調(diào)節(jié)閥的口徑計(jì)算_圖文

1、控制閥的口徑計(jì)算一、 引言控制閥（調(diào)節(jié)閥）在工業(yè)生產(chǎn)過程自控系統(tǒng)中的作用猶如“手足”，其重要性是不言而喻的。如何使用戶獲得滿意的產(chǎn)品，除了制造上的精工細(xì)作外，還取決于正確的口徑計(jì)算，產(chǎn)品選型，材料選用等，而其前提是要準(zhǔn)確掌握介質(zhì)、流量、壓力、溫度、比重等工藝參數(shù)和技術(shù)要求。這是供需雙方務(wù)必充分注意的。本手冊(cè)編制參考了國(guó)內(nèi)外有關(guān)專業(yè)文獻(xiàn)，也結(jié)合了我廠長(zhǎng)期來產(chǎn)品選型計(jì)算中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。二、術(shù)語(yǔ)定義1、 調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)流量系數(shù)Kv 值的定義：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開，閥兩端壓差為1×102Kpa （1.03巴）時(shí)，流體比重為1g/cm3的540水，每小時(shí)流過調(diào)節(jié)閥的立方米數(shù)或噸數(shù)。Kv 是無量綱，僅采

2、用m 3/h或T/h的數(shù)值。Cv 值則是當(dāng)閥全開，閥前后壓差1PSi ，室溫水每分鐘流過閥門的美加侖數(shù)。Cv=1.167 Kv。確定調(diào)節(jié)閥口徑的依據(jù)是流量系數(shù)Kv 值或Cv 值。所以正確計(jì)算Kv （Cv ）值就關(guān)系到能否保證調(diào)節(jié)品質(zhì)和工程的經(jīng)濟(jì)性。若口徑選得過大，不僅不經(jīng)濟(jì)，而且調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度，會(huì)影響控制質(zhì)量，易引起振蕩和噪音，密封面易沖蝕，縮短閥的使用壽命。若口徑選得過小，會(huì)使調(diào)節(jié)閥工作開度過大，超負(fù)荷運(yùn)行，甚至不能滿足最大流量要求，調(diào)節(jié)特性差，容易出現(xiàn)事故。所以口徑的選擇必須合理，其要求是保證最大流量Qmax 時(shí)閥的最大開度Kmax 90%，實(shí)際工作開度在4080%為宜，最小流量Q

3、min 時(shí)的開度Kmin 10%。如兼顧生產(chǎn)發(fā)展，Kmax 可選在7080%，但必須滿足Kmin 10%。對(duì)高壓閥、雙座閥、蝶閥等小開度沖刷厲害或穩(wěn)定性差的閥則應(yīng)大于20%30%。2、 壓差壓差是介質(zhì)流動(dòng)的必要條件，調(diào)節(jié)閥的壓差為介質(zhì)流經(jīng)閥時(shí)的前后壓力之差，即P=P1-P2。在亞臨界流狀態(tài)下，壓差的大小直接影響流量的大小。調(diào)節(jié)閥全開壓差是有控制的，其與整個(gè)系統(tǒng)壓降之比（稱S ）是評(píng)定調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能好壞的依據(jù)，如果流量波動(dòng)較大時(shí)，S 值應(yīng)大些；波動(dòng)小，也應(yīng)小些。S 值小可節(jié)能，但太小，工作流量特性畸變厲害，降低調(diào)節(jié)品質(zhì)；S 值大，雖能提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，但能耗太大，所以S 最好限制在0.150.3。3

4、、 流量根據(jù)生產(chǎn)能力，設(shè)備負(fù)荷和介質(zhì)狀況由工藝設(shè)計(jì)、確定最大流量Qmax 、正常流量（工藝流程最大流量）Qnor 和最小流量Qmin 。為確保安全，避免調(diào)節(jié)閥在全開位置上運(yùn)行。應(yīng)使Qmax=1.251.6Qnor。4、 閃蒸、臨界壓差液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)，由于節(jié)流處流速增大，壓力降低，當(dāng)壓力降至飽和蒸汽壓時(shí)，部分液體就會(huì)氣化并以汽泡的形式存在，若在下游壓力等于或低于入口溫度的飽和蒸汽壓時(shí)，汽泡未破裂，而夾在液體中成二相流流出調(diào)節(jié)閥，此過程稱為“閃蒸”。閃蒸一般不會(huì)破壞節(jié)流元件，但會(huì)產(chǎn)生阻塞流，使調(diào)節(jié)閥流量減小，此時(shí)流量Q 基本上不隨壓差P 的增加而增加。阻塞流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪音和振動(dòng)。產(chǎn)生阻塞流的壓差稱

5、為臨界壓差PC 。5、空化、壓力恢復(fù)系數(shù)液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)，縮流斷面流速加快，壓力下降，當(dāng)壓力降到低于入口溫度飽和蒸汽壓（Pv ），造成部分液體轉(zhuǎn)變成蒸汽，出現(xiàn)汽泡，隨后由于流速下降壓力恢復(fù)使汽泡破裂。從汽泡形成到破裂的全過程稱為空化，汽泡破裂，會(huì)釋放巨大空化能，對(duì)節(jié)流元件產(chǎn)生破壞，并伴有噪聲和振動(dòng)，即謂氣蝕，這是高壓差場(chǎng)合調(diào)節(jié)閥選型必須考慮的。Pc=FL 2 P1-（0.96-0.28Pv/Pc .Pv ）式中：F L 壓力恢復(fù)系數(shù)，又稱臨界流量系數(shù)Cf （Critical flow factor），表征不同結(jié)構(gòu)閥造成的壓力恢復(fù)，以修正流量系數(shù)計(jì)算誤差，并參與判別流動(dòng)狀態(tài)。F L =Pc/Pv

6、 c=Pc/（P 1-Pv ），各種閥的F L 見表一。Pv液體入口溫度下的飽和蒸汽壓（ata ，100kPa ）（見“物理化學(xué)手冊(cè)”-上海科技出版社1985.12）。Pc熱力學(xué)臨界壓力，kgf/cm2（ata ），（見附表四、五 ），（水Pc=25.565）P 1閥上游壓力（ata ），100kPaPv c產(chǎn)生閃蒸時(shí)縮流處壓差，Pv c=P1-Pv ，（ata ，100kPa ）P c產(chǎn)生閃蒸時(shí)閥前后壓差，也稱臨界壓差，（ata ，100kPa ） 三、調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)的計(jì)算1、 液體 W流量，磅/小時(shí)P實(shí)際壓降，P 1-P 2，psi （ata ）2、 氣體 t蒸汽過熱溫度，指相同壓力過熱水

7、蒸汽比飽和水蒸汽過熱的溫度，即t=過熱水蒸汽溫度飽和水蒸汽溫度。飽和水蒸汽的t=0。P 1、P 2閥前、閥后絕對(duì)壓力（ata ），100kPa 式中：Q L 液體體積流量Nm 3/hF L -液體壓力恢復(fù)系數(shù)運(yùn)動(dòng)粘度（CST ，厘沲） 10-6m 2/s, 與動(dòng)力粘度（CP. 厘泊,10-3N.S/ m2）的關(guān)系。= （密度） 3）假若液體和蒸汽均勻混合以等速運(yùn)動(dòng)，如果進(jìn)入控制閥的蒸汽分量過小，且PC P （W ）， 采用液體有關(guān)氣蝕的公式。728G五、漸縮管對(duì)Kv 值的影響當(dāng)控制閥裝在漸縮管中間時(shí)，閥的實(shí)際流量將減小，故要修正。1）亞臨界流：Kv =R式中：R裝有漸縮管對(duì)亞臨界流容量修正系數(shù)

8、（見表二 ）（a ）閥出、入口均裝有漸縮管。2 （b 40°漸縮管和出口裝漸縮管時(shí)亞臨界流 R=D 2 0.047d22）臨界流為補(bǔ)償漸縮管在臨界流條件下的壓力損失，在相應(yīng)的臨界流公式上用F L r 代替F L ，以便在口徑計(jì)算中求得最大P= （）2. PcRr 和L r 的數(shù)值分別列于表 一 和表二。R六、對(duì)計(jì)算Kv （Cv ）值的放大，圓整和口徑選擇。按最大流量或正常流量計(jì)算得的Kv （Cv ）max 或Kv （Cv ）nor 值要作適當(dāng)放大。其放大系數(shù)m 是指圓整選定后的Kv 值與Kvmax 或Kvnor 的比值：m= Kv 1.15或 K 2.5， Kvmax Kvnor m

9、 的取值與選擇的條件、流量特性、可調(diào)比、對(duì)應(yīng)的工作開度要求（10%90%）及 L是否考慮生產(chǎn)發(fā)展等因素有關(guān)。m 的一般取值如下表。 m 的計(jì)算式直線特性：m= R（ l ）（R-1）+1L（1- l ） 等百分比：m=R式中：R可調(diào)比（見表）， l閥的實(shí)際開度，L閥的最大開度 閥的相對(duì)行程七、控制閥的開度驗(yàn)算和不同開度的流量計(jì)算1、開度驗(yàn)算公式：等百分比：l = 1- logm L直線： l = R-mm平方根：l = 1- L 式中：計(jì)算最大開度時(shí)的m= KvKvmax計(jì)算最小開度時(shí)的m= KvKvmin式中：Kv 為所選閥口徑的對(duì)應(yīng)的Kv 值。Kvmax 、Kvmin 均為計(jì)算值。調(diào)節(jié)閥最

10、大流量時(shí)的開度不超過90%。最小流量時(shí)的開度不小于10%。實(shí)際工作開度以3080%為宜?？烧{(diào)比R 由所選閥的類型確定，見下表：閥類輕小型P 、N 、M 、S 精小型P 、M ， CV300系列V 型、O 型球閥蝶閥偏心旋轉(zhuǎn)閥 三通分流、合流閥 閥體分離閥 R2、不同開度的流量計(jì)算根據(jù)下表，當(dāng)Qmax 為已知時(shí)，則很容易計(jì)算出相對(duì)開度下的流量Q 。 如閥的R=30時(shí)，Qmax=40T，則50%開度時(shí)的直線特性閥的流量Q=40×51.7%=20.68T，等百分比R=50的閥為40T ×18.3%=7.32T，當(dāng)開度不在表列數(shù)時(shí)，可按下式計(jì)算。（）由 =R L 和 =（R+1）得

11、Qmax Qmax R L（）L等百分比特性閥：Q= Qmax R直線特性閥：Q= 1 1+（R+1）l R L例：有Qmax=60Nm3/h，Qmin=2Nm3/h的等百分比閥，求開度25%時(shí)的理想流量Q 為多少？ =30 （）Qmin 2 QmaxR L =60×30（(25%-1）=4.68Nm3/h當(dāng)閥為直線特性時(shí) （R+1） =60×（30+1）3/h六口徑計(jì)算實(shí)例例1介質(zhì)：25水，P1=1.8MPa，P2=1.0MPa，Qmax=220Nm3/h，Qmin=40 Nm3/h，要求泄漏等級(jí)5×10-3×閥額定容量。計(jì)算：1）根據(jù)泄漏等級(jí)選JM

12、，查得F L =0.92，25水，Pv=0.032×102kPa ，Pc=255.65×102kPa 。2）Pv 0.5P1，0.032P=18-10=8×102kPa Pc=FL 2（P-Pv ）2=0.92(18-0.032=16.5×102kPa 。 判為一般流動(dòng)。3）Kvmax=Qmax 77.8，Kvmin=Qmin 40 14.1 P 8 P 84JM 閥R=50，選等百分比特性，0.9時(shí)，m=1.48則Kv=77.8×1.48=115.1， L選DN=100，Kv=1605）開度驗(yàn)算 ，(90%，合格）logR log50 =37

13、.9%，(10%，合格）LogR log50 3.5，能滿足 。Qmin 14.1例2介質(zhì)空氣，P1=6.9MPa，P2=0.55MPa，Qmax=2830Nm3/h，t=20，T=273+20=293，G=1，要求泄漏等級(jí)1×10-4×閥額定容量。解：1）選JP ，F(xiàn) L =0.92）P=6.9-0.55=6.353 0.92 0.5FL 2 =0.5×0.92=0.410.5 FL 2，判為臨界流。P1 6.9 P14）6.90.7，應(yīng)引入壓縮系數(shù)修正，Pr= =1.8， Pc 38.4 Tc 132.42查表三，Z=0.965，Y=1.63 P = 1.63 63.5 =1.74F L P1 0.9 695 6