节流阀计算

液压传动与控制问答题１、画出液控单向阀的图形符号；并根据图形符号简要说明其工作原理。

答：（1）（2）a当压力油从油口P1进入，克服弹簧力，推开单向阀阀芯，压力油从油口P2流出；b当压力油需从油口P2进入，从油口P1流出时，控制油口K须通入压力油，将单向阀阀芯打开。

2、比较节流阀和调速阀的主要异同点。

答：（1）结构方面：调速阀是由定差减压阀和节流阀组合而成，节流阀中没有定差减压阀。

（2）性能方面：a相同点：通过改变节流阀开口的大小都可以调节执行元件的速度。

b不同点：当节流阀的开口调定后，负载的变化对其流量稳定性的影响较大。

而调速阀，当其中节流阀的开口调定后，调速阀中的定差减压阀则自动补偿负载变化的影响，使节流阀前后的压差基本为一定值，基本消除了负载变化对流量的影响。

3、低压齿轮泵泄漏的途径有哪几条？中高压齿轮泵常采用什么措施来提高工作压力的？答：（1）低压齿轮泵泄漏有三条途径：一是齿轮端面与前后端盖间的端面间隙，二是齿顶与泵体内壁间的径向间隙，三是两轮齿啮合处的啮合线的缝隙。

（2）中高压齿轮泵常采用端面间隙能自动补偿的结构，如：浮动轴套结构，浮动（或弹性）侧板结构等。

4、何谓液压传动？其基本工作原理是怎样的?答：（1）液压传动是以液体为工作介质，利用液体的压力能来实现运动和力的传递的一种传动方式。

（2）液压传动的基本原理为帕斯卡原理，在密闭的容器内液体依靠密封容积的变化传递运动，依靠液体的静压力传递动力。

5、现有两个压力阀，由于铭牌脱落，分不清哪个是溢流阀，哪个是减压阀，又不希望把阀拆开，如何根据其特点作出正确判断？答：从外观上看溢流阀有进油口、出油口和控制油口，减压阀不但有进油口、出油口和控制油口，还多一个外泄油口。

从而进行判断。

6、容积节流调速回路的优点是什么？试与节流调速回路、容积调速回路比较说明。

答：节流调速回路具有低速稳定性好，而回路效率低的特点；容积调速回路具有低速稳定性较差，而回路效率高的特点；容积节流调速回路的优点是具有低速稳定性好，而回路效率介于前二者之间，即回路效率较高的特点。

四、高压节流阀件的研究节流阀是接在节流管线上，用控制节流阀通道大小来对液流造成阻力而生成回压，使井内流体在受控下流出的零部件。

在众多的阀门中，节流阀就是其中一种。

在压井施工中，节流阀是为了提高环空流动阻力而在循环通路的末端人为设置的一个流动障碍，流体流经节流阀时，产生一个适当的流动阻力，这个阻力通过流体传递到井底，以弥补不足的井底压力。

而当节流阀应用在节流管汇，其作用是控制流量，用于保持整个油气生产系统的压力。

可以说节流阀是节流系统的核心部件。

所以要解决节流系统在高压井中的井控问题，首先需要进行高压节流阀的研究。

为了实现对流体的控制，阀门一般应具备以下性能：即密封性能、强度性能、调节性能、动作性能和流通性能。

对于大多数阀门来说，密封问题是首要问题。

但对于安装在节流管汇、井口采油树或压井管汇上的节流阀等调节类阀，除了对密封和强度的基本要求外，其调节性能的优劣具有重要意义。

在塔里木油田现场，普遍使用的节流阀是针形阀，亦即锥形阀。

通过在现场的调研及实践，在锥阀的使用过程中，常出现许多对油气田生产不利的现象，如噪声大，阀杆振动，严重的甚至会造成阀杆断裂，阀座刺穿。

针对这种情况，进行高压节流阀的研究十分必要。

4．1 节流阀的流体力学及动力学理论分析4．1．1 管内流动粘性是流体的固有属性。

在油田现场的管道中的真实流动都是具有粘性的流动。

但是由于常见的液体和气体的粘性系数µ的数值很小，因而在速度梯度不是很大的流场中，粘性力相对于其它力而言为小量，故可不考虑粘性力的作用，从而可以假定为理想流体；但在采油井口的油气采输，管道输送以及压井施工中，由于在管道存在速度梯度很大的区域，则必须考虑粘性力的作用。

对于复杂的流动问题目前只有某些特殊问题，才可以完全用理论方法来求解，而大量实际问题如节流阀（复杂的三维非等截面弯管）中的流动则主要是依靠数值计算方法和实验的方法来求解。

由于实际实验的方法成本较高，故本文采用计算机数值模拟计算。

节流阀的流量计算公式节流阀是一种常见的控制流量的装置，在许多工程和工业应用中都发挥着重要作用。

要理解节流阀的工作原理和性能，掌握其流量计算公式是关键。

先来说说节流阀是啥。

打个比方，咱家里的水龙头，拧大拧小能控制水流的大小，这节流阀就跟水龙头有点像，只不过它控制的可能不是水，而是各种液体或者气体的流量。

那节流阀的流量计算公式是咋来的呢？这就得从流体力学的一些基本原理说起。

咱们先得明白一个概念，叫“节流效应”。

简单来说，就是当流体通过一个狭窄通道的时候，压力会下降，速度会增加，流量也会相应发生变化。

节流阀的流量计算公式通常会涉及到一些参数，比如节流口的形状、大小，流体的压力、温度、密度等等。

常见的公式有好几种，比如薄壁小孔节流公式、短孔节流公式、细长孔节流公式。

咱拿薄壁小孔节流公式来说，它长这样：Q = Cq A √(2ΔP / ρ) 。

这里的 Q 就是流量啦，Cq 是流量系数，A 是节流口的面积，ΔP 是节流阀前后的压力差，ρ 是流体的密度。

给您讲讲我之前遇到的一个事儿。

有一次在工厂里，设备出了点问题，流量一直不稳定。

我们几个技术人员就围着那节流阀琢磨。

我拿着图纸，对照着上面的参数，一个一个去测量，计算。

那时候可紧张了，因为生产线上还等着这设备恢复正常运行呢。

我满头大汗，一边擦汗一边反复核算那些数据，就怕哪里出错。

最后发现是节流口有点堵塞，清理之后，再根据公式重新调整了参数，流量终于正常了，大家都松了一口气。

再说短孔节流公式和细长孔节流公式，它们适用的情况不太一样。

短孔节流公式在压力差较大的时候更适用，而细长孔节流公式则在液体黏度影响较大的时候用得多。

在实际应用中，要准确使用这些公式，可不能马虎。

得把各种因素都考虑周全，测量的数据也要精确，不然算出来的流量可就不准啦。

而且不同的流体特性也会对结果产生影响，比如黏性大的流体和黏性小的流体，那计算结果可能就差别不小。

总之，节流阀的流量计算公式虽然看起来有点复杂，但只要咱搞清楚原理，结合实际情况，认真测量和计算，就能让节流阀乖乖听话，为我们的生产和工程服务。

调节阀的流通能力Kv值，是调节阀的重要参数，它反映流体通过调节阀的能力，也就是调节阀的容量。

根据调节阀流通能力Kv值的计算，就可以确定选择调节阀的口径。

为了正确选择调节阀的尺寸，必须准确计算调节阀的额定流量系数Kv值。

调节阀额定流量系数的定义是：在规定条件下，即控制阀的两端压差为105Pa，流体的密度为1g/cm3，额定行程时流经调节阀以m3/h或t/h的流量数。

1.一般液体的Kv值计算a.非阻塞流式中：FL—压力恢复系数，查表1。

FF—液体临界压力比系数，F=0.96-0.28Pv—调节阀入口温度下，液体的饱和蒸汽压（绝对压力），查表4～表10。

Pc—物质热力学临界压力，查表2和表3。

QL—液体流量m3/h。

ρ—液体密度g/cm3P1—阀前压力（绝对压力）KPa.P2—阀后压力（绝对压力）KPa.b.阻塞流式中：各字母含义及单位同前。

2.低雷诺数修正（高粘度液体Kv值的计算）液体粘度过高时，由于雷诺数下降，改变了流体的流动状态，在Re<2300时流体处于低速层流，这样按原来公式计算出的Kv值，误差较大，必须进行修正。

此时计算公式为：式中：φ—粘度修正系数，由Re查图求得。

对于单座调节阀、套筒调节阀、角形阀等只有一个流路的调节阀：Re=70000对于双座调节阀、蝶阀等具有二个平行流路的阀门：Re=49600式中：K''v—不考虑粘度修正时计算的流通能力。

γ—流体运动粘度mm2/s。

雷诺数Re粘度修正曲线3.气体的Kv值的计算：a.一般气体当P2>0.5P1时当P2≤0.5P1时式中：Qg—标准状态下气体流量m3/h，Pm—(P1、P2为绝对压力)KPa,△P=P1-P2G—气体比重（空气G=1），t—气体温度℃b.高压气体（PN>10MPa）当P2>0.5P1时，当P2≤0.5P1时，式中：Z—气体压缩系数，可查GB2624-81《流量测量节流装置的设计安装和使用》。

82控压钻井技术作为一种解决井漏、窄密度窗口等复杂条件下钻井的新技术，目前已得到认可和推广。

作为截流管汇中控压的节流阀，其开度的改变程度，直接影响回压的大小，从而影响控压钻井的效果，为此工作稳定、使用寿命长、精确控压等成为对节流阀的基本要求。

通过对新疆油田常用的两种节流阀结构对比、孔板式节流阀阀板两种结构水力分析等，指出了今后节流阀精准控压使用的方向，以便更好地应用于现场。

1 常用两种节流阀结构对比分析控压钻井中，目前常用于现场的节流阀有有锥形和孔板式两种结构。

锥形节流阀适用于小排量工况下的节流控压，其采用一端悬空、一端固定的悬臂梁结构，在高压差节流下易发生阀芯震荡而断裂，因而不具备精确控压的基本要求；而另一种节流阀为孔板式，是采用两只光洁度较高的阀板重合、角行程转化为节流面积改变的方式来实现压差调节，相比锥形节流阀而言，面接触式的节流阀，其先天的稳定结构设计降压效果比较好、能够提供较大的回压，且阀件稳定、使用寿命长，但缺点是在较高节流压力下阀开度的调节比较吃力。

2 孔板式节流阀阀板水力分析用于油田生产的孔板式节流阀阀板有两种结构方式，一种为对称扇面重叠孔板节流结构，一种为对称圆孔重叠节流结构。

扇形结构阀板的特点是节流阀孔为扇面形，对称圆孔形阀板结构特点是对称圆孔而非扇面，它们的截流原理都是通过改变板面重叠面积来实现节流压差的改变。

2.1 节流阀压降水力学原理控压钻井工程中，钻井液通过节流阀产生的压降，即为所需回压，节流阀压降的水力计算公式为：P =ρ/2C 2 *（Q/A 0）2式中：P —节流压降，Pa；ρ—钻井液密度，kg/m 3； Q —钻井液排量，L/s；A 0—节流面积，mm 2；C —流量系数。

2.2 两种阀板过流面积与开度对应关系分析以控压钻井用4-1/16″两种扇面式和圆孔形节流阀（最大重合面积均相同）为研究对象，按节流阀压降水力学原理，进行节流阀过流面积与开度对应变化分析，发现扇形节流阀节流过流面积随开度的变化呈线性关系，但在开度达到60°时存在过流面积变化畸变点，而对称圆孔形阀板过流面积与开度的变化呈非线性，在36°开度以后表现出明显的指数关系。

七、计算题1．某轴向柱塞泵直径d=22mm，分度圆直径D = 68mm，柱塞数z =7，当斜盘倾角为α= 22°30′，转速n=960r/min，输出压力p=10MPa，容积效率ηv=，机械效率ηM=时，试求：1）泵的理论流量；（m3/s）2）泵的实际流量；（m3/s）3）所需电机功率。

（kW）（0 .0012；0 .00114 ；）2．有一径向柱塞液压马达，其平均输出扭矩T=，工作压力p=5MPa，最小转速n min=2 r/min，最大转速n max=300 r/min，容积效率ηv=，求所需的最小流量和最大流量为多少（m3/s）（×10-6；170×10-6）3．有一齿轮泵，铭牌上注明额定压力为10Mpa，额定流量为16l/min，额定转速为1000r/m，拆开实测齿数z=12，齿宽B=26mm，齿顶圆直径D e＝45mm，求：1）泵在额定工况下的容积效率ηv(%)；2）在上述情况下，当电机的输出功率为时，求泵的机械效率ηm和总效率η(%)。

；、86)4.用一定量泵驱动单活塞杆液压缸，已知活塞直径D=100mm，活塞杆直径d=70mm，被驱动的负载∑R=×105N。

有杆腔回油背压为，设缸的容积效率ηv=，机械效率ηm=，液压泵的总效率η=。

求：1）当活塞运动速度为100mm/s时液压泵的流量（l/min）；2）电机的输出功率（kW）。

；5．有一液压泵，当负载压力为p＝80×105Pa时，输出流量为96l/mi n，而负载压力为100×105Pa时，输出流量为94l/min。

用此泵带动一排量V=80cm3/r的液压马达，当负载扭矩为120Ｎ.ｍ时，液压马达机械效率为，其转速为1100r/min。

求此时液压马达的容积效率。

（%）（）6．增压缸大腔直径D=90mm，小腔直径d=40mm，进口压力为p1＝63×105Pa ，流量为q1=0.001 m3/s，不计摩擦和泄漏，求出口压力p2和流量q2各为多少（MPa、m3/s）（；0 .198×10-3）7．在图示液压系统中，泵的额定压力为p s＝25×105Pa，流量q=10l/min，溢流阀调定压力p y＝18×105Pa，两油缸活塞面积相等，A1=A2=30 cm2，负载R1=3000N，R2=4200N其他忽略不计。

节流阀的工作原理解析1前言流量控制阀简称流量阀，它是通过改变各阀通流面积的大小来进行调节液阻和输出流量，从而控制执行元件的运动速度，即。

常用的流量控制阀有节流阀和调速阀。

本文将重点分析流量阀中的节流阀，对节流阀的结构、性能及应用展开分析。

2 节流阀的结构和工作原理如图1（a）图所示，节流阀主要有阀体、阀芯、弹簧和调节手轮等零部件组成，通过调节手轮来控制节流阀阀口的开大与关小，即调节手轮，从而移动节流阀的阀芯，导致节流阀阀口面积发生改变，从而就控制了通过节流阀往外液体的输出流量，又由于执行元件液压缸一旦安装好，其面积不可改变，通过，最终来调节执行元件液压缸的运动速度。

图1 节流阀结构图及简图3节流阀的流量特性如图2所示为节流阀进口节流调速回路，在此回路中由于所使用的动力装置为定量泵，并且节流阀要起到节流作用，所以溢流阀的阀口是处于常开状态的，假设溢流阀的调节压力为p y，定量泵出口的压力为p p，根据油液的液力在管道当中等值传递，在此p p=p y并且还等于节流阀进口压力，节流阀出口的压力就等于p1，而p2=0。

图2 节流阀进口节流调速回路假设定量泵的流量为q p，通过溢流阀的流量为△q，通过节流阀的流量为q1，执行元件液压缸左腔面积为A1，右腔面积为A2，而本回路中节流阀控制执行元件液压缸左腔的进油流量，所以执行元件液压缸运动速度为（1）在公式（1）中，A1的面积在此回路中是无法改变的，所以调节通过节流阀的流量q1即可调节执行元件液压缸的运动速度v，而节流阀流量计算公式为（2）假设节流阀的口为薄壁小孔，那么（2）式中的C=cq A T为节流阀口的通流面积，△p为节流阀进出口两端之间的压力差，根据前面分析△p=py-p1，m=0.5，由此将以上分析的内容带入到公式（2）中，得（3）在此公式中c q为流量系数，其都有固定取值，ρ=900，p y为固定取值，即式中可变的是A T和p1，而p1与负载F的大小有关系，即：（4）现在将公式（4）代入到（3）中可得：（5）将公式（5）代入（1）中可得：（6）在公式（6）中，影响执行元件液压缸运动速度的可变值为A T和F，假设节流阀口的面积A T不变，那么F增大时，执行元件液压缸的运动速度v将下降；反之，当F减小时，执行元件液压缸的运动速度v将上升。

新型超高压笼套式节流阀的结构改进研究摘要：为了实现笼套式节流阀的自主研发，本文提出一种具有三级套筒与出口带底座的新型超高压笼套式节流阀。

基于CFD软件，分别对某气田采用的传统的笼套式节流阀与新型超高压笼套式节流阀进行流体仿真对比。

结果表明阀芯失效主要以局部流速大、冲蚀磨损严重为主；改进后的笼套式节流阀相比较传统的节流阀，解决了单层套筒压力大、流体速度大、冲蚀率高的问题，为提高笼套式节流阀的使用寿命、结构改进提供了一定程度的理论支撑。

天然气在开采过程中[1]，笼套式节流阀主要起到节流降压的作用。

传统的笼套式节流阀[2]主要由阀体、阀杆、阀芯、密封圈等结构部件组成。

流体从入口进入阀腔内部，接着经过阀芯，阀芯在阀杆的转动下发生旋转，改变阀芯的开度，从而改变出口流体的压力、流速，保证流体安全高效地送入集输管网内[3]。

为了减小采气树的作业风险实现安全采气作业[4]，对笼套式节流阀进行结构改进有着非常重要的意义[5-6]。

本文提出了一种具有带有底座的四级节流阀效果的笼套式节流阀，主要通过阀芯的壁面以及小孔实现四级节流，减小了笼套式节流阀的最大冲蚀率，达到延长寿命的目的。

流本文基于FLUENT软件[7]对改进前后的笼套式节流阀进行气固两相流冲蚀仿真对比，得出笼套式节流阀的压力、速度、冲蚀率的分布规律，证明改进后结构的可靠性。

一、节流阀物理模型及计算方法（一）新型超高压笼套式节流阀装配设计图1 四级逐级减压笼套式节流阀示意图1-手轮；2-调节指示牌；3-垫片；4-六角螺栓；5-阀杆；6-锁紧螺母；7-阀杆螺母；8-阀杆；9-双头螺柱；10-填料座；11-填料压盖；12-O型密封圈；13-唇形填料；14-阀芯；15-阀座；16-防腐材料；17-阀体；18-法兰如图1是本文提出的具有四级节流效果的超高压笼套式节流阀，该结构相比较传统的笼套式节流阀多了三层套筒以及在阀门出口出多了一个底座，其阀体材料用锻造 35CrMo，阀芯用 1Cr18Ni9Ti。