[发明专利]一种用于迷宫式调节阀的迷宫盘片

说明书

本发明公开了一种用于迷宫式调节阀的迷宫盘片，迷宫盘片上设有至少一条迷宫式通道，迷宫式通道包括相互连通的入口段、中间段和出口段，其中入口段位于迷宫式通道的入口，包括多条并联设置的流道；出口段位于迷宫式通道的出口，包括多条并联设置的流道；中间段位于入口段和出口段之间，包括多个弯曲部，形成多级降压结构。

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及平稳降压的用于迷宫式调节阀的迷宫盘片。

背景技术

在现代工业生产过程中，处于高压差条件下工作的调节阀由于其内部出现的流体流速过高，振动噪声及气蚀等问题，致使调节阀无法根据系统的需要实现应有的调节功能，进而导致整个管路控制系统工作性能降低、使用寿命缩短、振动和噪声加剧等问题，造成安全隐患，对工业生产过程的高效稳定运行产生不利的影响，其根本原因是由于调节阀运行工况压差过高导致的。对常规的调节阀，当节流过程压差很大时，流体进入节流部位时压力会骤然下降。对于气体介质，压力下降会导致流速急剧上升，而高流速气体的冲蚀与强烈的压力波动会对阀体和阀芯等部件产生破坏，同时引发振动、噪声等危害。对于液体介质，压力低于介质温度对应的液体饱和蒸汽压Pv时，部分液体就会汽化形成大量微小的汽泡，当压力又回升至Pv以上时之前所产生的气泡就发生溃灭，从而对阀门造成破坏，即气蚀现象。

目前针对运行于高压差条件下调节阀所产生的上述一系列问题，应对措施主要采用两种方法。其一是从阀门材质上考虑，即通过热处理、堆焊、喷焊司太莱合金、化学渗透或陶瓷喷涂等处理措施对节流件进行表面硬化，从而使流体冲刷处形成硬化表面，保持极高的硬度和强度，但是至今阀门行业仍未能找到一种可以长期适用于高压差调节阀的材料，所以通过提高材料硬度来提升调节阀性能的方法只能是延缓汽蚀与高流速造成的损害，从而延长阀门的使用寿命，并不能从根本上解决这一问题；其二是从阀门内部节流结构上考虑，即在常规调节阀的基础上对内部阀芯进行改进，使流体进入调节阀内部节流件时，流体能量不断消耗，介质流速被限制，介质压力逐渐降低，从而多级降压调节阀产品应运而生，有效的降低了气蚀及振动噪声等危害的发生。

现有技术的迷宫调节阀节流过程的压力速度，如图1所示。对于迷宫调节阀而言，在高压降情况下，流体流经节流件后压力骤降至饱和蒸汽压以下对阀门造成气蚀破坏，而多级降压结构使流体在调节阀内部保持了平稳的降压过程。现有技术的迷宫调节阀多级降压节流过程的压力速度如图2所示，现有技术的高压差迷宫调节阀，有最大工况、正常工况和最小工况三种工况，最大工况和正常工况又有未饱和凝结水单相流、空化流流以及气液两相流三种流体流动情况，最小工况有未饱和凝结水单相流和空化流两种流体流动情况。在未饱和凝结水单相流情况下，介质流速较低，且阀门内部压力不低于液体饱和蒸汽压时没有空化的发生，对阀门的破坏程度非常小；在气液两相流的情况下，多级降压结构有效的抑制了介质流速的急剧突变，使流速的增加控制在允许的范围之内，从而避免了节流过程中由于高流速和强烈的压力波动对阀门及所在管系带来的破坏；而在空化流情况下，由于空化产生的气泡在溃灭时使其自身所储存的势能转变成较小体积内流体的动能，使流体内形成流体冲击波，这种冲击波传递给流体中的过流部件时，会使过流部件表面产生应力脉冲和脉冲式的局部塑性变形，甚至产生加工硬化，对阀门造成较大程度的破坏，即气蚀破坏。因此，阀芯多级降压结构的防气蚀设计至关重要，直接影响到阀门的使用寿命和所在管系的安全运行。

现有技术的迷宫调节阀的迷宫盘片结构图，如图3所示，为研究流体流经单个流道时其内部的降压情况，根据该图建立迷宫盘片的单个流道模型，如图4所示，采用流体动力学分析软件CFX对最大工况未饱和凝结水进行单向流流场分析。如图5所示，单个流道流场模拟得到出口流量为0.1335kg/s，则单个迷宫盘片的总流量为0.1335×8＝1.068kg/s，读取单个流道每一级中心线上的压力，绘制出单个流道上的降压级数与压力变化的关系曲线，如图6所示。如图6所述，介质通过原结构每级盘片时，压力基本能够均匀下降，但最后一级压力降低较大，不能够平稳下降，在阀门工作过程中极易发生空化，且在第8段左右压力恢复较为严重。为保证压力逐级缓慢地降低，避免较大程度的压力恢复，增加阀门寿命，提出了使阀门内部压力先快速降低后慢速降低的优化方案，优化需要达到如图6中曲线所示的理想效果。