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
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样机试制
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试验验证
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参数调整
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阀芯开口更改
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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...
【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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