控制閥的口徑計算

1、控制閥的口徑計算一、引言控制閥（調(diào)節(jié)閥）在工業(yè)生產(chǎn)過程自控系統(tǒng)中的作用猶如“手足”，其重要性是不言而喻的。如何使用戶獲得滿意的產(chǎn)品，除了制造上的精工細作外，還取決于正確的口徑計算，產(chǎn)品選型，材料選用等，而其前提是要準確掌握介質(zhì)、流量、壓力、溫度、比重等工藝參數(shù)和技術(shù)要求。這是供需雙方務必充分注意的。本手冊編制參考了國內(nèi)外有關專業(yè)文獻，也結(jié)合了我廠長期來產(chǎn)品選型計算中的實際經(jīng)驗。二、術(shù)語定義1、調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)流量系數(shù)Kv值的定義：當調(diào)節(jié)閥全開，閥兩端壓差為lX102Kpa（1.03巴）時，流體比重為1g/cm3的5C40C水，每小時流過調(diào)節(jié)閥的立方米數(shù)或噸數(shù)。Kv是無量綱，僅采用m3/h或T/

2、h的數(shù)值。Cv值則是當閥全開，閥前后壓差1PSi，室溫水每分鐘流過閥門的美加侖數(shù)。Cv=1.167Kv。確定調(diào)節(jié)閥口徑的依據(jù)是流量系數(shù)Kv值或Cv值。所以正確計算Kv（Cv）值就關系到能否保證調(diào)節(jié)品質(zhì)和工程的經(jīng)濟性。若口徑選得過大，不僅不經(jīng)濟，而且調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度，會影響控制質(zhì)量，易引起振蕩和噪音，密封面易沖蝕，縮短閥的使用壽命。若口徑選得過小，會使調(diào)節(jié)閥工作開度過大，超負荷運行，甚至不能滿足最大流量要求，調(diào)節(jié)特性差，容易出現(xiàn)事故。所以口徑的選擇必須合理，其要求是保證最大流量Qmax時閥的最大開度KmaxW90%,實際工作開度在4080%為宜，最小流量Qmin時的開度KminN10%。如

3、兼顧生產(chǎn)發(fā)展，Kmax可選在7080%，但必須滿足Kmin10%o對高壓閥、雙座閥、蝶閥等小開度沖刷厲害或穩(wěn)定性差的閥則應大于20%30%。2、壓差壓差是介質(zhì)流動的必要條件，調(diào)節(jié)閥的壓差為介質(zhì)流經(jīng)閥時的前后壓力之差，即AP=P1-P2o在亞臨界流狀態(tài)下，壓差的大小直接影響流量的大小。調(diào)節(jié)閥全開壓差是有控制的，其與整個系統(tǒng)壓降之比（稱S）是評定調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能好壞的依據(jù)，如果流量波動較大時，S值應大些；波動小，也應小些。S值小可節(jié)能，但太小，工作流量特性畸變厲害，降低調(diào)節(jié)品質(zhì)；S值大，雖能提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，但能耗太大，所以S最好限制在0.150.3。3、流量根據(jù)生產(chǎn)能力，設備負荷和介質(zhì)狀況由工藝設計、

4、確定最大流量Qmax、正常流量（工藝流程最大流量）Qnor和最小流量Qmin。為確保安全，避免調(diào)節(jié)閥在全開位置上運行。應使Qmax=1.251.6Qnor。4、閃蒸、臨界壓差液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時，由于節(jié)流處流速增大，壓力降低，當壓力降至飽和蒸汽壓時，部分液體就會氣化并以汽泡的形式存在，若在下游壓力等于或低于入口溫度的飽和蒸汽壓時，汽泡未破裂，而夾在液體中成二相流流出調(diào)節(jié)閥，此過程稱為“閃蒸”。閃蒸一般不會破壞節(jié)流元件，但會產(chǎn)生阻塞流，使調(diào)節(jié)閥流量減小，此時流量Q基本上不隨壓差3P的增加而增加。阻塞流動會產(chǎn)生噪音和振動。產(chǎn)生阻塞流的壓差稱為臨界壓差PC。5、空化、壓力恢復系數(shù)液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時，縮流斷

5、面流速加快，壓力下降，當壓力降到低于入口溫度飽和蒸汽壓(Pv),造成部分液體轉(zhuǎn)變成蒸汽，出現(xiàn)汽泡，隨后由于流速下降壓力恢復使汽泡破裂。從汽泡形成到破裂的全過程稱為空化，汽泡破裂，會釋放巨大空化能，對節(jié)流元件產(chǎn)生破壞，并伴有噪聲和振動，即謂氣蝕，這是高壓差場合調(diào)節(jié)閥選型必須考慮的。PC=FL2PI-(0.96-0.28VPv/Pc.Pv)式中：Fl壓力恢復系數(shù)，又稱臨界流量系數(shù)Cf(Criticalflowfactor)，表征不同結(jié)構(gòu)閥造成的壓力恢復，以修正流量系數(shù)計算誤差，并參與判別流動狀態(tài)。FI=廠Pc廠PvC=廠PC/(Pi-Pv),各種閥的Fl見表一。Pv液體入口溫度下的飽和蒸汽壓(at

6、a，100kPa)(見“物理化學手冊”-上?？萍汲霭嫔?985.12)。PC一熱力學臨界壓力，kgf/cm2(ata)，(見附表四、五)，(水PC=25.565)PI一閥上游壓力(ata)，lOOkPaPvC產(chǎn)生閃蒸時縮流處壓差，八PvC=P-PV,(ata，100kPa)Pc產(chǎn)生閃蒸時閥前后壓差，也稱臨界壓差，(ata,100kPa)靜壓P20.5R,PAPc，意味著有較大閃蒸，出現(xiàn)氣蝕，此時以Pc=FL2R-(0.96-0.28VPi/Pc).Pv代入。如絕對不允許出現(xiàn)氣蝕時，用初始氣蝕系數(shù)Kc代替式中Fl，(“瓦”見表一)。式中：Pv液體入口溫度下的飽和蒸汽壓，bar(ata),(見附表

7、)。25C水Pv=0.032Xi02kPaPc一熱力學臨界壓力，bar(ata)oG比重，(水=i)2)英制公式流動狀態(tài)亞臨界流8FL2(Pi-Pv)臨界流PPc體積流量Cv=QV依PCv=Q_V互FlPc重量流量WWCv=500廠P.GCv=500FtVGPc式中：Q流量，gpm/分W一流量，磅/小時P一實際壓降，Pi-P2，psi(ata)2、氣體1）公制公式流動狀態(tài)亞臨界流AP/P10.5FL2臨界流P/P10.5FL2體積流量Kv=。GT345P(PP2)Kv=QGT300P1FL重量流量40.5WKv=P(P1+P2)Gg46.7WKv=FlP1Gg式中：Q體積流量Nm3/hW一重量

8、流量1000kg/hG氣體在標準狀態(tài)下的比重（空氣=1.0）Gg流體流動溫度下的比重,Gg=G（288/T）T-流體流動時溫度。K（273+C），絕對溫度Fl閥全開時的壓力恢復系數(shù)P、P2閥前、閥后絕對壓力（ata）,100kPa,（ata）=表壓（G）+1.032）英制公式流動狀態(tài)亞臨界流AP/P10.5FL2臨界流P/P10.5FL2體積流量Cv=Q_GT963?(P1-P2)Cv=QGT834P1Fl重量流量WWCv=3.22AP(P1+P2)GCv=2.8FlP1GgQ絕對壓力為14.7磅/英寸2,溫度為60F時氣體流量，標準（英尺）3/小時。W重量流量，磅/小時T流體流動時溫度T=4

9、60+FGg流體流動溫度下的比重Gg=G.520/TP-P1-P2,psi（ata）P、P2上游、下游絕對壓力，psi3、蒸汽1）公制公式流動狀態(tài)亞臨界流AP/P10.5FL2P/P10.5FL2飽和蒸汽84.5W97.7WKv=P(P+Pc)Kv=Pl”過熱蒸汽Kv=845(1+000126E)WKv=977(1+000126At)WP(P1+P2)Ft,P1式中：W蒸汽重量流量1000kg/ht蒸汽過熱溫度C,指相同壓力過熱水蒸汽比飽和水蒸汽過熱的溫度，即1=過熱水蒸汽溫度-飽和水蒸汽溫度。飽和水蒸汽的=0。Pi、P2閥前、閥后絕對壓力（ata）,lOOkPa2）英制公式流動狀態(tài)P20CS

10、T（厘海）或1OOSSU（賽波特秒），或流體雷諾數(shù)Rev10-4時，液體處于層流低速流動，其流量和壓差不再是平方關系而漸趨直線，此時對按液體公式計算的Kv值要用雷諾修正數(shù)修正：Kv=Kv圖二、雷諾數(shù)修正系數(shù)齊計算調(diào)節(jié)閥Rev的公式：1）對只有一個流路的調(diào)節(jié)閥，如單座、套筒、球閥等：Rev=707000LYF2）對于有二個平行流路的調(diào)節(jié)閥，如雙座閥、蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等：Rev=494900.Y-式中：0L液體體積流量Nm3/hFL-液體壓力恢復系數(shù)Y運動粘度（CST，厘港）10-6m2/s，與動力粘度u（CP.厘泊，10-3N.S/m2）的關系。Y=U門（密度）2、可壓縮氣體：氣體、蒸汽介質(zhì)壓力

11、N0.7MPa時，由于氣體的可壓縮性,其計算的Kv值必須用壓縮系數(shù)Z來修正：Kv=QVG.（273+r）.Z300.F.PI(Y-0.148Y3)式中：Z由圖五、六查取、L3、低壓差氣體和蒸汽的計算修正，當P2W0.2P1時原公式計算的Kv(Cv)存在一定誤差，最大時接近12%,因此為精確起見，應將前述氣體,蒸汽的臨界流公式計算值除以(Y-0.148Y3)作修正，Y=1.63”一FlP1公式類別英制公制氣體體積流量Cv=Q”G(273+t)Kv=Q”G(273+t)834PiFl(Y-0.148Y3)300PiFl(Y-0.148Y3)重里流里Cv=WKv=47W2.8PtFLVGg(Y-0.

12、148Y3)PFG(Y-0.148Y3)飽和蒸汽Cv=W1LKv=71.5W1.84PF(Y-0.148Y3)PF(Y-0.148Y3)過熱蒸汽LCv=WK1.84PF(Y-0.148Y3)LKv=71.5W(1+0.00126At)PF(Y-0.148Y3)4、兩相流Kv值的計算液體與非凝氣體進入控制閥，若沒有發(fā)生液體汽化，而且流速能保持一種湍流的均勻混合流：Kv=44.3W_”AP(W1+W2)式中：W重量流量kg/hWl、W2上游、下游重度kg/cm3液體及其蒸汽進入控制閥，發(fā)生更多的液體汽化，如果流速能保持一種湍流的均勻混合流：Kv=_31.3_假若液體和蒸汽均勻混合以等速運動，如果進

13、入控制閥的蒸汽分量過小，且APCP(W),采用液體有關氣蝕的公式。72.8G五、漸縮管對Kv值的影響當控制閥裝在漸縮管中間時，閥的實際流量將減小，故要修正。1)亞臨界流：Kv=Kv計算R式中：R裝有漸縮管對亞臨界流容量修正系數(shù)(見表二)(a)閥出、入口均裝有漸縮管。R=/l-1.5(l-d2)2(Kv)2D20.047d2式中：d控制閥公稱通徑mmD管道公稱通徑mmKv閥的流量系數(shù)(b)僅閥出口裝漸縮管，或入口裝有1.15或K2.5,KvmaxKvnorm的取值與選擇的條件、流量特性、可調(diào)比、對應的工作開度要求(10%_L90%)及L是否考慮生產(chǎn)發(fā)展等因素有關。m的一般取值如下表。m計算值0.

14、10.20.30.40.50.60.70.80.9直線76944130923819416314112411130等百分比21.415.210.87.705.483.902.771.971.41平方根4.612.621.901.531.321.181.101.041.01拋物線14.38.355.463.852.862.211.761.431.18直線8.474.633.182.431.961.641.421.241.1150等百分比33.822.915.510.47.074.783.232.191.48平方根4.852.681.921.541.321.181.101.041.01拋物線19.4

15、10.26.284.253.072.321.811.461.20注：一卜為相對行程(即開度)m的計算式直線特性：m=R()(R-1)+1L(1-1)等百分比：m=R式中：R可調(diào)比(見表)，1閥的實際開度，L閥的最大開度L-閥的相對行程七、控制閥的開度驗算和不同開度的流量計算1、開度驗算公式：等百分比：L=1-logmLlogR平方根：1_=1-R(m-1)Lm(R-1)式中：計算最大開度時的m=KvKvmax計算最小開度時的m=KvKvmin式中：Kv為所選閥口徑的對應的Kv值。Kvmax、Kvmin均為計算值。調(diào)節(jié)閥最大流量時的開度不超過90%3080%為宜。直線：1_=R-mL(R-1)m

16、拋物線：1_=R/m-1LR-1最小流量時的開度不小于10%。實際工作開度以可調(diào)比R由所選閥的類型確定，見下表:閥類輕小型P、N、M、S精小型P、M，CV300系列V型、0型球閥蝶閥偏心旋轉(zhuǎn)閥三通分流、合流閥閥體分離閥R30503002010010302、不同開度的流量計算根據(jù)下表，當Qmax為已知時，則很容易計算出相對開度下的流量Q。如閥的R=30時，Qmax=40T，則50%開度時的直線特性閥的流量Q=40X51.7%=20.68T，等百分比R=50的閥為40TX18.3%=7.32T,當開度不在表列數(shù)時，可按下式計算。和Q=11+(R+1)得QmaxRL(1-1)L(1-1)由_Q_=R

17、QmaxLQ=QmaxR等百分比特性閥:直線特性閥：Q=11+(R+l)LRL例：有Qmax=60Nm3/h,Qmin=2Nm3/h的等百分比閥，求開度25%時的理想流量Q為多少？R=Qmax=60=30(1-l)Qmin2QmaxRL=60X30(25%小=4.68Nm3/h當閥為直線特性時Q=Qmax11+(R+l)l_=60XL1+(30+1)1=17.5Nm3/h六.口徑計算實例例1.介質(zhì)：25C水，Pl=1.8MPa,P2=1.0MPa,Qmax=220Nm3/h,Qmin=40Nm3/h,要求泄漏等級5X10-3X閥額定容量。計算：根據(jù)泄漏等級選JM,查得Fl=0.92,25C水，

18、Pv=0.032X102kPa,Pc=255.65X102kPa。Pv0.5P1，0.03218，AP=18-10=8X102kPaAPc=FL2(P-Pv)2100判為一般流動。t若i:E比特性T-E：li=0.92(18-0.032)=16.5X102kPa。020406080100L固有可調(diào)比R=50:1兩種固有流量特性的相對行程(牛)與相對流量系數(shù)(Kv/Kvmax%)之間的對應數(shù)值見下表：固有可調(diào)比流量特卜占%1()2030405()60708090100R=30:1直線特性13.()22.732.342.051.761.371.080.690.4100等百分比特性4.676.589

19、.2613.018.325.636.250.871.2100R=50:1直線特性11.821.631.441.251.060.870.680.490.2100等百分比特性2964376.479.5614.1420.9130.9245.7367.621WKvmax=Qmax乂工=2201=77.8,Kvmin=Qmin乂工=40j=14.1P8AP8JM閥R=50，選等百分比特性，_L=0.9時，m=1.48則Kv=77.8X1.48=115.1,L選DN=100，Kv=160開度驗算Kmax=1-logm=1-log160/77.8=81.5%,(10%，合格)LogRlog50R=Qmax=

20、778=5.5(3.5，能滿足)。Qmin14.1例2介質(zhì)空氣，P1=6.9MPa，P2=0.55MPa，Qmax=2830Nm3/h,t=20C,T=273+20C=293C,G=1，要求泄漏等級1X10-4X閥額定容量。解：1)選JP，F(xiàn)L=0.9AP=6.9-0.55=6.35AP=6.35=0.920.5F2=0.5X0.92=0.41,AP0.5F2，判為臨界流。P16.9LP1LV6.90.7，應引入壓縮系數(shù)修正，Pr=P1=69=1.&Tr=T=293=2.21Pc38.4Tc132.42查表三，Z=0.965,Y=1.63AP=J6363A=1.74FlP10.969Kv=QVGTZ=283001X293X0.965=32.25300FlP1(Y-0.148Y3)300X0.9X69X(1.74-0.148X1.743)Kv=32.25X1.48=47