分析探讨调节阀开度验算

发布时间:2010-09-01  点击数:2237
    1983年第三期《炼油化工自动化》刊登了关于调节阀开度验算问题的读者问答,提出希望对此展开讨论,笔者认为很有必要。现就设计工作中遇到的问题简要地提出几点参加讨论,有不妥之处请大家批评指正。
一、调节阀工作流量特性和参数关系式
     在调节阀与其它设备串联的情况下,其工作流量特性表达式过去习惯地写作:
   
      (1a)
    显然,将本式进行化简,就变成一种更易理解和便于运算的形式:
      
        (1b)
    笔者曾对式(1b)进行了逐步推导[2],那是对不可压缩流体的两端具有恒压点的调节各显神通路系统推导得出的。对于调节阀还具有并联阻力情况,其工作流量特性的表达式要复杂一些。在文献[3]中绘出了调节阀串联和并联工作流量特性曲线。式(1b)还可以写作:
     
    (1c)   以上各式符号的意义为:
     Q、Q100—调节阀在某一开度和全开时通过的介质流量;
     N—流量比,N=Q100/Q;
     S—调节阀全开时压降比,即阀全开时两端压差△P100与系统压降Σ△P之比;
     f(l/L)—调节阀理想流量特性表达式,l/L为调节阀相对开度。
          ,是由调节阀的设计制造过程决定的一种结构特性;
     C、C100—调节阀在某一开度和全开时的流通能力;
     M—调节阀流通能力C值放在倍数,m=C100/C=1/f(1/L)。
    另外,在调节阀参数关系式中还经常遇到S''—调节阀某一开度时的压降比,即阀在某一开度时两端压差△P与系统总压降Σ△P之比。
     调节阀计算参数N、M、S和S''四者之间只有两个是独立变量,已知其中两个便可以求出其余两个,它们之间的关系式可以在推导式(1b)的过程中得出。为便于大家参考,下面将主要的关系式列出。
        (2)      
      (3)
              (4)
             (5)
     上述各式仅适用于不可压缩流体的非阻塞工况,而在其它情况下则由于介质的重度变化和发生闪蒸、空化现象等原因,需要象对流通能力C值计算公式那样分别进一步研究。
二、调节阀开度验算公式
     调节阀的理想流量特性又常称为固有流量特性或流通能力特性。由于,即l/L与C/C100之间数值上具有一一对应的关系。
     下面列出几种f(l/L)表达式
      直线特性:
                (6a)
     等百分比特性:
                     (6b)
     抛物线特性:
                (6c)
     快开特性:
                   (6d)
     式(6a)、(6b)经过了笔者的改写,试图使之更为简单。各式中,R为调节阀理想可调比,即调节阀全开时流通能力C100与全关时流通能力C0之比R=C100/C0,国产单、双座调节阀等R=30。
     对于直线特性阀根据式(6a)、(6b)便可以直接得到
                (7a)
      而对于等百分比特性阀则有
                (7b)
     用式(7a)、(7b)进行开度验算是方便、切实可行的。由于在计算调节阀流通能力C值时已考虑到不同介质的不同使用条件,所得验算结果正是符合计算条件的实际开度。
     再讨论一下其它两种常见的开度验算公式。根据式(1b)改写后得到:
     
     对于直线特性阀将式(6a)、(6b)代入上式便得到
                       (8a)
      面对于等百分比特性阀则有 (8b)
     
     式(8a)、(8b)仅适用于不可压缩流体的非阻塞流工况,且运算比较繁复。因为调节阀计算条件一般仅给出计算流量Q、计算压差△P和管路系统总压降Σ△P等参数值,在计算得到C和选定C100值以后,可以求得S''和M,再求出S、M,然后才能得出开度验算值。
      对于非粘性液体,因:
     Q100=C100(△P100/γ)1/2
     γ质重度,代入式(8a)、(8b)后得到两个包括S、C100、ΔP100、和Q等参数的开度验算公式(从略)。过去许多论述认为它们的验算结果才是阀的实际开度,但公式的推导过程和具体计算都过于繁复,应用范围亦很有限。 三、流通能力放大系数
     在工程计算中,需将求得的流通能力C值乘上放大系数m,才便于按调节阀产品系列上的Cg(即C100)值选择调节阀的口径。以往文献中所推荐的m值很不统一,有的则未按调节阀特性及计算流量的不同加以区分。文献[1]所推荐的m值考虑了这两方面的区分,正常流量时m值分别为1.41(直线特性阀)和1.97(等百分比特性阀)。但取两位小数并无必要,最好圆整为1.4和2.0。另外,该系数似嫌偏小,即与此m值相对应,“希望阀在正常流量时开度为70%(线性阀)或80%(等百分比阀)左右”,所推荐的正常流量时阀开度有点偏大。同时,“左右”两字改为“以下”为宜,C值放大以后应明确为向大的方向圆整。
      笔者认为m值要取得略大些,而所对应的开度l/L值要略小些。这样在保证阀的流量裕量,能够在较低S值下工作以减少调节阀上的能耗及克服调节阀产品流通能力误差的影响等方面均有一定好处。笔者推荐的m,l/L值如下表:
     表中,m的分子项为计算值,对C值进行放大后向上圆整;m的分母项为圆整后的最大可能值,是根据直通单、双座阀和三通调节阀相邻两级的C100值之比最大为5/3计算得到的。
    计算示例:某一调节阀(见读者问答),计算得到C=15.6,计算流量为最大流量,设选用等百分比特性阀,则选m=1.5,于是C=1.5*15.6=23.4,向上圆整选C100=25,验算开度按式(7b)
      l/L = [0.677*log15.6/25+1]*100%
           =86.1%

      参考文献
      [1] 李文宏“调节阀并联工作流量特性分析”《广东化工》1982年第4期
      [2] 夏振民“调节阀开度验算的讨论”《炼油化工自动化》1983年第3期
      [3] 李文宏“调节阀计算参数关系及开度验算”《广东化工》1982年第1期

流量特性 正常流量 最大流量
m l/L(%) m l/L(%)
直线特性 1.5/2.5 65.3/37.9 1.1/1.8 90.6/53
等百分比特性 2.5/4.2 73.1/58 1.5/2.5 88.1/73.1