調節(jié)閥的流量系數(shù)及其計算ppt課件.ppt

調節(jié)閥的流量系數(shù)及其計算 調節(jié)閥計算的理論基礎1 調節(jié)閥節(jié)流原理和流量系數(shù)調節(jié)閥是一個局部阻力可改變的節(jié)流元件如果調節(jié)閥前后的管道直徑一致 流速相同 根據(jù)流體的能量守恒原理 不可壓縮流體流經(jīng)調節(jié)閥的能量損失為 4 1 式中H 單位重量流體流過調節(jié)閥的能量損失 P1 調節(jié)閥閥前的壓力P2 調節(jié)閥閥后的壓力 流體密度g 重力加速度 1 如果調節(jié)閥的開度不變 流經(jīng)調節(jié)閥的流體不可壓縮 則流體的密度不變 那么 單位重量的流體的能量損失與流體的動能成正比 即 4 2 式中 流體的平均速度 g 重力加速度 調節(jié)閥的阻力系數(shù)流體調節(jié)閥中的平均速度為 4 3 式中Q 流體的體積流量A 調節(jié)閥連接管的橫截面積 2 綜合上述三式 4 1 4 2 4 3 可得調節(jié)閥的流量方程式為 4 4 若上述方程式各項系數(shù)采用如下單位 A 2 g 2 即10 5N s2 4 P 100KPa 10N 2 P1 P2 100KPa 10N 2 Q m4 h代入式 4 4 得 3 s 3 m3 h m3 h 4 5 式 4 5 是調節(jié)閥的流量方程式若A不變 P不變 Q 反之 Q若則式 4 5 可改寫為 4 6 式中 4 7 4 在采用國際單位制時 流量系數(shù)用KV表示 KV的定義為 溫度為278 313K 5 40 的水在105Pa壓降下 1小時內(nèi)流過閥門的立方米數(shù) 許多采用英制單位的國家用CV表示流量系數(shù) CV的定義為 用40 60 F的水 保持閥門兩端的壓差為閥門全開狀態(tài)下每分鐘流過的水的美加侖數(shù) KV和CV的換算如下 CV 1 167KV2 壓力恢復和壓力恢復系數(shù)當流體流過調節(jié)閥時 其壓力變化情況見圖4 1和4 2所示 5 圖 流體流過節(jié)流孔時壓力和圖 單座閥與球閥的壓力速度的變化恢復比較 6 根據(jù)流體的能量守衡定律可知 在閥芯 閥座由與節(jié)流作用而在附近得下游處產(chǎn)生一個縮流 見圖4 1 其流體速度最大 但靜壓最小 在遠離縮流處 隨著閥門流通面積得增大 流體的速度減小 由與相互摩擦 部分能量轉變成內(nèi)能 大部分靜壓被恢復但已不能恢復到P1值 當介質為氣體 可壓縮 時 當閥的壓差達到某一臨界值得時 通過調節(jié)閥的流量將達到極限 即使進一步增加壓差 流量也不會再增加 當介質為液體 不可壓縮 時 一但壓差增大到是以引起液體汽化 即產(chǎn)生閃蒸和空化作用時 也會出現(xiàn)這種極限的流量 這種極限流量為阻塞流 由圖4 1可知 阻塞流產(chǎn)生于縮流處及其下游 產(chǎn)生阻塞流時的壓差為 PT 為說明這一特性 可以用壓力恢復系數(shù)FL來描述 7 4 8 即 4 9 上式中 PT P1 P2 PVC表示產(chǎn)生阻塞流時縮流斷面的壓力 FL值是閥體內(nèi)部幾何形狀的函數(shù) 一般FL 0 5 0 98 FL越小 P比P1 PVC小得越多 即恢復越大 從圖4 2中可以看出 球閥的壓差損失 PA小于單座閥的壓差損失 PB 3 閃蒸 空化及其影響在調節(jié)閥內(nèi)流動的液體 常出現(xiàn)閃蒸和空化兩種現(xiàn)象 它們的發(fā)生不但影響口徑的選擇和計算 而且將導致嚴重的噪聲 振動 材質的破壞等 直接影響調節(jié)閥的使 8 用壽命 如圖4 1所示 當壓力為P1的液體流經(jīng)節(jié)流孔時 流速突然急劇增加 而靜壓力下降 當n后壓力P2 PV 飽和蒸汽壓 部分液體就汽化成氣體 形成汽液兩相共存的現(xiàn)象 這種現(xiàn)象稱為閃蒸 如果產(chǎn)生閃蒸之后 P2不是保持在飽和蒸汽壓之下 在離開節(jié)流孔之后又急驟上升 這是氣泡產(chǎn)生破裂并轉化為液體 這個過程叫做空化作用 4 阻塞流對計算的影響當阻塞流出現(xiàn)之后 流量與 P P1 P2 之間的關系已不再遵循公式 4 7 的規(guī)律 從圖4 3可見 當按實際壓差計算時 Q max要比阻塞流量Qmax大很多 為粗確求得KV值 9 只能把開始產(chǎn)生阻塞流時的閥壓降作為計算用壓降 對于不可壓縮液體 它產(chǎn)生阻塞流時 PVC值與液體介質的物理性質有關 即PVC FF PV 4 10 式中PV 液體的飽和蒸汽壓力FF 液體的臨界壓力比系數(shù) 10 FF值可用下式計算 也可以從圖中查出 4 11 從式 4 9 可見 只要求得PVC便可得到不可壓縮液體是否形成阻塞流的判斷條件 顯然即為產(chǎn)生阻塞流時的閥壓降 因此 當即時 為阻塞流情況對于可壓縮液體 引入一個稱為壓差比X的系數(shù)也就是說 閥門壓降 P與入口壓力P1的比稱為壓差比 若以空氣作用試驗流體 對于一個特定的調節(jié)閥 當產(chǎn)生阻塞流時 其壓差比是一個固定常數(shù)稱為臨界壓差比XT 11 對別的可壓縮流體 只要把XT乘一個比熱系數(shù)FK即為產(chǎn)生阻塞流時的臨界條件 當X FKXT時 為阻塞流情況當X FKXT時 為非阻塞流情況 流量系數(shù)的計算在確定閥門口徑時 最主要的依據(jù)和工作程序就是計算流量系數(shù) 1 不可壓縮液體在安裝條件下 為了使流量系數(shù)計算公式能適用于各種單位 并考慮到念度 管道等的影響 可把公式演變?yōu)槿缦碌男问?4 12 12 式中FP 管道的幾何形狀系數(shù) 無量綱 當沒有附接管件時 FP 1 FR 雷諾系數(shù) 無量綱 在紊流體狀態(tài)時 FR 1 相對密度 在15 5 時 1 0 N1 數(shù)字常數(shù) 采用法定計量單位N 1 根據(jù)計算理論 在計算液體流量系數(shù)時 按三種情況分別計算 非阻塞流 阻塞流 低雷諾數(shù) 在用判別式判定后 用不同的公式進行計算 非阻塞流當?shù)那闆r下 其計算公式為 4 13 13 或 4 14 式中QL 流過調節(jié)閥的體積流量 m3 h WL 流過調節(jié)閥的質量 Kg h p p1 p2 p1 閥前壓力 Kpap2 閥后壓力 kpapL 液體的密度 g cm3 2 阻塞流當 P FL2 P1 FFPV 的情況下 即把產(chǎn)生阻塞流的壓差值FL2 P1 FFPV 代入 4 13 4 14 其計算公式為 14 4 15 或 4 16 低雷諾數(shù)液體的計算 流量參數(shù)KV是在適當?shù)睦字Z數(shù) 紊流情況現(xiàn)測定的 隨著雷諾數(shù)Re增大 KV值變化不大 然而當雷諾數(shù)變小時 KV值會變小 因此對雷諾數(shù)偏低的流體對KV值計算公式要進行校正 修正后的流量參數(shù)為KV 即 4 17 15 式中 修正后的流量系數(shù) KV 紊流條件時 按 4 13 4 16 計算的流量系數(shù) FR 雷諾數(shù)修正系數(shù) 可按雷諾數(shù)Re大小從圖中查出 雷諾數(shù)可以根據(jù)閥的結構和粘度等因素由下列公式求得 a 對具有兩個平行流路的調節(jié)閥 如直通雙座閥 蝶閥 偏心旋轉閥等雷諾數(shù)為 4 18 16 b 對只有一個流路的調節(jié)閥 如直通單座閥 套筒閥 球閥 角閥 隔膜閥等 雷諾數(shù)為 4 19 式中 流體在流動溫度下的運動粘度 mm2 s 2 可壓縮流體 非阻塞流當X FkXT時 采用法定計量單位制 則計算公式為 4 20 17 或 4 21 或 4 22 式中Qg 氣體標準體積流量 N m3 h N 氣體標準狀態(tài)下密度 Kg N m3P1 閥前絕對壓力 KPa X 壓差比 x P P1 Y 膨脹系數(shù) T1 入口絕對溫度 K M 氣體分子量 18 G 氣體的相對密度 空氣為1 Z 壓縮系數(shù) a 壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)Z是比壓力和逼問度的函數(shù)比壓力的定義是 實際入口的絕對壓力P1與流體臨界壓力之比 比問度的定義是 入口絕對溫度T1與臨界溫度之比側Pr P1 Pc 4 23 Tr T1 Tc 4 24 由Pr Tr查圖可得壓縮系數(shù)Zb 膨脹系數(shù)膨脹系數(shù)Y用來校正從閥的入口到閥的縮流出氣體密度的變化 在可壓縮流情況下 由于紊流幾乎始終存在 所以雷諾數(shù)的影響極小 可忽略 其它因素與Y的 19 關系可以表示如下 4 25 式中XT 臨界壓差比 X 壓差比 FK 比熱比系數(shù) 空氣的FK 1 對非空氣介質則 FK K 1 4 K是氣體的絕熱指數(shù) 阻塞流當X FKXT時 即出現(xiàn)阻塞流的情況 即壓差比X達到FKXT時流量達到極限值 因此 Y值只能在0 667到1 0的范圍內(nèi) 流量系數(shù)的計算公式可簡化為 20 4 26 或 4 27 或 4 28 3 蒸汽 21 1 非阻塞流 X FKXT 時 4 29 或 4 30 2 阻塞流 X FkXT 時 4 31 22 或 4 32 式中Ws 蒸汽的質量流量 Kg h s 閥前入口蒸汽的密度 Kg m3 如果是過熱蒸汽 應代入過熱條件下的實際密度 4 兩相流體 1 流體于非液化性氣體先決條件 液體 P FL2 P1 P2 氣體X FKXT兩條件都能滿足 4 33 23 式中 4 34 或 4 35 或 4 36 2 液體于蒸汽 24 當蒸汽占絕大部分的兩相混合體 用式 4 33 進行計算 對液體占絕大部分的