调节阀的口径计算.docx

1、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1102Kpa （1.03巴）时，流体比重为1g/cm3的540水，每小时流过调节阀的立方米数或吨数。Kv 是无量纲，

2、仅采用m 3/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=1.167 Kv。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4080%为宜，最小流

3、量Qmin 时的开度Kmin 10%。如兼顾生产发展，Kmax 可选在7080%，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P=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0.150.3

4、。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=1.251.6Qnor。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

5、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=FL 2 P1-（0.96-0.28Pv/Pc .Pv ）式中：F L 压力恢复系数，又称临界流量系数Cf （Critical flow factor），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。F L =Pc/

6、Pv c=Pc/（P 1-Pv ），各种阀的F L 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）P 1阀上游压力（ata ），100kPaPv c产生闪蒸时缩流处压差，Pv c=P1-Pv ，（ata ，100kPa ）P c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，P 1-P 2，psi （ata ）2、 气体 t蒸汽过热温度，指相同压力过

7、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。P 1、P 2阀前、阀后绝对压力（ata ），100kPa 式中：Q L 液体体积流量Nm 3/hF L -液体压力恢复系数运动粘度（CST ，厘沲） 10-6m 2/s, 与动力粘度（CP. 厘泊,10-3N.S/ m2）的关系。= （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。728G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

8、系数（见表二 ）（a ）阀出、入口均装有渐缩管。2 （b 40渐缩管和出口装渐缩管时亚临界流 R=D 2 0.047d22）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F L r 代替F L ，以便在口径计算中求得最大P= （）2. PcRr 和L r 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， Kvmax Kvnor m 的取值

9、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）+1L（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- logm L直线： l = R-mm平方根：l = 1- L 式中：计算最大开度时的m= KvKvmax计算最小开度时的m= KvKvmin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

10、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3080%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 R2、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=4051.7%=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 =R L 和 =（R+1）得Qmax Qmax R L（）L

11、等百分比特性阀：Q= Qmax R直线特性阀：Q= 1 1+（R+1）l R L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 （）Qmin 2 QmaxR L =6030（(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=40 Nm3/h，要求泄漏等级510-3阀额定容量。计算：1）根据泄漏等级选JM ，查得F L =0.92，25水，Pv=0.032102kPa ，Pc=255.

12、65102kPa 。2）Pv 0.5P1，0.032P=18-10=8102kPa Pc=FL 2（P-Pv ）2=0.92(18-0.032=16.5102kPa 。 判为一般流动。3）Kvmax=Qmax 77.8，Kvmin=Qmin 40 14.1 P 8 P 84JM 阀R=50，选等百分比特性，0.9时，m=1.48则Kv=77.81.48=115.1， L选DN=100，Kv=1605）开度验算 ，(90%，合格）logR log50 =37.9%，(10%，合格）LogR log50 3.5，能满足 。Qmin 14.1例2介质空气，P1=6.9MPa，P2=0.55MPa，Q

13、max=2830Nm3/h，t=20，T=273+20=293，G=1，要求泄漏等级110-4阀额定容量。解：1）选JP ，F L =0.92）P=6.9-0.55=6.353 0.92 0.5FL 2 =0.50.92=0.410.5 FL 2，判为临界流。P1 6.9 P14）6.90.7，应引入压缩系数修正，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例3t=21解：123 4 5 6 例4），P2=4.5解：12 3 查图二曲线得F R =0.9，4）修正 0.95 Kv=25.31.48=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 26.6 Kv=26.61.48=39.4R 0.95仍可按原选DN50，Kv=40