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1、调节阀的流量系数及其计算 调节阀计算的理论基础 1. 调节阀节流原理和流量系数 调节阀是一个局部阻力可改变的节流元件 如果调节阀前后的管道直径一致，流速相同。根 据流体的能量守恒原理，不可压缩流体流经调节阀的 能量损失为： （41） 式中 H单位重量流体流过调节阀的能量损失； P1调节阀阀前的压力 P2调节阀阀后的压力 流体密度 g重力加速度 g PP H 21 如果调节阀的开度不变，流经调节阀的流体不可压缩， 则流体的密度不变，那么，单位重量的流体的能量损失 与流体的动能成正比，即 （42） 式中 流体的平均速度； g重力加速度； 调节阀的阻力系数 流体调节阀中的平均速度为： （43） 式中
3、47） PA 56 10 20 10 3600 PA Q 09.5 A C09.5 P CQ P Q A C 09. 5 在采用国际单位制时，流量系数用KV表示。 KV的定义 为：温度为278313K（540）的水在105Pa压降下， 1小时内流过阀门的立方米数。 许多采用英制单位的国家用CV表示流量系数。 CV的定 义为：用4060F的水，保持阀门两端的压差为 阀门全开状态下每分钟流过的水的美加仑数。 KV 和CV的换算如下： CV 1.167 KV 2.压力恢复和压力恢复系数 当流体流过调节阀时，其压力变化情况见图41和42 所示 图流体流过节流孔时压力和图单座阀与球阀的压力 速度的变化恢
4、复比较 根据流体的能量守衡定律可知，在阀芯、阀座由与 节流作用而在附近得 下游处产生一个缩流（见图41）， 其流体速度最大，但静压最小，在远离缩流处，随着阀门 流通面积得 增大，流体的速度减小，由与相互摩擦，部 分能量转变成内能，大部分静压被恢复但已不能恢复到P1 值。 当介质为气体（可压缩）时，当阀的压差达到某 一 临界值得时，通过调节阀的流量将达到极限。即使进一步 增加压差，流量也不会再增加。 当介质为液体（不可压缩）时，一但压差增大到是以 引起液体汽化，即产生闪蒸和空化作用时，也会出现这种 极限的流量。这种极限流量为阻塞流。由图41可知，阻 塞流产生于缩流处及其下游。产生阻塞流时的压差为
5、PT。 为说明这一特性，可以用压力恢复系数FL来描述： （48） 即： （49） 上式中PTP1P2， PVC表示产生阻塞流时缩流断面的 压力。 FL值是阀体内部几何形状的函数。一般FL 0.50.98， FL越小， P 比P1 PVC小得越多，即恢复越大。 从图42中可以看出，球阀的压差损失PA小于单座 阀的压差损失PB 。 3.闪蒸、空化及其影响 在调节阀内流动的液体，常出现闪蒸和空化两种现象。 它们的发生不但影响口径的选择和计算，而且将导致严重 的噪声、振动，材质的破坏等，直接影响调节阀的使 VC L PP PP F 1 21 VCLTPPFP1 2 用寿命。 如图41所示，当压力为P1
6、的液体流经节流孔时，流 速突然急剧增加，而静压力下降；当n后压力P2PV（饱 和蒸汽压）部分液体就汽化成气体，形成汽液两相共存的 现象，这种现象称为闪蒸。 如果产生闪蒸之后，P2不是保持在饱和蒸汽压之下， 在离开节流孔之后又急骤上升，这是气泡产生破裂并转化 为液体，这个过程叫做空化作用。 4.阻塞流对计算的影响 当阻塞流出现之后，流量与P （P1P2 ）之间的关 系已不再遵循公式（47）的规律。 从图43可见，当按实际压差计算时，Qmax要比阻 塞流量Qmax大很多，为粗确求得KV值。 只能把开始产生阻塞流时的阀压降 作为计算用压 降。 对于不可压缩液体，它产生阻塞流时， PVC值与液体介 质
7、的物理性质有关。 即 PVC FF PV （410） 式中 PV 液体的饱和蒸汽压力 FF 液体的临界压力比系数 P FF值可用下式计算：（也可以从图中查出） (4-11) 从式（49）可见，只要求得PVC便可得到不可压缩液体 是否形成阻塞流的判断条件，显然 即为产 生阻塞流时的阀压降，因此，当 即 时，为阻塞流情况 对于可压缩液体，引入一个称为压差比X的系数 也就是说，阀门压降P与入口压力P1的比称为压差 比。若以空气作用试验流体，对于一个特定的调节阀，当 产生阻塞流时，其压差比是一个固定常数称为临界压差比 XT 。 CVFPPF28. 096. 0 VCL PPF 1 2 VCL PPFP
8、 1 2 VFL PFPFP 1 2 1 P P X 对别的可压缩流体，只要把XT乘一个比热系数FK即为 产生阻塞流时的临界条件。 当X FK XT时，为阻塞流情况 当X FK XT时，为非阻塞流情况 流量系数的计算 在确定阀门口径时，最主要的依据和工作程序就是计 算流量系数。 1.不可压缩液体 在安装条件下，为了使流量系数计算公式能适用于各 种单位，并考虑到念度，管道等的影响，可把公式演变为 如下的形式： （412） PFFN Q C RP 0 1 式中 FP管道的几何形状系数，无量纲，当没有附接管件时， FP 1； FR雷诺系数，无量纲，在紊流体状态时， FR 1； 相对密度，在15.5时
9、， 1.0; N1数字常数，采用法定计量单位N1。 根据计算理论，在计算液体流量系数时，按三种情况分别计算： 非阻塞流、阻塞流、低雷诺数。在用判别式判定后， 用不同的公式进行计算。 非阻塞流 当 的情况下，其计算公式为： （413） 0 0 VFL PFPFP 1 2 P PQ K LL V 10 或 (4-14) 式中 QL流过调节阀的体积流量，m3/h； WL流过调节阀的质量。Kg/h， （pp1p2） p1阀前压力，Kpa p2阀后压力，kpa pL液体的密度，g/cm3 （2）阻塞流 当PFL2（P1FFPV）的情况下，即把产生阻 塞流的压差值FL2（P1FFPV）代入（413）， （
10、414）其计算公式为： L L V P W K 2 10 （415） 或 （416） 低雷诺数液体的计算。 流量参数KV是在适当的雷诺数，紊流情况现测定的。 随着雷诺数Re增大， KV值变化不大，然而当雷诺数变小 时， KV值会变小，因此对雷诺数偏低的流体对KV值计算 公式要进行校正。修正后的流量参数为KV 即 （417） )( 10 1 2 VFL LL V PFPF Q K VFL L V PFPF W K 1 2 2 10 R V V F K K 式中 修正后的流量系数； KV紊流条件时，按（413）（416）计算 的流量系数； FR雷诺数修正系数，可按雷诺数Re大小从图中 查出。 雷诺
11、数可以根据阀的结构和粘度等因素由下列公 式求得： a.对具有两个平行流路的 调节阀，如直通双座阀、 蝶阀、偏心旋转阀等雷诺数为： （418） V K V L K Q 49490Re b.对只有一个流路的调节阀，如直通单座阀、 套筒阀、球阀、角阀、隔膜阀等，雷诺数为： （419） 式中 流体在流动温度下的运动粘度，mm2/s。 2.可压缩流体 非阻塞流 当 XFkXT时，采用法定计量单位制，则计算 公式为： （420） V L k Q 70700Re X zT YP Q K N g V 1 1 19.5 或 （421） 或 （422） 式中 Qg气体标准体积流量，Nm3/h; N气体标准状态下密
12、度，Kg/Nm3 P1阀前绝对压力，KPa; X压差比（x=P/P1）; Y膨胀系数； T1入口绝对温度，K； M气体分子量； X MZT YP Q k g V 1 1 6 .24 X GZT YP Q k g V 1 1 57. 4 G气体的相对密度（空气为1）； Z压缩系数。 a.压缩系数 压缩系数Z是比压力和逼问度的函数 比压力的定义是：实际入口的绝对压力P1与流体 临界压力之比， 比问度的定义是：入口绝对温度T1与临界温度之比 侧 Pr=P1/Pc (4-23) Tr=T1/Tc (4-24) 由Pr,Tr查图可得压缩系数Z b.膨胀系数 膨胀系数Y用来校正从阀的入口到阀的缩流出气体
13、密度的变化，在可压缩流情况下，由于紊流几乎始终存 在，所以雷诺数的影响极小，可忽略。其它因素与Y 的 关系可以表示如下： （425） 式中 XT临界压差比； X压差比； FK比热比系数，空气的FK1，对非空气介质 则： FKK/1.4 (K是气体的绝热指数) 阻塞流 当XFKXT时，即出现阻塞流的情况，即压差比X 达到FKXT时流量达到极限值，因此，Y值只能在 0.667到1.0的范围内，流量系数的计算公式可简化为： TK XF X Y 3 1 (426) 或 （427） 或 （428） 3.蒸汽 T g v kX Z p Q k 1 9 . 2 T g V kX MZT p Q K 1 1
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