高可調比小流量線性控制調節(jié)閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的新型閥門達到了以下目的：改善了小開度時流量調節(jié)效果，提高了閥門小流量流體的控制能力；擴大了流量精確調節(jié)的可用開度范圍，增大了閥門的實用流量可調比；使閥門由全閉到全開過程中流量基本保持為線性變化。本發(fā)明的高可調比小流量線性控制調節(jié)閥包括：閥門座；閥芯，其具有閥芯通道（2）；伺服電機，用于調節(jié)閥芯相對于的開度，控制閥芯通道的進出口大小，其特征在于閥芯通道（2）的前端（3）的形狀為楔形，從而在閥門由0度開始旋開時，閥門入口面積隨開度增加而變化的速度不會出現(xiàn)突變，從而改善小開度條件下的閥門流量控制特性。
【專利說明】高可調比小流量線性控制調節(jié)閥
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及管路液體流量控制，具體涉及一種高可調比小流量線性控制調節(jié)閥?！颈尘凹夹g】
[0002]工程中，管路流體流量控制大量采用圓柱形通道的電動調節(jié)球閥，其閥芯如圖1所示，通孔I為圓柱形閥芯通道，使用伺服電機調節(jié)閥門閥芯相對于閥體的開度，控制閥芯通道的進出口大小，進而改變流量，但此種閥門并不能完全滿足使用要求。
[0003]首先，采用現(xiàn)有柱形通道閥門對小流量流體的控制效果差，在小開度條件時流量隨開度增大的流量變化速度很小，而且在閥門旋開至某一開度時流量會產(chǎn)生突變；
[0004]其次，現(xiàn)有圓柱形通道閥門在控制流量變化時，流量隨閥門開度的均勻增大呈非線性變化，不利于實現(xiàn)流量的精確控制。(可以參考:龔禹，桂林.球閥阻力系數(shù)的數(shù)值模擬及流場分析[J].水利電力科技，36 (3):20-24.)
[0005]在某項目中，需要對小流量流體實現(xiàn)精確控制，同時要求流體流量的可調比較大，實現(xiàn)在0.5L/min?5L/min范圍內流體流量的精確控制。
[0006]若采用工程中大量使用的柱形通道閥芯電動調節(jié)閥雖具有制造加工簡單等優(yōu)點，但是在實際測試中，不能滿足使用要求，主要表現(xiàn)在:
[0007]I較小和較大開度條件下流量變化速度慢，流量精確調節(jié)實用價值??；
[0008]2流量變化隨閥門開度增大呈非線性變化；
[0009]3在開度增大到20度左右時流量出現(xiàn)突變；
[0010]4實用可調比較小。
[0011]上述問題缺點導致圓柱形通道閥門達不到項目要求實現(xiàn)的控制效果。

【發(fā)明內容】

[0012]為了克服上述現(xiàn)有技術問題，本發(fā)明人提出了本發(fā)明的新型閥門，該閥門達到了以下目的:
[0013]改善了小開度時流量調節(jié)效果，提高了閥門小流量流體的控制能力；
[0014]擴大了流量精確調節(jié)的可用開度范圍，增大了閥門的實用流量可調比；
[0015]使閥門由全閉到全開過程中流量基本保持為線性變化。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種高可調比小流量線性控制調節(jié)閥，包括:
[0017]閥門座；
[0018]閥芯，其具有閥芯通道；
[0019]伺服電機，用于調節(jié)閥芯相對于的開度，控制閥芯通道的進出口大小，
[0020]其特征在于
[0021]閥芯通道的前端的形狀為楔形，從而在閥門由O度開始旋開時，閥門入口面積隨開度增加而變化的速度不會出現(xiàn)突變，從而改善小開度條件下的閥門流量控制特性。【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是傳統(tǒng)的圓柱形通道閥芯結構示意圖。
[0023]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的新型閥門的閥芯示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明人進行的流量實驗的系統(tǒng)配置示意圖。
[0025]圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的閥門的流量調節(jié)模擬驗證結果。
[0026]圖5顯示了傳統(tǒng)的圓柱形通道閥門的流量調節(jié)模擬效果。
[0027]圖6A至6C是根據(jù)本發(fā)明加工得到的一個閥座與閥芯的結構示意，其中，圖6A和6B分別表示閥體的剖視圖與側視圖，圖6C表示與閥體裝配的閥芯。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明針對閥門閥芯通道形狀的設計，閥芯座、電動調節(jié)等部分與現(xiàn)有技術相同，其結構如圖2所示，其中通孔2為閥芯通道。
[0029]閥芯通道2的前端3的形狀改為楔形，從而在閥門由O度開始旋開時，閥門入口面積隨開度增加而變化的速度不會出現(xiàn)突變，從而改善小開度條件下的閥門流量控制特性；
[0030]閥芯通道2的截面的主要部分4由圓形變?yōu)楦叨炔蛔兊谋馄骄匦?，使閥芯旋轉時，閥門進出口面積保持恒定的變化速度，以達到流量變化的線性調節(jié)；
[0031]閥芯通道2的截面的末端5，為等半徑圓弧形。
[0032]圖6A-6C表不根據(jù)本發(fā)明的一個實施例閥門，圖6A和6B分別為閥體的剖視圖與側視圖。圖6C為與之裝配的閥芯結構示意圖。
[0033]有益效果
[0034]本發(fā)明人通過數(shù)值模擬分析+實驗的方法，驗證了新型閥門相對于原閥門流量調節(jié)效果的改進。該數(shù)值模擬分析+實驗具體包括:
[0035]數(shù)值模擬分析采用Gambit建模、Fluent計算的方式；
[0036]實驗系統(tǒng)如圖3所示，包括泵6、調節(jié)閥7、過濾器8、水流量計9、水箱10及管路
坐寸ο
[0037]根據(jù)實驗結果與數(shù)值模擬結果分別繪制閥門的流量特性曲線，如圖4所示，其中，標號11表示利用實驗數(shù)據(jù)繪制的相對流量曲線，12表示利用數(shù)值模擬結果繪制的相對流量曲線。從圖4所示的結果可見:
[0038]I)經(jīng)過重新設計閥芯通道形狀，流量隨開度變化的曲線形狀發(fā)生了明顯變化，流量由圓柱形通道閥門的非線性增長改變?yōu)榛痉暇€性增長；
[0039]2)在閥芯旋開20度以下的小開度范圍內，流量的增長速度與20度以后基本保持一致，保證了閥門在小開度情況下的流量控制效果；3)閥門由20度到83度(100%)，流量變化了大約8倍(圓柱形通道閥為20倍)，0到20度內控制的流量范圍占總流量控制范圍的12.5% (圓柱形通道閥為5%)，對流量的控制效果相比圓柱形通道調節(jié)閥有了很大提高。
[0040]作為對比，發(fā)明人對相同設置條件下的傳統(tǒng)圓柱形通道閥門進行了的數(shù)值模擬，其結果見圖5中曲線13。可以看到，閥芯通道形狀的改變使閥門流量控制特性有了很大改善，具體包括:
[0041]Al)閥芯通道截面前端為楔形，相比原柱形通道閥的圓弧，將使閥芯由O度旋開時，閥芯入口面積變化速度不會出現(xiàn)突變，并且在小開度范圍閥芯入口面積增大速度隨旋開角度增加線性均勻增大，由此改善了閥門在小開度時的流量控制特性；
[0042]A2)由于閥芯通道截面形狀中部呈高度不變的扁口形，因此在閥芯旋開20度之后閥芯入口面積隨閥芯開合角度將呈線性變化，通過閥門的流量也呈線性變化。
[0043]A3)閥門實用可調比增大，小開度及大開度都可以對流量進行良好的線性控制。
【權利要求】
1.高可調比小流量線性控制調節(jié)閥，包括: 閥門座； 閥芯，其具有閥芯通道(2)； 伺服電機，用于調節(jié)閥芯相對于的開度，控制閥芯通道的進出口大小， 其特征在于 閥芯通道(2)的前端(3)的形狀為楔形，從而在閥門由O度開始旋開時，閥門入口面積隨開度增加而變化的速度不會出現(xiàn)突變，從而改善小開度條件下的閥門流量控制特性。
2.根據(jù)權利要求1的高可調比小流量線性控制調節(jié)閥，其特征在于閥芯通道(2)的截面的主要部分(4)為高度不變的扁平矩形，從而使得當閥芯旋轉時閥門進出口面積保持恒定的變化速度，達到流量變化的線性調節(jié)。
3.根據(jù)權利要求1的高可調比小流量線性控制調節(jié)閥，其特征在于閥芯通道(2)的截面的末端(5)為等半徑圓弧形。
【文檔編號】F16K5/08GK103791117SQ201410035793
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權日:2014年1月24日
【發(fā)明者】邱義芬, 蔚小東, 石立勇, 薛利豪, 任兆生, 賀龍華, 張建明 申請人:北京航空航天大學, 貴州風雷航空軍械有限責任公司