br>[0032] Kv = 6. 77L+9. 382 (8-1)
[0033] 2)根据图1，在某个给定的阀芯位置时，设阀芯与阀座之间的最小距离为MN，则过 流面积A,就是图中的锥环面1^^謂1的侧面积。
[0034] 由锥环面的面积公式：
[0036] 另外，
D、d分别为锥环体上下圆直径，Lmn为母线长。代入 后有：
[0038] D为最大通径，Θ为夹角，X为阀芯轮廓线上N点的横坐标。
[0039] 3)根据图2,建立过流面积A1^和流量系数Kv间的关系式：
[0040] 由伯努利方程可知：
[0042] 根据流体流动连续性方程有：
[0043] A = A1, Q = A1V1 = A2V2 (7-5)
[0044] 其中，A为节流阀的通径，即D所对应的面积，对于确定的节流阀，该流通面积D固 定。4是过流面积，即阀芯和阀座最小间隙所形成的面积。
[0045] 联立（7-4)和（7-5):
[0047] 由流量系数特性方程有：
[0049] 将式（7-7)中的
代人式（7-6)得：
[0050] 4)建立阀芯轮廓数学模型：
[0051] 联立式（7-1)、（7-3)、和式
得等值面积曲线方程：
[0053] 式（7-7)表示在某一开度下，以M点为基准，Θ在取值范围内所对应的侧表面积 相等的截锥体母线所形成的曲线（即等值面积曲线）。在等值面积曲线上的点与点M构成 的过流面积相等，如MC1、MC2、MC3等，见图3。
则F = 0表示在各开度下的等值面积曲 线所组成的等值面积曲线簇，如图4所示。
[0055] 由于阀芯的轮廓线和所有等值面曲线都相切，所以阀芯轮廓曲线满足：
[0057] 求解式（7-9)即可得出阀芯的轮廓方程。
[0058] 6)各项参数采用如下单位：过流面积A的单位为cm2 ;压差Λ P的单位为IOOKPa ; 流体密度P的单位为g/cm3 ;流量Q的单位为m3/h。代入设计要求：D = 50. 8cm，即可得到 关于x、y、Θ的方程组
[0060] 7)对于开度每隔Imm取一个点，将值赋给L，利用软件编程求解对应的轮廓点坐 标，计算结果如表8-1 :
[0061] 表8-1阀芯不同开度对应坐标值（单位：mm)
[0063] 8)根据求出的坐标值得到阀芯的轮廓线如图5所示，通过拟合得到轮廓曲线方程 为：y = -11. 39χ+13· 42 (I. 26 彡 X 彡 3· 80)。
[0064] 9)依据本发明的方法设计出轮廓曲线，使用Matlab软件编写程序进行模拟，绘制 的开度-流量系数曲线如图6所示。
[0065] 由图6可知，该阀芯的20%-80% (即L在6mm-24mm)的有效行程内开度与流量 系数之间的线性关系良好，完全符合设计要求。
[0066] 虽然已经结合具体实施例对本发明进行了描述，然而可以理解，在不脱离本发明 的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实 施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并 不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【主权项】
1. 一种流量系数随开度线性变化的节流阀的设计方法，包括W下步骤： 通过节流阀的压降流量特性、控压节流特性和阀芯几何形状建立数学模型，推导出阀 芯轮廓线应满足的轨迹方程，再利用轨迹方程得出阀芯的轮廓曲线，从而得到阀芯的结构。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，节流阀的控压节流特性通过节流阀的流 量系数Κν与节流阀的阀芯开度L之间的关系来体现，即：'其中Κ、C为常 数，Κν为节流阀流量系数，Lm。、表示节流阀的最大开度。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过阀芯的几何条件d=D-2X，得到N点的横坐标X与过流面积Af之间的关系为：其中D、d分别为锥环体的上下圆直径，为母线长，Θ为夹角，X为阀 芯轮廓线上N点的横坐标。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，节流阀的压降流量特性包括经过该节 流阀的流体应满足的伯努利方程巧流体的连续性方 程Q=AiVi=A2V2,令A=Ai，据此得到通过压降流量特性方程再根据X:-D"主C〇S0 =OW及流量 巧 系数Κν与阀芯开度L之间的线性关系+r化立阀芯轮廓的数学模型，所述数学 .max 心max 模型由得到的等值面积曲线方程.长表示。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若令得到 各开度下等值面积曲线所组成的等值面积曲线簇，并通过满足公式农求解得到阀芯的轮廓线应满足的轨迹方程。6. 根据权利要求1~5中任一项所述的方法，其特征在于设计一种大小为2"的阀芯轮 廓曲线，并使得在其20% -80%有效行程内流量系数Κν与开度L成线性关系。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若排量Q= 72mVh，介质密度Ρ= 1.7g/cm3,阀芯有效行程在30mmW内，设APmi。=IMPa，APmax=lOMPa，则阀芯曲线应满足的调 节特性为Κν= 6. 77L+9. 382。8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，联立开度与过流面积间的关系式、过流面 积与压降间关系式，可得等值面积曲线方程：在上式中各项参数采用如下单位；过流面积A,cm2 ;代入设计要求；D= 50.8cm;即可得到关于x、y、θ的方程组。9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对于开度每隔1mm取一个点，将值赋给以 求解对应的轮廓点的坐标值。10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据求出的坐标值得到阀芯的轮廓线， 通过拟合得到轮廓曲线方程为巧=-11. 39X+13. 42(1. 26《X《3. 80)。
【专利摘要】本发明公开了一种流量系数随开度线性变化的节流阀的设计方法，其包括以下步骤：通过节流阀的压降流量特性、控压节流特性和阀芯几何形状建立数学模型，推导出阀芯轮廓线应满足的轨迹方程，再利用轨迹方程得出阀芯的轮廓曲线，从而得到阀芯的结构。该设计方法能得到阀芯的轮廓曲线从而使得节流阀的控压调节的线性度和精度更好，而且该设计方法更高效和通用。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105320789
【申请号】CN201410364273
【发明人】王果, 范红康, 牛新明, 王国荣, 刘匡晓, 陶思宇, 刘建华, 朱颢, 孙连忠, 楚飞, 张建龙
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年7月28日