力以及降低空化能力显著不足，往往需要设计多层套筒。此外，作为重要的控制阀类型之一，套筒控制阀的调节关键在于流量特性的准确调节，以及在复杂工况下的可靠性，对于套筒式控制阀来说，套筒式套筒组件往往决定阀门内的流通能力，以及流量特性。综上，多级套筒阀的套筒设计研究对于套筒阀的应用具有非常重要的指导意义。

经调研，多级降压套筒优化设计方法(CN 104214416 A)，提出了降压级数、套筒厚度以及套筒间隙的设计及计算，但没有描述套筒结构及具体流通面积的计算，且对套筒厚度的设计公式属于套筒内压计算，没有考虑承受外压套筒的屈曲失效。高压差的多级套筒式控制阀的多层套筒通常承受外压，然而，套筒承受外压与承受内压的变形与应力情况不同，承受内压将会导致壳体产生塑性变形，直至发生塑型垮塌破坏；承受外压，除了可能出现与承受内压壳体类似的破坏现象之外，还会在外压载荷增大到某一值时，壳体出现压扁或波折等屈曲现象，而屈曲现象为外压壳体破坏的常见形式之一。套筒式控制阀需要准确的调节特性，但是，控制阀往往应用于高参数工况下，从节约经济以及降低设计难度的角度，套筒阀门的数值模拟流量设计逐渐显现其优点。

综上所以，目前亟需考虑多重因素对套筒结构的影响，提供一种降低空化、噪声的套筒结构及其快速准确的设计计算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压差的多级套筒阀的套筒结构及设计方法，达到适应高压差，具有良好的降压、稳流效果，达到良好的调节流量性能。

本发明具体采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种多级套筒式高压差控制阀套筒结构，为设置于阀盖和阀体间的套筒组件，所述的套筒组件包括上套筒、若干层开孔的套筒和套筒下底；若干层套筒同轴嵌套，且顶部均连接于上套筒底部，底部均由套筒下底封堵；所述阀盖设置于阀体和套筒组件上，且阀盖对阀体和套筒组件有向下压紧的力。

第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述多级套筒式高压差控制阀套筒结构的设计优化方法，其包括以下步骤：

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；