调节阀的计算、选型方法

调节阀根据驱动方式分类,一般分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀、自力式调节阀等。根据结构可分为单座调节阀、双座调节阀、套筒调节阀、角式调节阀、球阀、蝶阀等九大类。调节阀的计算选型是指在选用调节阀时,通过对流经阀门介质的参数进行计算,确定阀门的流通能力,选择正确的阀门型式、规格等参数,包括公称通径,阀座直径,公称压力等,正确的计算选型是确保调节阀使用效果的重要环节。

  1. 调节阀流量系数计算公式

1.1 流量系数符号:
Cv—英制单位的流量系数,其定义为:温度60°F(15.6℃)的水,在16/in2(7KPa)压降下,每分钟流过调节阀的美加仑数。
Kv—国际单位制(SI制)的流量系数,其定义为:温度5~40℃的水,在105Pa压降下,每小时流过调节阀的立方米数。
注:Cv≈1.16 Kv
1.2 不可压缩流体(液体)Kv值计算公式
1.2.1 一般液体的Kv值计算


流动工况

非阻塞流

阻塞流

判别式

△P<FL2(P1-FFPv)

△P≥FL2(P1-FFPv)

计算公式

备注:

#

式中:P1—阀入口绝对压力KPa 2—阀出口绝对压力KPa
QL—液体流量 m3/h ρ—液体密度g/cm3
FL—压力恢复系数,与调节阀阀型有关,附后
FF—流体临界压力比系数,
PV—阀入口温度下,介质的饱和蒸汽压(绝对压力KPa)
PC—物质热力学临界压力(绝对压力KPa)
注:如果需要,本公司可提供部分介质的PV值和PC值
1.2.2 高粘度液体Kv值计算
当液体粘度过高时,按一般液体公式计算出的Kv值误差过大,必须进行修正,修正后的流量系数为
式中:K′V —修正后的流量系数 KV —不考虑粘度修正时计算的流量系数
FR—粘度修正系数 (FR值从FR~Rev关系曲线图中确定)
计算雷诺数Rev公式如下:
对于只有一个流路的调节阀,如单座阀、套筒阀、球阀等:

对于有二个平行流路的调节阀,如双座阀,蝶阀,偏心旋转阀等:

1.3 可压缩流体—气体的KV值计算


判别式

P2>0.5P1

P2≤0.5P1

计算公式

式中:P1—阀入口绝对压力KPa P2—阀出口绝对压力KPa
Qg—气体流量 Nm3/h G—气体比重(空气=1)
t—气体温度℃ Z—高压气体(PN>10MPa)的压缩系数
注:当介质工作压力≤10MPa时,Z=1;当介质工作压力>10MPa时,Z>1,具体值查有关资料。
1.4 可压缩流体—蒸汽的KV值计算
1.4.1 饱和蒸汽的KV值计算


判别式

P2>0.5P1

P2≤0.5P1

计算公式

式中:P1—阀入口绝对压力KPa P2—阀出口绝对压力KPa
GS—蒸汽流量 kg/h K—蒸汽修正系数
部分蒸汽的K值如下:


介质

水蒸汽

氨蒸汽

氟里昂11

甲烷、乙
烯蒸汽

丙烷、丙
烯蒸汽

丁烷、异
丁烷蒸汽

K值

19.4

25

68.5

37

41.5

43.5

1.4.2 过热蒸汽的KV值计算


判别式

P2>0.5P1

P2≤0.5P1

计算公式

式中:P1、P2、GS、K含义及单位同前 △t—水蒸汽过热度℃
1.5 两相流流体的Kv值计算
两相流流体的Kv值计算公式如下:


适用介质

计算公式

适用介质

计算公式

液体与
非凝性
气体

液体与蒸汽
其中蒸汽占
绝大部分

液体与蒸汽
其中蒸汽占绝大部分

式中:


式中:

式中:P1、P2的含义及单位同前; Wg—气体、蒸汽质量流量,kg/h;
WL—液体质量流量,kg/h; ρe—两相流有效密度,kg/m3;
ρm—两相流密度(P1、T1条件),kg/m3; ρL—液体密度,kg/m3;
Fg—气体压力恢复系数; f(x,k)—压差比修正系数;
T1—入口绝对温度,K; FF—液体临界压缩比系数;
1.6 IEC推荐的调节阀FL、XT数值表:


阀型

阀内件形式

流向

FL

XT

阀型

阀内件形式

流向

FL

XT

单 座 阀

柱塞形

流开

0.90

0.72

角 形 阀

套筒形

流开

0.85

0.65

柱塞形

流闭

0.80

0.55

套筒形

流闭

0.80

0.60

套筒形

流开

0.90

0.75

柱塞形

流开

0.90

0.72

套筒形

流闭

0.80

0.70

柱塞形

流闭

0.80

0.65



柱塞形

任意

0.85

0.70

蝶阀

90°全开

任意

0.55

0.20

V形

任意

0.90

0.75

60°全开

任意

0.68

0.38

偏心旋转阀

流开

0.85

0.61

球阀

标准O形

任意

0.55

0.15

2. 调节阀选型
2.1 流量系数选择
当流量系数Kv(Cv)计算出来后,就要对其作适当放大,使其符合所选阀型的Kv(Cv)值系列,并确定相应的调节阀口径(或阀座直径)。
对于S≥0.3的一般工况,采用以下流量系数放大倍数:
等百分比流量特性,m=1.97;
直线流量特性, m=1.63;
圆整后的流量系数应使调节阀最小和最大流量系数时的相对行程处于下表的范围:
直线流量特性: 10%~80%
等百分比流量特性: 30%~90% 或者 30%~80%(最终按设计院技术规格书要求)
2.2 口径选择
当KV阀确定后,调节阀口径(公称通径)或阀座直径也就相应确定。
所选阀的口径除满足开度要求外,还应根据流体流速极限和接管直径进行验算,防止流速过高对阀门产生的冲击、振动和摩擦损耗。
2.2.1 流速
2.2.1.1 不可压缩流体(液体)的流速极限, m/s


阀门口径

非闪蒸条件

闪蒸条件

≤DN50

10

5

DN65~DN150

8

4

≥DN200

6

3

注:套筒阀和抗气蚀调节阀的流速极限允许在上表数据的1.5倍之内。
2.2.1.2 可压缩流体(气体、蒸汽)
可压缩性流体的出口流速不应超过音速,且进口流速在100m/s之内。
2.2.2 接管直径
调节阀直径可以比接管直径小两个规格,如:
接管直径为DN250(10″)时,调节阀口径可以为DN150(6″)。
2.3 噪声预估
在自控系统中,调节阀是最大的噪声源,因此,必须进行噪声预估。当噪声超过有关规定时(一般为85dB),应考虑低噪声结构,但是有两种场合除外:
a.阀门远离人区; b.常闭阀。

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