调节阀的口径计算

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1、上海大成仪表厂 1控制阀的口径计算控制阀的口径计算 一、 引言一、 引言 控制阀（调节阀）在工业生产过程自控系统中的作用犹如“手足” ，其重要性 是不言而喻的。如何使用户获得满意的产品，除了制造上的精工细作外，还取决于 正确的口径计算，产品选型，材料选用等，而其前提是要准确掌握介质、流量、压 力、温度、比重等工艺参数和技术要求。这是供需双方务必充分注意的。 本手册编制参考了国内外有关专业文献，也结合了我厂长期来产品选型计算中 的实际经验。 二、术语定义术语定义 1、 调节阀的流量系数调节阀的流量系数 流量系数 Kv 值的定义： 当调节阀全开， 阀两端压差为 1102Kpa （1.03 巴） 时

2、， 流体比重为 1g/cm3的 540水，每小时流过调节阀的立方米数或吨数。 Kv 是无量纲，仅采用 m3/h 或 T/h 的数值。 Cv 值则是当阀全开，阀前后压差 1PSi，室温水每分钟流过阀门的美加仑数。 Cv=1.167 Kv。 确定调节阀口径的依据是流量系数 Kv 值或 Cv 值。所以正确计算 Kv（Cv）值 就关系到能否保证调节品质和工程的经济性。若口径选得过大，不仅不经济，而且 调节阀经常工作在小开度，会影响控制质量，易引起振荡和噪音，密封面易冲蚀， 缩短阀的使用寿命。若口径选得过小，会使调节阀工作开度过大，超负荷运行，甚 至不能满足最大流量要求，调节特性差，容易出现事故。所以口

3、径的选择必须合理， 其要求是保证最大流量 Qmax 时阀的最大开度 Kmax90%，实际工作开度在 4080%为宜，最小流量 Qmin 时的开度 Kmin10%。如兼顾生产发展，Kmax 可 选在 7080%，但必须满足 Kmin10%。对高压阀、双座阀、蝶阀等小开度冲刷厉 害或稳定性差的阀则应大于 20%30%。 2、 压差压差 压差是介质流动的必要条件，调节阀的压差为介质流经阀时的前后压力之差， 即P=P1-P2。在亚临界流状态下，压差的大小直接影响流量的大小。 调节阀全开压差是有控制的，其与整个系统压降之比（称 S）是评定调节阀调 节性能好坏的依据，如果流量波动较大时，S 值应大些；波动

4、小，也应小些。S 值小 可节能，但太小，工作流量特性畸变厉害，降低调节品质；S 值大，虽能提高调节 品质，但能耗太大，所以 S 最好限制在 0.150.3。 3、 流量流量 根据生产能力，设备负荷和介质状况由工艺设计、确定最大流量 Qmax、正常 流量（工艺流程最大流量）Qnor 和最小流量 Qmin。为确保安全，避免调节阀在全 开位置上运行。应使 Qmax=1.251.6Qnor。 4、 闪蒸、临界压差闪蒸、临界压差 液体流经调节阀时，由于节流处流速增大，压力降低，当压力降至饱和蒸汽压 时，部分液体就会气化并以汽泡的形式存在，若在下游压力等于或低于入口温度的 饱和蒸汽压时，汽泡未破裂，而夹在

5、液体中成二相流流出调节阀，此过程称为“闪 蒸” 。闪蒸一般不会破坏节流元件，但会产生阻塞流，使调节阀流量减小，此时流量 Q 基本上不随压差P 的增加而增加。阻塞流动会产生噪音和振动。产生阻塞流的上海大成仪表厂 2压差称为临界压差PC。 5、空化、压力恢复系数、空化、压力恢复系数 液体流经调节阀时，缩流断面流速加快，压力下降，当压力降到低于入口温度 饱和蒸汽压（Pv） ，造成部分液体转变成蒸汽，出现汽泡，随后由于流速下降压力恢 复使汽泡破裂。从汽泡形成到破裂的全过程称为空化，汽泡破裂，会释放巨大空化 能，对节流元件产生破坏，并伴有噪声和振动，即谓气蚀，这是高压差场合调节阀 选型必须考虑的。 Pc

6、=FL2 P1-（0.96-0.28Pv/Pc .Pv） 式中：FL压力恢复系数，又称临界流量系数 Cf（Critical flow factor） ，表征不 同结构阀造成的压力恢复，以修正流量系数计算误差，并参与判别流动状态。 FL=Pc/Pv c=Pc/（P1-Pv） ，各种阀的 FL見表一。 Pv液体入口温度下的饱和蒸汽压（ata，100kPa） （见“物理化学手册” -上海科技出版社 1985.12） 。 Pc热力学临界压力，kgf/cm2（ata） ， （见附表四、五 ） ， （水 Pc=25.565） P1阀上游压力（ata） ，100kPa Pv c产生闪蒸时缩流处压差，Pv c

7、=P1-Pv， （ata，100kPa） P c产生闪蒸时阀前后压差，也称临界压差， （ata，100kPa） 上海大成仪表厂 3三、调节阀流量系数的计算三、调节阀流量系数的计算 1、 液体液体 1）公制公式 流动状态 亚临界流PFL2（P1-Pv） 临界流PPc 体积流量 Kv=Q G P Kv=Q G FL Pc 重量流量 W Kv= P.G W Kv= FLG.PC 式中：Q体积流量 Nm3/h W重量流量 T/h P实际压降，P=进口压力 P1一出口压力 P2，bar， （ata） ， bar大气压力单位，1 bar=1.02kgf/cm2=750mmHg FL 阀全开时的压力恢复系数

8、(見表一) Pc临界压差，当 Pv0.5P1,PPc 时，Pc= FL2（P1-Pv），为正常 流动，以P 代入。当 Pv0.5P1, PPc,意味着有较大闪蒸，出现气蚀， 此时以Pc =FL2 P1- （0.96-0.28P 1/Pc） .Pv 代入。 如绝对不允许出现气蚀时， 用初始气蚀系数 KC代替式中 FL， （ “KC”见表一） 。 式中：Pv液体入口温度下的饱和蒸汽压，bar（ata） ， （见附表 ） 。25水 Pv=0.032X102kPa Pc热力学临界压力，bar（ata） 。 G比重, （水=1） 2）英制公式 流动状态 亚临界流PFL2（P1-Pv） 临界流PPc 体积

9、流量 Cv=QG P Cv=Q G FL Pc 重量流量 W Cv= 500P.G W Cv= 500FLG.Pc 式中：Q流量，gpm/分 W流量，磅/小时 P实际压降，P1-P2，psi（ata） 上海大成仪表厂 42、 气体气体 1）公制公式 流动状态 亚临界流P/P1 0.5 FL2 临界流P/P10.5FL2 体积流量 Kv= Q GT 345 P( P1-P2) Kv=QGT 300 P1FL 重量流量 40.5W Kv= P( P1+P2) G g 46.7W Kv= FL P1 Gg 式中：Q体积流量 Nm3/h W重量流量 1000kg/h G气体在标准状态下的比重(空气=1

10、.0) Gg 流体流动温度下的比重, Gg = G （288/T） T - 流体流动时温度K (273+) ， 绝对温度 FL阀全开时的压力恢复系数 P1、P2阀前、阀后绝对压力（ata） ，100kPa， （ata）=表压（G）+1.03 2)英制公式 流动状态 亚临界流P/P1 0.5 FL2 临界流P/P10.5FL2 体积流量 Cv= Q GT 963 P( P1-P2) Cv= QG T 834 P1FL 重量流量 W Cv= 3.22P( P1+P2) G g W Cv= 2.8 FL P1G g 式中： Q绝对压力为 14.7 磅/英寸2， 温度为 60F 时气体流量， 标准 （

11、英尺）3/小时。 W重量流量，磅/小时 T流体流动时温度 T=460+F Gg流体流动温度下的比重 Gg=G.520/T P- P1-P2 ，psi（ata） P1、P2上游、下游绝对压力，psi 3、 蒸汽蒸汽 1）公制公式 流动状态 亚临界流P/P1 0.5 FL2 P/P10.5FL2 饱和蒸汽 84.5W Kv= P( P1+P2) 97.7W Kv= P1FL 过热蒸汽 Kv=84.5（1+0.00126t）W P( P1+P2) Kv=97.7（1+0.00126t）W FL P1 式中：W蒸汽重量流量 1000kg/h t蒸汽过热温度，指相同压力过热水蒸汽比饱和水蒸汽过热的温度，

12、即 t=过热水蒸汽温度饱和水蒸汽温度。饱和水蒸汽的t=0。 上海大成仪表厂 5P1、P2阀前、阀后绝对压力（ata） ，100kPa 2）英制公式 流动状态 PP1 / 2 FL2 PP1 / 2 FL2 饱和蒸汽 W Cv= 2.12P( P1+P2) W Cv= 1.84P1FL 过热蒸汽 Cv= W（1+0.0007Tsh） 2.12P( P1+P2) Cv= W（1+0.0007Tsh） 1.84 FL P1 式中：W最大流量 1b/h P1、P2 -上游、下游绝对压力 psi；K Tsh-过热温度F 四、几种特殊流体四、几种特殊流体 Kv 值的修正计算值的修正计算 1、高粘度和层流

13、当液体的运动粘度20CST（厘沲）或 100SSU（赛波特秒） ，或流体雷诺 数 Rev10-4时， 液体处于层流低速流动， 其流量和压差不再是平方关系而渐 趋直线，此时对按液体公式计算的 Kv 值要用雷诺修正数修正：Kv=Kv FR 计算调节阀 Rev 的公式： 1）对只有一个流路的调节阀，如单座、套筒、球阀等： Rev= 70700QL FL . Kv 2）对于有二个平行流路的调节阀，如双座阀、蝶阀、偏心旋转阀等： Rev= 49490QL FL. Kv 式中：Q L液体体积流量 Nm3/h F L-液体压力恢复系数 运动粘度（CST，厘沲） 10-6m2/s, 与动力粘度（CP.厘泊,

14、10-3N.S/ m2）的关系。 = （密度） 上海大成仪表厂 62、可压缩气体：气体、蒸汽介质压力0.7MPa 时，由于气体的可压缩性，其计 算的 Kv 值必须用压缩系数 Z 来修正：Kv=QG.(273+).Z 300. F L.P1(Y-0.148Y3) 式中：Z 由图五、六查取、 3、低压差气体和蒸汽的计算修正， 当 P20.2P1时原公式计算的 Kv（Cv）存在一定误差，最大时接近 12%， 因此为精确起见， 应将前述气体， 蒸汽的临界流公式计算值除以 （Y-0.148Y3） 作修正，Y= 1.63 P F L P1 公式类别 英制 公制 体积流量 Cv= Q G（273+t） 83

15、4P1FL（Y-0.148Y3） Kv = QG (273+t) 300 P1FL（Y-0.148Y3）气体 重量流量 Cv= W 2.8 P1FLGg（Y-0.148Y3）Kv = 47W P1FLG（Y-0.148Y3）饱和蒸汽 Cv= W 1.84 P1FL（Y-0.148Y3） Kv= 71.5W P1FL（Y-0.148Y3） 过热蒸汽 Cv= WK 1.84 P1FL（Y-0.148Y3） Kv= 71.5 W(1+0.00126t) P1FL（Y-0.148Y3） 4、两相流 Kv 值的计算 1）液体与非凝气体进入控制阀，若没有发生液体汽化，而且流速能保持一种湍流的 均匀混合流： Kv =