[发明专利]临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管

摘要

本发明公开了一种临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管，包括缩放式的文丘里喷管本体，所述文丘里喷管本体的内腔穿设有导杆，且所述导杆的中心轴线与文丘里喷管本体的中心轴线重合，所述导杆上套设有横跨喉部直管段用于控制流体流量的浮子；所述文丘里喷管本体外套设有刚性壳体，所述刚性壳体的内壁与文丘里喷管本体的外壁之间围合形成容纳腔；所述容纳腔内设置有环绕文丘里喷管本体的弹性环形室，所述弹性环形室的内圈与喉部直管段的外圈贴合，所述弹性环形室的外圈与刚性壳体的内壁贴合；所述弹性环形室上设置有贯穿刚性壳体的刚性导管。本发明能够实现不可压缩流体的临界流动时不需要发生汽蚀，具有流速低、阻力损失小、安全可靠的优点。

主权项

1.一种临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管，包括具有弹性壁面的文丘里喷管本体(1)，所述文丘里喷管本体(1)由顺序连接的头部收缩段(1.1)、喉部直管段(1.2)、以及尾部扩散段(1.3)组成，其特征在于：所述文丘里喷管本体(1)位于头部收缩段(1.1)的进口端设置有上游安装孔板(2)，所述文丘里喷管本体(1)位于尾部扩散段(1.3)的出口端设置有下游安装孔板(3)；所述文丘里喷管本体(1)的内腔穿设有导杆(4)，且所述导杆(4)的中心轴线与文丘里喷管本体(1)的中心轴线重合；所述导杆(4)的一端与上游安装孔板(2)的中心孔螺纹连接，所述导杆(4)的另一端与下游安装孔板(3)的中心孔螺纹连接；所述导杆(4)上套设有横跨喉部直管段(1.2)用于控制流体流量的浮子(5)，且浮子(5)的两端分别向上游安装孔板(2)、下游安装孔板(3)延伸形成流线型结构；所述浮子(5)朝向上游安装孔板(2)的一端为自由端，所述浮子(5)朝向下游安装孔板(3)的一端通过套设在导杆(4)上的弹簧(6)与下游安装孔板(3)连接，所述浮子(5)可在流体的驱动下沿导杆(4)轴向滑动与喉部直管段(1.2)形成面积可变的流通通道；所述文丘里喷管本体(1)外套设有刚性壳体(7)，所述刚性壳体(7)的内壁与文丘里喷管本体(1)的外壁之间围合形成容纳腔(8)；所述容纳腔(8)内设置有环绕文丘里喷管本体(1)的弹性环形室(9)，所述弹性环形室(9)的内圈与喉部直管段(1.2)的外圈贴合，所述弹性环形室(9)的外圈与刚性壳体(7)的内壁贴合；所述弹性环形室(9)上设置有贯穿刚性壳体(7)的刚性导管(9.1)；所述刚性壳体(7)的外壁上设置有径向布置的流量调节室(10)，且流量调节室(10)与弹性环形室(9)的刚性导管(9.1)正对布置；所述流量调节室(10)通过设置在其内部的中隔板(10.1)分隔为上腔室(10.2)和下腔室(10.3)；所述流量调节室(10)内设置有垂直贯穿中隔板(10.1)且可上下移动的流量调节活塞(11)，所述上腔室(10.2)通过高压引导管(12)与头部收缩段(1.1)的进口端连通，所述下腔室(10.3)通过刚性导管(9.1)与弹性环形室(9)连通；所述流量调节活塞(11)为由垂直贯穿中隔板(10.1)的活塞杆(11.1)、设置在活塞杆(11.1)顶端的第一活塞头(11.2)、以及设置在活塞杆(11.1)底端的第二活塞头(11.3)构成的双头活塞，且位于下腔室(10.3)内的活塞杆(11.1)上套设有流量调节弹簧(11.4)，所述流量调节弹簧(11.4)的顶端与中隔板(10.1)的下端面抵接，所述流量调节弹簧(11.4)的底端与第二活塞头(11.3)的上端面抵接；所述上腔室(10.2)通过第一活塞头(11.2)分隔为第一空腔(10.21)和第二空腔(10.22)；所述下腔室(10.3)通过第二活塞头(11.3)分为第三空腔(10.31)和第四空腔(10.32)；所述上腔室(10.2)的第一空腔(10.21)上设置有用于与外界恒压源连通的上背压孔(10.4)，所述下腔室(10.3)的第三空腔(10.31)上设置有用于与外界恒压源连通的下背压孔(10.5)；所述上腔室(10.2)的第二空腔(10.22)通过高压引导管(12)与头部收缩段(1.1)的进口端连通，所述下腔室(10.3)的第四空腔(10.32)通过刚性导管(9.1)与弹性环形室(9)连通；所述浮子(5)由顺序连接的浮子首段(5.1)、有效控制段(5.2)、以及浮子尾段(5.3)组成，所述浮子首段(5.1)朝向上游安装孔板(2)布置，所述浮子尾段(5.3)朝向下游安装孔板(3)布置，所述浮子(5)的中心轴线与文丘里喷管本体(1)的中心轴线重合；所述浮子(5)的有效控制段(5.2)沿其轴向方向的外形母线的形线方程由下式确定：式中：x，y分别为外形母线上任意点对应的横坐标和纵坐标，Q为临界质量流量，θ为壅塞特性系数，R为喉部直管段(1.2)的半径，ρ为流体密度，k为弹簧(6)的弹性系数，b为弹簧(6)的预压缩量，r为导杆(4)的半径，L为有效控制段(5.2)的长度；所述壅塞特性系数θ与结构参数和流动参数有关，其具体表达形式θ＝θ(x)采用CFD数值模拟方法确定壅塞特性系数θ，具体步骤如下：1)假设θ＝1；2)根据步骤1)中的θ值，计算浮子的形线方程y＝f(x)；3)根据步骤2)步中得到的形线方程确定浮子的结构，并建立相应的临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管的数值计算模型，然后利用Fluent软件得到在不同的进、出口压差下流经所述喷管的相应流量Qnum；4)如果利用步骤3)步中的数值模拟结果，计算浮子在不同位移下的θ值，拟合壅塞特性系数θ新的表达形式θ＝θ(x)，并用该新的表达式代替步骤1)中的θ值，然后重复步骤2)和步骤3)；5)当时，迭代程序终止，得到的浮子形线方程y＝f(x)满足所设计的临界流量要求；所述有效控制段(5.2)的长度L根据最大允许工作压差ΔPmax通过下式来确定，式中：R为喉部直管段(1.2)的半径，r为导杆(4)的半径，Q为临界质量流量，θ为壅塞特性系数，ρ为流体密度，k为弹簧的弹性系数，ΔPmax为文丘里喷管本体(1)内未发生汽蚀时进、出口之间的最大压差。