調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)及其計算

1、調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)及其計算 調(diào)節(jié)閥計算的理論基礎(chǔ) 1. 調(diào)節(jié)閥節(jié)流原理和流量系數(shù) 調(diào)節(jié)閥是一個局部阻力可改變的節(jié)流元件 如果調(diào)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(diào)節(jié)閥的能量損失為： （41）式中 H單位重量流體流過調(diào)節(jié)閥的能量損失； P1調(diào)節(jié)閥閥前的壓力 P2調(diào)節(jié)閥閥后的壓力 流體密度 g重力加速度gPPH21 如果調(diào)節(jié)閥的開度不變，流經(jīng)調(diào)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 （42）式中 流體的平均速度； g重力加速度； 調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù) 流體調(diào)節(jié)閥中的平均速度為： （43）式中 Q流體的體積流量 A

2、調(diào)節(jié)閥連接管的橫截面積 gH22AQ 綜合上述三式（41），（42），（43），可得調(diào)節(jié)閥的流量方程式為： （44）若上述方程式各項系數(shù)采用如下單位： A2 ； g/ 2 (即 105Ns2/ 4 )； P100KPa（ 10N/ 2 ）； P1，P2 100KPa（ 10N/ 2 ）； Q m4 /h代入式（44）得： （ 3/s ）212PPAQ510P102AQ (m3 /h) (m3 /h) (45)式(4-5)是調(diào)節(jié)閥的流量方程式若A不變， P不變， ，Q ；反之， ，Q 若 則式（45）可改寫為： （46）式中 （47） PA561020103600PAQ09.5 AC09.5PC

3、QPQAC09. 5 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278313K（540）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4060F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 1.167 KV2.壓力恢復(fù)和壓力恢復(fù)系數(shù) 當(dāng)流體流過調(diào)節(jié)閥時，其壓力變化情況見圖41和42所示 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(fù)比較 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41），其流體速度

4、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(zhuǎn)變成內(nèi)能，大部分靜壓被恢復(fù)但已不能恢復(fù)到P1值。 當(dāng)介質(zhì)為氣體（可壓縮）時，當(dāng)閥的壓差達到某 一臨界值得時，通過調(diào)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(dāng)介質(zhì)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41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(fù)系數(shù)FL來描述： （48）即： （49）上式中PTP1P2， PVC表示產(chǎn)生阻塞流時縮流斷面的壓力

5、。 FL值是閥體內(nèi)部幾何形狀的函數(shù)。一般FL 0.50.98， FL越小， P 比P1 PVC小得越多，即恢復(fù)越大。 從圖42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(diào)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(dǎo)致嚴重的噪聲、振動，材質(zhì)的破壞等，直接影響調(diào)節(jié)閥的使 VCLPPPPF121VCLTPPFP12用壽命。 如圖41所示，當(dāng)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(dāng)n后壓力P2PV（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

6、，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(zhuǎn)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(dāng)阻塞流出現(xiàn)之后，流量與P （P1P2 ）之間的關(guān)系已不再遵循公式（47）的規(guī)律。 從圖43可見，當(dāng)按實際壓差計算時，Qmax要比阻塞流量Qmax大很多，為粗確求得KV值。 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(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān)。即 PVC FF PV （410） 式中 PV 液體的飽和蒸汽壓力 FF 液體的臨界壓力比系數(shù)PFF值可用下式計算：（也可以從圖中查出） (4-11)從式（49）可見，

7、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(dāng) 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(diào)節(jié)閥，當(dāng)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 。 CVFPPF28. 096. 0VCLPPF12VCLPPFP12VFLPFPFP121PPX 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(dāng)X FK XT時，為阻塞流情況 當(dāng)X FK XT時，為非阻塞流情況 流量系數(shù)的計算 在確定閥門口徑時，

8、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)槿缦碌男问剑?（412）PFFNQCRP01式中 FP管道的幾何形狀系數(shù)，無量綱，當(dāng)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N1。 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(dāng) 的情況下，其計算公式為： （413）00VFLPFPFP12PQ

9、KLLV10或 (4-14) 式中 QL流過調(diào)節(jié)閥的體積流量，m3/h； WL流過調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量。Kg/h， （pp1p2） p1閥前壓力，Kpa p2閥后壓力，kpa pL液體的密度，g/cm3 （2）阻塞流 當(dāng)PFL2（P1FFPV）的情況下，即把產(chǎn)生阻 塞流的壓差值FL2（P1FFPV）代入（413）， （414）其計算公式為： LLVPWK 210 （415）或 （416） 低雷諾數(shù)液體的計算。 流量參數(shù)KV是在適當(dāng)?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(dāng)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

10、即 （417） )(1012VFLLLVPFPFQKVFLLVPFPFWK12210RVVFKK式中 修正后的流量系數(shù)； KV紊流條件時，按（413）（416）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(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)閥，如直通雙座閥、蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等雷諾數(shù)為： （418） VKVLKQ49490Re b.對只有一個流路的調(diào)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： （419）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(dāng) XFkXT時，采用法定計量單

11、位制，則計算公式為： （420） VLkQ70700Re XzTYPQKNgV1119.5或 （421）或 （422）式中 Qg氣體標準體積流量，Nm3/h; N氣體標準狀態(tài)下密度，Kg/Nm3 P1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；XMZTYPQkgV116 .24XGZTYPQkgV1157. 4 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(cè) Pr=P1/Pc (4

12、-23) Tr=T1/Tc (4-24)由Pr,Tr查圖可得壓縮系數(shù)Z b.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 的關(guān)系可以表示如下： （425）式中 XT臨界壓差比； X壓差比； FK比熱比系數(shù)，空氣的FK1，對非空氣介質(zhì)則： FKK/1.4 (K是氣體的絕熱指數(shù)) 阻塞流 當(dāng)XFKXT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：TKXFXY31 (426) 或 （427） 或 （428） 3.蒸汽 TgvkXZpQk19 . 2TgVkXMZTpQK119 .13TgVkXGZTpQK1158. 2 （1）非阻塞流 （XFKXT）時 （429） 或 （430） （2）阻塞流 （XFkXT）時 （431）sSVXPYWK1116.3XMZTYPWKSV111.1