[發(fā)明專(zhuān)利]多級(jí)套筒式高壓差控制閥套筒結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110511968.0
• 申請(qǐng)日: 2021-05-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113251204B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢(qián)錦遠(yuǎn);于龍杰;郝嬌山;蔣永兵;王偉波;侯聰偉;金志江
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué);重慶川儀調(diào)節(jié)閥有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): F16K47/08
• 分類(lèi)號(hào): F16K47/08;G06F30/17;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發(fā)明公開(kāi)了一種多級(jí)套筒式高壓差控制閥套筒結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，套筒結(jié)構(gòu)包括控制閥閥體和閥蓋內(nèi)的套筒組件，能充分起到減振降噪的作用。本發(fā)明提出的多級(jí)套筒式高壓差控制閥套筒設(shè)計(jì)方法，包括多級(jí)套筒的級(jí)數(shù)、厚度和間隙設(shè)計(jì)；以及多級(jí)套筒上小孔設(shè)計(jì)方法能使套筒控制閥實(shí)現(xiàn)特定的流量特性，包括線(xiàn)性、快開(kāi)和等百分比特性曲線(xiàn)。本發(fā)明的多級(jí)套筒的級(jí)數(shù)、厚度設(shè)計(jì)方法基于套筒面臨徑向外壓的工況條件，以及套筒受到的軸向壓力；線(xiàn)性、快開(kāi)和等百分比特性曲線(xiàn)開(kāi)孔設(shè)計(jì)方法基于計(jì)算流體力學(xué)軟件及其迭代計(jì)算。本發(fā)明設(shè)計(jì)方便，節(jié)約成本，能快速準(zhǔn)確地得到多級(jí)多孔套筒，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及套筒式高壓差閥門(mén)領(lǐng)域，具體涉及一種工質(zhì)為液體的節(jié)流套筒組件的結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

套筒式控制閥具有抑制空化、振動(dòng)，降低噪聲的功能，且通過(guò)更換套筒組件可實(shí)現(xiàn)改變調(diào)節(jié)特性，因此，廣泛用作減壓閥、蒸汽調(diào)節(jié)閥、高壓疏水閥等閥門(mén)，也作為控制閥的重要結(jié)構(gòu)類(lèi)型之一。對(duì)于復(fù)雜的工況條件下，單層套筒往往降噪能力以及降低空化能力顯著不足，往往需要設(shè)計(jì)多層套筒。此外，作為重要的控制閥類(lèi)型之一，套筒控制閥的調(diào)節(jié)關(guān)鍵在于流量特性的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，以及在復(fù)雜工況下的可靠性，對(duì)于套筒式控制閥來(lái)說(shuō)，套筒式套筒組件往往決定閥門(mén)內(nèi)的流通能力，以及流量特性。綜上，多級(jí)套筒閥的套筒設(shè)計(jì)研究對(duì)于套筒閥的應(yīng)用具有非常重要的指導(dǎo)意義。

經(jīng)調(diào)研，多級(jí)降壓套筒優(yōu)化設(shè)計(jì)方法(CN 104214416 A)，提出了降壓級(jí)數(shù)、套筒厚度以及套筒間隙的設(shè)計(jì)及計(jì)算，但沒(méi)有描述套筒結(jié)構(gòu)及具體流通面積的計(jì)算，且對(duì)套筒厚度的設(shè)計(jì)公式屬于套筒內(nèi)壓計(jì)算，沒(méi)有考慮承受外壓套筒的屈曲失效。高壓差的多級(jí)套筒式控制閥的多層套筒通常承受外壓，然而，套筒承受外壓與承受內(nèi)壓的變形與應(yīng)力情況不同，承受內(nèi)壓將會(huì)導(dǎo)致殼體產(chǎn)生塑性變形，直至發(fā)生塑型垮塌破壞；承受外壓，除了可能出現(xiàn)與承受內(nèi)壓殼體類(lèi)似的破壞現(xiàn)象之外，還會(huì)在外壓載荷增大到某一值時(shí)，殼體出現(xiàn)壓扁或波折等屈曲現(xiàn)象，而屈曲現(xiàn)象為外壓殼體破壞的常見(jiàn)形式之一。套筒式控制閥需要準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)特性，但是，控制閥往往應(yīng)用于高參數(shù)工況下，從節(jié)約經(jīng)濟(jì)以及降低設(shè)計(jì)難度的角度，套筒閥門(mén)的數(shù)值模擬流量設(shè)計(jì)逐漸顯現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)。

綜上所以，目前亟需考慮多重因素對(duì)套筒結(jié)構(gòu)的影響，提供一種降低空化、噪聲的套筒結(jié)構(gòu)及其快速準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高壓差的多級(jí)套筒閥的套筒結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法，達(dá)到適應(yīng)高壓差，具有良好的降壓、穩(wěn)流效果，達(dá)到良好的調(diào)節(jié)流量性能。

本發(fā)明具體采用的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明提供了一種多級(jí)套筒式高壓差控制閥套筒結(jié)構(gòu)，為設(shè)置于閥蓋和閥體間的套筒組件，所述的套筒組件包括上套筒、若干層開(kāi)孔的套筒和套筒下底；若干層套筒同軸嵌套，且頂部均連接于上套筒底部，底部均由套筒下底封堵；所述閥蓋設(shè)置于閥體和套筒組件上，且閥蓋對(duì)閥體和套筒組件有向下壓緊的力。

第二方面，本發(fā)明提供了一種如第一方面所述多級(jí)套筒式高壓差控制閥套筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，其包括以下步驟：

S1、根據(jù)每級(jí)套筒的壓降均需要小于阻塞流壓差的原則，確定多級(jí)套筒式高壓差控制閥套筒的套筒級(jí)數(shù)n，n的取值區(qū)間為[2,4]；

S2、同時(shí)考慮套筒受到的外部介質(zhì)徑向壓力和閥蓋施加的軸向壓力，計(jì)算其滿(mǎn)足徑向壓力的第一套筒初始厚度t₀以及滿(mǎn)足軸向壓力的第二套筒初始厚度t₁，選擇t₀和t₁最大值作為每一級(jí)套筒的厚度t；

所述第一套筒初始厚度t₀的求解公式為：

式中：修正系數(shù)α取1.3～1.6；P_cr為徑向臨界壓力，MPa；L為套筒的長(zhǎng)度，mm；D為最外層套筒的外直徑，mm；E為套筒材料的楊氏彈性模量，MPa；