一种U形调节球阀的设计方法及装置制造方法及图纸

技术编号:37055229 阅读:28 留言:0更新日期:2023-03-29 19:32
本申请公开了一种U形调节球阀的设计方法及装置,涉及调节阀设计技术领域。该方法包括:根据选型要求确定U形调节球阀的流量系数、口径与可调比,并计算理想状态下各开度所需的理想过流面积与理想流量系数;建立阀芯转动模型,并推导各开度所对应过流面积的过流面积计算公式;根据过流面积计算公式建立U形调节球阀的过流面积计算模型;通过过流面积计算模型获得所输入的U形调节球阀的设计参数,计算各开度所对应的设计过流面积与设计流量系数;根据理想过流面积与设计过流面积,以及理想流量系数与设计流量系数的对比结果,迭代调整所述设计参数直至对比结果满足预设的阈值。设计参数直至对比结果满足预设的阈值。设计参数直至对比结果满足预设的阈值。

【技术实现步骤摘要】
一种U形调节球阀的设计方法及装置


[0001]本申请涉及调节阀设计
,尤其涉及一种U形调节球阀的设计方法及装置。

技术介绍

[0002]球阀是一种由阀杆带动球体阀芯绕球阀轴线作旋转运动的阀门,阀芯通常是一种经过设计具有特殊镂空结构的球状体。球阀最初作为开关和切断阀使用,只需要旋转90度以及用很小的转动力矩就能关闭严密。随着工艺的发展,已经将球阀设计成具有节流和控制流量之用的球形调节阀。当流体流过球形调节阀时,由于阀芯与阀座所形成的流通面积局部缩小,产生局部阻力(与孔板类似),使得流体的压力和速度产生变化,进而导致流体能量损失,通常用球形调节阀前后的流体压差来表示能量损失的大小。球形调节阀的工作原理就是按照型号的大小,通过改变阀芯行程(开度)来改变流体的过流面积(流体流过的横断面面积),从而改变阻力系数而达到调节流量和压力的目的。其被广泛地应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业。
[0003]针对不同行业工况选择合适的阀门,对于流体控制是至关重要的。现有阀门的阀芯在设计过程中多依赖以往设计经验,设计流程为:设计产品

样机试制

试验验证

参数调整

阀芯开口更改

试验验证,需要经过多次调整,反复试验,导致试制周期长。另外,流量特性是调球形节阀的一项重要技术指标和参数,对球形调节阀的应用与选型具有非常重要的意义。但是,目前在阀门设计过程中,对调节阀选型时验算公式(阀门流量系数与阀门开度的验算)选择存在误区,难以保证所选阀门的控制精度或速度。

技术实现思路

[0004]本申请实施例通过提供一种U形调节球阀的设计方法及装置,解决了现有技术中在阀门阀芯的设计过程中多依赖以往设计经验,需要经过多次调整,反复试验,导致试制周期长,实现了一种方便调试,试制周期短的阀芯设计方法;针对现有技术中对调节阀选型时验算公式存在一些误区,导致阀门选型的控制精度或速度难以保证,本申请实现一种针对U形调节球阀开度与过流面积的验算公式,能够帮助减少阀门选型的误差。
[0005]第一方面,本申请实施例提供了一种U形调节球阀的设计方法,包括:根据选型要求确定U形调节球阀的流量系数、口径与可调比,并计算理想状态下各开度所需的理想过流面积与理想流量系数;建立阀芯转动模型,并推导各开度所对应过流面积的过流面积计算公式;根据所述过流面积计算公式建立所述U形调节球阀的过流面积计算模型;通过所述过流面积计算模型获得所输入的所述U形调节球阀的设计参数,计算各开度所对应的设计过流面积与设计流量系数;根据所述理想过流面积与所述设计过流面积,以及所述理想流量系数与所述设计流量系数的对比结果,迭代调整所述设计参数直至所述对比结果满足预设的阈值。
[0006]结合第一方面,在第一种可能的实现方式中,所述U形调节球阀的阀芯为U形大开口,且U形底端设有凸起。
[0007]结合第一方面,在第二种可能的实现方式中,所述过流面积计算公式包括:当所述U形调节球阀的阀芯开口未转向流道时,过流面积A1计算公式为:A1=0;式中,A1为阀芯开口未转向流道时的过流面积;当所述U形调节球阀的阀芯开口的顶点圆弧转向流道时,过流面积A2计算公式为: 式中,A2为阀芯开口的顶点圆弧转向流道时的过流面积,X1为圆C与圆O的公共弦长,R2为流道圆O的半径,R1为U形阀芯的凸起圆C的半径,圆C为U形阀芯的凸起所在的圆,圆O为球形调节阀的流道所在的圆,A1为阀芯开口未转向流道时的过流面积;当所述U形调节球阀的阀芯开口的三角区域转向流道时,过流面积A3计算公式为:;式中,A3为阀芯开口的三角区域转向流道时的过流面积,A1为阀芯开口未转向流道时的过流面积,A2为阀芯开口的顶点圆弧转向流道时的过流面积,S1为三角区域顶点与转动部位所形成的扇形面积,为阀芯凸起与三角区域过渡段所组成的扇形的面积,为三角区域进入流道后的过流面积增量,L1为阀芯三角区域顶点与流道的距离,L2为阀芯开口未进入流道的空行程移动距离,L3为阀芯开口圆弧进入流道的距离,h为阀芯三角区域顶点到阀芯转向流道时弓形最远点的距离;当所述U形调节球阀的阀芯开口的圆弧区域转向流道时,过流面积A4计算公式为:;式中,A4为阀芯开口的圆弧区域转向流道时的过流面积,A3为阀芯开口的三角区域转向流道时的过流面积,为流道圆与半径为R3的圆的公共弦长所组成的两圆相交面积的增量;其中,半径为R3的圆与所述圆弧区域重合;当所述U形调节球阀的阀芯开口的矩形区域转向流道时,过流面积A5计算公式为:式中,A5为阀芯开口的矩形区域转向流道时的过流面积,A4为阀芯开口的圆弧区域转向流道时的过流面积,T4为所述矩形区域进入流道后平行于开口方向的移动距离,B为所述矩形区域的高,为矩形区域进入流道的面积增量;当所述U形调节球阀的阀芯开口的矩形区域未过开流道时,过流面积A6计算公式为:;式中,A6为阀芯开口的矩形区域未过开流道时的过流面积,A5为阀芯开口的矩形区域转向流道时的过流面积,为矩形区域过流道圆后,移动距离对应的弓形面积的增量;当所述U形调节球阀的阀芯开口过开流道时,过流面积A7计算公式为:;式中,A7为阀芯开口过开流道时的过流面积,A6为阀芯开口的未过开流道时的过流面积,S7为过开的面积。
[0008]结合第一方面,在第三种可能的实现方式中,所述设计参数包括:流道直径、球冠弦长、球冠半径、U形开口圆弧半径、U形开口宽度、U形开口夹角。最大流量系数、调节比。
[0009]第二方面,本申请实施例提供了一种U形调节球阀的设计装置,包括:选型模块,用于根据选型要求确定U形调节球阀的流量系数、口径与可调比,并计算理想状态下各开度所需的理想过流面积与理想流量系数;推导模块,用于建立阀芯转动模型,并推导各开度所对应过流面积的过流面积计算公式;过流面积计算模型模块,用于根据所述过流面积计算公式建立所述U形调节球阀的过流面积计算模型;设计模块,用于通过所述过流面积计算模型获得所输入的所述U形调节球阀的设计参数,计算各开度所对应的设计过流面积与设计流量系数;优化模块,用于根据所述理想过流面积与所述设计过流面积,以及所述理想流量系
数与所述设计流量系数的对比结果,迭代调整所述设计参数直至所述对比结果满足预设的阈值。
[0010]结合第二方面,在第一种可能的实现方式中,所述U形调节球阀的阀芯为U形大开口,且U形底端设有凸起。
[0011]结合第二方面,在第二种可能的实现方式中,所述过流面积计算公式包括:当所述U形调节球阀的阀芯开口未转向流道时,过流面积A1计算公式为:A1=0;式中,A1为阀芯开口未转向流道时的过流面积;当所述U形调节球阀的阀芯开口的顶点圆弧转向流道时,过流面积A2计算公式为:式中,A2为阀芯开口的顶点圆弧转向流道时的过流面积,X1为圆C与圆O的公共弦长,R2为流道圆O的半径,R1为U形阀芯的凸起圆C的半径,圆C为U形阀芯的凸起所在的圆,圆O为球形调节阀的流道所在的圆,A1为阀芯开口未转向流道时的过流面积本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种U形调节球阀的设计方法,其特征在于,包括:根据选型要求确定U形调节球阀的流量系数、口径与可调比,并计算理想状态下各开度所需的理想过流面积与理想流量系数;建立阀芯转动模型,并推导各开度所对应过流面积的过流面积计算公式;根据所述过流面积计算公式建立所述U形调节球阀的过流面积计算模型;通过所述过流面积计算模型获得所输入的所述U形调节球阀的设计参数,计算各开度所对应的设计过流面积与设计流量系数;根据所述理想过流面积与所述设计过流面积,以及所述理想流量系数与所述设计流量系数的对比结果,迭代调整所述设计参数直至所述对比结果满足预设的阈值。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述U形调节球阀的阀芯为U形大开口,且U形底端设有凸起。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述过流面积计算公式包括:当所述U形调节球阀的阀芯开口未转向流道时,过流面积A1计算公式为:A1=0;式中,A1为阀芯开口未转向流道时的过流面积;当所述U形调节球阀的阀芯开口的顶点圆弧转向流道时,过流面积A2计算公式为:式中,A2为阀芯开口的顶点圆弧转向流道时的过流面积,X1为圆C与圆O的公共弦长,R2为流道圆O的半径,R1为U形阀芯的凸起圆C的半径,圆C为U形阀芯的凸起所在的圆,圆O为球形调节阀的流道所在的圆,A1为阀芯开口未转向流道时的过流面积;当所述U形调节球阀的阀芯开口的三角区域转向流道时,过流面积A3计算公式为:;式中,A3为阀芯开口的三角区域转向流道时的过流面积,A1为阀芯开口未转向流道时的过流面积,A2为阀芯开口的顶点圆弧转向流道时的过流面积,S1为三角区域顶点与转动部位所形成的扇形面积,为阀芯凸起与三角区域过渡段所组成的扇形的面积,为三角区域进入流道后的过流面积增量,L1为阀芯三角区域顶点与流道的距离,L2为阀芯开口未进入流道的空行程移动距离,L3为阀芯开口圆弧进入流道的距离,h为阀芯三角区域顶点到阀芯转向流道时弓形最远点的距离;当所述U形调节球阀的阀芯开口的圆弧区域转向流道时,过流面积A4计算公式为:;式中,A4为阀芯开口的圆弧区域转向流道时的过流面积,A3为阀芯开口的三角区域转向流道时的过流面积,为流道圆与半径为R3的圆的...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵龙龙程佳高丙文付延河李亚军杨文军邵宏智
申请(专利权)人:西安泵阀总厂有限公司
类型:发明
国别省市:

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