一种球形调节阀阀碟型线结构及其设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种球形调节阀阀碟型线结构及其设计方法。阀碟型线结构包括阀碟本体，阀碟本体的球形密封面上具有与阀座本体配合密封的配合点，密封面上的配合点以下的下部部位为平面结构。设计方法包括：1.确定设计参数，绘制半径为RD的曲线作为阀碟本体球形密封面的基础轮廓型线；2.在基础轮廓型线的两侧分别确定出密封配合点；3.分别以基础轮廓型线两侧所确定的配合点为起点，在配合点下部的基础轮廓型线上分别绘制出一条与之相切的延长线；4.采用一条直线将两侧所绘制延长线的底端连接起来，去除多余线段，最终使所设计的阀碟本体球形密封面的轮廓型线由上而下主要由弧形段型线、延长段型线和直线段型线组成。
【专利说明】
一种球形调节阀阀碟型线结构及其设计方法
技术领域
[0001]本发明涉及调节阀，具体是一种球形调节阀的阀碟型线结构，及其该阀碟型线结构的设计方法。
【背景技术】
[0002]调节阀布置于流体通道上，主要由执行机构和阀门组成，其通过接受调节控制单元输出的信号、借助动力操作去改变流体通道内的流体流量，可见，调节阀对流体系统的工作性能及安全稳定运行起着至关重要的作用，这尤其在高温高压流体的汽轮机上最为凸显。
[0003]汽轮机上的调节阀不仅是通流部分的第一站，也是控制系统的执行部件，是汽轮机机组的核心设备之一。汽轮机常用的调节阀为球形调节阀，参见图1所示，该调节阀的阀碟本体I以球形密封面(其轮廓型线为大弧度的弧形段型线11)与阀座本体2的弧形密封面(其轮廓型线为小弧度的弧形段型线21)进行配合密封，两个相互配合的密封面上分别具有相匹配的密封配合点(12、22)，通过对两个密封面上相匹配的配合点间的距离调整，来对蒸汽通道内阀碟侧向阀座侧流动的蒸汽流量实现调节。该调节阀在汽轮机上的服役过程中，存在运行时振动应力过大的问题，这尤其在高参数化的汽轮机上更为凸显，这是因为:阀碟本体的密封面为球形结构，密封面上的配合点以下具有大弧度的弧形段型线，高温高压的蒸汽从阀碟侧涌入阀座侧时，部分蒸汽就会随着阀碟本体的球形密封面、在阀碟本体的密封面处产生不稳定的蒸汽旋流，该不稳定的蒸汽旋流会对调节阀的阀碟产生激励，导致阀杆振动、定位销断裂等事故频发。有鉴于此，高温高压流体系统上所应用的球形调节阀急待有效的减振技术出现。然而，目前行业内对球形调节阀阀碟振动机理的认识还有待提高。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的在于:针对上述现有技术的不足，在保证密封性能的前提下，提供一种能够有效提高球形调节阀气动性能、有效改善球形调节阀运行振动性能的阀碟型线结构，以及该型线结构的设计方法。
[0005]本发明所采用的技术方案是，一种球形调节阀阀碟型线结构，包括阀碟本体，所述阀碟本体具有球形密封面，所述球形密封面上具有与阀座本体配合密封的配合点，所述阀碟本体球形密封面上的配合点以下的下部部位为平面结构。
[0006]作为优选方案，所述阀碟本体球形密封面的轮廓型线由上而下主要由弧形段型线、延长段型线和直线段型线组成，所述弧形段型线与延长段型线的交接处为配合点，所述延长段型线以配合点为起点、相切于弧形段型线向配合点以下延长线的方式成型，所述直线段型线连接于延长段型线的底端。
[0007]上述球形调节阀阀碟型线结构的设计方法，包括下列步骤:
步骤1.确定调节阀的设计参数，包括阀碟本体球形密封面的半径为Rd、阀座本体弧形密封面的半径为Rs;绘制半径为Rd的曲线作为阀碟本体球形密封面的基础轮廓型线； 步骤2.根据阀座本体弧形密封面的设计半径为Rs，在阀碟本体球形密封面的基础轮廓型线的两侧分别确定出密封配合点；
步骤3.分别以阀碟本体球形密封面基础轮廓型线两侧所确定的配合点为起点，在配合点下部的基础轮廓型线上分别绘制出一条与之相切的延长线；
步骤4.采用一条直线将基础轮廓型线两侧所绘制的延长线的底端连接起来，去除多余线段，最终使所设计的阀碟本体球形密封面的轮廓型线由上而下主要由弧形段型线、延长段型线和直线段型线组成。
[0008]作为优选方案，步骤3中，所述阀碟本体球形密封面基础轮廓型线两侧所绘制出的延长线的长度分别满足如下关系式:
L/Rd=0 ?0.3 ；
式中:L为延长线的长度；
Rd为阀碟本体球形密封面基础轮廓型线的半径。
[0009]本发明的有益效果是:
1.本发明在阀碟本体球形密封面的基础上，将密封面上的配合点以下的部位改为平面结构，从而既保留了阀碟本体球形密封面的密封特性，又能够在运行中降低流体在阀碟本体密封面底部所形成的不稳定旋流；
2.本发明阀碟本体密封面的轮廓型线结构，能够在运行中对流体的流动方向形成良好的导向作用，进而进一步有效、可靠地显著降低流体在阀碟本体密封面底部所形成的不稳定旋流，可靠、有效地提高球形调节阀的气动性能，同时亦可靠、有效地改善球形调节阀运行振动性能，可靠地提高了球形调节阀运行的稳定性；
3.本发明有利于减轻阀碟本体的重量，进而能够有效地减小阀碟本体在启动时所需的提升力，操作灵活，有利于节能。
【附图说明】
[0010]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0011]图1是现有球形调节阀阀碟型线结构的示意图。
[0012]图2是本发明的一种阀碟型线的结构示意图。
[0013]图中代号含义:I一阀碟本体；11一弧形段型线；12—配合点；13—延长段型线；14—直线段型线；2—阀座本体;21—弧形段型线；22—配合点;Rd—阀碟本体密封面弧形段型线的半径;Rs—阀座本体密封面弧形段型线的半径;L 一延长段型线的长度。
【具体实施方式】
[0014]参见图2所示，本发明为球形调节阀阀碟本体的型线结构，包括阀碟本体I，该阀碟本体I具有球形的密封面，在阀碟本体I的球形密封面上具有与阀座本体2配合密封的配合点12，阀碟本体I的球形密封面通过其上的配合点12与阀座本体2的弧形密封面上的配合点22配合密封。为了降低运行中流体在阀碟本体I球形密封面底部所产生的不稳定旋流，阀碟本体I球形密封面上的配合点12以下的下部部位为平面结构，即阀碟本体I的球形密封面的底部为削平的平底结构。
[0015]具体的，上述阀碟本体I的球形密封面的轮廓型线由上而下主要由弧形段型线11、延长段型线13和直线段型线14组成。弧形段型线11为阀碟本体I球形密封面的基础轮廓型线，即球形轮廓型线，弧形段型线11的底端与延长段型线13的上端连接，二者的交接处为配合点12。延长段型线13以配合点12为起点、相切于弧形段型线11向配合点12以下延长线的方式成型，从而使延长段型线13在阀碟本体I的球形密封面上形成一段锥面，即延长段型线13为相切衔接于球形面的锥面轮廓型线。直线段型线14连接于延长段型线13的底端，即直线段型线14为延长段型线13所成锥面的底面-平面的轮廓型线。由此可见，上述阀碟本体I的球形密封面由上部的球形密封面和下部锥形密封面组成，该锥形密封面为平底结构。
[0016]上述球形调节阀的阀碟型线结构的设计方法，包括下列步骤:
步骤1.确定调节阀的设计参数，包括阀碟本体I球形密封面的半径为Rd(即弧形段型线11的半径)、阀座本体2弧形密封面的半径为Rs(即弧形段型线21的半径)；
根据所确定的阀碟本体I球形密封面的半径为Rd，绘制半径为Rd的曲线作为阀碟本体I球形密封面的基础轮廓型线；
步骤2.根据阀座本体2弧形密封面的设计半径为Rs，在阀碟本体I球形密封面的基础轮廓型线的两侧分别确定出密封配合点12，该配合点12应当与阀座本体2弧形密封面的弧形段型线21上的配合点22相匹配；
步骤3.分别以阀碟本体I球形密封面基础轮廓型线两侧所确定的配合点12为起点，在配合点12下部的基础轮廓型线上分别绘制出一条与之相切(即与配合点12以下的基础轮廓型线相切)的延长线；
每条延长线的绘制长度满足如下关系式:
L/Rd=0 ?0.3 ；
式中:L为延长线的长度；
Rd为阀碟本体I球形密封面基础轮廓型线(即弧形段型线11)的半径；
步骤4.采用一条直线将球形密封面基础轮廓型线两侧所绘制出的延长线的底端连接起来，去除直线以下的线段、以及其它多余的线段，最终使所设计的阀碟本体I球形密封面的轮廓型线由上而下主要由弧形段型线11、延长段型线13和直线段型线14组成，以此设计图为标准制造上述阀碟本体I。
[0017]以上具体技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制;尽管参照上述具体技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:本发明依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。
【主权项】
1.一种球形调节阀阀碟型线结构，包括阀碟本体(I)，所述阀碟本体(I)具有球形密封面，所述球形密封面上具有与阀座本体(2)配合密封的配合点(12)，其特征在于，所述阀碟本体(I)球形密封面上的配合点(12)以下的下部部位为平面结构。2.根据权利要求1所述球形调节阀阀碟型线结构，其特征在于，所述阀碟本体(I)球形密封面的轮廓型线由上而下主要由弧形段型线(11)、延长段型线(13)和直线段型线(14)组成，所述弧形段型线(11)与延长段型线(13)的交接处为配合点(12)，所述延长段型线(13)以配合点(12)为起点、相切于弧形段型线(11)向配合点(12)以下延长线的方式成型，所述直线段型线(14)连接于延长段型线(13)的底端。3.—种权利要求1或2所述球形调节阀阀碟型线结构的设计方法，包括下列步骤: 步骤1.确定调节阀的设计参数，包括阀碟本体(I)球形密封面的半径为Rd、阀座本体(2)弧形密封面的半径为Rs;绘制半径为Rd的曲线作为阀碟本体(I)球形密封面的基础轮廓型线； 步骤2.根据阀座本体(2)弧形密封面的设计半径为Rs，在阀碟本体(I)球形密封面的基础轮廓型线的两侧分别确定出密封配合点(12); 步骤3.分别以阀碟本体(I)球形密封面基础轮廓型线两侧所确定的配合点(12)为起点，在配合点(12)下部的基础轮廓型线上分别绘制出一条与之相切的延长线； 步骤4.采用一条直线将基础轮廓型线两侧所绘制的延长线的底端连接起来，去除多余线段，最终使所设计的阀碟本体(I)球形密封面的轮廓型线由上而下主要由弧形段型线(11)、延长段型线(13)和直线段型线(14)组成。4.根据权利要求3所述球形调节阀阀碟型线结构的设计方法，其特征在于，步骤3中，所述阀碟本体(I)球形密封面基础轮廓型线两侧所绘制出的延长线的长度分别满足如下关系式:L/Rd=0 ?0.3 ； 式中:L为延长线的长度； Rd为阀碟本体(I)球形密封面基础轮廓型线的半径。
【文档编号】F16K1/36GK106090269SQ201610750529
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月30日
【发明人】钟主海, 江生科, 范小平
【申请人】东方电气集团东方汽轮机有限公司