[发明专利]连续可调音速喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及气体流量调节技术领域，具体涉及一种流量调节阀。

背景技术

在冶金、化工和气动等行业中很多场合需要对气体流量进行控制调节。气体流量的调节对于自动控制显得非常重要。因此调节阀在工业上有着广泛的应用。对于气体流量调节阀，国内外研究很多，技术也比较成熟。

工业上广泛应用的有蝶阀、隔膜阀、百叶调节阀等类型。但是现在的调节阀对流量的调节受到下游环境的影响较大，流量调节的非线性程度高。普通的流量调节阀流量计算如下：

其中K为常数，A为节流面积(m²)，Δp为上下游压差(Pa)，ρ为上游气体密度(kg/m³)。

实际使用中，阀门下游的工况难免会发生波动。由式(1)可知对于普通阀门，当下游的压强变化时调节阀上游的参数和流量将会受到影响，因此稳定性较差。另外，由于阀芯对流场干扰或是阀门流道突然变化(突扩、大转向等)导致流场很不稳定，还存在调节精度低、重复性差和迟滞性差的问题。

吴亚峰等申请的专利200520041946.9“可调式气体流量调节装置”，给出了一种可调式气体流量调节装置，如图1。该专利通过螺杆升降机构控制控制块以达到调节喉部面积的目的。该装置存在以下缺点。首先，控制块后存在突扩台阶，这将造成较大的流动损失；另外该装置控制块与侧壁之间接触面积大，因此密封问题不易解决。

音速喷嘴是最常用的气体标准流量计之一，ISO 9300：2005已经将其标准化。因具有结构简单、坚固耐用、准确度高、重复性好、便于移动等特点，音速喷嘴已成为气体流量传递的二级标准，在工业生产的很多领域都有着广泛的应用。最重要的是音速喷嘴工作在临界状态，其正常工作状态不会收到下游环境的影响。但是现在的音速喷嘴型面是固定的，而上游气源压力一般不易改变，此时流量也不易改变，不能作为流量调节装置。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了连续可调音速喷嘴，实现流量的连续调节，并且有结构简单、流量调节精度高、重复性好、迟滞性好、操纵力小、对流场干扰小的特点。

本发明连续可调音速喷嘴，包括阀体1、音速喷嘴2；阀体1、音速喷嘴2连接；所述音速喷嘴2是一个旋成体，内型面为等直入口段24、圆弧收敛段25、等直喉部段26、直线扩张段27；其特征在于还包括塞锥3；所述塞锥3为一旋成体，其前端为锥形；所述阀体1的的入口11和出口12不共线；阀体出口12、音速喷嘴2、塞锥3同轴；所述塞锥3沿音速喷嘴2的轴线移动，改变圆弧收敛段25最小流通面积。

进一步，所述音速喷嘴2的喉部直径Dt：

其中C_d、p₀、A_max、T₀、k、R_g分别为最大流量、流量系数、喷嘴入口总压、最大流通面积、入口总温、比热比、气体常数。

进一步，其特征在于所述塞锥3分别为锥形调节段31、圆柱过渡段32和圆柱密封段33。

进一步，所述圆柱过渡段直径d_m由式(4)确定：

其中C_d、p₀、A_min、T₀、k、R_g分别为最小流量、流量系数、喷嘴入口总压、最小流通面积、入口总温、比热比、气体常数。

进一步，所述圆柱密封段33长度L₃＞L₁+s，其中s为导向孔16的长度，锥形调整段31长度为L₁。

进一步，圆柱过渡段32与圆柱密封段33之间留有台阶。

进一步，锥形调节段31起始点到台阶距离L₂应该与阀体1的壁面18到音速喷嘴喉部的距离相等。

进一步，所述的阀体1上还包括安装外支架4的凸台15，同时凸台上开有塞锥的导向孔16。

进一步，还包括传动装置，传动装置包括外支架4、丝杠5，外支架4与阀体连接，外支架4顶部有丝杠螺母41，丝杆5与塞锥3固连，丝杠螺母41配合丝杠5使塞锥3沿轴向移动。

进一步，还包括内支架6，内支架是两个同轴的圆环，通过支撑肋片61连接。

本发明在音速喷嘴基础上增加的变截面塞锥能够在音速喷嘴喉部沿着轴向移动，塞锥的移动能改变音速喷嘴的实际喉部面积，从而可以实现流量的调节。

本发明的有益效果是：