調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)

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之前介紹減壓閥入口壓力小于設(shè)定值，現(xiàn)在介紹調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)調(diào)節(jié)閥與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的發(fā)展同步進(jìn)行，為提高控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)，對(duì)組成控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)提出了更高要求。例如，對(duì)檢測(cè)元件和變送器要求有更高的檢測(cè)和變送度，要有更快的響應(yīng)和更高的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性;對(duì)調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行器要求有更小的死區(qū)和摩擦，有更好的復(fù)現(xiàn)性和更短的響應(yīng)時(shí)間，并能夠提供補(bǔ)償對(duì)象非線性的流量特性等。同時(shí)，由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的大型化和精細(xì)化，對(duì)調(diào)節(jié)閥等也提出了更高要求。
調(diào)節(jié)閥又名控制閥，在工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制領(lǐng)域中，通過(guò)接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號(hào)，借助動(dòng)力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)的終控制元件。一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。如果按行程特點(diǎn)，調(diào)節(jié)閥可分為直行程和角行程；按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的動(dòng)力，按其功能和特性分為線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。調(diào)節(jié)閥適用于空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質(zhì)、泥漿、油品等介質(zhì)。英文名：control valve，位號(hào)通常FV開(kāi)頭。差不多，計(jì)算出來(lái)的CV值在根據(jù)閥門的固定CV值去比較，然后考核其開(kāi)度，每個(gè)廠家的閥門CV值并不一定相同。
調(diào)節(jié)閥口徑的選擇和確定主要依據(jù)閥的流通能力即Cv，從調(diào)節(jié)閥的Cv計(jì)算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟：

上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥 控制閥口經(jīng)選擇取決于流量系數(shù)Ｋｖ的計(jì)算值。過(guò)去在ＫＶ計(jì)算中沒(méi)有考慮阻塞流流的狀態(tài)下的修正，以使ＫＶ值偏小，影響到控制閥口徑選擇的準(zhǔn)確性。阻塞流是在通過(guò)控制閥的流體流量增大到一定程度，流量成為恒定值，不再隨控制閥入，出口的差?yuàn)Z增加而增加的現(xiàn)象?？紤]到在流體力為液體、氣體、蒸汽和兩相流不同情況下，判斷是否形成阻塞流，引入壓力恢復(fù)系數(shù)ＦＬ并根據(jù)不同的流動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行修正。編制程序在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)控制閥流量系數(shù)

步驟/方法
計(jì)算流量的確定?，F(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計(jì)算流量的Qmax和Qmin.
閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點(diǎn)選定S（阻力系數(shù)），再確定計(jì)算壓差。
3計(jì)算Cv。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計(jì)算公式和圖表，求得Cmax和Cmin
4選用Cv。根據(jù)Cmax,在所選擇的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)系列中選取>Cmax且與其接近的一級(jí)Cv
5調(diào)節(jié)閥開(kāi)度驗(yàn)算。一般要求大計(jì)算流量時(shí)的開(kāi)度≯90%，小計(jì)算流量時(shí)的開(kāi)度≮10%
6調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比的驗(yàn)算。一般要求實(shí)際可調(diào)比≮10
1、調(diào)節(jié)閥的系統(tǒng)參數(shù)
1.1、調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)

流量系數(shù)表示流體流經(jīng)閥門產(chǎn)生單位壓力損失時(shí)流體的流量，是衡量閥門流通能力的指標(biāo)。由于單位的不同，流量系數(shù)有不同的代號(hào)和量值。

采用單位制時(shí)，流量系數(shù)用Kv表示。流量系數(shù)Kv的定義為：

調(diào)節(jié)閥兩端壓差為0.1MPa時(shí)，溫度為278K-313K(5℃-40℃)的水每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的立方米數(shù)，以m3/h表示。流量系數(shù)隨閥門尺寸、形式及結(jié)構(gòu)而變化，該系數(shù)值越大說(shuō)明流體流過(guò)閥門時(shí)的壓力損失越小。

調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)Kv值，是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)，它反映調(diào)節(jié)閥通過(guò)流體的能力，也就是調(diào)節(jié)閥的容量。根據(jù)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Kv的計(jì)算，就可以確定選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。

1.2、阻力系數(shù)

流體通過(guò)彎管和截面突變的地方時(shí)，會(huì)有擾動(dòng)、攪拌，形成氣穴、漩渦和尾流，或使流體質(zhì)點(diǎn)相互撞擊，產(chǎn)生較大的能量損耗?？梢哉J(rèn)為，調(diào)節(jié)閥體腔內(nèi)的每個(gè)元件都可以看作為一個(gè)產(chǎn)生阻力的元件系統(tǒng)(流體轉(zhuǎn)彎、擴(kuò)大、縮小、再轉(zhuǎn)彎等)，調(diào)節(jié)閥內(nèi)的阻力損失等于調(diào)節(jié)閥各個(gè)元件阻力損失的總和。調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)就是表征調(diào)節(jié)閥對(duì)流體產(chǎn)生的阻力損失大小的量，該系數(shù)取決于閥門產(chǎn)品的尺寸、結(jié)構(gòu)以及內(nèi)腔形狀等。流體通過(guò)閥門時(shí)，其流體阻力損失通常以閥門前后的流體壓力降△p表示，即△p=ξρv2/2。

1.3、壓力恢復(fù)系數(shù)

流體通過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)壓力和流速的變化
圖1 流體通過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)壓力和流速的變化

在建立流量的計(jì)算公式時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將調(diào)節(jié)閥模擬為節(jié)流孔板來(lái)推導(dǎo)公式，沒(méi)有考慮閥門結(jié)構(gòu)對(duì)流量的影響，認(rèn)為當(dāng)流體流過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)壓力由閥前壓力p1直接變化到閥后壓力p2，而實(shí)際上當(dāng)流體流過(guò)時(shí)的壓力變化如圖1所示。由圖1可知在閥芯、閥座處由于節(jié)流作用而在附近的下游處產(chǎn)生一個(gè)縮流，其流體的流速大，但靜壓小。在遠(yuǎn)離縮流處，隨著閥內(nèi)的流通面積的增大，流體的流速減小，由于相互摩擦，部分能量轉(zhuǎn)變成內(nèi)能，大部分靜壓被恢復(fù)，形成了閥門壓差如。換言之，流體在節(jié)流處的壓力急劇下降，并在其后的節(jié)流通道中逐漸恢復(fù)，但己經(jīng)不能恢復(fù)到原來(lái)的p1值。這便是壓力恢復(fù)現(xiàn)象。

壓力恢復(fù)系數(shù)FL表示調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流體流經(jīng)縮流處后，動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓的恢復(fù)能力。FL值是閥體內(nèi)部幾何形狀的函數(shù)，各種閥門因結(jié)構(gòu)不同，其壓力恢復(fù)能力和壓力恢復(fù)系數(shù)也不相同。一般，F(xiàn)L=0.5-0.98。壓力恢復(fù)系數(shù)FL越小，表示該調(diào)節(jié)閥流路設(shè)計(jì)好，流動(dòng)阻力小，其壓力恢復(fù)能力也越好，即經(jīng)縮流后，靜壓能夠恢復(fù)到接近進(jìn)口壓力，這類閥門被稱為高壓力恢復(fù)閥，如球閥、蝶閥等。壓力恢復(fù)系數(shù)FL調(diào)節(jié)閥越大，表示該閥門流路復(fù)雜、流阻大、摩擦損失大、進(jìn)口壓力經(jīng)調(diào)節(jié)閥后的降低大，因此，壓力恢復(fù)能力差，被稱為低壓力恢復(fù)閥，如單座閥、雙座閥等。

2、閃蒸、空化及其影響
在調(diào)節(jié)閥內(nèi)流動(dòng)的液體，常常出現(xiàn)閃蒸和空化兩種現(xiàn)象。如圖1所示，當(dāng)壓力為P1的液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥節(jié)流處時(shí)，流速突然急劇增加， 而靜壓力驟然下降，當(dāng)閥后壓力P2達(dá)到或者低于該流體所在情況下的飽和蒸汽壓時(shí)，部分液體就汽化成氣體，形成氣液兩相共存的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為閃蒸。閃蒸造成氣液兩相流，氣體與液體同時(shí)流過(guò)閥芯和下游管道，造成沖刷，其特點(diǎn)是閥芯呈現(xiàn)平滑拋光的外形?？梢?jiàn)產(chǎn)生閃蒸時(shí)，對(duì)閥芯、閥座材料己開(kāi)始有侵蝕破壞作用;并且閃蒸也影響液體流量計(jì)算公式的正確性，使計(jì)算復(fù)雜化。

如果產(chǎn)生閃蒸之后，P2不是保持在飽和蒸汽壓以下，而是在離開(kāi)節(jié)流處之后又驟然上升，這時(shí)氣泡產(chǎn)生破裂并轉(zhuǎn)化為液態(tài)，這個(gè)過(guò)程即為空化作用。由此可見(jiàn)，空化作用是一種兩階段現(xiàn)象，*個(gè)階段，破裂，即空化階段。空化作用會(huì)使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生阻塞流和汽蝕。許多氣泡集中在閥的節(jié)流孔后，阻礙流體的流動(dòng)，自然影響了流量的增加，產(chǎn)生了阻塞情況。

3、調(diào)節(jié)閥的流量特性
3.1、理想可調(diào)比

調(diào)節(jié)閥前后壓差保持不變時(shí)的可調(diào)比，稱為理想可調(diào)比，其計(jì)算公式為R=Qmax/Qmin=Kvmax/Kvmin?？梢钥闯?，理想可調(diào)比等于Kvmax(大流量系數(shù))與Kvmin(小流量系數(shù))之比。它反映了調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)能力的大小。如果單從自控角度考慮，希望可調(diào)比越大越好，但由于受到調(diào)節(jié)閥閥瓣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝的限制，Kvmin不能太小，一般國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)取R=30或R=50。

3.2、流量特性

調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與相對(duì)位移(閥門的相對(duì)開(kāi)度)之間的關(guān)系。用數(shù)學(xué)的表達(dá)數(shù)表示Q/Qmin=f(l/L)，式中Q/Qmax為相對(duì)流量，即調(diào)節(jié)閥在某一開(kāi)度時(shí)流量Q與全開(kāi)流量Qmax之比;l/L為相對(duì)位移，即調(diào)節(jié)閥在某一開(kāi)度時(shí)閥芯位移l與全開(kāi)位移L之比。

通常來(lái)說(shuō)，改變調(diào)節(jié)閥的閥芯與閥座之間的流通截面積，便可控制流量。但在實(shí)際工況中，由于多種因素的影響，通過(guò)閥門的流量可能隨壓降而變化。為了便于分析，設(shè)定閥門的壓降不變，然后再引申到真實(shí)情況進(jìn)行分析，前者稱為閥門固有流量特性，后者稱為閥門工作流量特性。

3.2.1、固有流量特性

閥門的固有流量特性指的是在閥前、閥后壓差保持不變時(shí)，介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與相對(duì)位移(閥門的相對(duì)開(kāi)度)之間的關(guān)系。閥門的固有流量特性不同于結(jié)構(gòu)特性(閥的結(jié)構(gòu)特性是指閥芯位移與流體通過(guò)的截面積之間的關(guān)系，不考慮壓差的影響，純粹由閥芯大小和幾何形狀決定)。

3.2.2、工作流量特性

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，閥門的壓差總是變化的，這時(shí)流量特性稱為工作流量特性。因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥往往和工藝設(shè)備、管道等串聯(lián)或并聯(lián)適用，流量因阻力損失的變化而變化，在實(shí)際工作中因閥門前后壓差的變化而使理想流量特性畸變成工作特性。

3.2.3、流量特性的選擇準(zhǔn)則

生產(chǎn)過(guò)程中常用的調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有直線、等百分比和快開(kāi)三種。拋物線流量特性介于直線與百分比之間，一般可用等百分比來(lái)代替，而快開(kāi)特性主要用于二位調(diào)節(jié)及程序控制中。因此，調(diào)節(jié)閥的特性選擇實(shí)際上是指如何選擇直線和等百分比流量特性。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇可以通過(guò)理論計(jì)算，但使用的方法和方程都很復(fù)雜，而且由于干擾的不同，高階響應(yīng)方程計(jì)算就更加繁雜。因此，目前對(duì)調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇多采用經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則。可從如下幾個(gè)方面來(lái)考慮：

(1)從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量分析并選擇;

(2)從工藝配管情況考慮并選擇;

(3)從負(fù)荷變化情況分析和選擇。

4、結(jié)束語(yǔ)
調(diào)節(jié)閥作為一種常用閥門，在各行各業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，其性能的提高對(duì)流程工藝效益的提高以及能源消耗的降低有著不可忽視的作用。因此，研究調(diào)節(jié)閥的流量特性具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：水輪機(jī)減壓閥