调节阀技术培训讲座.docx

1 调节阀的发展历程
   调节阀的发展自20世纪初始至今已有七、八十年的历史，先后产生了十个大类的调节阀产品、自力式阀和定位器等，其发展历程如下：
    20年代：原始的稳定压力用的调节阀问世。
    30年代：以“V”型缺口的双座阀和单座阀为代表产品问世。
    40年代：出现定位器，调节阀新品种进一步产生，出现隔膜阀、角型阀、蝶阀、球阀等。
    50年代：球阀得到较大的推广使用，三通阀代替两台单座阀投入系统。
    60 年代：在国内对上述产品进行了系列化的改进设计和标准化、规范化后，国内才才有了自己完整系列的产品。现在我们还在大量使用的单座阀、双座阀、角型阀、三 通阀、隔膜阀、蝶阀、球阀七种产品仍然是六十年代水平的产品。这时，国外开始推出了第八种结构调节阀——套筒阀。
    70年代：又一种新结构的产品——偏心旋转阀问世（第九大类结构的调节阀品种）。这一时期套筒阀在国外被广泛应用。70年代末，国内联合设计了套筒阀，使中国有了自己的套筒阀产品系列。
    80 年代：80年代初由于改革开放，中国成功引进了石化装置和调节阀技术，使套筒阀、偏心旋转阀得到了推广使用，尤其是套筒阀，大有取代单、双座阀之势，其使 用越来越广。80年代末，调节阀又一重大进展是日本的Cv3000和精小型调节阀，它们在结构方面，将单弹簧的气动薄膜执行机构改为多弹簧式薄膜执行机 构，阀的结构只是改进，不是改变。它的突出特点是使调节阀的重量和高度下降30％，流量系数提高30％。
    90年代：90年代的重点是在可 靠性、特殊疑难产品的攻关、改进、提高上。到了90年代末，由华林公司推出了第十种结构的产品——全功能超轻型阀。它突出的特点是在可靠性上、功能上和重 量上的突破。功能上的突破——唯一具备全功能的产品，故此，可由一种产品代替众多功能上不齐全的产品，使选型简化、使用简化、品种简化；在重量上的突破 ——比主导产品单座阀、双座阀、套筒阀轻70～80％，比精小型阀还轻40～50％；可靠性的突破——解决了传统阀一系列不可靠性因素，如密封的可靠性、 定位的可靠性、动作的可靠性等。该产品的问世，使中国的调节阀技术和应用水平达到了九十年代末先进水平；它是对调节阀的重大突破；尤其是电子式全功能超轻 型阀，必将成为下世纪调节阀的主流。
2 调节阀在系统中的作用与重要性
    调节阀在调节系统中是必不可少的，它是组成工业自动化系统的重要环节，被称之为生产过程自动化的“手脚” 。如图l-1所示

图1-1 自动调节系统的构成
    气动调节阀(又称气动执行器)是以压缩空气为动力能源的一种自动执行器。它具有结构简单、动作 可靠、性能稳定、价格低廉、维修方便、防火防爆等特点，不仅能与气动调节仪表、气动单元组合仪表配用，而且通过电－气转换器 图1-1 自动调节系统的构成或电－气阀门定位器还能与电动调节仪表、电动单元组合仪表配套。它广泛地应用于化工、石油、冶金、电站、轻纺等工业部门中。
     正由于调节阀结构简单，往往受不到重视，这是值得注意的。调节阀是直接安装在工艺管道上，使用条件恶劣，如高温高压、深度冷冻、极毒、易燃、易爆、易渗 透、易结晶、强腐蚀和高粘度等，它的好坏直接影响到系统的质量。如果选型不当或维护不善，就会发生问题。例如，有的调节回路怎样也稳定不好，一直振荡，若 在选择上作了改进，将线性特性阀芯改为对数特性阀芯或改变流向之后，调节品质大有改善。又如，有些调节过程中出现持续振荡，原因不在于调节器的比例度的过 大或过小，而是由于阀门填料函的干摩擦太大，动作很不灵活。再如，调节阀的泄漏将造成厂区污染，甚至造成事故等。因此，应重视调节阀的作用，加强维护和保 养。
3 调节阀的使用功能
    要正确使用调节阀，尤其是选择调节阀，必须首先弄清楚调节阀的使用功能，做到有的放矢，方能选好所需的调节阀。
    3.1 调节功能
    顾名思义，调节阀的首要功能就是调节，其主要表现在五个方面：
    1) 流量特性
    流量特性是反映调节阀的开度与流量的变化关系，以适应不同的系统特性要求，如对流量调节系统反应速度快需对数特性；对温度调节系统反应速度慢，需直线流量特性。流量特性反映了调节阀的调节品质。
    2) 可调范围R
    可调范围反映调节阀可控制的流量范围，用R＝Qmax：Qmin之比表示。R越大，调节流量的范围越宽，性能指标就越好。通常阀的R＝30，好的阀，如V型球阀、全功能超轻型调节阀，R可达100～200。
    3) 小开度工作性能
    有些阀受到结构的限制，小开度工作性能差，产生启跳、振荡，R变得很小(即Qmin很大)，如双座阀、衬胶蝶阀。好的阀小开度应有微调功能，即可满足很小流量的调节，且工作又要求十分平衡，这类阀如V型球阀、偏心旋转阀、全功能超轻型调节阀。
    4) 流量系数Kv
    流量系数表示通过流量的能力，同口径Kv值越大越好，尤其是球阀、蝶阀、全功能超轻型阀，它们的Kv值是单座阀、双座阀、套筒阀的2～3倍。
    5) 调节速度
    满足系统对阀动作的速度要求。
    3.2 切断功能
    切断由阀的泄漏量指标来表示，切断通常指泄漏量小于0.001％，它反映阀的内在的质量。在阀的使用中，对国产阀泄漏量大的呼声反映很大。
    3.3 克服压差功能
     它通常用阀关闭时的允许压差来表示，允许压差越大，此功能也就越好。如果考虑不周到，阀芯就会被压差顶开，造成阀关不到位，泄漏量超标。因此，保证阀切断 就必须克服阀关闭时的工作压差。通常单密封阀的允许压差小，如单座阀、角形阀、隔膜阀、三通阀；双密封的阀和转动类的阀的允许压差大，如双座阀、套筒阀、 球阀、全功能超轻型阀。从泄漏量与克服压差两者上看：单密封阀泄漏小但允许压差小；双密封阀泄漏大，允许压差大；只有旋转类阀，泄漏量又小，允许压差又 大，这就是旋转类阀使用越来越多的原因。
   3.4 防堵功能
    对不干净介质的调节或者即使是干净介质，管道中的焊渣等杂物都可能造成阀堵塞或被卡住，因此要求阀应有较好 的防堵功能，使之正常调节。防堵性最好的是流路最简单的旋转类阀，如球阀、蝶阀、偏心阀、全功能超轻型阀；流路复杂的阀、上下衬套导向的阀易造成堵卡，如 单座阀、双座阀、套筒阀等。旋转类阀不只是防堵功能好，而且泄漏又小，允许压差又大，因此它的使用将会越来越广泛。
    3.5 耐蚀功能
     抵抗介质的腐蚀和冲蚀，以提高阀的使用寿命。阀的腐蚀是由介质的化学性能引起的材质腐蚀问题，通常选用耐腐蚀的材料来解决；冲蚀是由高速流动的介质、含颗 粒的介质和产生闪蒸被空化的介质所致。解决的途径是选用耐磨的材料，结构上采用反汽蚀、反冲蚀的措施，对高压阀、大压差工作的调节阀、含颗粒介质使用的调 节阀需重点考虑此问题。
    3.6 耐压功能
    它反映阀的强度和安全指标，即介质不能通过密封处和阀体缺陷处向外渗漏。出厂时通常用1.5倍公称压力作试验来检验。对高压介质最好是采用锻件结构；铸铁阀的耐压强度是最低的，通常应选铸钢阀。
    3.7 耐温功能
    满足不同温度条件下阀的强度和性能，温度的较大变化会使阀体材质的强度降低，因此阀必须满足介质的温度变化范围的要求，使阀在工作温度下有较好的强度和安全保证。
    3.8 外观
    反映阀的外观质量且要求仪表化、轻型化、小型化。以往，人们对它不重视，现在正在改变。至目前，调节阀比较理想的外观是电子式全功能超轻型调节阀(见图4-27)。
    3.9 重量
    在满足以上功能的情况下，其重量应越轻越好，以方便使用，如起吊、安装、维护等。
4 十大类调节阀的功能优劣比较
    调节阀有十个大类，其九大功能具备的优劣情况如何呢？为了减少幅面，特汇总在下表中。
(表1-1)
九大类产品/功能
调节
切断
克服压差
防堵
耐蚀
耐压
耐温
重量
外观
最佳功能数量
直
行
程
单座阀
√
0
×
×
√
√
√
×
×
4
双座阀
√
×
√
×
0
√
√
×
×
4
套筒阀
√
×
√
×
0
√
√
×
×
4
角形阀
√
0
×
0
√
√
√
×
×
4
三通阀
√
0
×
×
×
√
√
×
×
3
隔膜阀
×
√
×
√
0
×
×
×
×
2
角
行
程
蝶阀
√
√
×
√
0
√
√
√
√
7
球阀
√
√
√
√
√
√
√
×
×
7
偏心旋转阀
√
√
√
√
√
√
√
×
×
7
全功能超轻
型调节阀
√
√
√
√
√
√
√
√
√
9

符号说明：“√”表示最佳；“0”表示基本可以；“×”表示差。
    从上述比较表中我们可以看出：
    （1）主导产品单座阀、双座阀、套筒阀的最佳功能仅有4个，故在使用中常出问题。
    （2）蝶阀是较好的产品，最佳功能有7个，切断蝶阀会有更多的应用。故此，我们开发了球面硬密封切断蝶阀，三偏心蝶阀等高性能蝶阀，弥补了普通蝶阀泄漏大的不足。
    （3）全功能超轻型调节阀是唯一在九大功能上都为最佳功能的产品，故冠名为全功能。由此特点，它使原来上百个品种、上千个系列、上万个规格的调节阀得到大大简化，使设计院选型更加简化；使工厂管理、维护、维修、备品备件等更加简化。
5 调节阀标准与性能
    5.1 调节阀新国标
     气动调节阀国标GB4213-84 《气动调节阀通用技术条件》于1984年3月21日发布，于1985年1月1日实施。本标准又于1992年进行了修改，修改后的标准代号为 GB/T4213-92，于1993年10月实施。该标准主要依据IEC国际标准，并结合我国具体情况而制定。原执行的部标自新国标实施之日起作废。
新旧标准比较，主要有以下不同：
    (1) 新国标增加了“寿命”指标，共计14个性能指标：1基本误差；2回差；3死区；4始终点偏差；5额定行程偏差；6泄漏量；7填料函及其它连接处的密封性： 8气室的密封性；9耐压强度；10额定流量系数；11固有流量特性；12抗振动性；13动作寿命；14外观。
    (2) 新国标对基本误差、回差、死区、始终点偏差、额定行程偏差分为A、B、……H、这8个等级，以便根据不同阀满足不同功能的要求选择性能成本比最佳的指标等级。旧标准针对每种阀而确定一个唯一对应的指标，缺乏灵活性。
    (3) 新国标对泄漏量规定为A、B……F，这6个等级，最高F级以每分钟气泡数计。旧标准只有一个等级，高压阀规定泄漏量为0是不符合实际的。
    (4) 流量特性误差检验方法，新国标增加了按斜率法检验的方法。
    (5) 新国标将旧标准流通能力改称流量系数。其数值旧标准做了统一规定，新国标由制造厂自行确定，更方便新产品设计定型。
    (6) 对基本误差、回差的测试点由旧标准分为10个测试点改为5个测试点。
    (7) 新国标对调节阀气源和环境温度的要求。
    气源应为清洁、干燥的空气，不含有明显的腐蚀性气体、溶剂或其他液体。带定位器的调节阀，其气源所含固体微粒数量应少于0.1g/m，且微粒直径应大于3μm，含油量应小于1ppm。
调节阀环境温度为-25～+55℃或－40～+70℃。
调节阀工作时应满足上述要求。定位器气源不干净是造成定位器工作不正常的主要原因，占故障率的2/3以上，应特别注意这一点。

6 调节阀泄漏标准的细分
    6.1 国标对泄漏量的规定
    GB/T4213-92的国标标准对泄漏规定了六个等级，其具体规定见表1-2。其中最低级别
为Ⅰ级，不作具体要求；最高级别是Ⅵ级，即为气泡级。当泄漏量大于0.5％KV值时，可免于测试。
表1－2
泄漏等级
试验介质
试验程序
最大阀座泄漏量
Ⅰ
由用户与制造厂商定
Ⅱ
L或G
1
5×10×阀额定容量，1/h
Ⅲ
L或G
1
10×阀额定容量，1/h
Ⅳ
L
1或2
10×阀额定容量，1/h
G
1
Ⅳ－S1
L
1或2
5×10×阀额定容量，1/h
G
1
Ⅳ－S2
G
1
2×10×△P×D，1/h
Ⅴ
L
2
1.8×10×△P×D，1/h
Ⅵ
G
1
3×10×△P×（表1-3规定的泄漏量）

注：①△P以KPa为单位。
②D为阀座直径，以mm为单位。
③对于可压缩流体体积流量，绝对压力为101.325KPa和绝对温度为273K的标准状态下的测定值。
④试验程序“1”表示△P＝0.35MPa、介质为水；试验程序“2”表示△P等于工作压差、介质为水或气体。
(表1-3)
阀座直径
mm
泄漏量
mL/min
每分钟气泡数
25
0.15
1
40
0.30
2
50
0.45
3
65
0.60
4
80
0.90
6
100
1.70
11
150
4.00
27
200
6.75
45
250
11.1
-
300
16.0
-
350
21.6
-
400
28.4
-

注：①每分钟气泡数是用外径6mm、壁厚1mm的管子垂直浸入水下5～10mm深度的条件下测得的，管端表面应光滑，
      无倒角和毛刺。
    ②如果阀座直径与表列值之一相差2mm以上，则泄漏系数可假设泄漏量与阀座直径的平方成正比的情况下通过
      类推法取得。
      表1－2中的额定容量按下面表1-4的公式计算：
(表1-4)
介质/条件

液体

气体

表中： Q1———液体流量，m/h；
       Qg———标准状态下的气体流量，m/h；
       Kv———额定流量系数；
       Pm ＝(P1+P2)/2 ，KPa；
       P1———阀前绝对压力，KPa；
       P2———阀后绝对压力，KPa；
       △P———阀前后压差，KPa；
       t———试验介质温度，取20℃；
       G———气体比重，空气＝1；
       ρ/ρ0相对密度（规定温度范围内的水ρ/ρ0 ＝1）。
6.2 美国的泄漏标准
    美国ANSI B16.104-1976调节阀的泄漏量标准见表1-5。
(表1-5)
级别
最小泄漏量
试验介质
压力和温度
Ⅱ级
0.5％额定Cv
空气或水
工作压差△P或50磅/英寸（3.5巴）压差，取其中较小的一个值，温度10～52℃
Ⅲ级
0.1％额定Cv
空气或水
工作压差△P或50磅/英寸（3.5巴）压差，取其中较小的一个值，温度10～52℃
Ⅳ级
0.01％额定Cv
空气或水
工作压差△P或50磅/英寸（3.5巴）压差，取其中较小的一个值，温度10～52℃
Ⅴ级
5×10 m/秒/巴（压差）/mm
(阀座直径）（公制）
水
工作压差△P或，温度10～52℃
Ⅵ级
阀座直径
汽泡/分
ml/分
空气或
氮气
工作压差△P或50磅/英寸（3.5巴）压差，取其中较小的一个值，温度10～52℃
(in)
(mm)
1"
25
1
0.15
1.5"
38
2
0.30
2"
51
3
0.45
2.5"
64
4
0.60
3"
76
6
0.90
4"
102
27
1.70
6"
152
27
4.00
8"
2.3
45
6.75

6.3 泄漏标准的细分和定量概念
    我们认为，上述标准划分还不够细腻，特别是Ⅳ级密封～Ⅴ级密封，其泄漏率由10突然跳跃到10， 猛增1000倍。为此，笔者认为应将泄漏标准与切断的关系进一步细分。切断的等级与泄漏率见表1-6。同时，为了有一个量的概念，现列举Kv＝100（双 座阀DN100、单座阀DN80～100、套筒阀DN100、V型球阀DN50、全功能超轻型阀DN50时的Kv值100）时，试验△P＝0.35 MPa、介质为水，每分钟在不同等级时的泄漏量（g/min）也列举在表1-6中。

(表1-6)
切 断 等 级
一般切断
较严密切断
严密切断
完全切断
10
10
10
10
10
微气泡级
举例Kv＝100、△P＝0.35 MPa、介质为水，每分钟的泄漏量克／分
310
31
3.1
0.31
0.031
标准中的Ⅵ级，数气泡
转化为：滴水／分
4650
465
46
4.6
0.46
/

注：lg≈15滴水
7 调节阀在使用中存在的主要问题
     调节阀是工业自动化仪表中使用问题最多的产品，也是更新换代最慢的产品，几十年一贯制，到现在，还是以五六十年代水平的产品―单座阀、双座阀、套筒阀为主 导产品(占70％左右)，可见，产品陈旧落后；另F方面，使用的问题也很突出。为了寻找调节阀的突破方向，在“九五”计划的初期，笔者首先对调节阀进行了 专门的问卷调查，得到的结论是：
    (1) 反映调节阀不象仪表、太笨重的占33.3％；
    (2) 反映品种、规格繁多，选型复杂、工厂管理复杂、维护工作量大的占67.1％；
    (3) 反映泄漏大的占42.5％；
    (4) 反映经常堵卡、动作迟钝的占25.8％；
    (5) 反映寿命短的占13.7％；
    (6) 反映推力不够、阀关不严的占9.6％；
    (7) 反映流量系数小、调节范围小的占5.2％；
    (8) 反映阀外漏的占4.3％；
    (9) 反映振动、振荡、啸叫的占1.7％。
    在对上述存在问题作进一步的归纳分析后，得出最突出的问题有四个：
    (1) 笨重：回头看一下调节阀的重量，一台DN200的阀重700～800公斤，一台DN300的阀重900～1000公斤，对它们的运输、安装、维护都必须要用吊车才能够进行，用户对此反映极为强烈；
    (2) 品种规格繁多：单座阀、双座阀、套筒阀等产品加上压力、温度、特性等变型参数总计达10000多个规格，造成调节阀选型、工厂管理复杂化；
    (3) 泄漏大：一是产品结构缺陷所致；二是没有考虑密封的可靠性；三是执行机构推力不够；
    (4) 调节阀堵卡：阀的流路复杂，不干净介质必定造成堵卡。
    归纳起来，从阀的结构上找原因，主要是片面地追求出厂性能，忽视了阀的可靠性；从使用上找原因，阀的选型不全面(也怪阀的品种规格太多，给选型带来了难度)。
    对调节阀使用中的问题分析、处理见第七篇。
8 九十年代调节阀的新发展
    六十年代调节阀的发展，在国外 主要是推出了套筒阀，在国内主要是联合设计了单座阀、双座阀、角形阀等老产品；七十年代产生了偏心旋转阀；八十年代主要是精小型调节阀；九十年代主要是解 决特殊疑难阀的使用问题，以往在使用上的老大难相继被解决，如高压阀的汽蚀问题、强腐蚀介质的腐蚀问题、不干净介质的堵塞问题、超小流量的调节问题、 0.2秒紧急动作等，但较长一段时间里，均没有新的调节阀品种问世。直到1998年，华林公司推出了新一代产品——全功能超轻型调节阀，它主要针对调节阀 使用存在的问题——调节阀功能不齐全、可靠性差、调节阀笨重，并对此进行立项逐一攻关的结果。它综合了旋转类调节阀的优点而产生的又一新品种，具有功能齐 全(故称全功能)、重量轻(比单、双座阀、套筒阀等老产品轻70％～80％，比80年代的精小型阀还轻40％～50％，故称超轻型)、高可靠性的特点，对 整个调节阀产生了重大突破，它使中国的调节阀水平大大地提高，并缩短了与国外的差距。作为新的一代产品，它必将取代老一代产品，成为下一世纪调节阀的应用 主流。
9 调节阀三代产品的初步划分
    从本世纪初到现在的七八十年 的时间里，调节阀还处于第一代产品的水平上。其特征是：①以六、七十年代水平的单座阀、双座阀、套筒阀为主导产品；②这代产品功能不齐全，不得不依靠扩充 产品品种、变型来适应各种不同的场合，造成了品种规格繁多，对调节阀使用、计算、选型、调校、维护、备件等要求特别高；③可靠性差，使用的问题多；④十分 笨重。
    第二代产品将从可靠性、功能、重量上得到突破。其特征是：①全功能超轻型阀代替众多可靠性差、功能不齐全、又十分笨重的产品，即以 它代替第一代的主导产品单座阀、双座阀、套筒阀，成为第二代主导产品；②电子式电动全功能超轻型阀逐步取代传统的因原执行机构可靠性差，不得不采用的“气 动阀+电气阀门定位器+气源”的组合方式，从第二代产品的气动阀使用为主变成以电子式电动阀为主，这代产品预计要10年时间(2000～2010年)。
    第三代产品就是智能化。在应用上的特点是：①与计算机接口；②可靠性更加提高，故障率进一步下降；③调节阀的品种以及对调节阀的使用要求进一步的简化。
10 电动调节阀的应用前景
    随着电子产品不断进步，尤其 是可靠性的进一步提高，使得九十年代国外电动执行机构产生了质的飞跃，其突出的表现是：①可靠性极高，可以在5-10年内免维修；②重量大幅度下降，比老 式的DKZ、DKJ的电动执行机构轻70％～80％；③外观也得到了极大的改善；④性能提高、调整简化、使用更加方便、简单。值得一提的是，国内的执行机 构与之差距太大，仍处于六七十年代的水平。正由于电动执行机构的可靠性得到了根本上的解决，配上高可靠性的全功能超轻型调节阀，使得调节阀成为了真正意义 上的第二代产品，到下世纪初，这种高可靠性电子式全功能超轻型调节阀必将逐步取代传统的“气动阀+电气阀门定位器+气源”的组合方式。除上述高可靠、全功 能、超轻型的特点外，还将带来如下好处：
    (1) 用电源既方便又节约，省去了建立气源站的一系列费用；
    (2) 用“气动阀+电气阀门定位器+气源”的复杂方式，它不只是增加了费用，反而带来了可靠性的下降(环节越多，可靠性差的因素增加)；
    (3) 从经济性上看，除省去气源站的费用外，还省去电气阀门定位器的费用：现在一台好的进口的电气阀门定位器，通常在5000～6000元以上，更好的在8000～10000的价位上，而这个价位基本上可购回上述高可靠的电子式执行机构；
    (4) 环节减少了，相应减少了维修工作量。
1 流量系数KV的来历
    调节阀同孔板一样，是一个局部阻力元件。前者，由于节流面积可以由阀芯的移动来改变，因此是一个可变的节流元件；后者只不过孔径不能改变而已。可是，我们把调节阀模拟成孔板节流形式，见图2－1。对不可压流体，代入伯努利方程为：
      （1）

解出
命
图2-1 调节阀节流模拟

再根据连续方程Q＝ AV，与上面公式连解可得：

        （2）

这就是调节阀的流量方程，推导中代号及单位为：
    V1 、V2 —— 节流前后速度；
    V —— 平均流速；
    P1 、P2 —— 节流前后压力，100KPa；
    A —— 节流面积，cm；
    Q —— 流量，cm／S；
   ξ—— 阻力系数；
    r —— 重度，Kgf／cm；
    g —— 加速度，g = 981cm/s ；
    如果将上述Q、P1、P2 、r采用工程单位，即：Q ——m/ h；P1 、P2 —— 100KPa； r——gf/cm。于是公式（2）变为：
            （3）
再令流量Q的系数 为Kv，即：Kv ＝

或                   （4）
这就是流量系数Kv的来历。
从流量系数Kv的来历及含义中，我们可以推论出：
（1）Kv值有两个表达式：Kv = 和
（2）用Kv公式可求阀的阻力系数 ξ = （5.04A/Kv）×（5.04A/Kv）；
（3） ，可见阀阻力越大Kv值越小；
（4） ；所以，口径越大Kv越大。
2 流量系数定义

    在前面不可压流体的流量方程（3）中，令流量Q的系数 为Kv，故Kv 称流量系数；另一方面，从公式（4）中知道：Kv∝Q ，即Kv 的大小反映调节阀流量Q的大小。流量系数Kv国内习惯称为流通能力，现新国际已改称为流量系数。

2.1 流量系数定义
     对不可压流体，Kv是Q、△P的函数。不同△P、r时Kv值不同。为反映不同调节阀结构，不同口径流量系数的大小，需要跟调节阀统一一个试验条件，在相同 试验条件下，Kv的大小就反映了该调节阀的流量系数的大小。于是调节阀流量系数Kv的定义为：当调节阀全开，阀两端压差△P为100KPa，流体重度r为 lgf/cm (即常温水)时，每小时流经调节阀的流量数（因为此时 ），以m/h 或 t／h计。
    例如：有一台Kv ＝50的调节阀，则表示当阀两端压差为100KPa时，每小时的水量是50m ／h。

2.2 Kv与Cv值的换算
    国外，流量系数常以Cv表示，其定义的条件与国内不同。Cv的定义为：当调节阀全开，阀两端压差△P为1磅／英寸2，介质为60°F清水时每分钟流经调节阀的流量数，以加仑／分计。
    由于Kv与Cv定义不同，试验所测得的数值不同，它们之间的换算关系:Cv ＝ 1.167Kv         （5）

2.3 推论
    从定义中我们可以明确在应用中需要注意的两个问题：
    （1）流量系数Kv不完全表示为阀的流量，唯一在当介质为常温水，压差为100KPa时，Kv才为流量Q；同样Kv 值下，r、△P不同，通过阀的流量不同。
    （2）Kv是流量系数，故没单位。但是许多资料、说明书都错误地带上单位，值得改正。
3 原流量系数Kv计算公式
3.1 不可压流体的流量系数公式
    公式（4）是以不可压流体来推导的，此公式即为不可压流体的流量系数公式。

3.2 可压流体的流量系数公式
    可压流体由于考虑的角度不同，有不同的计算公式，主要采用的是压缩系数法和平均重度法两种。
    压缩系数法是在不可压流体流量系数公式（4）基础上乘上一个压缩系数ε 而来，即
        或

并将r换算成标准状态（0℃、760mmHg）的气体重度：
于是得出                 （6）
式中，ε——压缩系数，由试验确定为ε＝ 1－0.46△P／P1，在
       饱和状态时， △P／P1 ＝ 0.5，此时流量不再随△P的
       增加而增加，即产生了阻塞流（阻塞流的定义为：
       流体通过调节阀时，所达到的最大极限流量状态），
       见图2－2。 ε＝1－0.46×0.5 ＝ 0.76；
       t——介质温度，℃；
       N——在标准状态下的参数。
       用于蒸气计算时，计算公式略有不同，见表2－1。

3.3 平均重度法
    平均重度法公式推导要复杂得多。在推导中将调节阀相当长度为L、断面为A的管道来代替，并假定介质为理想流体，当介质稳定地流过管道时，采用可压缩流体流量方程式：     （2-11）
式中， Lf——摩擦功；
       g ——加速度。
       在上式基础上，再引入三个辅助方程：
       理想气体多变热力过程的变化规律方程
       P1V1m ＝ 常数
       状态方程    P1V1 ＝ RT1
       连续方程    VA／v ＝常数
以上三式中：v——比容；
            m——多变指数；
            R——气体常数；
            T——绝对温度；
            V——流速。
    由上述4个方程通过一系列纯数学推导（略），得到其流量方程为：      
    为简化公式，把实际流动简化为等温度变化来处理，故取m＝1。同时，把物理常数代入，即可整理得：                            (7)
    当 △P／P1 ≥0.5时，流量饱和，故以 △P＝ 0.5P1 代入上式得：     (8)
同样，蒸气的计算公式也是在公式（7）、（8）基础上推导出来的。
综合上述，把原各种介质的Kv值计算公式汇总在表2－1中。
表2-1 原调节阀流量系数Kv值计算公式
流体
压差条件
计 算 公 式
液
体
-

G——重量流量（t／h）
气
体

压缩系数法
平均重度法

一般气体

一般气体

蒸
气

Gs——重量流量

4 KV值计算新公式
    目前，调节阀计算技术国外发展很快，就KV值计算公式而言，早在20世纪70年代初ISA（国际标准协会标准）就规定了新的计算公式，国际电工委员会IEC也正在制定常用介质的计算公式。下面介绍一种在平均重度法公式基础上加以修正的新公式。

4.1 原公式推导中存在的问题
    在前节的KV值计算公式推导中，我们可以看出原公式推导中存在如下问题：
    （1）把调节阀模拟为简单形式来推导后，未考虑与不同阀结构实际流动之间的修正问题。
    （2）在饱和状态下，阻塞流动（即流量不再随压差的增加）的差压条件为△P／P=0.5 ，同样未考虑不同阀结构对该临界点的影响问题。
    （3）未考虑低雷诺数和安装条件的影响。

4.2 压力恢复系数 FL
    由P1在原公式的推导中，认为调节阀节流处由P1直接下降到P2，见图2－3中虚线所示。但实际上，压力变化曲线如图2－3中实线所示，存在差压力恢复的情况。不同结构的阀，压力恢复的情况不同。阻力越小的阀，恢复越厉害，越偏离原推导公式的压力曲线，原公式计算的结果与实际误差越大。因此，引入一个表示阀压力恢复程度的系数FL来对原公式进行修正。FL称为压力恢复系数（Pressure reecvery factor），其表达式为:
    (9)
式中， 、 表示产生闪蒸时的缩流处压差和阀前后压差。

图2-3 阀内的压力恢复
    关键是FL的试验问题。用透明阀体试验，将会发现当节流处产生闪蒸，即在节流处产生气泡群时，Q就基本上不随着△P的增加而增加。这个试验说明：产生闪蒸的临界压差就是产生阻塞流的临界压差，故FL又称临界流量系数（Critical flow factor），因此FL既可表示不同阀结构造成的压力恢复，以修正不同阀结构造成的流量系数计算误差，又可用于对正常流动，阻塞流动的差别，即FL定义公式（9）中的压差△Pc就是该试验阀产生阻塞流动的临界压差。这样，当△P＜△Pc时为正常流动，当△P≥△Pc时为阻塞流动。从（9）公式中我们即可解出液体介质的△Pc为：        △Pc = FL(P1-Pv)             (10)
    由试验确定的各类阀的FL值见表2－3。

4.3 梅索尼兰公司的公式——FL修正法
    1）对流体计算公式的修正
    当△P＜△PC时，为正常流动，仍采用原公式（4）；当△P≥△Pc时，因△P增加Q基本不增加，故以△Pc值而不是△P值代入公式（4）计算即可。当△Pv≥0.5P1时，意味差有较大的闪蒸，此时△Pc还应修正，由试验获得：              (11)
式中：Pc表示液体热力学临界点压力，见表2－4。
   2）对气体计算公式的修正
    原产生阻塞流的临界差压条件是△Pc＝0.5P1，即固定在△P／P1＝0.5处，这和实际情况出入较大。实际上△Pc仍与FL有关，由试验得临界压差条件为：△Pc ＝ 0.5 FL P1        （12）
    利用FL概念推得的新公式有好几种，但以在原平均重度法公式基础上修正的新公式最简单、方便，即平均重度修正法，它只需将原阻塞流动下的计算公式除上FL即可。若要更精确些，则再除上一个系数（y－0.14y），其中 。蒸气计算公式的修正同上。为了便于比较、应用，将采用FL修正的新公式和原公式汇总于表2－2中。归纳起来，有两个不同：一是流动状态差别式不同；二是在阻塞流动的情况下计算公式不同。引入了3个新的参数：FL、PC、（y－0.148y）

介 质
流动
状态
原计算公式
新计算公式
流动状态判别
计算式
流动状态判断
计算式
液
体
一般流动
无

同原计算式
阻
塞
流
动
-
-

当 时

当 时

气
体
一般
流动
△P/P1 < 0.5

同原计算式
阻塞
流动

原计算式乘或

蒸
气
饱
和
蒸
气
一般
流动
同气体

同气体
同原计算式
阻塞
流动
同气体

同气体
原计算式乘或

过
热
蒸
气
一般
流动
同气体

同气体
同原计算式
阻塞
流动
同气体

同气体
原计算式乘或

表
中
代
号
及
单
位
  Q：液体流量 m/h
  QN：气体流量 Nm/h
  GS：蒸气流量 kgf/h
  r：液体重度 g/cm
  rn：气体重度 kg/Nm
  P1：阀前压力 100KPa
  P2：阀后压力 100KPa
  △P：压差 100KPa
※ Pv：饱和蒸气压100KPa
   Pc：临界点压力（见表2-4）
   FL：压力恢复系数（见表2-3）
   t：摄氏温度 ℃
   tsh：过热温度 ℃
   △Pc：临界压差 100KPa
   其中

※ 可查GB2624-81或理化数据手册。蒸气、气体压力为绝压。
表2-3 FL值
调 节 阀 形 式
流向
FL值

单
座
调
节
阀
柱塞形阀芯
流开
0.90
流闭
0.80
“V”形阀芯
任意流向
0.90
套筒形阀芯
流开
0.90
流闭
0.80
双 座
调节阀
柱塞形阀芯
任意流向
0.85
“V”形阀芯
任意流向
0.90
角型调节阀
柱塞形阀芯
流开
0.80
流闭
0.90
套筒形阀芯
流开
0.85
流闭
0.80
文丘里形
流闭
0.50
球阀
“O”型
任意流向
0.55
“V”型
任意流向
0.57
蝶阀
60°全开
任意流向
0.68
90°全开
任意流向
0.55
偏心旋转阀
流开
0.85

    3）公式计算步骤
    第一步：根据已知条件查参数：FL、Pc；
    第二步：决定流动状态。
    液体：①判别 Pv 是大于还是小于0.5P1；
    ②由①采用相应的△Pc公式：
    ③△P＜△Pc为一般流动；△P≥△Pc为阻塞流动。
    气体： 为一般流动， 为阻塞流动。
    第三步：根据流动状态采用相应Kv值计算公式。

    4）计算举例
    例1 介质液氨，t＝33℃，r＝0.59，Q＝13t／h，P1＝530×100KPa，P2＝70×100KPa，△P＝46