一种带孔板的高参数多级减压阀的减压结构设计方法
【专利说明】-种带孔板的高参数多级减压阀的减压结构设计方法 【技术领域】
[0001] 本发明设及阀口设计的技术领域，特别是一种带孔板的高参数多级减压阀的减压 结构设计方法的技术领域。 【【背景技术】】
[0002] 目前，热力蒸汽系统被广泛应用于能量供应和工业生产中。过热蒸汽适用于长距 离的输送，但其效率相比于饱和蒸汽更低，需要对其溫度和压力进行调节才能满足下游用 户的工艺生产要求，而减溫减压装置是其不可或缺的关键设备。随着"高能核电工程、大型 煤化工、超超临界大容量发电机组"等国家重大工程项目的发展，各种高溫高压等高参数复 杂工况的机组日益普遍，不仅扩大了对减溫减压装置的需求量，而且提高了对其性能的要 求。
[0003] 减压阀是减溫减压装置中调节压力的核屯、元件，其性能对装置的安全性和稳定性 有重要影响。但目前国内生产的高参数减压阀普遍存在噪音过高、安全可靠性差、工作效率 低等缺点。因此，针对高参数等复杂工况，提出一套减压阀的结构优化设计方法显得十分必 要。
[0004] 减压阀中，阀忍和孔板是蒸汽减压过程中的节流元件，蒸汽流经节流元件时发生 绝热膨胀，压力降低。高参数减压阀在高减压比条件下，阀内流速较大，易出现超音速流动 的情况，使蒸汽在阀内形成强烈的端流，造成较大的能量损失。而已有的关于多级减压阀的 专利一般是介绍减压阀的某种结构，对多级减压阀的设计方法设及较少。如中国发明专利 CN201210238703.9公开了一种多级减压阀结构，该阀口通过多级套筒实现多级减压，但没 有提出如何根据工艺要求的压差设计不同的减压级数，不能保证蒸汽流经减压阀各级节流 元件时的降压比大于其临界压力比，从而避免超音速流动。 【
【发明内容】
】
[0005] 本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种带孔板的高参数多级减压阀 的减压结构设计方法，可实现高参数多级减压阀在高压力比条件下，蒸汽在各级节流元件 前后压力比均大于临界压力比，从而避免减压阀内出现超声速流动的情况，可减小了流体 在多级减压阀内的端流耗散和拥损失，具有较好的节能效果，并可提高了多级减压阀在高 溫高压等高参数环境下运行的安全性和稳定性。
[0006] 为实现上述目的，本发明提出了一种带孔板的高参数多级减压阀的减压结构设计 方法，所述带多孔板的高参数多级减压阀的主体节流减压元件为阀忍和孔板，设计步骤包 括：
[0007] (1)取过热蒸汽的等赌指数K，利用下式计算工质的临界压力比V":
[0009] (2)根据减压阀的进口压力，出口压力和过热蒸汽的临界压力比计算得到带多孔 板的多级减压阀的减压级数，所述减压级数n应满足：
[0010] /? > log, CP /P)
[0011] 上述式中，Pi为多级减压阀的进口压力，P。为最后一块孔板的出口压力，Va为过 热蒸汽的临界压力比，n为减压级数，n的数值为大于iQg、.（CZC)的最小整数，第一级节流 元件为阀忍，孔板数为n-1;
[0012] (3)根据减压级数计算各级节流元件的压力比V，压力比V的计算公式为： 柳1引、叫P,I];
[0014] (4)根据阀口进口压力Pi和实际各级节流元件的减压比V，得到第j级孔板的进 口压力Pj为： 阳 01 引 Pj=PiUi(j= 1，2,…，n-1);
[0016] (5)不同流量开度下阀忍处的流通截面积计算公式为：
[0018] 上述式中，A为阀忍处的流通截面积，Qm为流体的质量流量，V"为过热蒸汽的的临 界压力比，C为流出系数，C表示实际流量与理论流量之间的比值，C,为一维等赌流动热力 学特性的无量纲函数，a的定义为：
[0020] (6)计算最大流量下各孔板流通截面积，计算公式为：
[0022] (7)利用有限元方法对实际各级节流元件的减压比进行校验。
[002引作为优选，所述步骤（7)中，各级节流元件的减压比均大于流体的临界压力比，贝U设计的减压级数满足要求。
[0024] 作为优选，所述步骤（7)中，流体流经某一级节流元件的减压比小于流体临界压 力比，则增加一级孔板后，再重复步骤（7)的校验过程。
[0025] 本发明的有益效果：本发明可实现高参数多级减压阀在高压力比条件下，蒸汽在 各级节流元件前后压力比均大于临界压力比，从而避免减压阀内出现超声速流动的情况， 可减小了流体在多级减压阀内的端流耗散和爛损失，具有较好的节能效果，并可提高了多 级减压阀在高溫高压等高参数环境下运行的安全性和稳定性。
[00%] 本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。 【【附图说明】】
[0027] 图1是本发明一种带孔板的高参数多级减压阀的减压结构设计方法的结构示意 图；
[0028] 图2是本发明一种带孔板的高参数多级减压阀的减压结构设计方法的设计流程 图。
[0029] 图中：1-入口腔、2-阀体、3-阀忍、4-孔板、5-出口腔。 【【具体实施方式】】
[0030] 参阅图1和图2,本发明，所述带多孔板的高参数多级减压阀的主体节流减压元件 为阀忍和孔板，设计步骤包括：
[0031] (1)取过热蒸汽的等赌指数K，利用下式计算工质的临界压力比v":
[0033] (2)根据减压阀的进口压力，出口压力和过热蒸汽的临界压力比计算得到带多孔 板的多级减压阀的减压级数，所述减压级数n应满足：
[0034] 运、[PJ P,)
[0035] 上述式中，Pi为多级减压阀的进口压力，P。为最后一块孔板的出口压力，Va为过 热蒸汽的临界压力比，n为减压级数，n的数值为大于i〇g、.（C1'^)的最小整数，第一级节流 元件为阀忍，孔板数为n-1;
[0036] (3)根据减压级数计算各级节流元件的压力比V，压力比V的计算公式为：
[0037]、'=小),/f;.
[003引 （4)根据阀口进口压力Pi和实际各级节流元件的减压比V，得到第j级孔板的进 口压力Pj为：
[0039] Pj=PiU(j= 1，2,…，n-1);
[0040] (5)不同流量开度下阀忍处的流通截面积计算公式为：
[0042] 上述式中，A为阀忍处的流通截面积，Qm为流体的质量流量，V"为过热蒸汽的的临 界压力比，C为流出系数，C表示实际流量与理论流量之间的比值，C,为一维等赌流动热力 学特性的无量纲函数，a的定义为：
[0044] (6)计算最大流量下各孔板流通截面积，计算公式为：
[0046](7)利用有限元方法对实际各级节流元件的减压比进行校验。
[0047] 具体的，所述步骤（7)中，各级节流元件的减压比均大于流体的临界压力比，则设 计的减压级数满足要求。
[0048] 具体的，所述步骤（7)中，流体流经某一级节流元件的减压比小于流体临界压力 比，则增加一级孔板后，再重复步骤（7)的校验过程。 W例本发明工作过程：
[0050] 本发明一种带孔板的高参数多级减压阀的减压结构设计方法在工作过程中，第一 步，取过热蒸汽的等赌指数K，计算工质的临界压力比V";第二步，根据减压阀的进口压 力，出口压力和过热蒸汽的临界压力比计算得到带多孔板的多级减压阀的减压级数；第= 步，根据减压级数计算各级节流元件的压力比V;第四步，根据阀口进口压力Pi和实际各级 节流元件的减压比V，得到第j级孔板的进口压力P,;第五步，计算不同流量开度下阀忍处 的流通截面积；第六步，计算最大流量下各孔板流通截面积；第屯步，利用有限元方法对实 际各级节流元件的减压比进行校验，当各级节流元件的减压比均大于流体的临界压力比， 则设计的减压级数满足要求，当流体流经某一级节流元件的减压比小于流体临界压力比， 则增加一级孔板后，再重复校验过程。利用上述步骤即可完成高参数多级减压阀的减压结 构设计。
[0051] 本发明，可实现高参数多级减压阀在高压力比条件下，蒸汽在各级节流元件前后 压力比均大于临界压力比，从而避免减压阀内出现超声速流动的情况，可减小了流体在多 级减压阀内的端流耗散和綱损失，具有较好的节能效果，并可提高了多级减压阀在高溫高 压等高参数环境下运行的安全性和稳定性。
[0052] 上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后 的方案均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种带孔板的高参数多级减压阀的减压结构设计方法，其特征在于：所述带多孔板 的高参数多级减压阀的主体节流减压元件为阀芯和孔板，设计步骤包括： (1) 取过热蒸汽的等熵指数K，利用下式计算工质的临界压力比(2) 根据减压阀的进口压力，出口压力和过热蒸汽的临界压力比计算得到带多孔板的 多级减压阀的减压级数，所述减压级数η应满足：上述式中，P1为多级减压阀的进口压力，P。为最后一块孔板的出口压力，￥"为过热蒸 汽的临界压力比，η为减压级数，η的数值为大于(Λ //:)的最小整数，第一级节流元件 为阀芯，孔板数为η-1 ; (3) 根据减压级数计算各级节流元件的压力比ν，压力比V的计算公式为：(4) 根据阀门进口压力PJP实际各级节流元件的减压比V，得到第j级孔板的进口压 力Pj为： Pj = P i u J(j = 1，2, ...，n-l); (5) 不同流量开度下阀芯处的流通截面积计算公式为：上述式中，A为阀芯处的流通截面积，O11为流体的质量流量，V "为过热蒸汽的的临界压 力比，C为流出系数，C表示实际流量与理论流量之间的比值，C*为一维等熵流动热力学特 性的无量纲函数，On的定义为：(6) 计算最大流量下各孔板流通截面积，计算公式为：(7) 利用有限元方法对实际各级节流元件的减压比进行校验。2. 如权利要求1所述的一种带孔板的高参数多级减压阀的减压结构设计方法，其特征 在于：所述步骤（7)中，各级节流元件的减压比均大于流体的临界压力比，则设计的减压级 数满足要求。3. 如权利要求1所述的一种带孔板的高参数多级减压阀的减压结构设计方法，其特征 在于：所述步骤（7)中，流体流经某一级节流元件的减压比小于流体临界压力比，则增加一 级孔板后，再重复步骤（7)的校验过程。
【专利摘要】本发明公开了一种带孔板的高参数多级减压阀的减压结构设计方法，所述方法适用于主体节流元件为阀芯和孔板的高参数多级减压阀的设计，设计步骤包括：计算工质的临界压力比vcr；计算带多孔板的多级减压阀的减压级数；计算各级节流元件的压力比v；计算第j级孔板的进口压力Pj；计算不同流量开度下阀芯处的流通截面积；计算最大流量下各孔板流通截面积；利用有限元方法对实际各级节流元件的减压比进行校验。本发明可实现高参数多级减压阀的合理化定参数设计，尤其在高压力比条件下，蒸汽在各级节流元件前后压力比均大于临界压力比，可避免减压阀内出现超声速流动的情况下，减小流体在多级减压阀内的湍流耗散和损失，更节能、安全和稳定。
【IPC分类】F16K17/02
【公开号】CN105422932
【申请号】CN201510816767
【发明人】金志江, 叶皓, 陈富强, 沈小丽, 钱锦远
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月23日