工程设计中调节阀压力恢复系数Fl 的应用分析

发布时间:2009-10-26  点击数:3504

    在工程设计中,经常需要对调节阀进行选型与计算,以达到稳定控制的目的。但调节阀选型与计算时对 的考虑较困难。本文除对 的一般规律作分析,同时通过实例,对可能出现阻塞流工况,如何深入考虑 作出分析。
2、 阻塞流的产生
    在流量系数 的计算公式中,阀前压力 ,阀后压力 的取压位置及流体通过调节阀的压力降变化情况如图1所示。


图1   阀内的压力恢复特性
        阀上压降为 。按能量守恒定律,在流体缩脉处的流速最大而压力最低,即压力降最大,称为 。缩流处后流体流速又减小,直至 处大部分静压得到恢复,此时压力降为 。
        当介质是液体,在压差足够大时,部份液体在该操作温度下汽化,即发生了闪蒸。液体中夹带了蒸汽,产生了二相流,液体不再是不可压缩的,这时即使再增加压差,流量也不再增加,这种极限流量现象称为液体阻塞流。
3、 的具体分析
3.1  的定义
         (公式1)
3.2  的意义
        是一个实验数据,表明了调节阀在液体通过后动能转变化为静压能的恢复能力(见图1),也表明了液体产生阻塞流的临界条件,故 又称为临界流量系数。提出 的目的,在于判断液体通过调节阀时是否产生隆塞流,并用于计算调节阀的最大允许压差
3.3 阻塞流的判断
        理论上用 与 的大小关系来判断是否产生阻塞流,但在工程计算时用压差大小来判断。图2表明了通过调节阀的流量与压差的关系。

 


 图2  流量与压差的关系
最大允许压差定义为 :
              (公式2)
:操作温度下的液体饱和蒸汽压
:液体临界压力比系数
:液体临界压力比系数
3.4 决定阻塞流的因素
        从公式2来看,一旦操作工况决定,最大允许压差 与 有关系。阻塞流的产生与通过调节阀流量的大小,调节阀口径没有关系。
4、 值的一般规律
4.1  值的大小与调节阀的结构形式、流向、开度有关。一般情况下,制造厂提供的 值是指调节阀全开下的数值。
4.2 几何结构完全相同的调节阀 值相同,并与口径无关。同一类型的调节阀由于各制造厂的结构略有不同,故 也有差别。
4.3 国际知名的制造厂提供了各系列调节阀的 值,国内也有推荐值。详见表1,表2,表3,表4。

 

 

4.4  值与调节阀形式、开度的一般关系(参见图3)
            一般情况下,直行程调节阀的 值比旋转型调节阀的大, 值随调节阀开度的增加而减小。

图3   值与调节阀开度的关系
5、工程设计对 值的考虑
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5.1 工程设计中碰到阻塞流的情况并不多,有时还是工艺要求阻塞流,如液体变气相作冷剂。但大多数工况要求避免阻塞流。
5.2 要避免阻塞流,可选用 值较大的调节阀,这样 也相应大。选大口径并不能避免阻塞流。
5.3 对大口径旋转阀,要考虑管路大小头对 值的修正。
5.4 当制造厂未提供调节阀的 值时,表4的 值可作估算参考。
5.5 要考虑 值与调节阀开度、 与管路流量特性之间的关系
        由于调节阀 值计算只考虑操作工况的某一点,并不能保证所有工况都避免了阻塞流,所以在计算 时,要从动态的角度来分析。
        对 ,可选用整个开度内的最小值,一般是全开时的 值。
         一般随开度增大而减小(或不变),故用最大流量下的 来计算 比较保险。
        如果在调节阀计算时发现 和 不符合以上规律,要对选定调节阀各开度的 进行验算。
6、工程实例(见后)
        设计要求:流体介质为高温工程设计中调节阀压力恢复系数Fl 的应用分析
        油,有粘性。阀体结构要求简单,能在线维修。选择 值相对大的阀体形式,这样比较经济。根据具体参数作计算,结果见计算书。
6.1 工程实例
         通过对各制造厂计算书的比较,我们最终选定了NELES-CONTROL 的V型控制球阀,顶部安装阀芯的形式。从计算结果看,该调节阀基本上避免了阻塞流,结构形式满足了工艺设计要求。
6.2 从计算结果看,由于在最小流量时的压差较大,这时还是产生了阻塞流。考虑到该调节阀对装置极其重要,阀体、阀芯、阀座均作硬化处理。


7、结束语
         实际工程中对阻塞流的处理还有许多方法,如套筒调节阀、多级降压、阀后安装孔板等,但目的都是一个:通过提高 ,来增加 ,从而避免阻塞流。选用 值较大调节阀是最直接的方法。
         但是调节阀的最终选定由诸多因素决定,关键是使用工况。上述实例也可选用直通单座调节阀,但由于结构复杂、价格过高而放弃。