一種帶孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的減壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
【專利說明】-種帶孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的減壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及閥口設(shè)計(jì)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種帶孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的減壓 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的技術(shù)領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 目前，熱力蒸汽系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于能量供應(yīng)和工業(yè)生產(chǎn)中。過熱蒸汽適用于長距 離的輸送，但其效率相比于飽和蒸汽更低，需要對(duì)其溫度和壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)才能滿足下游用 戶的工藝生產(chǎn)要求，而減溫減壓裝置是其不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備。隨著"高能核電工程、大型 煤化工、超超臨界大容量發(fā)電機(jī)組"等國家重大工程項(xiàng)目的發(fā)展，各種高溫高壓等高參數(shù)復(fù) 雜工況的機(jī)組日益普遍，不僅擴(kuò)大了對(duì)減溫減壓裝置的需求量，而且提高了對(duì)其性能的要 求。
[0003] 減壓閥是減溫減壓裝置中調(diào)節(jié)壓力的核屯、元件，其性能對(duì)裝置的安全性和穩(wěn)定性 有重要影響。但目前國內(nèi)生產(chǎn)的高參數(shù)減壓閥普遍存在噪音過高、安全可靠性差、工作效率 低等缺點(diǎn)。因此，針對(duì)高參數(shù)等復(fù)雜工況，提出一套減壓閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法顯得十分必 要。
[0004] 減壓閥中，閥忍和孔板是蒸汽減壓過程中的節(jié)流元件，蒸汽流經(jīng)節(jié)流元件時(shí)發(fā)生 絕熱膨脹，壓力降低。高參數(shù)減壓閥在高減壓比條件下，閥內(nèi)流速較大，易出現(xiàn)超音速流動(dòng) 的情況，使蒸汽在閥內(nèi)形成強(qiáng)烈的端流，造成較大的能量損失。而已有的關(guān)于多級(jí)減壓閥的 專利一般是介紹減壓閥的某種結(jié)構(gòu)，對(duì)多級(jí)減壓閥的設(shè)計(jì)方法設(shè)及較少。如中國發(fā)明專利 CN201210238703.9公開了一種多級(jí)減壓閥結(jié)構(gòu)，該閥口通過多級(jí)套筒實(shí)現(xiàn)多級(jí)減壓，但沒 有提出如何根據(jù)工藝要求的壓差設(shè)計(jì)不同的減壓級(jí)數(shù)，不能保證蒸汽流經(jīng)減壓閥各級(jí)節(jié)流 元件時(shí)的降壓比大于其臨界壓力比，從而避免超音速流動(dòng)。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種帶孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥 的減壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，可實(shí)現(xiàn)高參數(shù)多級(jí)減壓閥在高壓力比條件下，蒸汽在各級(jí)節(jié)流元件 前后壓力比均大于臨界壓力比，從而避免減壓閥內(nèi)出現(xiàn)超聲速流動(dòng)的情況，可減小了流體 在多級(jí)減壓閥內(nèi)的端流耗散和擁損失，具有較好的節(jié)能效果，并可提高了多級(jí)減壓閥在高 溫高壓等高參數(shù)環(huán)境下運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種帶孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的減壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 方法，所述帶多孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的主體節(jié)流減壓元件為閥忍和孔板，設(shè)計(jì)步驟包 括：
[0007] (1)取過熱蒸汽的等賭指數(shù)K，利用下式計(jì)算工質(zhì)的臨界壓力比V":
[0009] (2)根據(jù)減壓閥的進(jìn)口壓力，出口壓力和過熱蒸汽的臨界壓力比計(jì)算得到帶多孔 板的多級(jí)減壓閥的減壓級(jí)數(shù)，所述減壓級(jí)數(shù)n應(yīng)滿足：
[0010] /? > log, CP /P)
[0011] 上述式中，Pi為多級(jí)減壓閥的進(jìn)口壓力，P。為最后一塊孔板的出口壓力，Va為過 熱蒸汽的臨界壓力比，n為減壓級(jí)數(shù)，n的數(shù)值為大于iQg、.（CZC)的最小整數(shù)，第一級(jí)節(jié)流 元件為閥忍，孔板數(shù)為n-1;
[0012] (3)根據(jù)減壓級(jí)數(shù)計(jì)算各級(jí)節(jié)流元件的壓力比V，壓力比V的計(jì)算公式為： 柳1引、叫P,I];
[0014] (4)根據(jù)閥口進(jìn)口壓力Pi和實(shí)際各級(jí)節(jié)流元件的減壓比V，得到第j級(jí)孔板的進(jìn) 口壓力Pj為： 陽 01 引 Pj=PiUi(j= 1，2,…，n-1);
[0016] (5)不同流量開度下閥忍處的流通截面積計(jì)算公式為：
[0018] 上述式中，A為閥忍處的流通截面積，Qm為流體的質(zhì)量流量，V"為過熱蒸汽的的臨 界壓力比，C為流出系數(shù)，C表示實(shí)際流量與理論流量之間的比值，C,為一維等賭流動(dòng)熱力 學(xué)特性的無量綱函數(shù)，a的定義為：
[0020] (6)計(jì)算最大流量下各孔板流通截面積，計(jì)算公式為：
[0022] (7)利用有限元方法對(duì)實(shí)際各級(jí)節(jié)流元件的減壓比進(jìn)行校驗(yàn)。
[002引作為優(yōu)選，所述步驟（7)中，各級(jí)節(jié)流元件的減壓比均大于流體的臨界壓力比，貝U設(shè)計(jì)的減壓級(jí)數(shù)滿足要求。
[0024] 作為優(yōu)選，所述步驟（7)中，流體流經(jīng)某一級(jí)節(jié)流元件的減壓比小于流體臨界壓 力比，則增加一級(jí)孔板后，再重復(fù)步驟（7)的校驗(yàn)過程。
[0025] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)高參數(shù)多級(jí)減壓閥在高壓力比條件下，蒸汽在 各級(jí)節(jié)流元件前后壓力比均大于臨界壓力比，從而避免減壓閥內(nèi)出現(xiàn)超聲速流動(dòng)的情況， 可減小了流體在多級(jí)減壓閥內(nèi)的端流耗散和爛損失，具有較好的節(jié)能效果，并可提高了多 級(jí)減壓閥在高溫高壓等高參數(shù)環(huán)境下運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。
[00%] 本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。 【【附圖說明】】
[0027] 圖1是本發(fā)明一種帶孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的減壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0028] 圖2是本發(fā)明一種帶孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的減壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)流程 圖。
[0029] 圖中：1-入口腔、2-閥體、3-閥忍、4-孔板、5-出口腔。 【【具體實(shí)施方式】】
[0030] 參閱圖1和圖2,本發(fā)明，所述帶多孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的主體節(jié)流減壓元件 為閥忍和孔板，設(shè)計(jì)步驟包括：
[0031] (1)取過熱蒸汽的等賭指數(shù)K，利用下式計(jì)算工質(zhì)的臨界壓力比v":
[0033] (2)根據(jù)減壓閥的進(jìn)口壓力，出口壓力和過熱蒸汽的臨界壓力比計(jì)算得到帶多孔 板的多級(jí)減壓閥的減壓級(jí)數(shù)，所述減壓級(jí)數(shù)n應(yīng)滿足：
[0034] 運(yùn)、[PJ P,)
[0035] 上述式中，Pi為多級(jí)減壓閥的進(jìn)口壓力，P。為最后一塊孔板的出口壓力，Va為過 熱蒸汽的臨界壓力比，n為減壓級(jí)數(shù)，n的數(shù)值為大于i〇g、.（C1'^)的最小整數(shù)，第一級(jí)節(jié)流 元件為閥忍，孔板數(shù)為n-1;
[0036] (3)根據(jù)減壓級(jí)數(shù)計(jì)算各級(jí)節(jié)流元件的壓力比V，壓力比V的計(jì)算公式為：
[0037]、'=小),/f;.
[003引 （4)根據(jù)閥口進(jìn)口壓力Pi和實(shí)際各級(jí)節(jié)流元件的減壓比V，得到第j級(jí)孔板的進(jìn) 口壓力Pj為：
[0039] Pj=PiU(j= 1，2,…，n-1);
[0040] (5)不同流量開度下閥忍處的流通截面積計(jì)算公式為：
[0042] 上述式中，A為閥忍處的流通截面積，Qm為流體的質(zhì)量流量，V"為過熱蒸汽的的臨 界壓力比，C為流出系數(shù)，C表示實(shí)際流量與理論流量之間的比值，C,為一維等賭流動(dòng)熱力 學(xué)特性的無量綱函數(shù)，a的定義為：
[0044] (6)計(jì)算最大流量下各孔板流通截面積，計(jì)算公式為：
[0046](7)利用有限元方法對(duì)實(shí)際各級(jí)節(jié)流元件的減壓比進(jìn)行校驗(yàn)。
[0047] 具體的，所述步驟（7)中，各級(jí)節(jié)流元件的減壓比均大于流體的臨界壓力比，則設(shè) 計(jì)的減壓級(jí)數(shù)滿足要求。
[0048] 具體的，所述步驟（7)中，流體流經(jīng)某一級(jí)節(jié)流元件的減壓比小于流體臨界壓力 比，則增加一級(jí)孔板后，再重復(fù)步驟（7)的校驗(yàn)過程。 W例本發(fā)明工作過程：
[0050] 本發(fā)明一種帶孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的減壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在工作過程中，第一 步，取過熱蒸汽的等賭指數(shù)K，計(jì)算工質(zhì)的臨界壓力比V";第二步，根據(jù)減壓閥的進(jìn)口壓 力，出口壓力和過熱蒸汽的臨界壓力比計(jì)算得到帶多孔板的多級(jí)減壓閥的減壓級(jí)數(shù)；第= 步，根據(jù)減壓級(jí)數(shù)計(jì)算各級(jí)節(jié)流元件的壓力比V;第四步，根據(jù)閥口進(jìn)口壓力Pi和實(shí)際各級(jí) 節(jié)流元件的減壓比V，得到第j級(jí)孔板的進(jìn)口壓力P,;第五步，計(jì)算不同流量開度下閥忍處 的流通截面積；第六步，計(jì)算最大流量下各孔板流通截面積；第屯步，利用有限元方法對(duì)實(shí) 際各級(jí)節(jié)流元件的減壓比進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)各級(jí)節(jié)流元件的減壓比均大于流體的臨界壓力比， 則設(shè)計(jì)的減壓級(jí)數(shù)滿足要求，當(dāng)流體流經(jīng)某一級(jí)節(jié)流元件的減壓比小于流體臨界壓力比， 則增加一級(jí)孔板后，再重復(fù)校驗(yàn)過程。利用上述步驟即可完成高參數(shù)多級(jí)減壓閥的減壓結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0051] 本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)高參數(shù)多級(jí)減壓閥在高壓力比條件下，蒸汽在各級(jí)節(jié)流元件前后 壓力比均大于臨界壓力比，從而避免減壓閥內(nèi)出現(xiàn)超聲速流動(dòng)的情況，可減小了流體在多 級(jí)減壓閥內(nèi)的端流耗散和綱損失，具有較好的節(jié)能效果，并可提高了多級(jí)減壓閥在高溫高 壓等高參數(shù)環(huán)境下運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。
[0052] 上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的說明，不是對(duì)本發(fā)明的限定，任何對(duì)本發(fā)明簡(jiǎn)單變換后 的方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種帶孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的減壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述帶多孔板 的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的主體節(jié)流減壓元件為閥芯和孔板，設(shè)計(jì)步驟包括： (1) 取過熱蒸汽的等熵指數(shù)K，利用下式計(jì)算工質(zhì)的臨界壓力比(2) 根據(jù)減壓閥的進(jìn)口壓力，出口壓力和過熱蒸汽的臨界壓力比計(jì)算得到帶多孔板的 多級(jí)減壓閥的減壓級(jí)數(shù)，所述減壓級(jí)數(shù)η應(yīng)滿足：上述式中，P1為多級(jí)減壓閥的進(jìn)口壓力，P。為最后一塊孔板的出口壓力，￥"為過熱蒸 汽的臨界壓力比，η為減壓級(jí)數(shù)，η的數(shù)值為大于(Λ //:)的最小整數(shù)，第一級(jí)節(jié)流元件 為閥芯，孔板數(shù)為η-1 ; (3) 根據(jù)減壓級(jí)數(shù)計(jì)算各級(jí)節(jié)流元件的壓力比ν，壓力比V的計(jì)算公式為：(4) 根據(jù)閥門進(jìn)口壓力PJP實(shí)際各級(jí)節(jié)流元件的減壓比V，得到第j級(jí)孔板的進(jìn)口壓 力Pj為： Pj = P i u J(j = 1，2, ...，n-l); (5) 不同流量開度下閥芯處的流通截面積計(jì)算公式為：上述式中，A為閥芯處的流通截面積，O11為流體的質(zhì)量流量，V "為過熱蒸汽的的臨界壓 力比，C為流出系數(shù)，C表示實(shí)際流量與理論流量之間的比值，C*為一維等熵流動(dòng)熱力學(xué)特 性的無量綱函數(shù)，On的定義為：(6) 計(jì)算最大流量下各孔板流通截面積，計(jì)算公式為：(7) 利用有限元方法對(duì)實(shí)際各級(jí)節(jié)流元件的減壓比進(jìn)行校驗(yàn)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種帶孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的減壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征 在于：所述步驟（7)中，各級(jí)節(jié)流元件的減壓比均大于流體的臨界壓力比，則設(shè)計(jì)的減壓級(jí) 數(shù)滿足要求。3. 如權(quán)利要求1所述的一種帶孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的減壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征 在于：所述步驟（7)中，流體流經(jīng)某一級(jí)節(jié)流元件的減壓比小于流體臨界壓力比，則增加一 級(jí)孔板后，再重復(fù)步驟（7)的校驗(yàn)過程。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的減壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，所述方法適用于主體節(jié)流元件為閥芯和孔板的高參數(shù)多級(jí)減壓閥的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)步驟包括：計(jì)算工質(zhì)的臨界壓力比vcr；計(jì)算帶多孔板的多級(jí)減壓閥的減壓級(jí)數(shù)；計(jì)算各級(jí)節(jié)流元件的壓力比v；計(jì)算第j級(jí)孔板的進(jìn)口壓力Pj；計(jì)算不同流量開度下閥芯處的流通截面積；計(jì)算最大流量下各孔板流通截面積；利用有限元方法對(duì)實(shí)際各級(jí)節(jié)流元件的減壓比進(jìn)行校驗(yàn)。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)高參數(shù)多級(jí)減壓閥的合理化定參數(shù)設(shè)計(jì)，尤其在高壓力比條件下，蒸汽在各級(jí)節(jié)流元件前后壓力比均大于臨界壓力比，可避免減壓閥內(nèi)出現(xiàn)超聲速流動(dòng)的情況下，減小流體在多級(jí)減壓閥內(nèi)的湍流耗散和損失，更節(jié)能、安全和穩(wěn)定。
【IPC分類】F16K17/02
【公開號(hào)】CN105422932
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510816767
【發(fā)明人】金志江, 葉皓, 陳富強(qiáng), 沈小麗, 錢錦遠(yuǎn)
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月23日