一种流量可调式多级节流孔板及其应用

1.本发明属于流量调节领域，更具体地，涉及一种流量可调式多级节流孔板及其应用。


背景技术：

2.多级节流孔板装置是流量调整系统的关键设备，广泛用于船舶、电站领域中的油路及汽水系统管路结构中，主要用于在背压注水时，降低注水压力，控制注水流速，降低水流噪声，起到节流降压的作用。但常用节流孔板装置的节流面积固定，其流量调节能力有限，难以满足不同工况下系统的流量调节需求。
3.现有的单级流量调节元件，仅仅能满足流量调节的目标，却无法在高工作压力条件下，实现低噪声、低振动的流量调控性能。其主要原因在于，该类调节元件在实际的流量调节过程中，主要是通过改变单级孔板的有效截面积，从而实现流量调节；但该类调控方式存在严重的不足，即对于单级调控装置而言，仅能适用于低压工作段。但对于高压力工况，仅使用单级流量调节元件，无论采用何种调控方式，均无法实现低噪声、低振动调控性能，原因在于单级孔板在大压差下工作时，射流现象、空化现象、阻塞流现象严重，会严重的影响流量、振动和噪声性能。
4.现有的多级节流孔板装置仅能调控第一级孔板的有效截面积。在高压差工况下，为了满足流量调控的需求，第一级孔板将会作为主要的承压部分，承担较大的压降，进而会在第一级孔板处产生较高的流速，进而出现严重的湍流、空化现象，从而导致出现高振动和高空气噪声的现象，无法真正有效实现低噪流量调控性能。
5.由此可见，现有流量调节装置存在难以针对不同工况进行主动的低噪声流量调节的技术问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种流量可调式多级节流孔板及其应用，由此解决现有流量调节装置存在难以针对不同工况进行主动的低噪声流量调节的技术问题。
7.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种流量可调式多级节流孔板，包括：法兰管道和流量调节部件，所述流量调节部件固定于法兰管道内，
8.所述流量调节部件包括：前调整孔板、电磁铁孔板、后调整孔板、第一支撑弹簧和第二支撑弹簧，前调整孔板布置于流量调节部件的前端面，后调整孔板布置于流量调节部件的后端面，第一支撑弹簧位于前调整孔板和电磁铁孔板之间，第二支撑弹簧位于电磁铁孔板和后调整孔板之间，所述前调整孔板和电磁铁孔板之间的第一支撑弹簧的刚度与电磁铁孔板和后调整孔板之间的第二支撑弹簧的刚度不同，使得前调整孔板和电磁铁孔板之间的支撑力与电磁铁孔板和后调整孔板之间的支撑力不同，前调整孔板、电磁铁孔板、后调整孔板上设置节流孔；
9.所述前调整孔板和后调整孔板均为磁性材料，所述电磁铁孔板，用于在通电时，产生磁力，先吸合与电磁铁孔板之间支撑力小的前调整孔板或后调整孔板，增大磁力，吸合前调整孔板和后调整孔板。
10.进一步地，所述第一支撑弹簧的刚度大于第二支撑弹簧的刚度，电磁铁孔板与后调整孔板吸合后联通的节流孔的总面积大于前调整孔板的节流孔的总面积。
11.进一步地，所述第一支撑弹簧的刚度小于第二支撑弹簧的刚度，电磁铁孔板与前调整孔板吸合后联通的节流孔的总面积小于后调整孔板的节流孔的总面积。
12.进一步地，所述第一支撑弹簧与第二支撑弹簧的数量、长度、直径或材质不同。
13.进一步地，所述后调整孔板上节流孔的总面积大于前调整孔板上节流孔的总面积。
14.进一步地，所述多级节流孔板还包括：轴向调整环，法兰管道与轴向调整环通过螺纹结构连接，用于调整流量调节部件由于加工制造误差产生的轴向安装误差。
15.进一步地，所述流量调节部件还包括：第一径向密封圈、第二径向密封圈和支撑套筒，前调整孔板和后调整孔板的外壁环形沟槽中设置第一径向密封圈，第二径向密封圈安装在支撑套筒的外壁环形沟槽中，支撑套筒布置在电磁铁孔板与轴向调整环之间；
16.进一步地，所述流量调节部件还包括：导向螺杆和限位螺母，所述导向螺杆依次穿过前调整孔板、后调整孔板和电磁铁孔板的通孔，导向螺杆与前调整孔板和后调整孔板的连接处通过限位螺母紧固。
17.进一步地，所述法兰管道的内壁沿周向均布多个定位凹槽，所述电磁铁孔板的外壁周向设置多个定位凸槽，定位凸槽一一对应卡入定位凹槽中。
18.按照本发明的另一方面，提供了一种流量可调式多级节流孔板的应用，所述多级节流孔板应用于调节管道中流体的流量，管道中流体沿着多级节流孔板的节流孔流动；
19.在高压工作模式下，电磁铁孔板不通电，前调整孔板、电磁铁孔板和后调整孔板均对流体起到降压调节作用，实现三级降压；
20.在中压工作模式下，电磁铁孔板通电，并调整磁力的变化，仅吸合前调整孔板或后调整孔板，实现二级降压；
21.在低压工作模式下，增加电磁铁孔板的磁力，同时吸合前调整孔板和后调整孔板，实现一级降压；
22.通过调节电磁铁孔板的电磁力，改变流量调节部件的有效流通面积。
23.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
24.(1)本发明通过调整电磁铁孔板的电磁力，对不同位置的调整孔板进行吸合，进而调整流量调节部件的有效流通面积，从而满足不同工作模式下流量需求。本发明在前调整孔板和电磁铁孔板之间、电磁铁孔板和后调整孔板之间均设置弹簧，这样可以在磁力消失后使得前调整孔板和后调整孔板返回原处，使得多级节流孔板可以充重复使用。本发明将第一支撑弹簧和第二支撑弹簧的刚度设置为不同，使得前调整孔板和电磁铁孔板之间的支撑力与电磁铁孔板和后调整孔板之间的支撑力不同，由此通过调节磁力，可以调节吸合孔板的数量，实现多级降压、低噪声节流，满足多种工况下的流量调控需要。由于本发明通过多个孔板进行流量调节，即使在在大压差下工作，也可以避免射流现象、空化现象。由于本
发明利用磁力吸合孔板的形式，动态改变节流孔板的有效降压级数，避免了在高压差工况下只有第一级孔板将会作为主要的承压部分，承担较大的压降的情况出现，由此降低噪声，实现低噪流量调控。
25.(2)本发明中第一支撑弹簧的刚度大于第二支撑弹簧的刚度时，电磁铁孔板在磁力较小时，先单独吸合后调整孔板，设置电磁铁孔板与后调整孔板吸合后联通的节流孔的总面积大于前调整孔板的节流孔的总面积。第一支撑弹簧的刚度小于第二支撑弹簧的刚度时，电磁铁孔板在磁力较小时，先单独吸合前调整孔板，设置电磁铁孔板与前调整孔板吸合后联通的节流孔的总面积小于后调整孔板的节流孔的总面积。这两种结构都是通过逐级渐扩式降压进一步降低节流过程中的流噪声以及空化。多级节流时面积逐渐扩大，可以降低最后一级节流组件的空气噪声。如果多级节流时每一级面积相等或减小会增加最后一级节流组件的空气噪声，引起射流现象和空化现象。本发明限定后调整孔板上节流孔的总面积大于前调整孔板上节流孔的总面积，也是为了降低节流过程中的流噪声以及空化。
26.(3)本发明法兰管道与轴向调整环通过螺纹结构连接，用于调整流量调节部件由于加工制造误差产生的轴向安装误差，前调整孔板和后调整孔板的外壁环形沟槽中、支撑套筒的外壁环形沟槽中均设置密封圈，可以多重保证多级节流孔板的密封性，同时调整流量调节部件与法兰管道之间径向间隙。从而能够有效克服多级节流减压节流装置由于制造加工、装配等因素产生轴向与径向间隙，避免在使用过程中出现较大振动与噪声的情况，同时可替换性、拆装性能强。
27.(4)本发明通过依次穿过前调整孔板、后调整孔板和电磁铁孔板的通孔的导向螺杆实现电磁铁孔板没有磁力后前调整孔板和后调整孔板的复位，避免在复位过程中出现位置偏移，影响下一次的流量调节效果。本发明中定位凸槽一一对应卡入定位凹槽中，构成对流量调节部件的定位和周向旋转限制。
28.(5)本发明设计的磁吸式结构形式可以满足三种工况下的低噪声流量调控需求。实现手段是利用磁力吸合孔板的形式，动态改变节流孔板的有效降压级数；工作压力越高，参与的孔板数量越多，从而实现多级降压、低噪声节流。在高压工作模式下，利用三块孔板均起到降压调节作用，实现三级低噪声流量调控；而在中压工作模式下，通过调整磁力的变化，实现二级低噪声流量调控；在低压工作模式下，吸合多块孔板，实现一级降压。即在不同的工况下，改变磁吸的磁力，进而调整孔板吸合的数量，获得不同的降压性能，从而实现高、中、低三种工况下的流量调控需要。其具有结构简单，方法可行的优点，可实现低噪声流量调节的目的。
附图说明
29.图1是本发明实施例提供的一种流量可调式多级节流孔板的结构示意图；
30.图2中(a)是本发明实施例提供的前调整孔板安装第一支撑弹簧一侧的结构示意图；
31.图2中(b)是本发明实施例提供的前调整孔板不安装第一支撑弹簧一侧的结构示意图；
32.图3是本发明实施例提供的电磁铁孔板的结构示意图；
33.图4中(a)是本发明实施例提供的后调整孔板不安装第二支撑弹簧一侧的结构示
意图；
34.图4中(b)是本发明实施例提供的后调整孔板安装第二支撑弹簧一侧的结构示意图；
35.图5中(a)是本发明实施例提供的多级节流孔板在高压工况下工作时的结构示意图；
36.图5中(b)是本发明实施例提供的多级节流孔板在中压工况下工作时的结构示意图；
37.图5中(c)是本发明实施例提供的多级节流孔板在低压工况下工作时的结构示意图；
38.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
39.1为法兰管道，2为轴向调整环，3为流量调节部件，301为前调整孔板，302为电磁铁孔板，303为后调整孔板，304为导向螺杆，305为限位螺母，306为第一支撑弹簧，307为第二支撑弹簧，308为第一径向密封圈，309为第二径向密封圈，3010为支撑套筒。
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
41.如图1所示，一种低噪声流量可调式多级节流孔板，包括：法兰管道1、轴向调整环2和流量调节部件3，法兰管道1与轴向调整环2通过螺纹结构进行连接；流量调节部件3包括前调整孔板301、电磁铁孔板302、后调整孔板303、导向螺杆304、限位螺母305、第一支撑弹簧306、第二支撑弹簧307、第一径向密封圈308、第二径向密封圈309、支撑套筒3010；其中前调整孔板301与第一支撑弹簧306同心布置于流量调节部件3的前端面，后调整孔板303与第二支撑弹簧307同心布置于流量调节部件3的后端面；导向螺杆304、限位螺母305沿着电磁铁孔板302的中心轴周向均布；前调整孔板301、电磁铁孔板302、后调整孔板303上均布节流孔；第一径向密封圈308、第二径向密封圈309分别布置在前调整孔板301、后调整孔板303、支撑套筒3010外壁凹槽内；支撑套筒3010布置在电磁铁孔板302与轴向调整环2之间；流量调节部件3通过电磁铁孔板302固定于法兰管道1和轴向调整环2中。
42.法兰管道1由直管段和一对连接法兰组成，直管的两端各设一个连接法兰，用于与外部管道相连。法兰管道1的内壁沿周向均布两个定位凹槽，所述后端连接的电磁铁孔板302的外壁周向设置两个定位凸槽，所述定位凸槽一一对应卡入定位凹槽中，构成对流量调节部件3的定位和周向旋转限制。
43.实施例1
44.一种流量可调式多级节流孔板，包括：法兰管道和流量调节部件，所述流量调节部件固定于法兰管道内，
45.所述流量调节部件包括：前调整孔板、电磁铁孔板、后调整孔板、第一支撑弹簧和第二支撑弹簧，前调整孔板布置于流量调节部件的前端面，后调整孔板布置于流量调节部件的后端面，第一支撑弹簧位于前调整孔板和电磁铁孔板之间，第二支撑弹簧位于电磁铁
孔板和后调整孔板之间，所述前调整孔板和电磁铁孔板之间的第一支撑弹簧的刚度与电磁铁孔板和后调整孔板之间的第二支撑弹簧的刚度不同，使得前调整孔板和电磁铁孔板之间的支撑力与电磁铁孔板和后调整孔板之间的支撑力不同，前调整孔板、电磁铁孔板、后调整孔板上设置节流孔；
46.所述前调整孔板和后调整孔板均为磁性材料，所述电磁铁孔板，用于在通电时，产生磁力，先吸合与电磁铁孔板之间支撑力小的前调整孔板或后调整孔板，增大磁力，吸合前调整孔板和后调整孔板。
47.所述第一支撑弹簧的刚度大于第二支撑弹簧的刚度，电磁铁孔板与后调整孔板吸合后联通的节流孔的总面积大于前调整孔板的节流孔的总面积。
48.多级节流孔板应用于调节管道中流体的流量，管道中流体沿着多级节流孔板的节流孔流动；
49.在高压工作模式下，电磁铁孔板不通电，前调整孔板、电磁铁孔板和后调整孔板均对流体起到降压调节作用，实现三级降压；
50.在中压工作模式下，电磁铁孔板通电，并调整磁力的变化，仅吸合后调整孔板，实现二级降压；
51.在低压工作模式下，增加电磁铁孔板的磁力，同时吸合前调整孔板和后调整孔板，实现一级降压；
52.通过调节电磁铁孔板的电磁力，改变流量调节部件的有效流通面积。
53.实施例2
54.一种低噪声流量可调式多级节流孔板，包括：法兰管道1、轴向调整环2和流量调节部件3，流量调节部件3包括前调整孔板301、电磁铁孔板302、后调整孔板303、导向螺杆304、限位螺母305、第一支撑弹簧306、第二支撑弹簧307、第一径向密封圈308、第二径向密封圈309、支撑套筒3010；
55.电磁铁孔板302周向设有4个通孔，所述前调整孔板301、后调整孔板303通过导向螺杆304与电磁铁孔板302连接，并通过限位螺母305紧固。
56.第一径向密封圈308安装在前调整孔板301、后调整孔板303的外壁环形沟槽中，第二径向密封圈309安装在支撑套筒3010外壁环形沟槽中，用以调整流量调节部件3与法兰管道1间隙配合的径向间隙。
57.轴向调整环2加工有外螺纹结构，通过外螺纹与法兰管道1进行连接，可用于调整流量调节部件3由于加工制造误差产生的轴向安装误差。
58.前调整孔板301、后调整孔板303与电磁铁孔板302之间布置的第一支撑弹簧和第二支撑弹簧的刚度不同，其中第二支撑弹簧的刚度较高。
59.前调整孔板301、电磁铁孔板302、后调整孔板303上沿径向设置两圈节流孔，节流孔沿周向均匀间隔设置，孔径均相同。
60.图2中(a)是前调整孔板安装第一支撑弹簧一侧的结构示意图，图2中(b)是前调整孔板不安装第一支撑弹簧一侧的结构示意图；对比图2中(a)和图2中(b)，可以看出，前调整孔板安装第一支撑弹簧一侧与不安装第一支撑弹簧一侧相比，多个四个安装孔，第一支撑弹簧的数量为四个，图2中(a)和图2中(b)中最外圈的四个小孔均为导向螺杆的导向孔。前调整孔板的节流孔为两圈，每一圈均匀分布8个节流孔。
61.图3是电磁铁孔板的结构示意图，图3中最外圈的四个小孔均为导向螺杆的导向孔。最外圈的四个大孔均为第一支撑弹簧或第二支撑弹簧的安装孔。电磁铁孔板的节流孔为两圈，每一圈均匀分布4个节流孔。
62.图4中(a)是后调整孔板不安装第二支撑弹簧一侧的结构示意图，图4中(b)是后调整孔板安装第二支撑弹簧一侧的结构示意图；图4中(a)和图4中(b)中最外圈的四个小孔均为导向螺杆的导向孔。对比图4中(a)和图4中(b)，可以看出，后调整孔板安装第二支撑弹簧一侧与不安装第二支撑弹簧一侧相比，多个四个安装孔，第二支撑弹簧的数量为四个。后调整孔板的节流孔为两圈，外圈均匀分布12个节流孔，内圈均匀分布8个节流孔。
63.实施例3
64.多级节流孔板安装于船舶给排水管道上，使高压力的海水依次流过多级节流孔板；多级节流孔板包括三块节流孔板，分别为前调整孔板、电磁铁孔板、后调整孔板，沿流体流动方向依次安装。前调整孔板的节流孔为两排，孔分布为8-8；电磁铁孔板的节流孔为两排，孔分布为4-4，后调整孔板的节流孔为两排，孔分布为8-12。根据不同的工况条件，通过调整电磁铁孔板的电磁力，对前后调整孔板进行吸合，进而调整流量调节部件的有效流通面积来实现流量调节的目的。
65.多级节流孔板装置在高压力工况下工作时，电磁铁孔板不通电，如图5中(a)所示，三块孔板之间由支撑弹簧相互隔开，起到三级降压。当装置的工作压力降低时，在中压工作模式下，如图5中(b)所示，电磁铁孔板开始通电，通过调整磁力的变化，仅吸合前调整孔板，此时由电磁铁孔板与后调整孔板实现二级降压；随着工作压力的进一步降低，在低压工作模式下，如图5中(c)所示，进一步增加电磁铁孔板的磁力，此时前调整孔板和后调整孔板被同时吸合，仅由电磁铁孔板实现一级降压。此流量调节部件根据工作压力的不同，动态调节电磁铁孔板的电磁力，吸合不同的孔板，进而改变多级节流孔板装置的有效流通面积，从而实现低噪声流量调节。
66.进一步的，法兰管道的内壁与电磁铁孔板利用凹凸槽的结构形式实现对流量调节部件的定位和周向旋转限制；同时，电磁铁孔板周向设有多个通孔，利用导向螺杆与前后调整孔板，并通过限位螺母进行紧固与限位；其次，通过在前后调整孔板、支撑套筒的外壁上加工环形沟槽结构，并安装具有弹性的密封圈用以调整流量调节部件与法兰管道之间径向间隙；此外，通过螺纹连接的形式将法兰管道与轴向调整环进行连接，可用于调整流量调节部件由于加工制造误差产生的轴向安装误差。从而能够有效克服多级节流减压节流装置由于制造加工、装配等因素产生轴向与径向间隙，避免在使用过程中出现较大振动与噪声的情况，同时可替换性、拆装性能强。
67.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。