套筒调节阀等百分比节流套筒开孔确定方法
技术领域
本发明涉及调节阀领域，特别是涉及一种套筒调节阀等百分比节流套筒开孔确定方法。
背景技术
套筒调节阀基于其优越的减压降噪和液体空化抑制效果，被广泛应用于核电和化工等高压工况进行流体控制。由于国内的调节阀技术发展起步较晚，对其节流套筒的设计研究相对较少，且大部分企业依旧引用的是90年代进口的国外技术，规格少，Cv值选择范围窄，已不能适应现代多元化工艺发展需求，尤其对于大可调比和高精度等百分比流量调节特性的特殊Cv套筒，需要花费大量时间依靠经验进行分析设计，且设计精度较低，一些极端工况往往需要从国外进行套筒调节阀的采购。基于此，本发明提出了一种套筒调节阀等百分比节流套筒的设计方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种套筒调节阀等百分比节流套筒开孔确定方法，用于解决现有技术中套筒调节阀等百分比节流套筒开孔孔径确定的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种套筒调节阀等百分比节流套筒开孔确定方法，包括：
获取套筒调节阀的设计参数：阀门进口面积A1、额定流量系数Cvmax、可调比R、最大行程Lmax、各开度行程Li；
确定流量系数：根据设计参数确定套筒调节阀i开度时流量系数Cvi；
确定流通面积：根据套筒调节阀流量系数Cvi和阀门进口端面积A1得到其i开度时节流套筒的流通面积Ai；
确定流通面积变化量：通过仿真确定各开度节流套筒流通面积变化量的修正系数αi，从而确定调节阀各开度时节流套筒的流通面积变化量Ai′；
确定开孔直径：依据各开度下的小孔总面积增量与其流通面变化量相等的原则，给定Ai′对应的小孔个数ni，从而确定小孔直径di′。
可选的，i开度时节流套筒的流通面积Ai和阀门进口端面积A1满足如下关系：
可选的，所述流量系数满足如下关系：
可选的，所述Ai′满足如下关系：
可选的，各开度流通面积变化量的修正系数αi确定步骤如下：
确定调节阀10％开度下节流套筒小孔个数，拟给定α10％，从而确定d′10％；进行调节阀10％开度初始模型建立及仿真计算，通过流量系数计算公式求得其仿真Cv10％；通过等百分比流量特性关系式确定理论Cv10％；对比理论Cv10％和仿真Cv10％，若误差在10％以内，则确定α10％的大小，否则调整α10％的大小直至满足要求；确定调节阀20％、30％···100％开度下节流套筒小孔个数，根据α10％的确定方法，依次确定α20％、α30％、...、α100％的大小。
可选的，所述调节阀10％开度时取小孔个数为12。
可选的，调节阀20％、30％、40％、50％开度时依次取小孔个数为6、9、12、18。
可选的，调节阀60％、70％、80％、90％和100％开度时依次取小孔个数为16、24、15、24、24。
可选的，d′10％＝d′20％＝d′30％＝d′40％＝d′50％。
可选的，d′60％＝d′70％、d′80％＝d′90％。
如上所述，本发明的套筒调节阀等百分比节流套筒开孔确定方法，至少具有以下有益效果：
能够对套筒调节阀等百分比节流套筒开孔孔径进行确定，进而实现节流套筒开孔的快速设计，且能够保证调节阀的调节性能和精度。相对于传统的经验开孔设计方法，本方法能够提高节流套筒开孔的设计效率，增加套筒调节阀设计规格，增大Cv值选择范围，提高设计精度，且能够保证其控制精度。
附图说明
图1显示为本发明流通面积变化量的修正系数αi确定流程框图。
图2显示为本发明的DN50-Cv24套筒调节阀的套筒模型示意图。
图3显示为本发明的DN50-Cv24套筒调节阀模型的流场分析示意图。
图4显示为本发明的DN250-Cv450套筒调节阀的套筒模型示意图。
图5显示为本发明的DN250-Cv450套筒调节阀模型的流场分析示意图。
图6显示为本发明的DN500-Cv1860套筒调节阀的套筒模型示意图。
图7显示为本发明的DN500-Cv1860套筒调节阀模型的流场分析示意图。
图8显示为本发明的DN50-Cv24套筒调节阀理论和仿真流量特性曲线。
图9显示为本发明的DN250-Cv450套筒调节阀理论和仿真流量特性曲线。
图10显示为本发明的DN500-Cv1860套筒调节阀理论和仿真流量特性曲线。
具体实施方式
以下由特定的具体实施示例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图10。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以下各个实施示例仅是为了举例说明。各个实施示例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施示例展现的内容。
请参阅图1，本发明提供一种套筒调节阀等百分比节流套筒开孔确定方法，包括：
S1，获取套筒调节阀的设计参数：阀门进口面积A1、额定流量系数Cvmax、可调比R、最大行程Lmax、各开度行程Li；
S2，确定流量系数：根据设计参数确定套筒调节阀i％开度时流量系数Cvi；可选的，所述流量系数满足如下关系：
S3，确定流通面积：根据套筒调节阀流量系数Cvi和阀门进口端面积A1得到其i开度时节流套筒的流通面积Ai；
S4，确定流通面积变化量：通过仿真确定各开度节流套筒流通面积变化量的修正系数αi，从而确定调节阀各开度时节流套筒的流通面积变化量Ai′；可选的，所述Ai′满足如下关系：
S5，确定开孔直径：依据各开度下的小孔总面积增量与其流通面变化量相等的原则，给定Ai′对应的小孔个数ni，从而确定小孔直径di′。
能够对套筒调节阀等百分比节流套筒开孔孔径进行确定，进而实现节流套筒开孔的快速设计，且能够保证调节阀的调节性能和精度。相对于传统的经验开孔设计方法，本方法能够提高节流套筒开孔的设计效率，增加套筒调节阀设计规格，增大Cv值选择范围，提高设计精度，且能够保证其控制精度。
本实施例中，具体推导过程如下：
根据流体力学，水平安装于管道上的套筒调节阀进口(下标1)至套筒最小节流开度处(下标i)的伯努利方程如式(1)所示，测压管水头如式(2)所示，连续性方程如式(3)所示。
联立式(1)、(2)和(3)可得：
式中：p1、v1、d1分别为套筒调节阀进口端的介质压力(Pa)、介质流速(m/s)和直径(m)；pi、vi、di分别为套筒调节阀套筒最小节流开度处的介质压力(Pa)、介质流速(m/s)和当量直径(m)；h为测压管水头(m)；ρ为介质密度(kg/m3)；g为重力加速度(m/s2)；Q为介质流量(m3/s)；A1为调节阀进口端面积(m2)。
(4)式中，令各参量单位分别为：A1，cm2；p1、pi及套筒调节阀进口至套筒最小节流开度处压差Δp＝p1-pi，100kgf/cm2；d1、di，cm；ρ，g/cm3；g＝981cm/s2；Q，m3/h。(4)式可简化为(5)式。
则调节阀i开度时的流量系数Kvi为：
其中:
另外根据GB/T 17213的规定，可以将Kvi换算为Cvi，具体换算关系为：
Cvi＝1.156Kvi(8)
联立(6)、(7)和(8)可得套筒调节阀i开度时的流通面积Ai为：
(9)式带入修正系数αi(αi＞0)，使其表示为套筒调节阀i开度时的流通面积变化量Ai′，并联立等百分比流量特性的函数关系式(10)，得到(11)式。
另外，对套筒调节阀套筒开圆形小孔，假设与Ai′对应的小孔个数为ni，小孔直径为di′，则需保证各开度下的小孔总面积增量与其流通面变化量相等，即需满足式(12)。
联立(11)和(12)式，当ni给定后便可计算得到调节阀各开度下套筒小孔直径di′，进而可对节流套筒开孔进行设计。
本实施例中，请参阅图1至图10，各开度流通面积变化量的修正系数αi确定步骤如下：
确定调节阀10％开度下节流套筒小孔个数，拟给定α10％，从而确定d′10％；进行调节阀10％开度初始模型建立及仿真计算，通过流量系数计算公式求得其仿真Cv10％；通过等百分比流量特性关系式确定理论Cv10％；对比理论Cv10％和仿真Cv10％，若误差在10％以内，则确定α10％的大小，否则调整α10％的大小直至满足要求；确定调节阀20％、30％···100％开度下节流套筒小孔个数，根据α10％的确定方法，依次拟确定α20％、α30％、...、α100％的大小。可选的，所述调节阀10％开度时取小孔个数为12。可选的，调节阀20％、30％、40％、50％开度时依次取小孔个数为6、9、12、18。可选的，调节阀60％、70％、80％、90％和100％开度时依次取小孔个数为16、24、15、24、24。各开度下小孔的个数可以根据阀门调节精度的要求进行适当选择，当需要精度较高时，可通过增加小孔个数进行合理的布孔设计即可。通过上述方法便可确定套筒调节阀各开度下最终的流通面积变化量的修正系数αi，且此系数适用于同一类型调节阀套筒的设计。
通过理论计算和仿真计算，得到DN50-Cv24、DN250-Cv450和DN500-Cv1860套筒调节阀各开度下的理论流量系数、仿真流量系数和两者相对误差大小如表1所示。
表1套筒调节阀流量系数数据表
由表1可知，DN50-Cv24套筒调节阀，除10％以外，其余开度仿真和理论流量系数相对误差均在10％以内，且相对精度较高。DN250-Cv450和DN500-Cv1860套筒调节阀，所有开度仿真和理论流量系数相对误差均在10％以内，且相对精度较高。另外该数据证明了基于理论设计的正确性。
由图8、图9和图10可知：对可调比为50:1的DN50-Cv24、DN250-Cv450和DN500-Cv1860套筒调节阀，仿真流量特性曲线和理论流量特性曲线完全吻合，证明了基于理论研究对节流套筒设计具有合理性，同时也证明了该理论设计方法的正确性。
本实施示例中，为节约加工成本，可以让部分开度下的小孔直径相等，使其采用较少的钻头工装加工尽量多的孔。具体可选的，调节阀10％、20％、30％、40％、50％开度依次取小孔个数为12、6、9、12、18时，使d′10％＝d′20％＝d′30％＝d′40％＝d′50％，此时只需要确定10％开度下的修正系数即可，不需要确定20％，30％，40％，50％开度下的修正系数；调节阀60％和70％开度依次取小孔个数为16和24时，使d′60％＝d′70％，确定60％开度下的修正系数即可，省去70％开度下的修正系数的确定步骤；调节阀80％和90％开度依次取小孔个数为15和24时，使d′80％＝d′90％，确定80％开度下的修正系数即可，省去90％开度下的修正系数的确定步骤。
综上所述，本发明能够对套筒调节阀等百分比节流套筒开孔孔径进行确定，进而实现节流套筒开孔的快速设计，且能够保证调节阀的调节性能和精度。相对于传统的经验开孔设计方法，本方法能够提高节流套筒开孔的设计效率，增加套筒调节阀设计规格，增大Cv值选择范围，提高设计精度，且能够保证其控制精度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种不足而具高度产业利用价值。
上述实施示例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
