4-5调节阀的流通能力及阀门的口径的选择-new

4－22第五节调节阀的流通能力及阀门的口径的选择调节阀的口径是根据工艺要求的流通能力来确定的。调节阀的流通能力直接反映调节阀的容量，是设计、使用部门选用调节阀的主要参数。在工程计算中，为了合理选取调节阀的尺寸，就应正确计算流通能力，否则将会使调节阀的尺寸选得过大或过小。如选得过大，将使阀门工作在小开度的位置，造成调节质量不好和经济效果较差；如选得过小，即使处于全开位置也不能适应最大负荷的需要，使调节系统失调。因此必须掌握调节阀在各种流体时的流通能力的计算公式。正确选择阀门应考虑如下参数：阀门的流通能力、汽蚀和闪蒸、阀门的流量特性、阀体种类、阀门的执行器的大小等。一、调节阀的流通能力1．流通能力的定义众所周知，调节阀是通过改变阀芯行程来改变阀门的局部阻力系数，从而达到调节流量的目的。由流体力学可知，对于不可压缩流体，调节机构上的压头损失为：212v2pphgg（4-12）式中h——调节机构的压头损失（m）；p1、p2——阀前、后的流体压力（Mpa）；——流体的密度（Kg/m3）；——调节机构的阻力系数；v——流体平均流速（m/s）；Vq——流体的体积流量（m3/s）；F——调节阀的流通截面（m2）；g—重力加速度（m/s2）。将FqVv代入（4-12）式，并整理则得1222VFFpqpp（4-13）例如对于阀两端压差为0.1Mpa，流体密度为1000kg/m3时，每小时流经阀的介质流量为：65.0910VFppqC(4-14)上式采用以下单位：F—m2；△p—MPa；ρ—kg/m3vq—m3/h。当△p单位采用Pa，流体密度采用g/cm3(相当于103kg/m3)时，流量表达式为：4－23316VCpq(4-15)式（4－15）在工程中经常采用。2．流通能力C值的计算阀门的流通能力C的定义是：当阀门全开时，阀两端压力降为105Pa，流体密度为1g/cm3时，每小时流经调节阀的介质体积流量，单位为m3/h。如果采用国际单位制，流量系数用VK。另外，在采用英制的国家里用VC表示流量系数。VC的定义是用40~60F的水，保持阀门两端压差为1磅／平方英寸(psi)，阀门全开状态下每分钟流过水的美加仑数。这三种单位制的换算公式为：VKC；1.167VCC已经知道，通过调节阀的流量vpqC，这样，只要知道了通过阀门的体积流量vq和流体的密度，就可以计算出相应的阀门流量系数C。在工程实际中，当正常流量vq、阀门压降p和流体密度确定以后，我们就可以根据上式计算出调节阀的流通能力，然后根据C值和调节阀的类型，查相应的产品样本，最终确定调节阀的口径。在供热、通风及空调自动调节系统中，各种流体的阀门C值计算方法很多，特别是在气体管路上使用时有各种不同的修正方法，一些常用的实用公式见表4.1。表4.1阀门流量系数的常用计算公式流体压差条件计算公式采用条件液体316vqCp或316mCp当液体黏度为622010m/s上时，须对C值进行校正。vq——体积流量，3m/hm——质量流量，t/hp——阀门压降，Pa——液体密度，3g/cm气体一般气体当210.5pp当210.5pp00120.26316TCqppp10082.432TCqp0q——标准状态下气体体积流量，3m/h（0℃，101325Pa）0——标准状态下气体密度，3kg/m（0℃，101325Pa）T——阀前气体绝对温度，Kp——阀门压降，Pa1p、2p——阀门前、后压力，Pa蒸汽饱和水蒸气当210.5pp当210.5pp12119.576qCmpppm——蒸汽流量，kg/hp——阀门压降，Pa4－244182.4321.406710qmCp1p、2p——阀门前、后压力，Pa（绝对压力）T——水蒸气过热温度，℃过热水蒸气当210.5pp当210.5pp1210.001319.576qTCmppp4110.00131.406710qmTCp二、阻塞流现象要使调节阀起到调节作用，就必须在阀前、阀后有一定的压差，但是阀门前后产生的压差越大，所消耗的动力越多。但在实际情况中，当阀前压力1p保持恒定而逐步降低阀后压力2p时，流经调节阀的流量会增加到一个最大极限值，如图4-26所示。如果再继续降低2p，流量也不再增加，此极限流量称为阻塞流。此时调节阀的流量就不再遵循流量方程式的规律。在液体管路的调节阀中，产生阻塞流的主要原因是空化作用。如图4-27所示，当压力为1p的液体流经节流截面时，流速突然急剧增加，动压增加而静压下降。当节流截面处的静压下降到等于或低于该流体在当时温度下的饱和蒸气压vp时，部分液体就气化成为气体，形成气液两相共存的现象，这种现象称为闪蒸。如果阀后压力2p不是保持在饱和蒸气压以下，而是在节流截面后又急剧上升，这时气泡就会产生破裂并转化为液态，这个过程即为空化作用。所以，空化作用是一种两阶段现象，第一阶段是液体内部形成空腔或气泡，即闪蒸阶段；第二阶段是这些气泡的破裂，即空化阶段。在图4-27是一个在节流孔后产生空化作用的示意图。由于许多气泡集中在节流截面处，自然影响了流量的增加，产生了阻塞现象。产生闪蒸时，对阀芯等材质有侵蚀破坏作用，而在产生空化作用时，由于节流截面后压力逐渐恢复，升高的压力压缩气泡，最后气泡突然破裂，所有的能量集中在破裂点上，产生极大的冲击力，对阀件表面产生破坏。图4-26p1恒定时q与p关系图4-27节流孔后空化作用当调节阀出现阻塞流后，除了对阀件有破坏作用之外，还将影响流量计算的正确性。因此计算流量系数和流量时，首先应当判断调节阀是否处于阻塞流情况。不可压缩液体在调节阀内产生阻塞流4－25的条件，与该液体的物理性质和调节阀的结构、流路形式等有关。因此选择调节阀时，应判断是否产生阻塞流，选择相应条件的调节阀的流量系数vC。具体内容可参见有关书籍。三、调节阀口径的选择阀门的直径大小是阀门最重要的选项之一。阀门选型如果太小，在最大负荷时可能不能提供足够的流量，如果太大可能超过调节点，阀门的开启度过小会导致阀塞的过度磨损，并且系统不稳定而且会增加工程造价。根据通过调节阀的流量和调节阀两端的压力计算调节阀的流通能力C，根据流通能力C选择调节阀的口径，从工艺提供数据到计算出流量系数、到确定调节阀的口径，需要经过以下几个步骤：(1)计算流量的确定。根据现有的生产能力、设备的载荷及介质的状况，决定计算流量,maxvq和,minvq。(2)计算压差的确定。根据已选择的调节阀流量特性及系统特点，选定VS值，然后计算压差。(3)流量系数的计算。按照工作情况，判定介质的性质及阻塞流情况，选择恰当的计算公式或图表。根据已决定的计算流量和计算压差，求取最大和最小流量时的阀门流通能力C（或者流量系数Cv）最大值和最小值。根据阻塞流的情况，必要时进行噪声预估计算。(4)流量系数C值的选用。根据已经求取的C最大值，进行放大或圆整。在所选用的产品型号标准系列中，选取大于maxC值，并与其最接近的那一级C值。(5)调节阀开度验算。一般要求最大计算流量时的开度不大于90％，最小计算流量时的开度不小于10％。(6)调节阀实际可调比的验算。调节阀一般要求实际可调比不小于10。(7)阀座直径和公称直径的决定。验证妥当之后，根据C值来确定。图4-28压差旁通阀调节装置另外，安装调节阀时还要考虑其阀门能力VS(即调节阀全开时阀门上的压差占管段总压差的比例)，从调节阀压降情况来分析，选择调节阀时必须结合调节阀的前后配管情况，当VS值小于0.34－26时，线性流量特性的调节阀的流量特性曲线会严重偏离理想流量特性，近似快开特性，不适宜阀门的调节。【例4-1】某写字楼共十二层,建筑面积约为11000m2,层高3.6m，采用一台约克螺杆冷水机组,制冷量为1122KW。系统中压差旁通阀采用调节阀，具体管路布置如图4-28所示。选择调节阀步骤如下：（1）确定调节阀压差值（⊿P）如上图所示,作用在调节阀上的压差值就是E和F之间的压差值,由于C-D旁通管路与经过末端用户的D-U-C管路的阻力相当,所以E-F之间的压差值应等于D-U-C管路压差(指末端用户最不利环路压差)减去C-E管段和F-D管段的压差值。经水力计算,系统在最小负荷（旁通管处于最大负荷）情况下总阻力损失H约为235KPa在系统冷冻水供回水主干管处设置压差旁通控制装置,旁通管处冷源侧水管道阻力损失为80KPa,末端最不利环路阻力损失为155KPa。（2）计算调节阀需要旁通的最大和最小流量对于单机组空调机系统,根据末端用户实际使用的最低负荷就可以确定最小负荷所需的流量,从而确定最大旁通流量,其公式为:min,max3.6TvpQQqC(4-16)公式中,为流量单位为（m3/h），Q为冷水机组的制冷量(KW),Qmin空调系统最小负荷(KW),PC为水的比热,PC=4.187kJ/kg.oC,⊿T为冷冻水供回水温差,一般为5oC。根据实际可调比10rvRS(4-17)即可算出调节阀的旁通最小流量,minvq经过计算知，该空调系统在其最小支路循环时，其负荷为最小负荷，约为总负荷的35％，利用公式（4-16）算得所需旁通得最大流量为125.4m3/h,再由最不利环路压差155KPa。（3）计算压差所需调节阀的流通能力C316VCpq(4-18)公式中,ρ为密度,单位为（g/cm3）,G为流量，单位为（m3/h）,⊿P为调节阀两端压差，单位为Pa。根据计算出的C值选择调节阀使其流通能力大于且最接近计算值。根据公式（4-18）算得C=100.6（4）调节阀选型表4-2为上海恒星泵阀制造有限公司的ZDLN型电子式电动直通双座调节阀的技术参数表，该调节阀的固有流量特性为直线型和等百分比特性，由算得C=100.6按照等百分比特性选择最接近的C值，得到管径为DN80，C值为110，符合选型要求。表4-2ZDLN型电子式电动直通双座调节阀的技术参数表公称通径DN(mm)253240506580100125150200250300400额定流量系数直线12.119.430.348.375.9121193.6302.54847591210193629204－27Kv等百分比1117.627.54469.3110176275440693110017602700额定行程L(mm)16254060120公称压力PN（MPa)1.6、4.0、6.4固有流量特性直线、等百分比固有可调比R50：1信号范围（mA.DC)0～10、4～20电源电压220V、50Hz作用方式故障时：全开、全闭、自锁位允许泄漏（1/h)10-3×阀额定容量工作温度t(℃)常温型-20～200、-40～250、-60～250散热型-40～450、-60～450高温型450～650低温型-60～-100、-100～-200、-200～250（5）调节阀的开度及可调比验算调节阀工作时，一般希望它的最大开度在90%左右，最大开度选小了，会使实际可调比下降，说明这时阀门口径选的偏大，不但影响调节性能，而且也是不经济的。如R=30的等百分比流量特性调节阀，当最大开度为80%时，其实际流通能力仅为改阀流通量能力的50%，可调比也下降为15%。最小流量时一般希望它的最小开度不小于10%，因为小开度对流体对阀芯、阀座的冲蚀较为严重，容易损坏阀芯而使流量特性变坏，严重的甚至使调节阀失灵。算例中旁通管段总长为6m,查上表当C=110时，由公式(4-18)⊿P=ρ(316G/C)2得到⊿P＝129.8KPa,当旁通管道采用与调节阀相同的管径DN80时，当旁通管道最大水量为125.4m3/h，经过水力计算，总沿程损失为42.8KPa,总局部损失为23KPa，调节阀两端压差为129.8－42.8－23=64KPa129.8KPa,阀门能力vS=64/129.8=0.49,这时调节阀的流量特征曲线为等百分比特性，此时处理的实际最大旁通水量为88.