射流流道窗口设计方法、自力式快调型控制阀及控制系统技术方案

本发明专利技术属于自力式阀门技术领域，具体涉及一种射流流道窗口设计方法、自力式快调型控制阀及控制系统。本发明专利技术的射流流道窗口设计方法包括以下步骤：S1、通过下式获得不同开度下单组射流流道窗口面积A

【技术实现步骤摘要】
射流流道窗口设计方法、自力式快调型控制阀及控制系统


[0001]本专利技术属于自力式阀门
，具体涉及一种射流流道窗口设计方法、自力式快调型控制阀及控制系统。

技术介绍

[0002]燃气轮机，简称燃机，是舰船可靠稳定运行的动力装置，燃机在正常运行、全速推进、紧急减速等不同工况模式切换时，重要前提条件是需通过位于燃机进口处的自力式控制阀进行迅速、精准的自动反馈调节，以保证其进油口处的压力稳定在规定的范围值内；显然，这对配套用的控制阀提出了快速响应、精确调节、动作灵敏等苛刻要求。
[0003]现有控制阀的结构基本都是直通式类型，阀芯与阀杆同轴，且阀芯可沿竖直方向上下运动来启闭和调节阀门，从而调节流量，这在专利CN 208687047 U、CN 204942674 U、CN 213512104 U及CN 214037017 U中均有相关描述。然而，上述直通式的自力式控制阀，参照图1所示，由于阀门流道结构呈“S”型，工作时流体会直接冲击作用在阀芯底部端面上，使得阀芯组件受到很大的介质不平衡力，且这种不平衡力随阀门开度的变化呈非定常波动趋势，致使控制阀内部流体状态和阀芯的受力存在很大的不稳定性和不确定性，同时，这类阀门调节窗口的设计大多采用多次工程试错的方法，调节效果及精度也难以精确保证。某些情况下，上述不利因素甚至会进一步叠加，导致现有自力式控制阀不仅设计上效率低下，精度不高，同时实际应用时也存在反馈压力波动剧烈、调节性能差、反应滞后、调节缓慢等一系列问题，极端工况下甚至造成燃机联锁停机故障，降低燃机的工作寿命，严重制约着舰船动力装置的发展。此外，上述阀门还存在尺寸大、重量重的缺陷，易造成安装管路负荷较大、安装空间浪费等问题，无法满足舰船设备小型化、轻量化的应用需求。因此，亟待解决。

技术实现思路

[0004]本专利技术的其中一个目的是克服上述现有技术的不足，提供一种射流流道窗口设计方法，该设计方法具备设计精度高的优点，能有效提升产品研发效率；通过该设计方法制造出的带有射流流道窗口的阀芯，可实现控制阀的精准反馈调节；同时配合旋窗式阀芯结构组件，能极大的改善甚至免除阀芯所受不平衡力。本专利技术的另一个目的是提供应用上述射流流道窗口的一种结构紧凑合理的自力式快调型控制阀，可具体而有效的改善甚至免除阀芯所受不平衡力，从而极大的简化阀芯的实际受力情况，最终确保阀内部流体状态和阀芯受力的稳定性；本专利技术的最后一个目的在于提供一种应用上述自力式快调型控制阀的控制系统，该控制系统具备精准调节、反馈迅速、响应稳定的优点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]一种射流流道窗口设计方法，其特征在于包括以下步骤：
[0007]S1、通过下式获得不同开度下单组射流流道窗口面积A
j
：
[0008][0009]式中：
[0010]j为单组射流流道窗口的开度，j＝0、10％、20％、
…
100％；
[0011]n表示单组射流流道窗口中射流孔的数量；
[0012]ɑ
j
表示控制阀处于不同开度下每层射流孔的终止角度；
[0013]r
i
表示每层射流孔的中线内径；
[0014]Δr表示各层射流孔的宽度；
[0015]S2、通过下式计算控制阀不同开度下理论计算流量Q
j
：
[0016][0017]式中：
[0018]A0表示控制阀的进口端面积，单位cm2；
[0019]m表示射流流道窗口的数目；
[0020]ΔP表示控制阀的进口和出口压差，单位kgf/cm2；
[0021]ρ表示介质的密度，单位g/cm3；
[0022]g表示重力加速度，单位cm/s2。
[0023]优选的，所述射流孔为贯穿静阀芯板面的等宽的腰形孔状，且各射流孔沿静阀芯径向依序布置，各射流孔的孔型曲线的轴线均与静阀芯同轴；以孔型长度由内而外依序增加的各射流孔为一组射流流道窗口，各组射流流道窗口环绕静阀芯轴线依序均布；静阀芯的来料面处同轴且贴合式的回转配合有动阀芯，动阀芯上布置用于与射流流道窗口产生错合动作以便启闭及调节流道扇形孔，射流流道窗口的数目等于扇形孔数目；同一组射流流道窗口上，以扇形孔最先接触的射流孔端部为射流孔的前端，各射流孔的前端以及扇形孔的相接触扇边均位于静阀芯的同一径向线上，各射流孔的后端沿静阀芯径向由内而外逐渐拉长。
[0024]优选的，应用所述的射流流道窗口设计方法的自力式快调型控制阀，其特征在于：包括阀体，阀体具备直筒状的用于构成流道的阀腔，阀腔内同轴的固定有作为静件的所述静阀芯；静阀芯的来料面所在方向同轴设置作为动件的所述动阀芯，动阀芯在动力源驱动下，产生相对静阀芯的贴合式的同轴转动动作。
[0025]优选的，所述静阀芯的来料面处同轴的凸设有回转轴，从而与动阀芯处凹设的同轴沉孔间形成同轴插接配合。
[0026]优选的，静阀芯的来料面处凹设有弧形导向槽，该弧形导向槽的延伸方向与射流孔的孔型长度方向同向且两者所形成曲线的轴线彼此同轴；动阀芯上凸设有导向柱并轴向伸入所述弧形导向槽内。
[0027]优选的，所述动阀芯的来料面处沿轴向由近至远依序布置推力球轴承、轴承座、轴
向弹簧、弹簧座、挡圈及侧盖，侧盖同轴的螺纹配合于阀腔的来料端，侧盖与弹簧座之间以及弹簧座与阀腔内壁之间均通过密封圈密封彼此。
[0028]优选的，所述动力源用于驱动阀杆产生沿垂直动阀芯轴线方向的往复直线动作；所述动力源包括壳体以及位于壳体内的隔膜片，阀杆轴线垂直隔膜片膜面且顶端固定在隔膜片上，阀杆的底端布置齿条从而与齿轮状的动阀芯间形成啮合关系；隔膜片将壳体的内腔划分为上压力腔和下压力腔，从而依靠上压力腔与下压力腔的压力变化驱动隔膜片产生往复动作，进而驱动阀杆带动动阀芯产生回转动作。
[0029]优选的，所述阀杆顶端布置小直径段，该小直径段与阀杆顶端形成的轴肩由下而上的抵紧在隔膜片下膜面处，小直径段贯穿隔膜片后依序通过膜片盘及紧固螺母压紧；压簧的顶端抵紧在上压力腔的顶壁，压簧的底部抵紧于弹簧调节座上，调节螺杆由外而内的贯穿上压力腔的顶壁后同轴的螺纹配合在弹簧调节座上。
[0030]优选的，所述压簧为三组且由内而外依序同轴均布。
[0031]优选的，应用所述的自力式快调型控制阀的控制系统，其特征在于：所述下压力腔处设置取压接口，该取压接口通过反馈管连通来料方向的流道处流体。
[0032]本专利技术的有益效果在于：
[0033]1)、本专利技术的上述设计方法具有非常高的设计精度，大大的提高了产品研发效率，同时填补了此类新型结构阀门理论计算的空白，可为工程人员的后续研究提供数据基础。通过该设计方法制造出的带有射流流道窗口的阀芯，可极大的提高控制阀的反馈调节精度，成效显著。
[0034]2)、具体而言，本专利技术的动阀芯与静阀芯的阀孔可交错形成过流面积，从而实现压力的调节。设计时，静阀芯采用多层射流流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射流流道窗口设计方法，其特征在于包括以下步骤：S1、通过下式获得不同开度下单组射流流道窗口面积A
j
：式中：j为单组射流流道窗口的开度，j＝0、10％、20％、
…
100％；n表示单组射流流道窗口中射流孔(21)的数量；
ɑ
j
表示控制阀处于不同开度下的每层射流孔(21)的终止角度；r
i
表示每层射流孔(21)的中线内径；Δr表示各层射流孔(21)的宽度；S2、通过下式计算控制阀不同开度下理论计算流量Q
j
：式中：A0表示控制阀的进口端面积，单位cm2；m表示射流流道窗口的数目；ΔP表示控制阀的进口和出口压差，单位kgf/cm2；ρ表示介质的密度，单位g/cm3；g表示重力加速度，单位cm/s2。2.根据权利要求1所述的一种射流流道窗口设计方法，其特征在于：所述射流孔(21)为贯穿静阀芯(20)板面的等宽的腰形孔状，且各射流孔(21)沿静阀芯(20)径向依序布置，各射流孔(21)的孔型曲线的轴线均与静阀芯(20)同轴；以孔型长度由内而外依序增加的各射流孔(21)为一组射流流道窗口，各组射流流道窗口环绕静阀芯(20)轴线依序均布；静阀芯(20)的来料面处同轴且贴合式的回转配合有动阀芯(30)，动阀芯(30)上布置用于与射流流道窗口产生错合动作以便启闭及调节流道扇形孔(31)，射流流道窗口的数目等于扇形孔(31)数目；同一组射流流道窗口上，以扇形孔(31)最先接触的射流孔(21)端部为射流孔(21)的前端，各射流孔(21)的前端以及扇形孔(31)的相接触扇边均位于静阀芯(20)的同一径向线上，各射流孔(21)的后端沿静阀芯(20)径向由内而外逐渐拉长。3.应用权利要求2所述的射流流道窗口设计方法的自力式快调型控制阀，其特征在于：包括阀体(10)，阀体(10)具备直筒状的用于构成流道的阀腔，阀腔内同轴的固定有作为静件的所述静阀芯(20)；静阀芯(20)的来料面所在方向同轴设置作为动件的所述动阀芯(30)，动阀芯(30)在动力源(40)驱动下，产生相对静阀芯(20)的贴合式的同轴转动动作。4.根据权利要求3所述的射流流道窗口设计方法的自力式快调型控制阀，其特征在于：所述静阀芯(20)的来料面处同轴的凸设有回转轴(50)，从而与动阀芯(30)处凹设的同轴沉孔间形成同轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠，章茂森，靳淑军，程红晖，范宜霖，江海龙，靳卫华，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：