一種具有喉口插板的喉口面積可調節(jié)的臨界流文丘里噴嘴的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于流體控制和測量技術領域，具體涉及一種具有喉口插板的喉口面積可調節(jié)的臨界流文丘里噴嘴。
【背景技術】
[0002]臨界流文丘里噴嘴被廣泛應用于流體流量的控制和測量。對于特定流體，流經臨界流文丘里噴嘴的流量由噴嘴進口流動參數(shù)和噴嘴喉口面積決定，而不受下游壓力波動的影響。對于傳統(tǒng)的臨界流文丘里噴嘴，有著固定的喉口面積，當需要改變臨界流量時，只能通過改變噴嘴進口處流體的參數(shù)，如滯止壓力，溫度等。但是當改變進口參數(shù)時，背壓比會隨之發(fā)生變化，甚至不能滿足臨界流條件。另一方面，臨界流文丘里噴嘴的流出系數(shù)是喉口雷諾數(shù)的函數(shù)，對于高雷諾數(shù)，其流量系數(shù)基本為常數(shù)，此時利用一維非粘性方程來計算文丘里噴嘴的臨界流量是可行；但是對于低雷諾數(shù)流體，流量系數(shù)隨雷諾數(shù)變化較明顯，這樣通過計算得到臨界流量就會有較大的誤差，甚至在臨界壓力比以下時其流量也會受到下游壓力波動的影響。因此，為了得到較小的臨界流控制流量，需要更換具有小喉口直徑的臨界文丘里噴嘴，其操作費時費力，降低了工作效率。所以本文的主要目的就是設計一種新型的喉口面積可調節(jié)的臨界流文丘里噴嘴，擴大臨界流流量控制和測量的范圍。
[0003]常見的改變文丘里喉口面積的方式是在其內部插入一個中間體，該中間體與文丘里的內壁面相配合形成面積可變的環(huán)形流道。該中間體可以是圓柱形也可以是圓錐形:對于具有圓柱形中間體的變喉口面積文丘里，需要通過更換不同直徑大小的中間體來獲得不同的流通面積；而對于具有圓錐形中間體的變喉口面積文丘里，通常需要通過調節(jié)裝置控制中間體或者文丘里的移動，使兩者在軸向上發(fā)生相對位移，從而增加或者減小流道流通面積。美國專利US2552497，US5880378，US 6405577中介紹了這種類型的變喉口面積文丘里。但是這種結構由于中間體的存在，使得其流道動力學特性較差，同時也會破壞文丘里擴散段的壓力恢復作用，導致較大的壓力損失和寄生震蕩。尤其對于圓柱形中間體，當調節(jié)噴嘴喉口面積時需要中斷流體流動更換不同尺寸中間體，這不但費時費力，并且還存在許多工藝流程不允許斷流的情況，限制了其應用范圍。
[0004]另外一種改變喉口面積的方式是彈性壁面式，即文丘里噴嘴的壁面或者壁面內層是由彈性材料構成，該彈性壁面通過機械作用或者是第二種控制流體的壓力作用發(fā)生形變，使得流體流道面積發(fā)生變化。美國專利US 4096211和US4586873中介紹了這種類型的變喉口面積文丘里。這種方式盡管能保持較好的流道動力學特性，但是彈性材料很容易受到流經的氣體(或者氣液兩相流體)的侵蝕作用，尤其是當工作溫度較高時，彈性性能變差，在收縮時表面會出現(xiàn)“褶皺”現(xiàn)象，影響流道面積的控制，進而對流量控制也會出現(xiàn)較大誤差。
[0005]其他改變文丘里噴嘴喉口面積的方式還有活動壁面或活動喉口式。美國專利US4056583所述的變喉口面積文丘里噴嘴，是在矩形管道的兩側設置扇形凹腔，該凹腔中具有機軸支撐的可活動的文丘里形狀的壁面，通過調節(jié)桿調節(jié)它們的轉動可以改變喉口面積。而在美國專利US 8464582中所述的變喉口面積文丘里噴嘴是在噴嘴的喉部安裝兩個凸輪式的機構，通過控制它們的轉動，使其進入喉口部分的體積產生變化，進而調節(jié)流道的流通面積。這種活動壁面式活動喉口的變面積文丘里的流道是非圓管道，尤其在非圓形喉部會產生比圓形喉部較多的流動死角，流體流動性能較差。
[0006]在工程中還有組合式的變面積文丘里噴嘴，即由多個小型的文丘里噴嘴并聯(lián)代替一個大的噴嘴，在工作過程中通過調節(jié)機構控制小型噴嘴開關和閉合的個數(shù)，來改變噴嘴組合的流通面積。由于這種方法會使得裝置體積龐大，并且異常復雜，目前在工程中應用較少。

【發(fā)明內容】

[0007]針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有喉口插板的喉口面積可調節(jié)的臨界流文丘里噴嘴，可以實現(xiàn)臨界流量的在線調節(jié)，不但能保持良好的流體流通性能，較低的壓力損失，并且臨界流流量調節(jié)范圍寬，結構簡單，操作方便，安全性能好；該裝置用于調節(jié)臨界流量，不僅適用于常溫流體，也適用于高溫高壓流體。
[0008]為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0009]一種具有喉口插板的喉口面積可調節(jié)的臨界流文丘里噴嘴，包括上游收縮段1、下游擴散段2以及垂直插入上游收縮段I和下游擴散段2間且能在二者間上下移動的喉口插板3，所述喉口插板3上具有直徑不同的喉口插板孔31，上游收縮段I上的收縮形流道11和下游擴散段2上的擴散形流道21以及喉口插板3上的喉口插板孔31構成了一個臨界流文丘里噴嘴，通過喉口插板3在上游收縮段I和下游擴散段2間上下移動，選取直徑不同的喉口插板孔31與收縮形流道11和擴散形流道12相配合，來改變臨界流文丘里噴嘴喉口面積；所述上游收縮段I進口端面具有與管道連接的進口法蘭15，所述下游擴散段2出口端面具有與管道連接的出口法蘭25。
[0010]所述上游收縮段I和下游擴散段2之間具有與二者垂直的喉口插板室7，所述喉口插板3置于喉口插板室7內，喉口插板3 —端連接有調節(jié)螺桿6，喉口插板室7上端具有與調節(jié)螺桿6相適配的螺紋孔71，調節(jié)螺桿6的另一端與調節(jié)手輪4相連；通過調節(jié)手輪4轉動調節(jié)螺桿6能夠帶動喉口插板3在管道徑向上上下移動，彈簧定位銷5能在喉口插板3上下移動過程中精確確定喉口插板3的位置，并且在噴嘴工作過程中對喉口插板3進行固定。
[0011]所述喉口插板3包括相連接的矩形部分32和圓柱形部分33，矩形部分32上具有貫穿的不同直徑的喉口插板孔31，側面上具有與各個喉口插板孔31相對應的定位孔35，定位孔35用于與彈簧定位銷5配合精確確定喉口插板3的位置；圓柱形部分33上具有兩道O型密封圈槽34，其中嵌有O型密封圈341，使得圓柱形部分33與喉口插板室7內表面實現(xiàn)滑動密封。
[0012]所述喉口插板孔31也為收縮結構，其由位于收縮形流道11 一端的喉部插板收縮段311、位于擴散形流道21 —端的喉部插板擴散段312以及喉部插板平直段313組成；所述各個喉口插板孔31的喉部插板收縮段311的進口直徑相等并且都等于收縮形流道11的出口直徑；所述各個喉口插板孔31的喉部插板擴散段312的出口直徑相等并且都等于擴散形流道21的進口直徑；所述各個喉口插板孔31的喉部插板平直段313直徑各不相同。
[0013]所述喉口插板孔31進出口端面分別設置有插板進口 O型密封圈槽314和插板出口 O型密封圈槽315，并嵌有O型密封圈。兩相鄰喉口插板孔31之間的距離小于所述收縮形流道11的出口直徑，也小于所述擴散形流道21的進口直徑。
[0014]本發(fā)明利用在上游收縮段I和下游擴散段2中間放置一個可以管道徑向移動的喉口插板3，喉口插板3上具有多個不同直徑的喉口插板孔31，這樣收縮形流道11和擴散形流道21以及喉口孔，構成了一個臨界流文丘里噴嘴。通過調節(jié)手輪4配合彈簧定位銷5的作用，移動喉口插板3可以選擇不同的喉口孔，進而改變臨界流噴嘴的喉口面積，得到不同的臨界流量。與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點:
[0015](I)臨界流量調節(jié)方便。要想調節(jié)臨界流量，無須改變噴嘴上游的流體參數(shù)，也無須中斷流體流動，只需要移動喉口插板，使得對應直徑的喉口孔對齊收縮形和擴散形流道即可。這種調節(jié)方式避免了調節(jié)噴嘴上游流體參數(shù)時由于背壓比的升高出現(xiàn)亞臨界流狀態(tài)的情況，并且應用不同尺寸的喉口孔可以大大提高臨界流流量調節(jié)的范圍。
[0016](2)流體流通性能優(yōu)良。所述喉口面積可調節(jié)臨界流噴嘴的流道與傳統(tǒng)固定喉口面積臨界流文丘里噴嘴相似，為圓形管道，尤其沒有中間體或者活動壁面的存在，喉口截面依然為圓形，文丘里噴嘴內部流場不會被破壞，避免了寄生震蕩和流動死角，具有良好的流體流通性能，這也同時降低了壓力損失。
[0017](3)流量控制精確。由于每個喉口孔的直徑事先確定，這樣在臨界流文丘里噴嘴工作過程中就能精確的得到喉口的面積，無需像現(xiàn)有變喉口面積技術那樣經過復雜的測量計算，也不會出現(xiàn)如彈性壁面式變面積文丘里噴嘴那樣，由于彈性壁面受自身流體壓力而發(fā)生形變導致喉口面積難以確定的情況，大大提高了臨界流控制和測量的精度。
[0018](4)應用范圍廣。所述喉口面積可調節(jié)的臨界流文丘里噴嘴，具有良好的密封方式，不但能應用于常溫流體，也能應用于高溫高壓流體。同時，也不會存在如彈性壁面式變面積文丘里噴嘴那種在高溫高壓流體經過時彈性材料失效的問題，其結構堅固，工作性能可靠。
【附圖說明】
[0019]圖1為所述具有喉口插板的喉口面積可調節(jié)的臨界流文丘里噴嘴剖視圖。