Fl恢复系数.doc

工程设计中调节阀压力恢复系数FL的应用分析
点击次数：170 发布时间：2008-6-11 15:34:14

作  者：
上海医药设计院 俞加波
摘  要：
不同形式调节阀的压力恢复系数FL值不同，各制造厂同形式调节阀的FL值亦会不同，本文结合工程设计实例讨论如何选用FL合适的调节阀。
关键字：
阻塞流 压力恢复系数FL 阀后缩脉处压力 最大允许压差

      1、引言
     在工程设计中，经常需要对调节阀进行选型与计算，以达到稳定控制的目的。但调节阀选型与计算时对FL的考虑较困难。本文除对FL的一般规律作分析，同时通过实例，对可能出现阻塞流工况，如何深入考虑FL作出分析。
      2、阻塞流的产生
     在流量系数Cv的计算公式中，阀前压力P1，阀后压力P2的取压位置及流体通过调节阀的压力降变化情况如图1所示。

图1  阀内的压力恢复特性
     阀上压降为ΔP=P1-P2。按能量守恒定律，在流体缩脉处的流速最大而压力最低，即压力降最大，称为ΔPvc。缩流处后流体流速又减小，直至P2处大部分静压得到恢复，此时压力降为ΔP。
     当介质是液体，在压差足够大时，部份液体在该操作温度下汽化，即发生了闪蒸。液体中夹带了蒸汽，产生了二相流，液体不再是不可压缩的，这时即使再增加压差，流量也不再增加，这种极限流量现象称为液体阻塞流。
      3、FL的具体分析
      3.1 FL的定义
             FL=Sqt（ΔP/ΔPvc）=Sqt（P1-P2）/（P1-Pvc）        （1）
      3.2  FL的意义
     FL是一个实验数据，表明了调节阀在液体通过后动能转变为静压能的恢复能力（见图1），也表明了液体产生阻塞流的临界条件，故FL又称为临界流量系数。提出FL的目的，在于判断液体通过调节阀时是否产生隆塞流，并用于计算调节阀的最大允许压差。
     3.3 阻塞流的判断
      理论上用与的大小关系来判断是否产生阻塞流，但在工程计算时用压差大小来判断。图2表明了通过阀门的流量与压差的关系。

图2  流量与压差的关系
     最大允许压差定义为ΔPc：
             ΔPc = FL2 ＊ ΔPvc=FL2＊ （P1-FFPv）       （2）
     Pv：操作温度下的液体饱和蒸汽压
      FF：液体临界压力比系数
      3.4 决定阻塞流的因素
     从公式2来看，一旦操作工况决定，最大允许压差ΔPc与FL有关系。阻塞流的产生与通过调节阀流量的大小，调节阀口径没有关系。
      4、FL值的一般规律
     4.1FL值的大小与调节阀的结构形式、流向、开度有关。一般情况下，制造厂提供的FL值是指调节阀全开下的数值。
     4.2几何结构完全相同的调节阀FL值相同，并与口径无关。同一类型的调节阀由于各制造厂的结构略有不同，故FL也有差别。
     4.3国际知名的制造厂提供了各系列调节阀的FL值，国内也有推荐值。详见表1，表2。
表1 Masoneilan 偏心旋转阀

Parcent of Plug Rotation
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
FL
Flow to Open
0.96
0.93
0.91

0.89
0.88
0.87
0.87
0.86
0.86
0.85
Flow to Close
0.94
0.91
0.88
0.83
0.80
0.77
0.74
0.72
0.70
0.68

表2 国产调节阀FL的推荐值

阀型式
阀芯型式
流向
FL
单座阀
柱塞形
流开
0.90
柱塞形
流闭
0.90
窗口形
任意流向
0.90
套筒形
流开
0.90
套筒形
流闭
0.80
双座阀
柱塞形
任意流向
0.85
窗口形
任意流向
0.90
角形阀
柱塞形
流开
0.90

柱塞形
流闭
0.80
套筒形
流开
0.85
套筒形
流闭
0.80
球阀
O形球阀孔径=0.8d
任意流向
0.55
V形孔球阀
任意流向
0.57
偏心旋转阀
柱塞形
任意流向
0.85
蝶阀
60全开
任意流向
0.68
90全开
任意流向
0.55

      4.4  值与调节阀形式、开度的一般关系（参见图3）
     一般情况下，直行程调节阀的值比旋转型调节阀的大， 值随调节阀开度的增加而减小。

图3  FL值与阀门开度的关系
     （1）DSP球体阀：V口形球阀
      （2）SP球体阀：流开
      （3）偏心旋转阀：流开
      （4）阀体分离阀：流开
      （5）偏心旋转阀：流关
      （6）蝶阀（小力矩）
      （7）控制球阀
      （8）阀体分离阀：流关
      （9）DP球体阀：柱塞形阀芯
      （10）SP球体阀：流关
      （11）71000系列角阀：流关
      5、工程设计对FL值的考虑
     5.1工程设计中碰到阻塞流的情况并不多，有时还是工艺要求阻塞流，如液体变气相作冷剂。但大多数工况要求避免阻塞流。
     5.2要避免阻塞流，可选用FL值较大的调节阀，这样ΔPc也相应大。选大口径并不能避免阻塞流。
     5.3对大口径旋转阀，要考虑管路大小头对FL值的修正。
     5.4当制造厂未提供调节阀的FL值时，表4的FL值可作估算参考。
     5.5要考虑FL值与阀门开度、P1与管路流量特性之间的关系。
     由于调节阀Cv值计算只考虑操作工况的某一点，并不能保证所有工况都避免了阻塞流，所以在计算ΔPc时，要从动态的角度来分析。
    对FL，可选用整个开度内的最小值，一般是全开时的FL值。
     P1一般随开度增大而减小（或不变），故用最大流量下的P1来计算ΔPc比较保险。
    如果在调节阀计算时发现FL和P1不符合以上规律，要对选定调节阀各开度的ΔPc进行验算。
     6、工程实例（见后）
    设计要求：流体介质为高温油，有粘性。阀体结构要求简单，能在线维修。选择Cv值相对大的阀体形式，这样比较经济。根据具体参数作计算，结果见计算书。
     6.1工程实例，通过对各制造厂计算书的比较，我们最终选定了NELES-CONTROL的V型控制球阀，顶部安装阀芯的形式。从计算结果看，该调节阀基本上避免了阻塞流，结构形式满足了工艺设计要求。
     6.2从计算结果看，由于在最小流量时的压差较大，这时还是产生了阻塞流。考虑到该调节阀对装置极其重要，阀体、阀芯、阀座均作硬化处理
      7、结束语
    实际工程中对阻塞流的处理还有许多方法，如套筒阀、多级降压、阀后安装孔板等，但目的都是一个：通过提高P2，来增加Pvc，从而避免阻塞流。选用FL值较大调节阀是最直接的方法。
    但是调节阀的最终选定由诸多因素决定，关键是使用工况。上述实例也可选用直通单座阀，但由于结构复杂、价格过高而放弃。
阀型号、阀型式、公称通径、阀座尺寸、阀芯形式、流量特性、泄漏等级、阀体材质、阀芯材质、阀座材质、CV值、法兰标准等级尺寸及密封面形式等，只要发现其中有一样内容与设计不符均应征得设计的确定和认可。
2.2 执行机构部分此项内容主要应检查执行机构型号、型式、作用形式、弹簧范围、供气压力等。
2.3 定位器部分此项内容主要检查定位器的输入信号、气源压力、电气和气源接口尺寸和防爆等级，其中防爆等级不得低于设计等级要求。
2.4 附件根据调节阀的设计技术要求仔细清理各项附件，如过滤减压阀、阀位开关、电磁阀、手轮机构、专用工具。以上各项内容的检验可以通过清理、计量器具、查看铭牌以及专用的检测手段（如法兰及螺栓材质可通过光谱分析来鉴别）等方法来实现。