【正文】 3所示。烈“礦蛾莎 ∽㈣ 哈爾濱． E程大學(xué)碩士學(xué)位論文 ‰ 2孰 2： e。增 大噴嘴孔直徑 D。“。 。厶 1／虧‘ n一只 )(215) 利用式 (28)，則以上方程可簡(jiǎn)化 為QL39?？捎孟铝蟹椒ㄗ? 哈爾濱 T程大學(xué)碩士學(xué)位論文 出壓力一流量曲線，選定一個(gè) x， 39。將 P。式 (216)和 (217)在零位的線性化表達(dá)式為： △ Qj，咆加。．．．．．。‘‘。后 ∽ zz， ‰ =亂 10_囂 (2— 23) K：一絲 I：一 C,∥死 DNx； o (2— 24) 。 2． 4液動(dòng)力對(duì)噴嘴擋板的影響 P xf P2 圖 2． 7作用在 擋板上的液動(dòng)力 如圖 2． 7所示，首先研究單噴嘴的情況。 vN 啦一 261 式中 R一噴嘴孔處的壓力； 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 A：型薯一噴嘴孔的面積 甌 =VnA。 =(Pa+． 1，Ⅳ 2)A。一 Xf)很小時(shí)，式 (2— 30)中括號(hào)內(nèi)的第二項(xiàng)就可以忽略，作 用在擋板上的液動(dòng)力就近似地等于靜壓力與噴嘴孔面積的乘積。 上面講過(guò)，射流動(dòng)量隨擋板間隙增大而增加，由此引起的液動(dòng)力 增量與擋板的運(yùn)動(dòng)方向一致，因此液動(dòng)力具有負(fù)剛度。通常，既可以用一個(gè)彈簧來(lái)平 衡這個(gè)力，也可以在擋板的另一面裝一個(gè)小活塞并以壓力 P。參看圖 2— 4l。同樣的，在 P一定時(shí)液動(dòng)力剛度為負(fù)值， 哈爾濱 T程大學(xué)碩士學(xué)位論文 且為單噴嘴擋板閥的 2倍?？? (2— 37) 將式 (2— 35)代人 (2— 36)并置換口，最后得 乃 =了 da魯 +_Baiaamp。 r 西 2 r 出 為了防止擋板可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，必須使扭轉(zhuǎn)彈簧剛度 Ka／ r2大于激流力的負(fù)剛度 (8萬(wàn) C芻 Psx。 取決 于擋板 上的 負(fù) 載，因此擋板閥的穩(wěn)定性還受到負(fù)載動(dòng)態(tài)的影響，總的穩(wěn)定性必須對(duì) 閥所在的系統(tǒng)進(jìn)行分析后才能確定。 噴嘴直徑可根據(jù)系統(tǒng)要求的流量增益確定。在 0． 3～ 1． 2毫米的范圍內(nèi)。一般可在 0． 025～ 0． 125 毫米之間選取。 )；脅 11]__ (2_41) 當(dāng)取 Poo／ Ps=妄時(shí)，則得 Z ， 1 1 Do=2(蘭生 DⅣ x鄺 )i (2— 42) LdO ： ft． X／ o／ DN=i1～而 1， C4r／ Cao=0在 0． 3Ps～ 0． 7Ps的范圍選取， 也可以得到良好的性能，此時(shí)由式 (241)可求得相應(yīng)的 Dn。但孔徑很小的薄壁銳邊節(jié)流口加工十分困難，價(jià)格較 高，因而限制了它的使用。噴嘴與擋板間的可變節(jié)流口 的流量系數(shù) c，的確 哈爾濱 f： f￡大學(xué)碩士學(xué)位論文 定是比較復(fù)雜的。在噴嘴端 面厚度與間隙之比小于 2，即三 2時(shí)，可變節(jié)流口可認(rèn)為是銳邊的， 其流量系數(shù) Cd為 0． 6左右。應(yīng)盡可能小些。 z O． 8在流量系數(shù)測(cè)定以后，還需對(duì)節(jié)流口直徑作 一些小的調(diào)整 Ⅲ 9168。最后，簡(jiǎn)要介紹了噴嘴一擋板閥的主要設(shè)計(jì) 參數(shù)如噴嘴直徑 D。調(diào)節(jié)閥是構(gòu)成各類熱工調(diào)節(jié)器的主要部件。調(diào)節(jié)閥的類型 主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)決定。但是本 課題中涉及 的調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同與以往調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用一種全新的驅(qū) 動(dòng)方式，完全依靠自身流體的流動(dòng)來(lái)提供動(dòng)力，是一種自能源的驅(qū)動(dòng) 方式。調(diào)節(jié)閥口徑選擇是 閥門的設(shè)計(jì)中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)實(shí)際中，經(jīng)常采 用流量系數(shù)法來(lái)確定調(diào)節(jié)閥的口徑 m1。以 及選定系統(tǒng)壓差。當(dāng)流體通過(guò)調(diào) 節(jié)閥時(shí)，由于閥座與閥芯之間的流通面積突然變小，形成局部阻力。一調(diào)節(jié)閥后壓力。 3)，可得調(diào)節(jié)閥的流量公式如下： Q2萬(wàn) A伽吲 (34) 上述方程式的各項(xiàng)參數(shù)采用下 列單位： A—— cm2 Pg／ cm3 Q— m3／ h P，、 P。番 =Q√臺(tái) ∽ e， 圖 3． 2流體流過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)的壓力和速度的變化關(guān)系 c就是流量系數(shù)，與閥芯和閥座的結(jié)構(gòu)、閥前后的壓差以及流體 的性質(zhì)有關(guān)。、 A。但是由于存在著相 互摩擦，會(huì)損失一部分能量，閥后的壓力 P。介質(zhì)為液體時(shí)，當(dāng)閥前后的壓差降到 足以引起液體汽化 (即產(chǎn)生空化和閃蒸現(xiàn)象 )時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)這種極限 的流量。大很 多。各種閥門因結(jié)構(gòu)不同，其壓力恢 復(fù)能力和壓力恢復(fù) 系數(shù)也不相 同。 只是阻塞流條件下節(jié)流處壓力與閥入口溫度下液體飽和蒸汽壓 力 B的比值，是乃與液體臨界壓力只之比的函數(shù)。 當(dāng)△ PFL2(E一耳 B)時(shí)，為非阻塞流情況。一流過(guò)調(diào)節(jié)閥的體積流量，單位： m3／ h； △ P一調(diào)節(jié)閥前、后的壓差，單位： kg／ h； p一流體的密度，單位： g／ cm3。由于阻塞流是伴隨著閃蒸和空化現(xiàn)象的 出現(xiàn)而出現(xiàn)的。而流量系數(shù)是 在一定的雷諾數(shù)、湍流情況下測(cè)定的。特別是當(dāng)流體的粘性很大時(shí)，此時(shí)的流動(dòng)狀 態(tài)為層流，其流量與閥前后的壓降 成正比，而不是與閥前后的壓降的 開方值成正比，這時(shí)若仍然按式 (312)計(jì)算 K，誤差很大。 從圖 3． 4的雷諾數(shù)修正系數(shù)的曲線中可以看出：當(dāng)雷諾數(shù) Re大 于 3500以后，修正量已經(jīng)不大了，所以雷諾數(shù)大于 3500就不需要進(jìn) 行低雷諾數(shù)修正。兩種安裝情況的流量都是 在不產(chǎn)生阻塞流的情況下測(cè)得的。一靠： (3— 17) 式中 直一閥前的阻力系數(shù)； 島一閥后的阻力系數(shù)； 。 阻力系數(shù)卣、島可以利用流體力學(xué)的阻力計(jì)算方法來(lái)求得，一般 進(jìn)出口的管道都是較短的同軸漸縮管，系數(shù)點(diǎn)、孝：可以按照下式求得 。懈 )2]2 ㈦ z。各種流量特性曲線和相應(yīng)的閥瓣型線如圖 3． 5 所示： 1快開特性曲面 2直線特性曲面 l快開流量特性 2直線流量特性 3拋物線特性曲面 4等百分比特性曲面 3拋物線流量特性 4等百分比流量特性 a) b) 圖 3． 5理想流量特性曲線和相應(yīng)的閥瓣曲面形狀 哈自 {濱【．程火。拋物 線流量特性為了彌補(bǔ) 直線流量特性在小開度時(shí)調(diào)節(jié)性能差的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上派生出的一 種流量特性曲線，其調(diào)節(jié)性能介于直線流量特性和等百分比流量特性 之間。為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大 的流量和最小流量之比，稱為可調(diào)比。 調(diào)節(jié)閥的理想流量特性曲線主要取決于閥瓣的幾何形狀和尺寸， 不同的閥瓣型面可以得到不同的理想流量特性。再利用這些數(shù)據(jù)與擬 選定的流量特性曲線進(jìn)行比較，來(lái)修正閥瓣的型線，經(jīng)過(guò)多次的重復(fù) 試驗(yàn)，使之達(dá)到設(shè)計(jì)流量特性的要求。 而在閥瓣的型線設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)幾種不同流量特性曲線的對(duì)比，得出 不同流量特性曲線的調(diào)節(jié)性能，選擇在調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)中廣泛使用的直線 特性曲線和等百分比特性曲線就行分析，給出了這兩種特性曲線的關(guān) 系表達(dá)式。主冷凝器的水位對(duì) 其能否正常工 作有重要的意義。該調(diào)節(jié)器采用自能源、 純機(jī)械的調(diào)節(jié)方式，綜合了節(jié)流管調(diào)控閥門和噴嘴擋板閥的設(shè)計(jì)特點(diǎn)， 是一種全新的水位調(diào)節(jié)器。由于經(jīng)費(fèi)等因素的限制，不能啟動(dòng)整套動(dòng) 力裝置。發(fā)訊器 與主冷凝器的汽空間和水空間直接相連，發(fā)訊器的浮子的位置變化直 接反映了主冷凝器的水位變化。在節(jié)流作用的影響下，上噴嘴輸出到控制腔室 (1)的壓力增大，下 噴嘴輸出到控制腔室 (2)壓力減小，此時(shí) PjP2。 4． 3水位調(diào)節(jié)器各組成部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 4． 3． 1發(fā)訊器的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)的主冷凝器水位調(diào)節(jié)器中，水位調(diào)節(jié)器的測(cè)量環(huán)節(jié)和先導(dǎo) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)都集中于雙噴嘴一擋板發(fā)訊器內(nèi)。在這些問(wèn)題中，首要解決的是噴 嘴直徑 D。可以提高壓 力靈敏度和減少零位泄漏量，但是零位間距 X。所以要在兼顧利害的情況下，做好 D。通過(guò)計(jì)算確定節(jié)流孔板前后管道直徑為 dP5mm， 節(jié)流孔板直徑 Do=1,33ram，噴嘴直徑 D。在本次設(shè)計(jì)中選用 直徑 為 20mm管路連接。 4．發(fā)訊器 的殼 體為玻 璃圓 筒， 使得浮 子的 狀態(tài) 一目了 然， 便于 觀 察，但是在密封發(fā)訊器時(shí)又帶來(lái)了其他問(wèn)題，由于采用柔性密封，在 保證密封的情況下，零位間隙難以得到保證，給工作帶來(lái)了一定難度。為進(jìn)一 步降低節(jié) 流管的重力 ，控制腔室 (1)與控制腔室 (2)采用 膜片分隔而不是傳統(tǒng)的控制活塞。綜合上述情況，并考慮到加工 條件的限制，選擇節(jié)流管內(nèi)徑為 5mm。 4． 3． 3穩(wěn) 壓器的設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓器主要向發(fā)訊器的上下噴嘴提供 O． 1177。在 滿足 穩(wěn)壓閥 進(jìn)出 口條件 的前 提下 ，穩(wěn)壓 閥的 設(shè)計(jì) 主。在 本次設(shè)計(jì)中選用自來(lái)水作為工作水源，即穩(wěn)壓器的入口壓力為 P1=0． 2～ 0． 4MPa、流量 G=60～ 160L／ h、穩(wěn)壓器的出口壓力為 O． 1177。在本設(shè)計(jì)中，其長(zhǎng)度初 哈爾濱 l。在節(jié)流管的設(shè)計(jì)中，主要 解決的問(wèn)題是節(jié)流管長(zhǎng)度和內(nèi)徑的選擇。 調(diào)控節(jié)流管的設(shè)計(jì)，主要是從幾個(gè)方面考慮的： 1．要保證節(jié)流管的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)力； 2．盡量減少節(jié)流管的重量，使得節(jié)流管的重力不要成為改變其 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的主要因素； 3．節(jié)流管的內(nèi)徑不要太小，否則節(jié)流管易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，同時(shí) 由于下腔室的流體不能及時(shí)流往上腔室，調(diào)節(jié)閥工作過(guò)程中 易出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象。 主要 是鑒于 鈦合 金抗壓 強(qiáng)度 較高 、耐 腐蝕能力強(qiáng)同時(shí)密度較低這些方面的考慮。 在發(fā)訊器的設(shè)計(jì)過(guò)程中還要特別注意以下幾個(gè)問(wèn)題： 1．發(fā)訊器與主冷凝器相連接的管路不要過(guò)細(xì)，以免造成發(fā)訊器與 主冷凝器中的水位不同步現(xiàn)象，進(jìn)而影響水位調(diào)節(jié)的靈敏度。、鼠的選擇工作。增 大噴 嘴直徑 D 。、固定節(jié)流 1： 3直徑 D0的選擇。由于 發(fā)訊器實(shí)際上就是一個(gè)噴嘴擋板閥，在它的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用了噴嘴擋 板閥的設(shè)計(jì)理論。從 而使調(diào)節(jié)閥的閥頭受到向下的合力，調(diào)節(jié)閥通往冷凝器的開度減小， 哈爾濱一 ．干千 11人學(xué)碩十學(xué)位論文 通往熱阱的開度變大，主冷凝器的水位逐漸回落，浮子恢復(fù)躉合理位 置，調(diào)節(jié)閥重新處于平衡狀態(tài)【 4“。此時(shí)，輸出到控制腔室 (1)和控制腔室 (2)的水的 壓力大小相等 (即 Pl=P2=Po)，三通調(diào)節(jié)閥分配到熱阱和主冷凝器的 水的流量保持不變，整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。在后期的熱態(tài)試驗(yàn)中需對(duì)試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn) 哈爾濱 1群人學(xué)碩十學(xué)位論文 行進(jìn)一步改進(jìn)，拆卸電動(dòng)給水泵和通過(guò)電動(dòng)給水泵的管路，恢復(fù)通往 主冷凝器的蒸汽管路。 4． 2． 2工作原理 本水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架是在哈爾濱工程大學(xué)“ 01”蒸汽動(dòng)力 裝置主冷凝器水位調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上搭建起來(lái)的。所以，必須保證主冷凝器的水位在一個(gè)合理的 范圍內(nèi)，只有這樣才能保證整個(gè)系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。 在解決好這麗個(gè)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，即可完成一個(gè)閥門的初步設(shè)計(jì)。重點(diǎn)介紹了調(diào)節(jié)閥 設(shè)計(jì)中呃待解決的調(diào)節(jié)閥口徑選擇和閥瓣型線設(shè)計(jì)這兩個(gè)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外的資料中推薦通過(guò)試驗(yàn)來(lái)修正調(diào)節(jié)閥的 閥瓣型線。的限制，可調(diào) 比不可能太大，一般均小于 50。下面對(duì)這兩種流量特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示： 直線流量特性 芒 =111+1)爿節(jié) 1(1蜣 (3z。因而快開流量特性常用于兩位調(diào)節(jié)和程序 控制。調(diào)節(jié)閥的理想流量特性曲線主要取決于閥瓣的幾何形狀和 尺寸，不同的閥瓣曲面可以得到不同的理想流量特性曲線。一 (苦 ]2 l。 當(dāng)入口和出口的管道直徑相同時(shí)，乞。 5％的允許誤差范圍內(nèi)，可 凡 = 麗 (3— 16) 以用下列公式計(jì)算： 式中 Cloo一額定流量系數(shù)； d一閥公稱尺寸， mm： N2一數(shù)字常數(shù)，采用國(guó)際單位制時(shí)為0． 0016； ∑ f一調(diào)節(jié)閥上全部管件的阻力系數(shù)和。 d 雷諾數(shù)幢正系數(shù) F矗 圖 3． 4雷諾數(shù)修正系數(shù) FR 3． 3． 3管件形狀對(duì) 流量系數(shù)的影響 調(diào)節(jié)閥閥體的上、下游裝有附接管件時(shí)，必須考慮附接管件形狀 眙爾濱上程大學(xué)碩士學(xué)位論文 ； iii■ — ■ tiiiijiiiiiiii■■自 iiiiiii|■■ ijiiiii； ii■■■ _i； i‘； iiii|■■目 ii；； iiiii一 111 的影響，即管件幾何形狀系數(shù) F，的影響。設(shè)校正后的流量系 數(shù)為 K。然而當(dāng)雷諾數(shù)減小時(shí)，有效的 B值會(huì)變小。 因而，在閥門的選擇、設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)阻塞流” 。 (只一斥昂 )