一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网设计方法及环形滤网与流程

1.本发明涉及一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网设计方法及环形滤网，属于阀门技术领域。


背景技术：

2.环形滤网是汽轮机主、调阀门内常见的部件之一，它具有对通过阀门的流体过滤和清洗的作用，但同时滤网的存在会极大地影响阀门内流场分布情况。理想的滤网设计应该能保证流体在经过滤网后沿周向均匀分布，从而使得阀门阀芯周向附近流动均衡，极大地减小流体在周向施加给阀芯的作用力，较好地抑制阀芯振动。
3.目前，常见的阀门滤网设计是沿滤网圆周方向均匀地打孔，而这种打孔方式并不能保证流体经过滤网后在圆周方向的均匀性，因而必然会在周向给阀门阀芯带来不平衡作用力，增加了阀芯振动的可能性。


技术实现要素：

4.本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网设计方法及环形滤网，本发明极大增强了流体经过滤网孔后沿圆周方向的均匀性，改善了诱发阀芯振动的根源，抑制了阀芯振动。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网设计方法，以垂直来流方向将环形滤网的外表面分为迎风面和背风面，迎风面和背风面周向布置多列滤孔或滤缝；
7.以正对来流位置的方位角θ＝0
°
，以垂直来流位置的方位角θ＝
±
90
°
，以垂直来流位置处该列滤孔或滤缝的总面积为s；则，
8.设计背风面上每列滤孔或滤缝的总面积都为s；
9.设计迎风面上方位角θ处该滤孔或滤缝的总面积达到或接近s＝s*sin2θ。
10.在本发明中借鉴的是圆柱绕流理论，因为流体从阀门进口管进入阀内，首先接触到环形滤网外侧，并通过环形滤网上的孔洞渗透进入滤网内侧，这个流动过程流体恰好是一种无环量的“圆柱绕流”形态。
11.发明人根据流体力学中对圆柱绕流的研究，在正对来流的位置，“圆柱”表面压力较高，在绕流过程中圆柱表面压力逐渐降低，在与来流相垂直的位置，圆柱表面压力达极小值，该压力变化过程遵从式(1)其中，为圆柱表面压力系数，θ为方位角。由于流体粘性作用，圆柱绕流在来流的背面经常会发生流动分离，这种情况下来流方向背面的圆柱表面压力分布不再遵从式(1)，而是稳定与θ＝
±
90
°
位置表面压力相当的水平。因此，设计背风面上每列滤孔或滤缝的总面积与θ＝
±
90
°
位置处相同。
12.对于环形滤网，尽管滤网表面有滤孔或滤缝，但可认为迎风面仍存在近似的压力分布，而对于迎风面的设计，通过对式(1)进行推到，得到s＝s*sin2θ，使滤孔或滤缝面积在周向随表面压力变化而做出相应程度地变化，从而通过滤网的流体在圆周方向较为均匀，
抑制了阀芯振动。
13.作为优选，迎风面上每列滤孔的数量相同，通过设计滤孔的孔径使每列滤孔的总面积s＝s*sin2θ。
14.作为优选，迎风面上每列滤孔的孔径相同，通过设计滤孔的数量使每列滤孔的总面积s＝s*sin2θ。
15.作为优选，迎风面上方位角θ处该列滤孔的数量n＝n*sin2θ，n为小数点进位取整数。
16.作为优选，相邻两列所述滤孔错位设置，从而能够布置足够多的滤孔。
17.作为优选，迎风面上方位角θ在-1
°
～1
°
范围内不设置滤孔或滤缝。
18.作为优选，迎风面上每列滤缝的宽度相同，通过设计滤缝的长度使每列滤孔的总面积s＝s*sin2θ。
19.作为优选，相邻两列滤孔之间的间隙相同。
20.作为优选，每列所述滤孔中滤孔均匀排布。
21.一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网，包括环形的滤网本体，所述滤网本体包括面向来流的迎风面，以及背对来流的背风面；迎风面和背风面周向布置多列孔径相同的滤孔；
22.以正对来流位置的方位角θ＝0
°
，以垂直来流位置的方位角θ＝
±
90
°
，以垂直来流位置处该列滤孔的数量为n；
23.背风面上每列滤孔的数量都为n；
24.迎风面上方位角θ处该列滤孔的数量n＝n*sin2θ，n为小数点进位取整数。
25.一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网，包括环形的滤网本体，所述滤网本体包括面向来流的迎风面，以及背对来流的背风面；迎风面和背风面周向布置多列数量相同的滤孔；
26.以正对来流位置的方位角θ＝0
°
，以垂直来流位置的方位角θ＝
±
90
°
，以垂直来流位置处该列滤孔的半径为r；
27.背风面上每列滤孔的半径都为r；
28.迎风面上方位角θ处该列滤孔的半径r＝r*sinθ。
29.一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网，包括环形的滤网本体，所述滤网本体包括面向来流的迎风面，以及背对来流的背风面；迎风面和背风面周向布置多列宽度相同的滤缝；
30.以正对来流位置的方位角θ＝0
°
，以垂直来流位置的方位角θ＝
±
90
°
，以垂直来流位置处该列滤缝的长度为l；
31.背风面上每列滤缝的长度都为l；
32.迎风面上方位角θ处该列滤缝的长度l＝l*sin2θ。
33.作为优选，所述滤网本体上设置正对来流的安装标示。
34.作为优选，垂直来流位置处该列滤孔的数量n，为按照设定孔径和设定孔间距，沿滤网本体长度方向布满滤孔的数量。
35.作为优选，所述方位角是滤孔圆心处或滤缝中心的方位角。
36.本发明的一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网设计方法及环形滤网，采用圆柱绕流理论，对环形滤网的外表面上不同方位角的滤孔或滤缝进行设计，从而提高流体经过滤孔后沿圆周方向的均匀性，抑制阀芯振动。
37.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
38.1、极大增强了流体经过滤网孔后沿圆周方向的均匀性，改善了诱发阀芯振动的根源，抑制了阀芯振动；
39.2、环形滤网采用孔径相同的滤孔，便于实际工程制造。
附图说明
40.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
41.图1是环形滤网的俯视图；
42.图2是环形滤网的第一种设计图；
43.图3是环形滤网的第二种设计图；
44.图4是环形滤网的第三种设计图。
45.图中标记：1-迎风面、2-背风面、3-安装标示、4-滤孔、5-滤缝。
具体实施方式
46.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
47.本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
48.实施例1
49.本实施例的一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网设计方法，以垂直来流方向将环形滤网的外表面分为迎风面和背风面，迎风面和背风面周向布置多列数量相同的滤孔；
50.以正对来流位置的方位角θ＝0
°
，以垂直来流位置的方位角θ＝
±
90
°
，以垂直来流位置处该列滤孔的半径为r；
51.设计背风面上每列滤孔的半径都为r；
52.设计迎风面上方位角θ处该滤孔的总面积r＝r*sinθ。
53.如图2所示，通过本实施例得到的一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网，通过改变滤孔的半径从而使得迎风面上方位角θ处该滤孔的总面积s＝s*sin2θ。
54.实施例2
55.本实施例的一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网设计方法，一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网设计方法，以垂直来流方向将环形滤网的外表面分为迎风面和背风面，迎风面和背风面周向布置多列孔径相同的滤孔；
56.以正对来流位置的方位角θ＝0
°
，以垂直来流位置的方位角θ＝
±
90
°
，以垂直来流位置处该列滤孔的数量为n；
57.背风面上每列滤孔的数量都为n；
58.迎风面上方位角θ处该列滤孔的数量n＝n*sin2θ，n为小数点进位取整数。
59.如图3所示，通过本实施例得到的一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网，通过改变滤孔的数量从而使得迎风面上方位角θ处该滤孔的总面积接近s＝s*sin2θ。
60.当然在本实施例中，方位角θ处滤孔数量n＝n*sin2θ，得到的n通常并不是整数，将n小数点进位取整数虽然使得不完全符合s＝s*sin2θ，但是方位角θ处滤孔的总面积仍然会
近似达到沿圆周变化的需求，从而增强流体经过滤网孔后沿圆周方向的均匀性，改善了诱发阀芯振动的根源，抑制了阀芯振动。
61.实施例3
62.本实施例的一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网设计方法，包括环形的滤网本体，所述滤网本体包括面向来流的迎风面，以及背对来流的背风面；迎风面和背风面周向布置多列宽度相同的滤缝；
63.以正对来流位置的方位角θ＝0
°
，以垂直来流位置的方位角θ＝90
°
，以垂直来流位置处该列滤缝的长度为l；
64.背风面上每列滤缝的长度都为l；
65.迎风面上方位角θ处该列滤缝的长度l＝l*sin2θ。
66.如图4所示，通过本实施例得到的一种抑制阀门滤芯振动的环形滤网，通过改变滤缝的长度从而使得迎风面上方位角θ处该滤孔的总面积s＝s*sin2θ。
67.当然在上述实施例中，滤网本体上设置正对来流的安装标示，以方便安装。
68.当然在上述实施例中，风面上方位角θ在-1
°
～1
°
范围内不设置滤孔或滤缝，因为滤网通常是使用钢板卷曲焊接而成，在焊缝附近不设置滤孔或滤缝，避免影响焊接强度。
69.发明人根据流体力学中对圆柱绕流的研究，在正对来流的位置，“圆柱”表面压力较高，在绕流过程中圆柱表面压力逐渐降低，在与来流相垂直的位置，圆柱表面压力达极小值，该压力变化过程遵从式(1)其中，为圆柱表面压力系数，θ为方位角。由于流体粘性作用，圆柱绕流在来流的背面经常会发生流动分离，这种情况下来流方向背面的圆柱表面压力分布不再遵从式(1)，而是稳定与θ＝
±
90
°
位置表面压力相当的水平。因此，设计背风面上每列滤孔或滤缝的总面积与θ＝
±
90
°
位置处相同。
70.对于环形滤网，尽管滤网表面有滤孔或滤缝，但可认为迎风面仍存在近似的压力分布，而对于迎风面的设计，通过对式(1)进行推到，得到s＝s*sin2θ，使滤孔或滤缝面积在周向随表面压力变化而做出相应程度地变化，从而通过滤网的流体在圆周方向较为均匀，抑制了阀芯振动。
71.推导过程如下：压力分布：
72.可仅关注压力分布规律，则
73.令
74.同时令
75.则具有相同压力分布规律(仅绝对值变化)
76.对于方位角θ处滤孔或滤缝面积s(θ)，s(θ)与负相关
77.令(常数)
78.则s(θ)+a*cos2θ＝const
79.则可令s(θ)＝a*sin2θ
80.在进行加工滤孔或滤缝时，
81.当θ＝
±
90
°
时，最小，s(θ)最大为a；
82.当θ＝0
°
时，最大，s(θ)最小为0；
83.以s(
±
90
°
)的面积为s，方位角θ处该滤孔的总面积s＝s*sin2θ时，可以保证s(θ)
与负相关，且该表达式较为简介，便于应用。
84.本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。