如何确定调节阀S值及调节阀全开时的流量

发布时间：2009-10-13 点击数：3573

一、调节阀Ｓ值的现场确定
　　调节阀S值是表征调节阀的工作特性，研究调节阀与调节系统的关系，确定工艺系统动力源压头，调节阀阻力降等方面的一个重要的参数。但过去求Ｓ值，要先测得调节阀全开时的压降与系统总压降，这在现场往往是做不到的。笔者提出一些简便实用的方法来解决这个问题。
    Ａ、方法一
    测知现场运行调节阀在两个不同开度下的流量、同时也已知该阀的理想特性，通过下列公式可直接计算Ｓ值。
    公式推导：
    1、已知调节阀开度为K₁(=l₁/L)和K₂(=l₂/L)时的流量Q₁和Q₂（或G₁及G₂）以及阀的流量特性。
    2 、求出开度与圆整放大系数的关系。
    令m为圆整放大系数m=C_g/C_i
    式中
    C_g——调节阀额定流量系数（即流通能力）；
　  C_i——某开度下调节阀的流量系数。
    从线性阀和等百分比阀的理想特性得出：

    线性阀

                      （Q_i/Q₁₀₀）_S=1=f_理(1/L) = C_i/C_g=1/R[1+(R-1)+l/L]     (1)

    等百分比阀

                       f_理(1/L) = C_i/C_g= R^(l/L-1)          (2)

    国产阀Ｒ=30 时可得

    线性阀

                       m= C_g/C_i=30/[1+29(l/L)]=30/(1+29K)          (3)

    等百分比阀

                       m= C_g/C_i=1/30 ^K-1 =30 ^1-K         (4)

    特性确定，m与开度Ｋ是单值函数关系，有一定开度即m值也确定。

    3、推导求Ｓ值的公式

    从理想特性与工作特性的关系式：

                       f_理(1/L) =C_i/C_g=

(5)

   式中：
           Q_i——某开度下流量；
          Q₁₀₀——阀全开时的流量。
                  (6)

       (7)
        式（６）、（７）移项合并得：
                 (8)

                   (9)
      在一个系统中，当Ｓ不变，仅改变阀开度时，式（８）除以式（９）得：

     经整理
                  (10)
      或
                    (11)
         从上式看出，工程上只要知道两个流量及其相应的圆整放大系数就可以求出Ｓ值。该公式对于验算引到装置调节阀的Ｓ很有用。
    例1
    已知某调节阀为等百分比特性，最大流量为100m³/hr 最小压差为0.5kgf/cm²；最小流量为20m³/hr，最大压差为5kgf/cm²、调节阀C_g＝160、调节介质为水，求S值大小？
    解：

         m₁= C_g/C_i=160/140
        m₂= C_g/C_i=160/8.94

    由式(10)可得

          在现场，测得了开度，可以从已知阀特性计算出相应的m值，故只要知道了两个开度及其流量比和流量特性，就可以算出Ｓ值。这些数据在现场可以很方便地测得，该法在工程上是有实用价值的，因为可不必考虑系统总压降及管道的流量系数，只要从阀本身及流量计读数就可算出，即使流量计误差大，不太准确，因公式中用的是比值，故引起误差也很小。
    例２
    已知某调节阀为等百分比特性，开度为73％时的流量为100m³/h，开度为20％的流量为20m³/h，求Ｓ值？
    解
    根据式（４）可得：
                        m₁=R ^1-K1 =30 ^1-0.73=2.505
                        m₂=R^1-K2=30 ^1-0.2=15.195

      B、方法二
       已知调节阀两个开度以及相应的阀压降和其流量特性，求Ｓ值的方法。因工程中有些调节阀回路中没有流量计，无法测知其流量，这时可用该法。
    公式推导：
    已知
    阀开度为K₁，和K₂时的阀压降△P₁和△P₂，以及阀的流量特性。
    令  S^''₁=△P₁/△P_总         （12A）

        S´₂=△P₂/△P_总         （12B）
    从S´及S、m关系中得出[1]
                       S´₁ =f_(s,m1) =1/[(1/S -1)·（1/m₁²）+1]=△P₁/△P_总    （13A）
                       S´₂=f_(s,m2) =1/[(1/S -1)·（1/m₂²）+1]=△P₂/△P_总    （13B）
    式（13A）÷（13B）得：
                       S´₁ / S´₂ =△P₁/△P₂=[(1/S -1)·1/m₂²+1]/ [(1/S -1)·1/m₁²+1]
    整理得出求S公式：
                    (14)
           例3
         现场某调节阀为线性特性，测得其两个开度下的压降为：
               开度87%时△P₁=0.5kgf/cm²
              开度20%时△P₂=1.0kgf/cm²
         求S值、△P_总及△P_阀全开
          解：
                      m₁=30/[1+29(l₁/L)=30/(1+29×0.87)=1.141
                      m₂=30/[1+29(l₂/L)=30/(1+29×0.2)=4.41

          S´₁ =1/[(1/S -1)·1/m₁²+1]=1/[(1/0.399-1)/(1/1.144²)+1]=0.464
                     △P_总=△P₁/ S´₁ =1.077 kgf/cm²
                     △P_阀全开 =S△P_总=0.399×1.077=0.429kgf/cm²
二、调节阀全开时流量值的现场确定
         在工程上知道某调节阀在全开时究竟能通过多大流量很有实用意义，尤其在老厂的技术改造中知道了Q₁₀₀就可看出该阀还有多大的富裕量，如满足不了扩建要求，应换多大的调节阀才合适。下述求Q₁₀₀的方法与求S值的方法相似，知道两个不同开度下的相应流量和该阀的流量特性，就可求得Q₁₀₀值。
    根据式（6）和（7），经运算可得出下式。
                   (15)
       例4
           题意同例2，求Q₁₀₀
              m₁=2.505
              Q₁=100 m³/h
               m₂=15.195
             Q₂=20 m³/h
         解：

           例5
         如果上例中的调节阀换大一些，其额定流量系数之比C_g2/C_g1=1.5，问其Q100及S值各为多大？
        解：
        由于调节阀换成大阀，而系统其它量不变，对应于流量Q₁及时的阀压降没有变化，故C1和C₂值也为原值，设原阀额定流量系数为C_g1 ，新阀为C_g2 。换阀后相应的圆整放大系数也随之改变为m´₁和m´₂。

                      m´₁ = C_g2 / C₁ =( Cg₁/ C₁ )×(C_g2 / C_g1 )=m₁×(C_g2 / C_g1 )=2.505×1.5=3.76

                      m´₂ = C_g2 / C₂=( Cg₁ / C₂ )×(C_g2/ C_g1 )=m₂×(C_g2 / C_g1 )=15.195×1.5=22.78

    求得机关报的圆整放大系数后，分别代入Q100及S值的公式即可得出：


     由该例看出，当调节阀换大后，虽然C_g 值增加了50%，但流量仅增加了7.5%，同时S值由原来的0.245降低到0.126。

作者: 北京市化工设计所瞿润南
    参考文献
    [1]瞿润南“调节阀工程计算中的一些体会”《炼油化工自动化》1980年第6期；
    [2]瞿润南“调节阀工程计算中的一些辅助公式及其应用”中国仪器仪表学会第一届执行器学术交流会，1982年11月。