调节阀的流量系数及其计算.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,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：,（,4,1,）,式中,H,单位重量流体流过调节阀的能量损失；,P,1,调节阀阀前的压力,P,2,调节阀阀后的压力,流体密度,g,重力加速度,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,（,4,2,）,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：,（,4,3,）,式中,Q,流体的体积流量,A,调节阀连接管的横截面积,综合上述三式（,4,1,），（,4,2,），（,4,3,），可得调节阀的流量方程式为：,（,4,4,）,若上述方程式各项系数采用如下单位：,A,2,；,g/,2,(,即,10,5,Ns,2,/,4,),；,P,100KPa,（,10N/,2,）；,P1,，,P2,100KPa,（,10N/,2,）；,Q,m,4,/h,代入式（,4,4,）得：,（,3,/s,）,(m,3,/h),(m,3,/h)(4,5),式,(4-5),是调节阀的流量方程式,若,A,不变，,P,不变，,，,Q,；反之，,，,Q,若 则式（,4,5,）可改写为：,（,4,6,）,式中 （,4,7,）,在采用国际单位制时，流量系数用,K,V,表示。,K,V,的定义为：温度为,278,313K,（,5,40,）的水在,10,5,Pa,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,C,V,表示流量系数。,C,V,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。,K,V,和,C,V,的换算如下：,C,V,1.167 K,V,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,4,1,和,4,2,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,4,1,），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,P,1,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,4,1,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,P,T,。为说明这一特性，可以用压力恢复系数,F,L,来描述：,（,4,8,）,即：,（,4,9,）,上式中,P,T,P,1,P,2,，,P,VC,表示产生阻塞流时缩流断面的压力。,F,L,值是阀体内部几何形状的函数。一般,F,L,0.50.98,，,F,L,越小，,P,比,P,1,P,VC,小得越多，即恢复越大。,从图,4,2,中可以看出，球阀的压差损失,P,A,小于单座阀的压差损失,P,B,。,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,用寿命。,如图,4,1,所示，当压力为,P,1,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,P,2,P,V,（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，,P,2,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,（,P,1,P,2,）之间的关系已不再遵循公式（,4,7,）的规律。,从图,4,3,可见，当按实际压差计算时，,Q,max,要比阻塞流量,Q,max,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，,P,VC,值与液体介质的物理性质有关。,即,P,VC,F,F,P,V,（,4,10,）,式中,P,V,液体的饱和蒸汽压力,F,F,液体的临界压力比系数,F,F,值可用下式计算：,（也可以从图中查出）,(4-11),从式（,4,9,）可见，只要求得,P,VC,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,P,1,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,X,T,。,对别的可压缩流体，只要把,X,T,乘一个比热系数,F,K,即为产生阻塞流时的临界条件。,当,X F,K,X,T,时，为阻塞流情况,当,X,F,K,X,T,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：,（,4,12,）,式中,F,P,管道的几何形状系数，无量纲，当没有附接管件时，,F,P,1,；,F,R,雷诺系数，无量纲，在紊流体状态时，,F,R,1,；,相对密度，在,15.5,时，,1.0;,N,1,数字常数，采用法定计量单位,N,1,。,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：,（,4,13,）,或,(4-14),式中,Q,L,流过调节阀的体积流量，,m,3,/h,；,W,L,流过调节阀的质量。,Kg/h,，,（,p,p,1,p,2,）,p,1,阀前压力，,Kpa,p,2,阀后压力，,kpa,p,L,液体的密度，,g/cm,3,（,2,）阻塞流,当,PF,L,2,（,P,1,F,F,P,V,）的情况下，即把产生阻,塞流的压差值,F,L,2,（,P,1,F,F,P,V,）代入（,4,13,），,（,4,14,）其计算公式为：,（,4,15,）,或 （,4,16,）,低雷诺数液体的计算。,流量参数,K,V,是在适当的雷诺数，紊流情况现测定的。随着雷诺数,Re,增大，,K,V,值变化不大，然而当雷诺数变小时，,K,V,值会变小，因此对雷诺数偏低的流体对,K,V,值计算公式要进行校正。修正后的流量参数为,K,V,即,（,4,17,）,式中 修正后的流量系数；,K,V,紊流条件时，按（,4,13,）（,4,16,）计算的流量系数；,F,R,雷诺数修正系数，可按雷诺数,Re,大小从图中查出。,雷诺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：,（,4,18,）,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：,（,4,19,）,式中,流体在流动温度下的运动粘度，,mm,2,/s,。,2.,可压缩流体,非阻塞流,当,X,F,k,X,T,时，采用法定计量单位制，则计算公式为：,（,4,20,）,或,（,4,21,）,或,（,4,22,）,式中,Q,g,气体标准体积流量，,Nm,3,/h;,N,气体标准状态下密度，,K,g,/Nm,3,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；,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,P,r,=P,1,/P,c,(4-23),T,r,=T,1,/T,c,(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：,（,4,25,）,式中,X,T,临界压差比；,X,压差比；,F,K,比热比系数，空气的,F,K,1,，对非空气介质则：,F,K,K/1.4 (K,是气体的绝热指数,),阻塞流,当,XF,K,X,T,时，即出现阻塞流的情况，即压差比,X,达到,F,K,X,T,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：,(4,26),或,（,4,27,）,或,（,4,28,）,3.,蒸汽,（,1,）非阻塞流 （,XF,K,X,T,）时,（,4,29,）,或,（,4,30,）,（,2,）阻塞流 （,XF,k,X,T,）时,（,4,31,）,或,（,4,32,）,式中,W,s,蒸汽的质量流量，,K,g,/h,；,s,阀前入口蒸汽的密度，,K,g,/m,3,；,如果是过热蒸汽，应代入过热条件下的实际密度。,4.,两相流体,（,1,）流体于非液化性气体,先决条件：液体,PF,L,2,(P,1,P,2,),气体,XF,K,X,T,，因此为阻塞流，按式（,4,31,）,