调节阀的口径计算.docx
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调节阀的口径计算.docx
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调节阀的口径计算
控制阀的口径计算
一、引言
控制阀(调节阀)在工业生产过程自控系统中的作用犹如“手足”,其重要性是不言而喻的。
如何使用户获得满意的产品,除了制造上的精工细作外,还取决于正确的口径计算,产品选型,材料选用等,而其前提是要准确掌握介质、流量、压力、温度、比重等工艺参数和技术要求。
这是供需双方务必充分注意的。
本手册编制参考了国内外有关专业文献,也结合了我厂长期来产品选型计算中的实际经验。
二、术语定义
1、调节阀的流量系数
流量系数Kv值的定义:
当调节阀全开,阀两端压差为1×102Kpa(1.03巴)时,流体比重为1g/cm3的5℃~40℃水,每小时流过调节阀的立方米数或吨数。
Kv是无量纲,仅采用m3/h或T/h的数值。
Cv值则是当阀全开,阀前后压差1PSi,室温水每分钟流过阀门的美加仑数。
Cv=1.167Kv。
确定调节阀口径的依据是流量系数Kv值或Cv值。
所以正确计算Kv(Cv)值就关系到能否保证调节品质和工程的经济性。
若口径选得过大,不仅不经济,而且调节阀经常工作在小开度,会影响控制质量,易引起振荡和噪音,密封面易冲蚀,缩短阀的使用寿命。
若口径选得过小,会使调节阀工作开度过大,超负荷运行,甚至不能满足最大流量要求,调节特性差,容易出现事故。
所以口径的选择必须合理,其要求是保证最大流量Qmax时阀的最大开度Kmax≤90%,实际工作开度在40—80%为宜,最小流量Qmin时的开度Kmin≥10%。
如兼顾生产发展,Kmax可选在70—80%,但必须满足Kmin≮10%。
对高压阀、双座阀、蝶阀等小开度冲刷厉害或稳定性差的阀则应大于20%~30%。
2、压差
压差是介质流动的必要条件,调节阀的压差为介质流经阀时的前后压力之差,即ΔP=P1-P2。
在亚临界流状态下,压差的大小直接影响流量的大小。
调节阀全开压差是有控制的,其与整个系统压降之比(称S)是评定调节阀调节性能好坏的依据,如果流量波动较大时,S值应大些;波动小,也应小些。
S值小可节能,但太小,工作流量特性畸变厉害,降低调节品质;S值大,虽能提高调节品质,但能耗太大,所以S最好限制在0.15~0.3。
3、流量
根据生产能力,设备负荷和介质状况由工艺设计、确定最大流量Qmax、正常流量(工艺流程最大流量)Qnor和最小流量Qmin。
为确保安全,避免调节阀在全开位置上运行。
应使Qmax=1.25~1.6Qnor。
4、闪蒸、临界压差
液体流经调节阀时,由于节流处流速增大,压力降低,当压力降至饱和蒸汽压时,部分液体就会气化并以汽泡的形式存在,若在下游压力等于或低于入口温度的饱和蒸汽压时,汽泡未破裂,而夹在液体中成二相流流出调节阀,此过程称为“闪蒸”。
闪蒸一般不会破坏节流元件,但会产生阻塞流,使调节阀流量减小,此时流量Q基本上不随压差△P的增加而增加。
阻塞流动会产生噪音和振动。
产生阻塞流的
压差称为临界压差△PC。
5、空化、压力恢复系数
液体流经调节阀时,缩流断面流速加快,压力下降,当压力降到低于入口温度饱和蒸汽压(Pv),造成部分液体转变成蒸汽,出现汽泡,随后由于流速下降压力恢复使汽泡破裂。
从汽泡形成到破裂的全过程称为空化,汽泡破裂,会释放巨大空化能,对节流元件产生破坏,并伴有噪声和振动,即谓气蚀,这是高压差场合调节阀
选型必须考虑的。
△Pc=FL2[P1-(0.96-0.28√Pv/Pc.Pv)]
式中:
FL—压力恢复系数,又称临界流量系数Cf(Criticalflowfactor),表征不同结构阀造成的压力恢复,以修正流量系数计算误差,并参与判别流动状态。
FL=√△Pc/△Pvc=√△Pc/(P1-Pv),各种阀的FL見表一。
Pv—液体入口温度下的饱和蒸汽压(ata,100kPa)(见“物理化学手册”
-上海科技出版社1985.12)。
Pc—热力学临界压力,kgf/cm2(ata),(见附表四、五),(水Pc=25.565)
P1—阀上游压力(ata),100kPa
△Pvc—产生闪蒸时缩流处压差,△Pvc=P1-Pv,(ata,100kPa)
△Pc—产生闪蒸时阀前后压差,也称临界压差,(ata,100kPa)
三、调节阀流量系数的计算
1、液体
W—流量,磅/小时
△P—实际压降,P1-P2,psi(ata)
2、气体
△t—蒸汽过热温度℃,指相同压力过热水蒸汽比饱和水蒸汽过热的温度,即△t=过热水蒸汽温度—饱和水蒸汽温度。
饱和水蒸汽的△t=0。
P1、P2—阀前、阀后绝对压力(ata),100kPa
式中:
QL—液体体积流量Nm3/h
FL--液体压力恢复系数
γ—运动粘度(CST,厘沲)10-6m2/s,与动力粘度μ(CP.厘泊,
10-3N.S/m2)的关系。
γ=μ
ρ(密度)
3)假若液体和蒸汽均匀混合以等速运动,如果进入控制阀的蒸汽分量过小,且△PC<△P(W),采用液体有关气蚀的公式。
72.8G
五、渐缩管对Kv值的影响
当控制阀装在渐缩管中间时,阀的实际流量将减小,故要修正。
1)亚临界流:
Kv=
R
式中:
R—装有渐缩管对亚临界流容量修正系数(见表二)
(a)阀出、入口均装有渐缩管。
2
(b40°渐缩管和出口装渐缩管时亚临界流R=D20.047d2
2)临界流
为补偿渐缩管在临界流条件下的压力损失,在相应的临界流公式上用FLr代替FL,以
便在口径计算中求得最大△P=())2.△Pc
R
r和Lr的数值分别列于表一和表二。
R
六、对计算Kv(Cv)值的放大,圆整和口径选择。
按最大流量或正常流量计算得的Kv(Cv)max或Kv(Cv)nor值要作适当放大。
其放大系数m是指圆整选定后的Kv值与Kvmax或Kvnor的比值:
m=Kv>1.15或K>2.5,KvmaxKvnorm的取值与选择的条件、流量特性、可调比、对应的工作开度要求(10%<<90%)及L
是否考虑生产发展等因素有关。
m的一般取值如下表。
m的计算式
直线特性:
m=R
(l)(R-1)+1
L
(1-l)等百分比:
m=R
式中:
R—可调比(见表),l—阀的实际开度,
L—阀的最大开度阀的相对行程
七、控制阀的开度验算和不同开度的流量计算
1、开度验算公式:
等百分比:
l=1-logmL
直线:
l=R-m
m
平方根:
l=1-L
式中:
计算最大开度时的m=Kv
Kvmax
计算最小开度时的m=Kv
Kvmin
式中:
Kv为所选阀口径的对应的Kv值。
Kvmax、Kvmin均为计算值。
调节阀最大流量时的开度不超过90%。
最小流量时的开度不小于10%。
实际工作开度以30~80%为宜。
可调比R由所选阀的类型确定,见下表:
阀类
轻小型P、N、M、S精小型P、M,CV300系列V型、O型球阀蝶阀偏心旋转阀三通分流、合流阀阀体分离阀R
2、不同开度的流量计算
根据下表,当Qmax为已知时,则很容易计算出相对开度下的流量Q。
如阀的R=30时,Qmax=40T,则50%开度时的直线特性阀的流量Q=40×51.7%=20.68T,等百分比R=50的阀为40T×18.3%=7.32T,当开度不在表列数时,可按下式计算。
()
由=RL和=(R+1)得
QmaxQmaxRL
()
L
等百分比特性阀:
Q=QmaxR
直线特性阀:
Q=1[1+(R+1)l]
RL
例:
有Qmax=60Nm3/h,Qmin=2Nm3/h的等百分比阀,求开度25%时的理想流量Q为多少?
=30()
Qmin2QmaxRL=60×30
((25%-1)=4.68Nm3/h
当阀为直线特性时(R+1)]=60×(30+1)3/h
六.口径计算实例
例1.介质:
25℃水,P1=1.8MPa,P2=1.0MPa,Qmax=220Nm3/h,Qmin=40Nm3/h,要求泄漏等级5×10-3×阀额定容量。
计算:
1)根据泄漏等级选JM,查得FL=0.92,25℃水,Pv=0.032×102kPa,Pc=255.65×
102kPa。
2)Pv<0.5P1,0.032<P=18-10=8×102kPa<△Pc=FL2(P-Pv)
2
=0.92(18-0.032=16.5×102kPa。
判为一般流动。
3)Kvmax=Qmax77.8,Kvmin=Qmin4014.1△P8△P8
4JM阀R=50,选等百分比特性,0.9时,m=1.48则Kv=77.8×1.48=115.1,L
选DN=100,Kv=160
5)开度验算,(<90%,合格)
logRlog50=37.9%,(>10%,合格)
LogRlog50>3.5,能满足。
Qmin14.1
例2.介质空气,P1=6.9MPa,P2=0.55MPa,Qmax=2830Nm3/h,t=20℃,T=273+20℃=293℃,G=1,要求泄漏等级1×10-4×阀额定容量。
解:
1)选JP,FL=0.9
2)△P=6.9-0.55=6.35
30.920.5FL2=0.5×0.92=0.41>0.5FL2,判为临界流。
P16.9P1
4)∵6.9>0.7,应引入压缩系数修正,
Pr==1.8,Pc38.4Tc132.42
查表三,Z=0.965,Y=1.63△P=1.6363.5=1.74
FLP10.969
5
6例3t=21解:
123456例4.),P2=4.5×解:
123查图二曲线得FR=0.9,
4)修正0.9
5Kv=25.3×1.48=37.5,选DN50,Kv=40
例5、按上例4,如当阀出入口均有DN80渐缩管时,D/d=80/50=1.6,由表二查得修正系数R=0.95,
Kv’26.6Kv=26.6×1.48=39.4
R0.95
仍可按原选DN50,Kv=40
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