浅议阻塞流对调节阀流量系数C值计算的影响

    长期以来国内外对调节阀C值的计算始终说法不一，而C值计算的准确性又直接影响调节阀的选定。C值的确定通常受工艺参数、介质选定的影响很大，但阻塞流对流量系数计算的影响却一直被人们所忽视。
    所谓阻塞流是指当阀前压力P₁保持一定面逐步降低阀后压力P₂时，流经调节阔的流量会增加到一个最大极限值，再继续降低P₂，流量不再增加，此极限量即为阻塞流，见图1。
 
    从图中可以看出：Q''_max大大超过了Q_max，因此为了求得确切的C值，应该把开始产生阻塞流时的调节阀压降作为计算阀门压降。
    对于不可压缩的流体（液体）要考虑流体压力在阀内变化的情况，由节流原理可知流体在节流时会形成在节流处流速增加而静压降低，在节流口后流束截面并不立即扩大，而继续缩小到一个最小值处流速最大而静压最低，称为缩流处。缩流处后，随着流通截面的扩大，流体流速减慢，静压又逐渐回升称为压力恢复，而P₁- P₂=ΔP为不可恢复的压力损失，见图2。
     以P_VCT表示缩流处的压力，则当P_νc小于人口温度下流体介质的饱和蒸气压力P_ν时，部分液体发生相变，形成气泡，产牛闪蒸，继续低P_c，流体便会形成阻塞流。
     P_νc= F_F•P_ν
     式中F_F是液体临界压力比系数，可查表求得或由 求得，P_ν表示阀门入口处温度下介质的饱和蒸汽压，P_c表示热力学临界压力（绝压）。引入压力恢复系数F_L ，能够在计算C值时事先确定产生阻塞流时的阀压降ΔP_c。
                        （1）
     式中（P₁-P₂）为产生阻塞流时的阀压降,F_L表示缩流处和阀出口之间压力恢复的程度，是一个估量调节阀的压力恢复能力的系数，它与阀的结构、流路形式有关，与阀径无关。数值上等于产生阻塞流时实际测得的最大流量与此时阀入口压力与缩流处的压力差作为压差，按非阻塞条件计算而得理论流量之比，由式（1）可见，只要能求得P_νc值，便可得到不可压缩流体是否形成阻塞流的判断条件，F_L²（P₁-P_νc）即为产生阻塞流时的阀压降，因此当ΔP≥F_L²（P₁-P_ν）或ΔP≥F_L²（P₁-F_FP^ν）成立，则为阻塞流。此时只要以F_L²（P₁- F_FP_ν）取代ΔP代入式  中，便可求得正确的流量系数值。
     对于可压缩流体引入了压差比X的系数，定义为X=ΔP/P₁，以空气为试验流体，对于一确定的调节阀，当产生阻塞流州、其压差比是一个固定的常数，称为临界压差比X_T，对于其它可压缩流体，只要X_T乘以比系数F_K，即为产生阻塞流时的临界条件，X_T通常由厂家提供，只要将X大于或等于F_KX_T，作为形成阻塞流的条件，并把P₁（F_K•X_T）=ΔP_CT作为ΔP代人计算C值的公式，便可在阻塞流条件下求出正确的流量系数。
     举例说明：介质水重度γ=1.0g/cm³，温度为常温，ν=1.006cst，D=150mm，P₁=175kPa，P₂=100kPa，Q_max=60m³/h，选型：天津仪表厂双动气动隔膜调节阀。
     ① 判别是否阻塞流
      查得F_L=0.55，P_c=21966.5kPa，P_ν=3kPa
     F_F=0.96- 0.28 =0.957
     阻塞流时的最低压差：
     ΔPc=F_L²(P₁-F_FP₂)=52.07
     ΔP=175-106=75kPa>50.07kPa，故为阻塞流。
      ②C值计算
     
     若按不考虑阻塞流计算：
     
     由上可以作出比较，考虑阻塞流的影响C=83.15，不考虑阻塞流的影响C=69.28。
     由此可见，在阻塞流情况下C值计算公式中，压差一项用F_L²（P₁-F_FP^_ν）代替实际压差P₁-P₂使C值较大。也就是说，由于阻塞流的作用使控制阀的流通能力不能充分发挥出来，必须按更大的C值来选择调节阀的口径，才能满足流量的要求。

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