本发明专利技术公开了可变流道的三维立体节流装置及流体的节流方法，涉及节流装置领域，包括阀芯和阀座，上述阀芯为回转体，上述阀座设置有通道，上述阀芯设置有三维流道，上述阀芯外壁设置有第一级流道和第三级流道，上述阀芯还设置有第二级流道，上述第二级流道贯穿阀芯，上述第一级流道和第三级流道分别设置于靠近第二级流道两端部的阀芯外壁上，且均与第二级流道连通；自所述通道流向第一级流道的流体入口为第一节流口，自所述第三级流道流向通道的流体入口为第二节流口，用于在转动所述阀芯时第一节流口和第二节流口的流通面积发生变化；改变行程角，从而改变流阻，解决了该节流装置使用寿命的问题，并提高了该装置的可调比。并提高了该装置的可调比。并提高了该装置的可调比。
【技术实现步骤摘要】
可变流道的三维立体节流装置及流体的节流方法
[0001]本专利技术涉及节流装置领域，具体涉及可变流道的三维立体节流装置及流体的节流方法。
技术介绍
[0002]调节阀的作用是改变流体受到的流阻以达到控制流体的目的。流阻分为可变流阻和固定流阻，节流元件的固定流阻越小、可变流阻越大，则调节阀的可调比越大，可控压差范围越宽，调节阀的性能越好。大可调比调节阀、高压差可控调节阀、耐冲蚀、耐汽蚀调节阀、耐高温、低泄漏调节阀等等是各大调节阀厂家迫切需要解决的难题。
[0003]现有调节阀可分为单座阀、双座阀、蝶阀、偏心旋转阀、V型球阀等九大类，这些阀型不同程度的存在可调比小、耐压差能力差、易发生冲蚀、汽蚀、寿命短、硬密封内泄漏大、特性曲线非等百分比等各种缺陷。
[0004]现有各种阀型的调节阀都仅仅依靠改变其节流件的二维结构(即节流面积)，达到改变流阻的目的。当介质流过节流口时，其速度急剧增加，压力急剧下降，当压力低于饱和蒸汽压时，液体就会闪蒸出气体，形成气、液双相流体。气体裹挟着未气化的液滴，以极高的速度撞击阀芯，对阀芯造成了巨大的破坏，这种破坏过程类似于喷砂过程。
[0005]当气液流过节流口时，速度逐渐下降，压力也逐渐恢复，当压力大于饱和蒸汽压时，气泡破裂，四周的液体以很快的速度来填充气泡所占的空间，在液体内部发生猛烈的撞击，在小范围内压力可以达到几千个大气压，瞬间产生的强大冲击波会对阀芯表面产生极大的破坏作用，它和气液流的“喷砂”过程联合作用，使阀芯表面产生蜂窝状的凹坑，从而在很短的时间内造成严重的物理损伤，整个过程伴随有较大的震动和噪音。
[0006]传统结构调节阀是靠与密封面接近的节流面积实现控制，小开度运行时，密封面直接参与节流，非常容易被破坏而失效，密封寿命短，硬密封内漏大。
技术实现思路
[0007]本专利技术所要解决的技术问题是将二维平面节流变为三维立体节流，提高节流元件的可调比，避免节流过程中因介质压力的剧烈变化而产生的冲刷、汽蚀、闪蒸对节流元件造成损坏，以提高节流元件的使用寿命，目的在于提供可变流道的三维立体节流装置及流体的节流方法，变平面节流为全流道三维节流，解决了节流过程中因介质压力剧烈变化而产生冲刷、汽蚀、闪蒸，对节流元件密封面造成破坏，导致节流元件寿命短的问题，大幅度降低流体通过节流口的速度，并且节流元件能很好的通过颗粒介质。
[0008]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0009]第一方面提供可变流道的三维立体节流装置，包括阀芯和阀座，上述阀芯为回转体，上述阀芯与阀座滑动连接，上述阀座中心设置有通道，上述阀芯设置有三级流道，上述三级流道包括第一级流道、第二级流道和第三级流道，上述第二级流道贯穿阀芯，上述第一级流道和第三级流道分别设置于靠近第二级流道两端部的阀芯外壁上，且上述第一级流道
和第三级流道均与第二级流道连通；
[0010]自上述通道流向第一级流道的流体入口为第一节流口，自上述第三级流道流向通道的流体入口为第二节流口，转动上述阀芯时，上述第一节流口和第二节流口的尺寸同时发生变化，用于流体流经的第一级流道和第三级流道的长度和流体方向发生改变。
[0011]进一步的，在所述第一级流道朝向与其最接近的第二级流道的端部方向上，第一级流道的径向截面面积逐渐变大。
[0012]进一步的，在所述第三级流道朝向与其最接近的第二级流道的端部方向上,第三级流道的径向截面面积逐渐变大。
[0013]上述第一级流道和第三级流道均为越靠近第二级流道截面积越大，越远离第二级流道截面积越小，第一级流道和第三级流道中心线均为渐开线；第一级流道流体是扩张过程，第三级流道流体是收缩过程，第一级流道和第三级流道任意截面与相邻截面的面积都不同，使流体流经流道的长度越长则流阻越大，反之流道的长度越短则流阻越小。第一级流道和第三级流道截面的中心线均为渐开线，流体进入流道与离开流道呈现一个夹角，夹角越大流场的流线出现交叉线越多，则流阻越大，反之夹角越小流阻越小。
[0014]上述阀芯处于节流状态时，流体从上述阀座的通道流入阀芯的三级流道并经通道流出时，要经过第一节流口，流场由于流通面积缩小而产生流阻，流通面积越小则流阻越大；当流体进入第一级流道，整个第一级流道都是扩张状态，且流体流动方向发生改变，使经过的流道越长则流体的扩张作用越明显，流体的碰撞也越严重，在双重作用下流阻也越大；当流体从第一级流道进入第二级流道，第二级流道不起变流阻的作用，但起到从第一级流道到第三级流道的过桥作用；当流体进入第三级流道，整个第三级流道都是收缩状态，且流体流动方向发生改变，使经过的流道越长则流体的收缩作用越明显，流体的碰撞也越严重，在双重作用下流阻也越大；流体从第三级流道经过第二节流口，流场由于流通面积扩大造成流场剧变而产生流阻，流通面积变化率越大则流阻越大；本专利技术改变了以往各种调节阀仅仅依赖改变流通面积的二维节流方法，把节流扩展到三维的全流道中，这样不但能把可调比大大提高，而且降低了流速，并把容易损坏节流面的高压差分散到全流道中，大大延长了节流件使用寿命。
[0015]当行程角变大时，第一节流口和第二节流口节流面积均变大；第一级流道和第三级流道均变短，节流作用变弱；可变流道(指第一级流道和第三级流道)进出流体的角度变小使流体发生碰撞的几率下降，在这三重作用下流阻大大下降。反之在行程角变小时同样在这三重作用下流阻大大上升。这种三维节流方式流阻变化率的绝对值远高于二维节流方式。采用这种三维节流方式调节阀的可调比远大于普通调节阀可调比。
[0016]本三维节流方式与传统的二维节流方式相比，在同样的参数下实验，实验条件：实验管道内径为DN25，节流件两端的压差15MPa，流量每小时40立方米，实验介质是水，实验结果：前者流道中最高流速100米/秒，后者在密封面处流速达到260米/秒，后者对流道的冲蚀能量是前者的7倍，前者几乎不产生汽蚀，后者汽蚀较严重。采用三维节流可以明显提高节流装置使用寿命。
[0017]进一步的，上述第一级流道和第三级流道在阀芯外壁上呈一弧面凹槽，越靠近第二级流道截面积越大，越远离第二级流道截面积越小，横截面中心线连线为渐开线，上述第二级流道为直道结构。
[0018]进一步的，所述第一级流道和第三级流道设置于阀芯相对应的两侧。
[0019]进一步的，所述通道与第二级流道的径向截面相同。进一步的，所述阀芯外壁上还设置有用于与阀座抵接的密封面，用于在转动所述阀芯后密封面与阀座抵接完成密封；所述密封面设置于第一级流道、第三级流道的旁侧；所述阀座通道在行程角为0度时包围的球面为密封面，所述密封面包括前密封面和后密封面，当阀芯的行程角为0度时，通道被阀芯完全切断。
[0020]第二方面提供流体的节流方法，采用所述可变流道的三维立体节流装置对流体进行节流，所述流体的节流方法包括以下步骤：
[0021]改变行程角，转动所述阀芯，
[0022]若所述行程角减小，则所述第一节流口和第二节流口的面积减小，用于所述流体流经的第一级流本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.可变流道的三维立体节流装置，其特征在于，包括阀芯和阀座，所述阀芯为回转体，所述阀芯与阀座转动连接，所述阀座设置有通道(11)，所述阀芯设置有三级流道；所述三级流道包括第一级流道(21)、第二级流道(22)和第三级流道(23)，所述第二级流道(22)贯穿阀芯，所述第一级流道(21)和第三级流道(23)分别设置于靠近第二级流道(22)两端部的阀芯外壁上，且所述第一级流道(21)和第三级流道(23)均与第二级流道(22)连通；自所述通道(11)流向第一级流道(21)的流体入口为第一节流口(31)，自所述第三级流道(23)流向通道(11)的流体入口为第二节流口(32)，转动所述阀芯时，所述第一节流口(31)和第二节流口(32)的尺寸同时发生变化，用于流体流经的第一级流道(21)和第三级流道(23)的长度和流体方向发生改变。2.根据权利要求1所述的可变流道的三维立体节流装置，其特征在于，所述第一级流道(21)和第三级流道(23)在阀芯外壁上呈一弧面凹槽，所述第二级流道(22)为直道结构。3.根据权利要求2所述的可变流道的三维立体节流装置，其特征在于，在所述第一级流道(21)朝向与其最接近的第二级流道(22)的端部方向上，第一级流道(21)的径向截面面积逐渐变大。4.根据权利要求2或3所述的可变流道的三维立体节流装置，其特征在于，在所述第三级流道(23)朝向与其最接近的第二级流道(22)的端部方向上,第三级流道(23)的径向截面面积逐渐变...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭娅，徐燕，
申请(专利权)人：徐燕，
类型：发明
国别省市：
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