控制阀压力恢复系数的试验分析及应用.docx
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控制阀压力恢复系数的试验分析及应用
控制阀压力恢复系数的试验分析及应用
｜ControlValve｜May201234
控制阀综述MarketOverview
控制阀压力恢复系数的
试验分析及应用
文/邢建辉天津精通控制仪表技术有限公司
ByJianhui,XingTianjinJINGTONGInstrumentTechnologyCO.,Ltd
压力恢复系数FL的介绍
FL值是阀体内部几何形状的函数，
它是一个实验数据，它表示了控制阀内液
体流经缩流处后动能转变为静压能的恢复
能力，故称为压力恢复系数。
提出FL的目
的，在于判断流体通过控制阀时是否产生
阻塞流，并用于在产生阻塞流条件下，计
算控制阀流量并合理地选用。
当介质是液体，阀前压力为P1，液
体通过控制阀时在节流面附近下游处产
生缩流，因为系统物料守恒，系统内各
点的流量相等，所以此时其流速最大，
又因能量守恒，其静压最小；在远离缩
流处，随着阀内流通面积的增大，流体
的流速逐渐减小，压力增大，由于有压
力损失，所以只能恢复部分压力，这
时阀后压力P2形成，控制阀压差△P也
就最终形成。
当压差△P达到一定数值
时，部分流体在该操作温度下气化，产
生了气液两相流，即产生了闪蒸和空化
作用，这时P1不变，进一步增加压差△
P，介质中的气体会压缩以致阻止流量
在工程项目中，控制阀的合理选择至关重要，
需要根据参数对控制阀进行计算与选型，在计算和
选型中通常需要考虑压力恢复系数FL对流量的影
响。
Reasonableselectionofcontrolvalveplays
animportantroleinengineeringprojects,which
shouldbebasedonparameters.FLmustbe
considedduringcalculatingandselecting.
图1开度和P1不变，压差与流量的关系
增加，这种极限状态称为阻塞流。
（见
图1）
其中，Q-阻塞流条件下的流
量，m3/h；
△P?
阀门前后压差，kPa；
FL?
液体压力恢复系数，无量纲；
非阻塞流理想状态
临界点
FLP1-Ff×PvP1-Ff×Pv
Q
Q
0
△P
ExperimentalAnalysisandApplicationofControlValvePressure-RecoveryFactors
P1?
阀门入口绝对压力，kPa；
Ff?
液体临界压力比系数（规定温
度范围内的水Ff0.96），无量纲；
Pv?
入口温度下液体蒸汽的绝对压
力（规定温度范围内的水Pv2.34），
kPa。
阻塞流
2012年5月｜控制阀信息｜35
流量并记录入口压力和出口压力。
本试
验可确定此试验系统中试验样品的最大
压差（P1-P2）。
在相同入口压力下，
将压差降低到第一次试验确定压差的
90%（此处应注明可低于90%），进行
第二次试验。
如果第二次试验的流量
与第一次试验的流量相差不超过2%，
则可以将第一次试验测得的流量作为
Q，否则就在一个较高的入口压力下
重复整个试验过程。
为获得FL与开度的
特性关系，应在不同开度下进行试验。
我们对本公司生产的GZ单座控制阀、
GT笼式阀和201C系列V型球阀进行了
FL值的试验，并按GB/T17213.9?
?
2005/IEC60534-2-3:
1997无附接管件
的FL计算公式进行了计算：
其中，Q?
阻塞流状态下第一次
试验确定的流量，m3/h；
N1?
数字常数，压力取10
5Pa时的
值为1，压力取kPa时值为0.1；
Kv?
非阻塞流状态下该开度的流
产生阻塞流时的压差为△P阻，为
了说明这一特性，可以用压力恢复系数
FL来描述：
即△P阻FL
2（P1-PVC）
式中P1和P2为阀门前后的压力；Pvc
表示产生阻塞流时缩流断面的压力，
由于难以测量，一般计算时用Ff×Pv代
替，Ff为液体临界压力比系数，Pv为入
口温度下液体蒸汽的绝对压力。
一般FL0.5-0.99，当FL1时，压
差△P的平方根与流量Q成正比，FL越
小，压差△P比P1-Pvc小的越多，即压
力恢复能力越大。
各种阀门因结构不同，其压力恢
复能力和压力恢复系数也不尽相同。
有
的阀门流路好，流动阻力小，具有高
压力恢复能力，这类阀门称为高压力恢
复阀，例如：
O型球阀，V型球阀，蝶
阀，隔膜阀等；有的阀门流路复杂，流
阻大，压力恢复能力差，则称这类阀为
低压力恢复阀，例如：
单座阀，笼式阀
等。
低噪音控制阀，抗气蚀控制阀由于
流路非常复杂，FL值可达0.95-0.99。
压力恢复系数FL的试验
本公司已建成全新的大型流量试
验室，试验压力可达4.0MPa，为压力
恢复系数FL的试验创造了较好的条件。
我们最近对我公司生产的GT系列笼式
阀，GZ系列单座阀和201C系列V型球
阀的压力恢复系数进行了试验。
FL
P1-P2
P1-PVC
图2测试线布局
测试线布局图如图2所示。
为获取预先选定的测试阀入口压
力与压差，上、下游V型控制阀需共同
调节，并使压力压差在一个较短的时间
段里保持相对稳定，方便数据的采集。
选用V型球阀在FL等试验中可大大减少
上下游节流阀造成的压力损失，可使压
力损失几乎全部发生在被测阀门上，并
且可以保证调节精度和可调比。
考虑到
试验系统的水/气通用，并尽可能的提
高精度，我们选择了输出脉冲信号的漩
进流量计（超小流量选择了一台质量流
量计）。
一般来说，速度式流量仪表可
供选择的是4～20mA模拟量输出和脉冲
输出，考虑到模拟量输出会多一次计量
传递，对精度有影响，所以选择的是脉
冲输出。
GB/T17213.9---2005/IEC
60534-2-3:
1997《工业过程控制阀第
2-3部分：
流通能力试验程序》中8.2条
规定了液体压力恢复系数FL的试验程
序。
程序中规定下游节流阀应处于全开
位置，应在预先选定的入口压力下测量
FL
ρ1-ρ0
P1-PF*PV
Q
N1Kv
来自储罐
上游V型
调节球阀
漩进流量计
质量流量计取压点
下游V型
调节球阀
温度变送器
被测阀门
排空
流向
Flowmeter
表1单座阀FL试验数据
开度%
非阻塞流时Kv
阀前压力P110
5PaG
第一次试验压差△P110
5PaD
第一次试验流量Q1m
3/h
第二次试验压差△P210
5PaD
第二次试验流量Q2m
3/h
两次试验压差比△P2/△P1*100%
两次试验流量偏差[Q1-Q2/Q1]*100%
第一次试验时KvKvQ1/sqrt△P1
负压值P1-△P110
5PaG
FL值
100
94.7
7.05
7.89
257.0
7.01
256.1
88.9
0.36
91.5
-0.84
0.96
90
84.0
7.10
8.03
230.7
7.02
230.3
87.5
0.17
81.4
-0.94
0.97
80
71.9
10.2
11.1
228.5
9.96
226.4
89.7
0.95
68.6
-0.87
0.95
DN80单座控制阀FL试验结果
注：
黄色部分的流量超出偏差范围，FL值为估算值。
70%及更小开度下没有产生严格意义上的阻塞流。
70
51.8
20.1
20.9
231.2
18.8
218.4
89.6
5.54
50.5
-0.87
0.98
60
32.8
20.1
20.7
145.1
18.2
138.7
88.2
4.40
31.9
-0.57
0.98
50
21.4
21.1
21.3
98.2
18.6
94.5
87.4
3.72
21.3
-0.19
0.98
40
13.6
21.1
21.1
62.5
18.6
61.0
88.0
2.45
13.6
-0.06
0.98
30
8.47
23.1
23.1
40.8
20.4
38.6
88.1
5.26
8.48
-0.05
0.99
20
5.11
23.1
23.1
24.6
20.1
23.5
86.9
4.53
5.11
-0.03
0.99
10
2.56
25.0
25.0
12.9
22.2
12.3
88.6
3.96
2.57
-0.01
0.99
｜ControlValve｜May201236
表3V型球阀FL试验数据
开度%
非阻塞流时Kv
阀前压力P110
5PaG
第一次试验压差△P110
5PaD
第一次试验流量Q1m
3/h
第二次试验压差△P210
5PaD
第二次试验流量Q2m
3/h
两次试验压差比△P2/△P1*100%
两次试验流量偏差[Q1-Q2/Q1]*100%
第一次试验时KvKvQ1/sqrt△P1
负压值P1-△P110
5PaG
FL值
注：
黄色部分的流量超出偏差范围，FL值为估算值。
40%及更小开度下没有产生严格意义上的阻塞流。
100
277.9
3.97
4.83
344.5
3.41
344.1
70.5
0.13
156.7
-0.86
0.56
90
197.5
4.64
5.64
350.7
4.67
348.4
82.8
0.65
147.7
-1.00
0.75
80
151.4
4.98
5.90
288.1
5.21
286.4
88.3
0.60
118.6
-0.92
0.78
70
105.0
7.34
8.25
262.3
7.29
260.2
88.3
0.80
91.3
-0.91
0.87
60
71.5
8.04
8.98
193.2
7.95
190.8
88.5
1.24
64.5
-0.94
0.90
50
53.4
10.9
11.8
166.6
10.5
164.4
89.2
1.28
48.6
-0.91
0.91
40
33.3
12.4
13.3
116.0
11.8
113.0
88.8
2.53
31.8
-0.86
0.96
30
17.6
12.7
12.9
61.9
11.5
60.0
88.9
3.22
17.2
-0.18
0.96
20
5.25
12.3
12.3
18.3
10.8
17.5
87.3
4.48
5.22
-0.03
0.96
10
1.63
12.9
12.9
5.90
11.5
5.61
89.5
5.00
1.65
-0.02
0.98
量系数；
ρ1/ρ0?
相对密度（规定温度范围
内的水ρ1/ρ01）；
P1?
预先选定的测试阀入口绝对压
力，105Pa/kPa；
Ff?
液体临界压力比系数（规定温
度范围内的水Ff0.96，无量纲；
Pv?
入口温度下液体蒸汽的绝对压
力（规定温度范围内的水Pv2.34），
kPa。
以下表1、表2、表3、表4、表
5分别为三种口径为DN80阀门FL试
验数据，GB/T17213.2-2005/IEC
60534-2-1:
1998标准发布的部分典型值
和Fisher公司发布的DN80三种阀门FL
值。
对表1、表2、表3分析如下：
表4GB/T17213.2-2005/IEC60534-2-1:
1998标准发布的部分典型值
阀门形式
球形阀
单座
球形阀
双座
角阀
球阀
偏心
旋转阀
蝶阀
FL
0.9
0.8
0.9
0.9
0.85
0.85
0.9
0.9
0.8
0.9
0.85
0.6
0.85
0.68
0.7
流向
流开
流关
任意
流开
流关
任意
任意
流开
流关
流开
流关
任意
流开
流关
任意
阀芯类型
柱塞型
柱塞型
窗口型
套筒型
套筒型
柱塞型
窗口型
柱塞型
柱塞型
套筒型
套筒型
部分球体
柱塞型
柱塞型
60°全开
表5Fisher公司发布的FL值
阀门类型
DN80EZ
DN80ET
DN80V-ball
流向
流开
流关
任意
FL
0.92
0.82
0.57
控制阀综述MarketOverview
表2笼式阀FL试验数据
开度%
非阻塞流时Kv
阀前压力P110
5PaG
第一次试验压差△P110
5PaD
第一次试验流量Q1m
3/h
第二次试验压差△P210
5PaD
第二次试验流量Q2m
3/h
两次试验压差比△P2/△P1*100%
两次试验流量偏差[Q1-Q2/Q1]*100%
第一次试验时KvKvQ1/sqrt△P1
负压值P1-△P110
5PaG
FL值
注：
黄色部分的流量超出偏差范围，FL值为估算值。
60%及更小开度下没有产生严格意义上的阻塞流。
100
115.8
5.66
6.56
263.6
5.57
259.5
85.0
1.55
102.9
-0.90
0.88
90
103.1
8.01
8.88
273.7
7.64
272.6
86.0
0.40
91.8
-0.88
0.88
80
76.6
9.96
10.9
239.9
9.67
239.2
88.6
0.31
72.6
-0.95
0.95
70
51.9
12.4
13.4
178.5
11.9
177.1
88.4
0.75
48.7
-0.96
0.94
60
34.4
18.1
18.3
140.9
16.4
137.3
89.6
2.58
32.9
-0.25
0.94
50
21.8
20.0
20.1
94.7
18.0
90.2
89.8
4.75
21.1
-0.10
0.96
40
14.1
18.0
18.1
58.7
16.2
56.8
89.7
3.33
13.8
-0.05
0.96
30
9.35
20.0
20.1
42.1
17.9
40.4
89.1
4.10
9.39
-0.04
0.99
20
5.93
20.1
20.1
26.7
18.0
25.7
89.7
3.85
6.00
-0.04
0.99
10
3.11
21.9
21.9
14.7
19.5
14.3
89.1
2.56
3.14
-0.01
0.99
DN80V型球阀FL试验结果
DN80笼式控制阀FL试验结果
2012年5月｜控制阀信息｜37
1、压力恢复系数FL与流动阻力大
小成正比，与流路好坏成反比，流路
好，流动阻力小的阀门，压力恢复系
数FL就小，压力恢复能力越好，全开状
态下，V型球阀的FL值只有0.55；流路
差，流动阻力大的阀门FL就大，压力恢
复能力越差，全开状态下，单座阀流开
状态FL值为0.95，笼式阀流闭状态下FL
值为0.88。
2、同一台控制阀，一般情况下，
随着阀门的开度减小，在阀前压力P1不
变的条件下，负压值也变小，FL值上
升。
如想得出阻塞流条件，阀前压力必
须随阀门开度减小而增大。
3、三种控制阀在小开度下（V型
控制阀在40%以下，笼式控制阀在60%
以下，单座控制阀在70%以下）没有产
生严格意义上的阻塞流，这时已无法满
足两次试验压差≥90%，两次流量相差
≤2%的要求，因此无法做出附合标准
的压力恢复系数FL值，这时可以根据公
式大概估算一个FL值作为参考，或者大
幅度提高P1再进行试验。
通过几个表格的对比我们不难发
现，推荐的FL值一般稍小一点，这是为
了计算和选型更加保险。
一般生产厂家
只公布满开度的FL值，我们计算时采用
这个值就可以了。
压力恢复系数FL的实际应用
在项目设计和生产过程中一定要
考虑压力恢复系数FL对调节对象的影
响。
当工艺参数确定之后，首先根据
阀前压力P1，阀前后压差△P和生产厂
给出的压力恢复系数进行计算，是否符
合产生阻塞流，计算方式如下：
△P＜FL
2P1-Pf*Pv时不产生阻塞
流，计算流量时用公式：
△P≥FL
2（P1-Pf*Pv）时产生阻塞
流，计算流量时用公式：
式中，Q?
体积流量，m3/h；
ρ1/ρ0?
相对密度规定温度范围
内的水ρ1/ρ01；
FL0.1Kv
△P
ρ1-ρ0
FL0.1FLKv
P1-FfPv
ρ1-ρ0
举例说明：
电厂水处理系统中循环水工艺参
数如下：
阀前压力P1400kPa，T20℃
要求当控制阀全开时，应达到400m3/h
的流量，以此参数进行选型。
首先我们选用了V型球阀，压力恢
复系数FL为0.55，先计算是否产生阻塞
流。
因阀后放空，假设全部压力损失
都作用在V型球阀上，约为400kPa。
用判别式△P≥FL
2P1-Pf*Pv
400≥0.552501-0.96×2.34150.9
kPa
阀前后压差△P400kPa远大于
150.9kPa，所以产生阻塞流。
如不考虑阻塞流情况：
可选用本公司生产的DN80V型调
节球阀，阀的额定流量系数Kv278，
实际开度在91%左右，但即使阀门全开
流量也只能达到341.5m3/h左右，无法
满足工况要求。
而考虑阻塞流情况：
只能选择DN100V型球阀，额定
Kv441，实际开度在93%。
此时仍然会
产生阻塞流和闪蒸现象，但由于阀前
后压差△P400kPa，对阀门破坏力很
小，在实际应用中还是可行的。
此外，如果考虑选择笼式阀，口
径可能会达到DN150或DN200，这就要
再进一步进行对比选择了。
结论
1、除特殊工况外，要尽量避免工
况中产生阻塞流，选用压力恢复系数FL
较大的控制阀，如单座控制阀、笼式控
制阀，有些高压差场合还要选用抗气蚀
等阀门。
在较高压差条件下，尽量不选
用压力恢复能力强，压力恢复系数较低
的V型球阀、O型球阀、蝶阀、隔膜阀
等。
KV200
10×400
P1-PF*PV
10Q
△P
ρ1-ρ0
KV
10Q
P1-Ff*Pv
ρ1/ρ0
FL
10×400
0.55501-0.96*2.34/1
325.7
2、增大阀门口径并不能避免阻塞
流，只能保证阻塞流条件下的流量达到
工况要求。
3、各个生产厂给出的压力恢复系
数FL值都是在阀门全开状态下，经过试
验得出的。
当开度减小后，压力恢复系
数FL都会由所提高，只要阀门全开状态
下不产生阻塞流，在其他开度条件下也
不会产生阻塞流。
4、对于流路好，压力恢复系数FL
值低的阀门，在阀后放空的条件下，较
低的阀前压力就将产生阻塞流，并伴随
着负压产生，对于有衬里的球阀、截止
阀、隔膜阀，会对衬里的橡胶层、塑料
层产生极大地破坏，在使用中应引起高
度重视。
5、有些工况场合需要通过阻塞流
产生液体相变，此时可选用压力恢复系
数FL值小一些的阀门，在较低阀前压
力条件下就可完成部分液体相变的过
程。
6、通过试验可知，在阻塞流条件
下，提高阀前压力P1，阀的压差有所提
高，此时流量也有所提高，并不一定完
全停留在Q这点上。
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