張希恒老師 調(diào)節(jié)閥課件

1、調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院張希恒張希恒1 1、調(diào)節(jié)閥的節(jié)流原理調(diào)節(jié)閥的節(jié)流原理2 2、調(diào)節(jié)閥的流量方程調(diào)節(jié)閥的流量方程3 3、調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性 1 1、調(diào)節(jié)閥的節(jié)流原理調(diào)節(jié)閥的節(jié)流原理 調(diào)節(jié)閥同孔板一樣，是一個局部阻力元件。調(diào)節(jié)閥是按信號壓力的大小，通過改變閥芯行程來改變閥的阻力系數(shù)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。因此，它是一個可變的節(jié)流元件 ?？装骞?jié)流形式 調(diào)節(jié)閥節(jié)流形式 流體在管道中流動時，總壓頭的各部分是會發(fā)生變化的。當(dāng)管道直徑變化時，靜壓頭和速度壓頭也隨著變化；而當(dāng)管道傾斜時，流體在管道各個點上的幾何壓頭也在改變著，但總壓

2、頭并沒有改變。假使流體流過管道時是理想流體，也就是說，流體流過管道時沒有能量損失，根據(jù)能量守恒定律，流體流過管道的任何一個斷面，其能量守恒。 2=2totsphhhhhgg22112212=22pphhgggg由于實際流體在流經(jīng)閥門時會有能量損失，因此根據(jù)流體的能量守恒原理，實際流體伯努利方程式 22112212=22fpphhhgggg2 2、理想、理想調(diào)節(jié)閥的流量方程調(diào)節(jié)閥的流量方程 在直徑為d1的管道中，接入一個調(diào)節(jié)閥，設(shè)閥在節(jié)流處的等效直徑為 ，另外在斷面C和D處連接兩個測壓管 和 。2dab實際流體伯努利方程可知：若：管徑不變 流速相同不可壓縮流體流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的能量損失（即水位差）

3、為12pphgg水平管道 C和D處，根據(jù)伯努利方程： 若：開度不變 流體不可壓縮221122=22ppgggggvgvgpgp22212221222122hgg連續(xù)方程 12rAA22212144vdvd221221vddv )1 (2414222ddgvhghddv21141422流量方程 ghddAAvQ2141422222122414211AAdd令 PAgPPgAQ222212流量和流量系數(shù) 5.09rApQg額定流量及流量系數(shù) rvAK09. 5 ； ； 100kPa；Q 。 A2cm3/cmg21, pphm /322AKVPKQV調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥實際流量系數(shù)計算實際流量系數(shù)計算1 1

4、、不可壓縮流體不可壓縮流體2 2、可壓縮流體可壓縮流體3 3、管件修正系數(shù)、管件修正系數(shù) 4 4、流量系數(shù)計算公式總匯流量系數(shù)計算公式總匯 在確定調(diào)節(jié)閥的公稱尺寸時，最主要的依據(jù)和工作程序就是計算流量系數(shù)，而計算流量系數(shù)的基型公式是以牛頓不可壓縮流體的伯努利方程為基礎(chǔ)的，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)應(yīng)該屬于牛頓型流體如果已知調(diào)節(jié)閥的壓力損失和介質(zhì)及其密度，就可以求出調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，即流過調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量流量 。( / )mqt h1 1、不可壓縮流體不可壓縮流體 通式考慮到粘度、管道等因素 01PRQCN F Fp PNQC式中 管道的幾何形狀系數(shù)，無量綱，當(dāng)沒有附接管件時， ； 雷諾數(shù)系數(shù)，無量綱，在紊流

5、狀態(tài)時， ； 相對密度，在15.5時， ； 數(shù)字常數(shù)。PFRF0 1N1PF 1RF 01 在計算液體流量系數(shù)時，按三種情況分別進(jìn)行計算：非阻塞流、阻塞流、低雷諾數(shù)，在用判別式判定之后，用不同的公式進(jìn)行計算 非阻塞流阻塞流低雷諾數(shù) 流體通過調(diào)節(jié)閥時壓力和流速的變化非阻塞流21()LFVpFpF p VLLVqKp310MLVLqKp 壓力恢復(fù)系數(shù)， ；其中 為閥前的壓力（MPa），為 閥后的壓力（MPa），為 產(chǎn)生阻塞流時縮流斷面的壓力（MPa）； 液體的臨界壓力比系數(shù)， ；其中為 液體的飽和蒸汽壓力（MPa），為 液體臨界壓力（MPa）； 流過調(diào)節(jié)閥的體積流量； 流過調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量流量； 調(diào)節(jié)

6、閥閥前、閥后的壓差（MPa）， 。 液體的密度。LF121LVCppFpp1p2pVCpFF0.960.28FVCFppVpCpVLqMLqp12ppp L3/mh/kg h常用介質(zhì)的臨界壓力 和臨界溫度CpCT阻塞流21()LFVpFpF p 2110()VLLVLFVqKFpF p32110()MLVLFVLqKFpF p低雷諾數(shù) 流量系數(shù)是在適當(dāng)?shù)睦字Z數(shù)、紊流情況下測定的。隨著雷諾數(shù)的增大，值的變化不大。然而當(dāng)雷諾數(shù)減小時，有效的會變小。在極端的情況下，雷諾數(shù)很低，例如對粘性很大的介質(zhì)，介質(zhì)的流動已經(jīng)成為層流狀態(tài)，其流量與閥壓降成正比，而不是與閥門的壓力損失的平方成正比，這時如果還按上式

7、計算值，誤差一定很大 /VVRKKF 修正后的流量系數(shù)；按紊流條件時計算的流量系數(shù)。雷諾數(shù)修正系數(shù)，可以按雷諾數(shù)的大小按圖查得 VKVKRF雷諾數(shù)Re具有二個平行流路的調(diào)節(jié)閥，如直通雙座閥、蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥 Re49490LVQK只有一個流路的調(diào)節(jié)閥，如直通單座閥、套筒閥、球閥、角閥、隔膜閥 Re70700LVQK 液體在流動溫度下的運動粘度， 2/ ()mms cst當(dāng)雷諾數(shù)Re大于3500以后，修正量已經(jīng)不大 2 2、可壓縮流體可壓縮流體 通式：根據(jù)國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)（IEC 534-22） 611mPqCNFyXp181mPqT ZCNFpyXM191mPqMTZCNFpyX流量系數(shù)（包

8、括 ），單位各不相同；質(zhì)量流量（ ）；體積流量( )；管道幾何形狀系數(shù)，量綱為1；膨脹系數(shù)，量綱為1；壓差比（壓差與入口絕對壓力之比）， ，量綱為1；閥前壓力（kPa）或（bar），（ ）；介質(zhì)在和時的密度( )；閥入口的熱力學(xué)溫度，K(+273)；流體分子量；壓縮系數(shù)，無量綱；CVVVKCA、mq/kg h3/mhVqpFyX1/Xpp 1p5101Pabar13/kg m1TMZ數(shù)字常數(shù) 689NNN、流態(tài)非阻塞流： 阻塞流： KTxF XKTxF X為比熱比系數(shù)，空氣 ，對其他介質(zhì) （ 為氣體等熵指數(shù)）；臨界壓差比。 KF1KF 1.4KFTX壓力恢復(fù)系數(shù)和臨界壓差比非阻塞流 KTxF

9、X115.19VNNVqTZKp yX1124.6VNVqT MZKp yX114.57VNVqTGZKp yX 氣體標(biāo)準(zhǔn)體積流量( )氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度閥前壓力（kPa）；壓差比， ；膨脹系數(shù)，量綱為1；入口的熱力學(xué)溫度，K(+273)；氣體分子量；氣體相對密度（空氣為1）； 壓縮系數(shù)。VNq3/N mhN23(273 ,1.013 10),/KkPa kg N m1pX1/Xpp 1TyMGZ壓縮系數(shù)Z是比壓和比溫度的函數(shù) 比壓：實際入口絕對壓力 與所述介質(zhì)的絕對熱力臨界壓力 之比。1p比溫：入口溫度 和熱力學(xué)臨界溫度 之比 。cp1T2T1rcppp1rcTTT計算方程都不包含上游條件時

10、介質(zhì)的實際密度這一項，而密度是根據(jù)理想氣體定律由入口壓力和溫度導(dǎo)出的。在某些條件下，真空氣體與理想氣體的偏差很大。在這些情況下，要引入壓縮系數(shù)Z來補(bǔ)償這個偏差。 膨脹系數(shù)y 校正從閥的入口到閥后縮流處氣體密度的變化，理論上y值和節(jié)流口面積與入口面積之比、流路形狀、壓差比X、雷諾數(shù)、比熱比系數(shù)等因素有關(guān)。由于氣體介質(zhì)的流速較高，在可壓縮流情況下，由于紊流幾乎始終存在，所以雷諾數(shù)的影響極小，可以忽略。 13KTXyF X 臨界壓差比;壓差比； 比熱比系數(shù)，空氣的，對非空氣介質(zhì)則： (k是氣體的絕熱指數(shù)）TXXKF1.4KkF 阻塞流 KTXF X112.9VNNVTqTZKpX1113.9VNVT

11、qTMZKpX112.58VNVTqTGZKpX注意注意： 值可通過空氣試驗來確定，也可以利用無連接管件調(diào)節(jié)閥的液體壓力恢復(fù)系數(shù) 近似算得。如果一個調(diào)節(jié)閥裝有漸縮管或其他管件，就會受到影響。這時的值 就標(biāo)為 。 為達(dá)到規(guī)定的 允差極限，閥和連接管件應(yīng)作為 一個整體進(jìn)行試驗。如果允許用估計值，可采用下面的公式： TXTXTPX5%112251()TTTPPXXCXFNd 在上面的公式中， 為不裝漸縮管或其他管件的調(diào)節(jié)閥的壓差比， 系數(shù)是連接閥入口側(cè)的漸縮管或其他管件阻力系數(shù)。1TX蒸汽 根據(jù)膨脹系數(shù)法 （1）非阻塞流 113.16msVsqKyxp111.1msVqTZKp yMXKTXF X（

12、2）非阻塞流 KTXF X111.78msVTsqKX p110.62msVTqTZKpM X 蒸汽的質(zhì)量流量（kg/s） 閥前入口蒸汽的密度（ ） 蒸汽的等熵指數(shù)如果是過熱蒸汽，應(yīng)代入過熱條件下的實際密度。msqs3/kg m兩相流體 當(dāng)調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)為氣液兩相的混合流時，過去一般都采用分別計算液體和氣體（蒸汽）的C值，然后相加作為調(diào)節(jié)閥的總流量系數(shù)值。這種分別計算液體及氣體的流量系數(shù)，然后相加的方法是基于兩種液體單獨流動的觀點，沒有考慮到它們的相互影響。 當(dāng)氣相大大多于液相時，液相成為霧狀，具有近似于氣相的性質(zhì)； 當(dāng)液相大大多于氣相時，氣相成為氣泡而夾雜在液相中間，這時具有液相性質(zhì)； 上面方

13、法計算誤差也較大。前者偏大而后者偏小。 按照新的膨脹系數(shù)法的理論，目前對兩相流的流量系數(shù)計算多采用有效密度法或兩相密度法。當(dāng)液體和氣體（或蒸汽）均勻混合流過調(diào)節(jié)閥時，液體的密度保持不變，而氣體或蒸汽由于膨脹而使密度下降，因此，要用膨脹系數(shù)加以修正。 syX 因為 esXyX2esy 液相密度 113.16msVsqKyxp 計算方法： 在其他條件相同的情況下，密度 為的可壓縮流體的質(zhì)量流量與密度 為的不可壓縮流體的質(zhì)量流量是一樣的，因此，對均勻混合的氣（汽）、液兩相介質(zhì)可按混合介質(zhì)的有效密度 進(jìn)行計算。 當(dāng)兩相流中為液體和蒸汽，而液體占絕大部分時，可以用閥入口（ 和 條件下 ）的兩相流密度 來

14、計算。 see1p1Tm（1）液體與非液化性氣體 非阻塞流： 212()LpFpp KTXF X3.16mgmLVeqqKp2310mgmLemgmLsLqqqqy12312.6410mgmLemgmLNLqqTqqy pZ12318.510mgmLemgmLLqqTqqMy p Z（2）液體與蒸汽 當(dāng)蒸汽占絕大部分的兩相混合流體 3.16mgmLVeqqKp2310mgmLemgmLsLqqqqy12312.6410mgmLemgmLNLqqTqqy pZ12318.510mgmLemgmLLqqTqqMy p Z當(dāng)液體占絕大部分的兩相混合流體 13.16(1)mgmLVLmFqqKFpF3

15、10mgmLmmgmLgLqqqq312.6410mgmLmmgmLNLqqTqqpZ1318.510mgmLmmgmLLqqTqqMp3 3、管件修正系數(shù)、管件修正系數(shù) 調(diào)節(jié)閥閥體的上游和（或）下游裝有附接管件時，必須考慮管件幾何形狀的影響，即管件幾何形狀系數(shù) 的影響。 是流過裝有附接管件調(diào)節(jié)閥的流量與不裝有附裝管件時的流量之比。流量均在不產(chǎn)生阻塞流的同一試驗條件下測得。 為了保證5%的最大允許偏差，可以通過試驗確定 ，其壓差值以不出現(xiàn)阻塞流為限。 PFPFPF估算 PF21002211PFCNd管道幾何形狀系數(shù)，無量綱；額定流量系數(shù)；調(diào)節(jié)閥公稱尺寸（mm）；數(shù)字常數(shù)，當(dāng)采用國際單位制時，調(diào)

16、節(jié)閥上全部管件的全部有效速度頭系數(shù)的代數(shù)和。 PF100Cd2N20.0016N 計算：調(diào)節(jié)閥本身的速度頭系數(shù)不包括在內(nèi) 1212BB閥前阻力系數(shù)；閥后阻力系數(shù)；入口處伯努利系數(shù)；出口處伯努利系數(shù)。121B2B管徑相同 ： 管徑不相等：12BB互相抵消 2111BdD 2221BdD 液體介質(zhì)時管件形狀修正流量系數(shù)公式 （1）非阻塞流 VVVKKF 未修正前計算出來的流量系數(shù)；管件形狀修正系數(shù)。VKVF（2）阻塞流 21()TLFVpFpF p2210011211()0.0016LLPBLFFFCFd 1101LLVLFVPQKFpF pF 氣體介質(zhì)時管件形狀修正流量系數(shù)公式 在附接管件的影響

17、下，氣體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時，臨界壓差比 和膨脹系數(shù)y都發(fā)生變化，在這種情況下，分別以 和 來表示。 TXTPXpy2210011211()()0.0018TTPPTBXXFCXd13PKTPXyF X （1）非阻塞流 115.19VgNVPPTqTZKp y FX 1124.9VgVPPTqTMZKp y FX 114.57VgVPPTqTGZKp y FX （2）阻塞流 112.9VgNVPTPqTZKp FX 1113.9VgVPTPqTMZKp FX 112.58VgVPTPqTGZKp FX 4 4 流量系數(shù)計算公式總匯流量系數(shù)計算公式總匯 以膨脹系數(shù)理論為計算依據(jù)氣體流量系數(shù)計算公式歷代變

18、化調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比及流量特性調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比及流量特性 調(diào)節(jié)閥的流量特性是用來表示調(diào)節(jié)閥的閥芯在每個相對行程上，與通過調(diào)節(jié)閥的相對流量之間的關(guān)系。 4.1 可調(diào)比 minmaxQQR調(diào)節(jié)閥控制的最小流量調(diào)節(jié)閥控制的最大流量定義 理想可調(diào)比 調(diào)節(jié)閥前后壓差保持不變 maxmaxmaxminminmin=VVVVpKQKRQKpK實際可調(diào)比 （1）串聯(lián)管道時的可調(diào)比流量增加，流阻增加。若系統(tǒng)的總壓差不變，則分配到調(diào)節(jié)閥上的壓差相應(yīng)減小，這就使調(diào)節(jié)閥所能通過的最大流量減小，所以，串聯(lián)管道時調(diào)節(jié)閥實際可調(diào)比會降低 。minmaxmaxminminminmaxmaxmin=VVVVVsVVpKQppRRRQ

19、pppKminVsPSpsRR 串聯(lián)管路調(diào)節(jié)比（2）并聯(lián)管道時的可調(diào)比max1min2=+QRQQ總管最大流量調(diào)節(jié)閥最小流量 旁路流量1maxmax=QxQ調(diào)節(jié)閥全開時的流量總管最大流量maxmaxmax(1)(1)QRRQRRxxx QR 當(dāng)x值越小，即旁路流量越大時，實際可調(diào)比就越小。旁路閥的開度對實際可調(diào)比的影響極大 111RRxR一般來說，1R，所以max1max2max11=11-QRQxQQ 并聯(lián)實際可調(diào)比與調(diào)節(jié)閥本身的可調(diào)比無關(guān)。調(diào)節(jié)閥的最小流量一般比旁路閥流量小得多，故其可調(diào)比實際上只是總管路最大流量與旁路流量的比值 小結(jié) 串聯(lián)或并聯(lián)管道都將使實際可調(diào)比下降，所以在選擇調(diào)節(jié)閥和

20、組成系統(tǒng)時不應(yīng)使S值太小，要盡量避免打開并聯(lián)管路的旁路閥，以保證調(diào)節(jié)閥有足夠的可調(diào)比 4.2 流量特性 調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥門的相對流量與相對位移（閥門的相對開度）之間的關(guān)系 LlfQQmax固有流量特性 閥門的固有流量特性指的是在閥前、閥后壓差保持不變時，介質(zhì)流過閥門的相對流量與相對位移（閥門的相對開度）之間的關(guān)系 （1）直線流量特性調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系 KLldQQdmax當(dāng) =0時， ； 時，lminQQ Ll maxQQ LlRRQQQQ111max（2）等百分比流量特性（對數(shù)流量特性）單位行程變化所引起的流量變化與此點的流量成正比關(guān)系 maxmaxQQKLl

21、dQQd當(dāng) =0時， ； 時，lminQQ Ll maxQQ 1maxLlQRQQ（3）拋物線流量特性單位位移的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量值的平方根成正比關(guān)系 12maxmaxQdQQKlQdL當(dāng) =0時， ； 時，lminQQ Ll maxQQ 2max111QlRQRL（4）快開流量特性在開度較小時就有較大的流量，隨開度的增大，流量很快達(dá)到最大；此后再增加開度，流量變化很小 1maxmaxQdQQKlQdL當(dāng) =0時， ； 時，lminQQ Ll maxQQ 122max111QlRQRL固有流量特性曲線 1快開流量特性曲線；2直線流量特性曲線；3拋物線流量特性曲線；4等百分

22、比流量特性曲線工作流量特性實際生產(chǎn)過程中，調(diào)節(jié)閥的閥前、閥后的壓差總是變化的，這時流量特性稱為工作流量特性。因為調(diào)節(jié)閥往往和工藝設(shè)備、管道等串聯(lián)或并聯(lián)使用，流量因阻力損失的而變化，在實際工作中因閥門前后壓差的變化而使理想流量特性略變成工作特性。 （1）串聯(lián)管道的工作流量特性svppp maxVVKQQK閥maxVVVQlKKKfQL閥閥VVPlQKfL閥=VpQK管閥門流量管道流量如果流過調(diào)節(jié)閥的壓差不變，則流體的連續(xù)性和能量守恒定律可知 =QQVVVpPlKfKL閥管21(1)()1svpplfML222VVVKMKK管管閥當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時， ，則閥上壓差 為 ： 所以， ，M表示調(diào)節(jié)閥全開時壓差與系統(tǒng)總壓差的比值，即等于S值。21lfLVMpvMSpM PVMPMP調(diào)節(jié)閥壓差 與相對位移（即相對行程 ）及s值之間的關(guān)系為 VplL21(1)()1SVPPlfSL表示了調(diào)節(jié)閥壓差的變化規(guī)律，利用它可以推算出相對流量與相