调节阀的流量系数及其计算

1、调节阀的流量系数及其计算, 调节阀计算的理论基础 1. 调节阀节流原理和流量系数 如果调节阀前后的管道直径一致，流速相同。根据流体的能量守恒原理，不可压缩流体流经调节阀的能量损失为： （41） 式中 H P1调节阀阀前的压力 P2调节阀阀后的压力 流体密度 g重力加速度,如果调节阀的开度不变，流经调节阀的流体不可压缩，则流体的密度不变，那么，单位重量的流体的能量损失与流体的动能成正比，即 （42） 式中 流体的平均速度； g重力加速度； 调节阀的阻力系数 流体调节阀中的平均速度为： （43） 式中 Q流体的体积流量 A调节阀连接管的横截面积,综合上述三式（41），（42），（43），可得调节阀

2、的流量方程式为： （44） 若上述方程式各项系数采用如下单位： A2 ； g/ 2 (即 105Ns2/ 4 )； P100KPa（ 10N/ 2 ）； P1，P2 100KPa（ 10N/ 2 ）； Q m4 /h 代入式（44）得： （ 3/s ）,(m3 /h) (m3 /h) (45) 式(4-5)是调节阀的流量方程式 若A不变， P不变， ，Q ；反之， ，Q 若 则式（45）可改写为： （46） 式中 （47）,在采用国际单位制时，流量系数用KV表示。 KV的定义为：温度为278313K（540）的水在105Pa压降下，1小时内流过阀门的立方米数。 许多采用英制单位的国家用CV表示

3、流量系数。 CV的定义为：用4060F的水，保持阀门两端的压差为 阀门全开状态下每分钟流过的水的美加仑数。 KV 和CV的换算如下： CV 1.167 KV 2.压力恢复和压力恢复系数 当流体流过调节阀时，其压力变化情况见图41和42所示,图流体流过节流孔时压力和图单座阀与球阀的压力 速度的变化恢复比较,根据流体的能量守衡定律可知，在阀芯、阀座由与节流作用而在附近得 下游处产生一个缩流（见图41），其流体速度最大，但静压最小，在远离缩流处，随着阀门流通面积得 增大，流体的速度减小，由与相互摩擦，部分能量转变成内能，大部分静压被恢复但已不能恢复到P1值。 当介质为气体（可压缩）时，当阀的压差达到

4、某 一临界值得时，通过调节阀的流量将达到极限。即使进一步增加压差，流量也不会再增加。 当介质为液体（不可压缩）时，一但压差增大到是以引起液体汽化，即产生闪蒸和空化作用时，也会出现这种极限的流量。这种极限流量为阻塞流。由图41可知，阻塞流产生于缩流处及其下游。产生阻塞流时的压差为PT。为说明这一特性，可以用压力恢复系数FL来描述：,（48） 即： （49） 上式中PTP1P2， PVC表示产生阻塞流时缩流断面的压力。 FL值是阀体内部几何形状的函数。一般FL 0.50.98， FL越小， P 比P1 PVC小得越多，即恢复越大。 从图42中可以看出，球阀的压差损失PA小于单座阀的压差损失PB 。

5、 3.闪蒸、空化及其影响 在调节阀内流动的液体，常出现闪蒸和空化两种现象。它们的发生不但影响口径的选择和计算，而且将导致严重的噪声、振动，材质的破坏等，直接影响调节阀的使,用寿命。 如图41所示，当压力为P1的液体流经节流孔时，流速突然急剧增加，而静压力下降；当n后压力P2PV（饱和蒸汽压）部分液体就汽化成气体，形成汽液两相共存的现象，这种现象称为闪蒸。 如果产生闪蒸之后，P2不是保持在饱和蒸汽压之下，在离开节流孔之后又急骤上升，这是气泡产生破裂并转化为液体，这个过程叫做空化作用。 4.阻塞流对计算的影响 当阻塞流出现之后，流量与P （P1P2 ）之间的关系已不再遵循公式（47）的规律。 从图

6、43可见，当按实际压差计算时，Qmax要比阻塞流量Qmax大很多，为粗确求得KV值。,只能把开始产生阻塞流时的阀压降 作为计算用压降。 对于不可压缩液体，它产生阻塞流时， PVC值与液体介质的物理性质有关。 即 PVC FF PV （410） 式中 PV 液体的饱和蒸汽压力 FF 液体的临界压力比系数,FF值可用下式计算：（也可以从图中查出） (4-11) 从式（49）可见，只要求得PVC便可得到不可压缩液体是否形成阻塞流的判断条件，显然 即为产生阻塞流时的阀压降，因此，当 即 时，为阻塞流情况 对于可压缩液体，引入一个称为压差比X的系数 也就是说，阀门压降P与入口压力P1的比称为压差比。若以

7、空气作用试验流体，对于一个特定的调节阀，当产生阻塞流时，其压差比是一个固定常数称为临界压差比XT 。,对别的可压缩流体，只要把XT乘一个比热系数FK即为产生阻塞流时的临界条件。 当X FK XT时，为阻塞流情况 当X FK XT时，为非阻塞流情况 流量系数的计算 在确定阀门口径时，最主要的依据和工作程序就是计算流量系数。 1.不可压缩液体 在安装条件下，为了使流量系数计算公式能适用于各种单位，并考虑到念度，管道等的影响，可把公式演变为如下的形式： （412）,式中 FP管道的几何形状系数，无量纲，当没有附接管件时， FP 1； FR雷诺系数，无量纲，在紊流体状态时， FR 1； 相对密度，在1

8、5.5时， 1.0; N1数字常数，采用法定计量单位N1。 根据计算理论，在计算液体流量系数时，按三种情况分别计算：非阻塞流、阻塞流、低雷诺数。在用判别式判定后，用不同的公式进行计算。 非阻塞流 当 的情况下，其计算公式为： （413）,或 (4-14) 式中 QL流过调节阀的体积流量，m3/h； WL流过调节阀的质量。Kg/h， （pp1p2） p1阀前压力，Kpa p2阀后压力，kpa pL液体的密度，g/cm3 （2）阻塞流 当PFL2（P1FFPV）的情况下，即把产生阻 塞流的压差值FL2（P1FFPV）代入（413）， （414）其计算公式为：,（415） 或 （416） 低雷诺数液

9、体的计算。 流量参数KV是在适当的雷诺数，紊流情况现测定的。随着雷诺数Re增大， KV值变化不大，然而当雷诺数变小时， KV值会变小，因此对雷诺数偏低的流体对KV值计算公式要进行校正。修正后的流量参数为KV 即 （417）,式中 修正后的流量系数； KV紊流条件时，按（413）（416）计算的流量系数； FR雷诺数修正系数，可按雷诺数Re大小从图中查出。 雷诺数可以根据阀的结构和粘度等因素由下列公式求得： a.对具有两个平行流路的 调节阀，如直通双座阀、蝶阀、偏心旋转阀等雷诺数为： （418）,b.对只有一个流路的调节阀，如直通单座阀、套筒阀、球阀、角阀、隔膜阀等，雷诺数为： （419） 式中

10、 流体在流动温度下的运动粘度，mm2/s。 2.可压缩流体 非阻塞流 当 XFkXT时，采用法定计量单位制，则计算公式为： （420）,或 （421） 或 （422） 式中 Qg气体标准体积流量，Nm3/h; N气体标准状态下密度，Kg/Nm3 P1阀前绝对压力，KPa; X压差比（x=P/P1）; Y膨胀系数； T1入口绝对温度，K； M气体分子量；,G气体的相对密度（空气为1）； Z压缩系数。 a.压缩系数 压缩系数Z是比压力和逼问度的函数 比压力的定义是：实际入口的绝对压力P1与流体临界压力之比， 比问度的定义是：入口绝对温度T1与临界温度之比 侧 Pr=P1/Pc (4-23) Tr=

11、T1/Tc (4-24) 由Pr,Tr查图可得压缩系数Z b.膨胀系数 膨胀系数Y用来校正从阀的入口到阀的缩流出气体密度的变化，在可压缩流情况下，由于紊流几乎始终存在，所以雷诺数的影响极小，可忽略。其它因素与Y 的,关系可以表示如下： （425） 式中 XT临界压差比； X压差比； FK比热比系数，空气的FK1，对非空气介质则： FKK/1.4 (K是气体的绝热指数) 阻塞流 当XFKXT时，即出现阻塞流的情况，即压差比X达到FKXT时流量达到极限值，因此，Y值只能在 0.667到1.0的范围内，流量系数的计算公式可简化为：,(426) 或 （427） 或 （428） 3.蒸汽,（1）非阻塞流 （XFKXT）时 （429） 或 （430） （2）阻塞流 （XFkXT）时 （431）,或 （432） 式中 Ws蒸汽的质量流量，Kg/h； s阀前入口蒸汽的密度，Kg/m3； 如果是过热蒸汽，应代入过热条件下的实际密度。 4.两相流体 （1）流体于非液化性气体 先决条件：液体PFL2(P1P2)气体XFKXT两条件都能满足。 （433）,式中 （434） 或 （435） 或 （436） （2）液体于蒸汽,当蒸汽占绝大部分的两相混合体，用式 （433）进行计算。