一種具有喉口轉(zhuǎn)輪的喉口面積可調(diào)節(jié)的臨界流文丘里噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于流體控制和測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有喉口轉(zhuǎn)輪的喉口面積可調(diào)節(jié)的臨界流文丘里噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]臨界流文丘里噴嘴被廣泛應(yīng)用于流體流量的控制和測(cè)量。對(duì)于特定流體，流經(jīng)臨界流文丘里噴嘴的流量由噴嘴進(jìn)口流動(dòng)參數(shù)和噴嘴喉口面積決定，而不受下游壓力波動(dòng)的影響。對(duì)于傳統(tǒng)的臨界流文丘里噴嘴，有著固定的喉口面積，當(dāng)需要改變臨界流量時(shí)，只能通過(guò)改變噴嘴進(jìn)口處流體的參數(shù)，如滯止壓力，溫度等。但是當(dāng)改變進(jìn)口參數(shù)時(shí)，背壓比會(huì)隨之發(fā)生變化，甚至不能滿足臨界流條件。另一方面，臨界流文丘里噴嘴的流出系數(shù)是喉口雷諾數(shù)的函數(shù)，對(duì)于高雷諾數(shù)，其流量系數(shù)基本為常數(shù)，此時(shí)利用一維非粘性方程來(lái)計(jì)算文丘里噴嘴的臨界流量是可行；但是對(duì)于低雷諾數(shù)流體，流量系數(shù)隨雷諾數(shù)變化較明顯，這樣通過(guò)計(jì)算得到臨界流量就會(huì)有較大的誤差，甚至在臨界壓力比以下時(shí)其流量也會(huì)受到下游壓力波動(dòng)的影響。因此，為了得到較小的臨界流控制流量，需要更換具有小喉口直徑的臨界文丘里噴嘴，其操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，降低了工作效率。所以本文的主要目的就是設(shè)計(jì)一種新型的喉口面積可調(diào)節(jié)的臨界流文丘里噴嘴，擴(kuò)大臨界流流量控制和測(cè)量的范圍。
[0003]常見(jiàn)的改變文丘里喉口面積的方式是在其內(nèi)部插入一個(gè)中間體，該中間體與文丘里的內(nèi)壁面相配合形成面積可變的環(huán)形流道。該中間體可以是圓柱形也可以是圓錐形:對(duì)于具有圓柱形中間體的變喉口面積文丘里，需要通過(guò)更換不同直徑大小的中間體來(lái)獲得不同的流通面積；而對(duì)于具有圓錐形中間體的變喉口面積文丘里，通常需要通過(guò)調(diào)節(jié)裝置控制中間體或者文丘里的移動(dòng)，使兩者在軸向上發(fā)生相對(duì)位移，從而增加或者減小流道流通面積。美國(guó)專利US 2552497，US 5880378，US 6405577中介紹了這種類型的變喉口面積文丘里。但是這種結(jié)構(gòu)由于中間體的存在，使得其流道動(dòng)力學(xué)特性較差，同時(shí)也會(huì)破壞文丘里擴(kuò)散段的壓力恢復(fù)作用，導(dǎo)致較大的壓力損失和寄生震蕩。尤其對(duì)于圓柱形中間體，當(dāng)調(diào)節(jié)噴嘴喉口面積時(shí)需要中斷流體流動(dòng)更換不同尺寸中間體，這不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且還存在許多工藝流程不允許斷流的情況，限制了其應(yīng)用范圍。
[0004]另外一種改變喉口面積的方式是彈性壁面式，即文丘里噴嘴的壁面或者壁面內(nèi)層是由彈性材料構(gòu)成，該彈性壁面通過(guò)機(jī)械作用或者是第二種控制流體的壓力作用發(fā)生形變，使得流體流道面積發(fā)生變化。美國(guó)專利US 4096211和US 4586873中介紹了這種類型的變喉口面積文丘里。這種方式盡管能保持較好的流道動(dòng)力學(xué)特性，但是彈性材料很容易受到流經(jīng)的氣體(或者氣液兩相流體)的侵蝕作用，尤其是當(dāng)工作溫度較高時(shí)，彈性性能變差，在收縮時(shí)表面會(huì)出現(xiàn)“褶皺”現(xiàn)象，影響流道面積的控制，進(jìn)而對(duì)流量控制也會(huì)出現(xiàn)較大誤差。
[0005]其他改變文丘里噴嘴喉口面積的方式還有活動(dòng)壁面或活動(dòng)喉口式。美國(guó)專利US4056583所述的變喉口面積文丘里噴嘴，是在矩形管道的兩側(cè)設(shè)置扇形凹腔，該凹腔中具有機(jī)軸支撐的可活動(dòng)的文丘里形狀的壁面，通過(guò)調(diào)節(jié)桿調(diào)節(jié)它們的轉(zhuǎn)動(dòng)可以改變喉口面積。而在美國(guó)專利US 8464582中所述的變喉口面積文丘里噴嘴是在噴嘴的喉部安裝兩個(gè)凸輪式的機(jī)構(gòu)，通過(guò)控制它們的轉(zhuǎn)動(dòng)，使其進(jìn)入喉口部分的體積產(chǎn)生變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)流道的流通面積。這種活動(dòng)壁面式活動(dòng)喉口的變面積文丘里的流道是非圓管道，尤其在非圓形喉部會(huì)產(chǎn)生比圓形喉部較多的流動(dòng)死角，流體流動(dòng)性能較差。
[0006]在工程中還有組合式的變面積文丘里噴嘴，即由多個(gè)小型的文丘里噴嘴并聯(lián)代替一個(gè)大的噴嘴，在工作過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制小型噴嘴開(kāi)關(guān)和閉合的個(gè)數(shù)，來(lái)改變噴嘴組合的流通面積。由于這種方法會(huì)使得裝置體積龐大，并且異常復(fù)雜，目前在工程中應(yīng)用較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有喉口轉(zhuǎn)輪的喉口面積可調(diào)節(jié)的臨界流文丘里噴嘴，可以實(shí)現(xiàn)臨界流量的在線調(diào)節(jié)，不但能保持良好的流體流通性能，較低的壓力損失，并且臨界流流量調(diào)節(jié)范圍寬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，安全性能好；該裝置用于調(diào)節(jié)臨界流量，不僅適用于常溫流體，也適用于高溫高壓流體。
[0008]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種具有喉口轉(zhuǎn)輪的喉口面積可調(diào)節(jié)的臨界流文丘里噴嘴，包括通過(guò)螺栓6相連接的上游收縮段I和下游擴(kuò)散段2，以及在上游收縮段I和下游擴(kuò)散段2之間包裹的具有多個(gè)不同直徑喉口孔31的喉口轉(zhuǎn)輪3 ;上游收縮段I上的收縮形流道11和下游擴(kuò)散段2上的擴(kuò)散形流道21以及喉口轉(zhuǎn)輪3上的喉口孔31構(gòu)成了一個(gè)臨界流文丘里噴嘴；喉口轉(zhuǎn)輪3能夠通過(guò)調(diào)節(jié)手輪4進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，選取直徑不同的喉口孔31與收縮形流道11和擴(kuò)散形流道12相配合，來(lái)改變臨界流文丘里噴嘴喉口面積；彈簧定位銷5能在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中精確確定喉口轉(zhuǎn)輪3的位置，并且在噴嘴工作過(guò)程中對(duì)喉口轉(zhuǎn)輪3進(jìn)行固定。
[0010]所述上游收縮段I呈圓盤(pán)狀，在其收縮形流道11的下游開(kāi)有第一喉口轉(zhuǎn)輪凹槽12，在第一喉口轉(zhuǎn)輪凹槽12中開(kāi)有貫穿的定位銷孔13，在上游收縮段I的出口端面具有與所述下游擴(kuò)散段2相連接的上游收縮段法蘭14，進(jìn)口端面具有與管道連接的進(jìn)口法蘭15，所述收縮形流道11的出口 112周圍具有第一 O型密封圈槽111，其中嵌有第一 O型密封圈72 ;在所述第一喉口轉(zhuǎn)輪凹槽12下游端面周圍具有兩道第二 O型密封圈槽121，其中嵌有第二 O型密封圈71 ；
[0011]所述下游擴(kuò)散段2呈圓盤(pán)狀，在其擴(kuò)散形流道21的上游開(kāi)有第二喉口轉(zhuǎn)輪凹槽22，在第二喉口轉(zhuǎn)輪凹槽22中開(kāi)有貫穿的喉口轉(zhuǎn)輪軸孔23，在下游擴(kuò)散段2的進(jìn)口端面具有與所述上游收縮段法蘭14相對(duì)應(yīng)的下游擴(kuò)散段法蘭24，出口端面具有與管道連接的出口法蘭25，所述擴(kuò)散形流道21的進(jìn)口 212周圍具有第三O型密封圈槽211，其中嵌有第三O型密封圈73 ;在下游擴(kuò)散段2的出口端面具有指示針26 ;
[0012]所述喉口轉(zhuǎn)輪3，其尺寸與第一喉口轉(zhuǎn)輪凹槽12和第二喉口轉(zhuǎn)輪凹槽22相適配并能在二者組成的腔室中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，在喉口轉(zhuǎn)輪3周向上布置有多個(gè)不同形狀尺寸的貫穿的喉口孔31，在喉口轉(zhuǎn)輪3兩端面中部都有凹槽32以減小轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力，凹槽32中心位置具有軸33，軸33插入所述第二喉口轉(zhuǎn)輪凹槽22中開(kāi)有貫穿的喉口轉(zhuǎn)輪軸孔23中，再通過(guò)安裝在軸33上的調(diào)節(jié)手輪4使喉口轉(zhuǎn)輪3轉(zhuǎn)動(dòng)；在喉口孔31和軸33之間的周向上布置有與各個(gè)喉口孔31相對(duì)應(yīng)的定位孔34，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)喉口轉(zhuǎn)輪3使定位孔34與所述第一喉口轉(zhuǎn)輪凹槽12中開(kāi)有貫穿的定位銷孔13對(duì)中，再通過(guò)彈簧定位銷5與定位銷孔13相配合對(duì)喉口轉(zhuǎn)輪3進(jìn)行固定；所述軸33上具有兩道第四O型密封圈槽，并嵌有第四O型密封圈74。
[0013]所述各個(gè)喉口孔31在喉口轉(zhuǎn)輪3周向上均勻分布或非均勻分布，但兩相鄰喉口孔31之間的距離要小于所述收縮形流道11的出口 112的直徑，也小于所述擴(kuò)散形流道21的進(jìn)口 212的直徑。
[0014]所述喉口孔31也為收縮結(jié)構(gòu)，其由位于收縮形流道11 一端的喉部收縮段311、位于擴(kuò)散形流道21 —端的喉部擴(kuò)散段312以及喉部平直段313組成；所述各個(gè)喉口孔31的喉部收縮段311的進(jìn)口直徑Dti相等并且都等于收縮形流道11的出口 112的直徑；所述各個(gè)喉口孔31的喉部擴(kuò)散段312的出口直徑Dt。相等并且都等于擴(kuò)散形流道21的進(jìn)口 212的直徑；所述各個(gè)喉口孔31的喉部平直段313的直徑Dt各不相同。
[0015]所述各個(gè)喉口孔31的進(jìn)出口端面分別設(shè)置有進(jìn)口 O型密封圈槽314和出口 O型密封圈槽315，并嵌有O型密封圈，在這種情況下，所述收縮形流道11的出口 112周圍的第一 O型密封圈槽111