调节阀通流面积的分析与计算

发布时间:2011-06-18  点击数:3062

    调节阀是控制电厂机组安全和经济运行的重要设备。主要用在生产系统中进行介质的流量控制和压力控制. 以及这两种控制过程的组合。如过热器减温水调节阀,就是通过控制减温水流量来调节过热蒸汽的温度。而给水泵再循环阀既能控制流量又能降压,起双重作用。调节阀是在接收控制单元的模拟信号后(0~10mA或4~20mA),按模拟信号成比例地调节调节阀的行程(阀位),进而调节流经其中的介质流量或压力,以满足系统的需要。对调节阀来说,流量特性是至关重要的,而流量特性是由通流面积来保证的。因此,调节阀通流面积的设计是调节阀设计的关键点。

一、基础理论

    对于自动调节技术来说,对数(等百分比)和线性特性(图1)的调节阀能较好地满足控制的需要。

    对于线性特性曲线,有公式

        (1)

    对于对数(等百分比)特性曲线,有公式

   

   

    式中    KV--对应某一行程H时的流量系数
    KV100--在全开度(H100)时的公称流量系数
    kv--对应某一KV值的比流量系数
    --理论可调比
    H--调节阀的实际行程,mm
    h--全行程的百分数
    H100--额定行程(常数),mm

    在式(1)和式(2) 中,h是自变量,kv是因变量,其余为常数。

    对于线性特性曲线

   

    说明行程和流量成线性关系,给出每一行程,可求出对应的流量(KV)值。

    对于对数特性曲线

   

    由于n是常数,当dh=常数(即行程增幅相同)时,dkv/kv=常数,此式说明,每一等增量的行程,使对应于某点的kv值以相同的百分数增加,即阀塞行程的等量变化,相应行程的流量变化的比率也相同。其特点是开始时,原始流量小,流量增加的绝对值也小.接近全开时,流量增加的绝对值也大。

    对应每一行程,可求出相应的kv值。对于给定工况,可以很容易地选定其流量特性并计算其KV值,公式为

        (3)

    式中    Q--流量,m3/h
    ρ--特定流体的相对密度
    ΔP--阀门进出口处的压力差,MPa

二、通流面积分析计算

    图2是某一开度下的通流面积,图3阴影部分是孔的最小通流面积。理论上通流面积计算公式为

   

    在给定条件下(l一定),解此方程,可求得交点x1和x2。此时一孔通流面积

   

    在一定行程下,分别计算各孔通流面积,将其相加,即得总通流面积。

    实际情况下,阀芯各孔位置不同,求每一对应行程的通流面积必须解很多方程。所以,在工程设计中,常采用一种近似的算法(图4)。用直线上方的阴影面积代替原来的阴影面积,并转化成便于求解的图形。可取得满意的效果。如已知阀塞钻孔直径为2Rmm,倾角为,节流面距孔的低部距离为lmm,求孔的虽小通流面积S则

   

    这时求出的仅是对应某一行程的一个孔的通流面积。但由于一阀塞上通常有十几个孔,且孔的高低位置不同,即l不同。为了求某一行程的总通流面积,就得将不同的l值代入上式,然后将其相加,过程十分繁锁。另外,设计的通流面积应符台理论通流面积,为此,要进行大量的试算,因此,必须借助计算机才能完成上述工作(图5)。

三、结论

    调节阀通流面积的设计,为调节阀的整体设计奠定了基础。这项工作在我国才刚刚起步。要赶上国际先进水平,需要在理论及实践上继续做艰苦的努力和探索。