《调节阀计算选型培训教材》

《调节阀计算选型培训教材》本学习资料由海王仪器仪表技术开发部全体技术人员花费大量精力编制，在编制过程中得到了海王总裁郑云海先生及同行专家的大力指导和帮助，在此表示感谢！调节阀又称控制阀，是工业自动化过程控制仪表的执行单元，是工业自动化控制的手和足。正确选择和使用调节阀不仅直接关系到整个系统的正常运行，同时涉及到人生和系统的安全、环保及经济效益等方面。据了解自控系统不能正常投入运行，其中有70%~80%的原因是执行单元的影响。随着我国生产的发展系统对流量、压力、温度等参数的过程控制要求不断提高；耐蚀性能、调节精度、可靠性要求也越来越高。所以正确选择、合理使用调节阀对控制系统有着举足轻重的作用。《调节阀计算选型资料》可供设计院、企业自动化控制室及工程部有关人员，在调节阀计算选型时参考；对从事调节阀生产、销售、使用、维修人员作为调节阀基础知识的培训教材。一概述在工业生产中，往往要对被调介质的参数，如温度、压力、流量、液位、物位等进行控制，使其稳定并达到预定的要求。从而实现生产过程的自动化。其控制过程简化示意如图１－１。调节阀接受到调节器送来的（偏差）信号时，它是怎样实现对介质的调节的呢？伯努诺方程告诉我们：………………………（1）就是说流动介质处于任意状态（位置）时，它的能量（总水头）是一个定值（常数）（流体内部摩擦热能散失忽略不计）。它包括三部分：h—位能（位置水头）、—压力能（静压水头）、—动能（动力水头）。在不同形状、大小的管道内三种能量（水头）只是相互转换而已。如图1-2，过水断面A、B两点的总能量（水头）都是等于Z。在水平管道中，而A、B两点的h—位能（位置水头）是一个定值，则公式（1）可写成：……………………………….（2）从图1-3可以看出A、B两点能量（水头）的转换。能量转换部分h的大小可用下式表示：………………………………..（3）因为流量：Q=F1V1=F2V2…………………………………………………………………..（4）F1、F2—分别表示两过流断面面积V1、V2—分别表示两过流断面流体流速。则将V2代入（3）式设—流体阻力系数。…………………（5）当调节阀的口径一定、管道直径一定，其流量Q随阻力系数变化而变化。而阻力系数的变化直接受管道直径既调节阀开度的影响。就是说调节阀接收到调节器送来的（偏差）信号后，推动阀杆或轴移（转）动，执行机构根据信号的大小，使阀的开度成一定比例开大或关小。由于阀芯形状和阀芯的位移（开度）建立了一定的数学关系，从而使调节阀的流量Q随节流孔过水断面面积的变化相应的变化，而迅速补偿（调节）被控对象（流体），直至达到平衡。调节阀选择主要包括以下几个方面：调节阀结构型式和材质的选择；流量特征的选择；调节阀Cv值的计算及口径的选择；许用压差的计算及执行机构的选择；公称压力及温度等级的选择。调节阀实际上是一个可调节的节流单元，它直接与戒指接触，使用环境十分恶劣、复杂多变。选型时既要注意适用、安全、可靠性，又要考虑经济性。总的来说，应根据介质性质、温度、压力及系统工艺要求和其他有关条件来选择，一般可遵循以下几个原则来选取。1.调节阀的结构型式应能满足介质温度、压力、流量特性、流向、毒性、调节范围以及密封等要求。2.调节阀的材质应能满足介质温度、压力和腐蚀性要求。3.调节阀的流量特性应能对调节阀系统进行合理的补偿。4.调节阀的口径应能满足工艺上对流量特性的要求。5.调节阀的执行机构，输出力应能满足现场使用压差的要求，其刚度应能满足系统稳定性要求。6.在特殊情况下，通过定位器、电磁阀、快速排气阀、手轮机构等辅助装置使调节阀满足动作、换向、分程控制等要求。二Cv值计算及口径选择流量系数Cv值是调节阀的重要参数，它反映调节阀的能力（容量），根据Cv值的大小来确定调节阀的公称通径。Cv值的定义是：阀处于全开状态，两端压差为1磅/寸2的条件下，60℉（15.6℃）的清水，每分钟通过阀的美加仑数。我国流量系数是按公制定义的。符号为Kv，Kv与Cv的关系是Cv=1.17Kv。1.液体介质计算：（英制）（公制）…………………….（1）……………（1′）式中Q=最大流量gpm（美加仑/分）Q=最大流量m3/hG=比重（水=1）G=比重（水=1）P1=进口压力psiP1=进口压力100kpa（kgf/cm2）P2=出口压力psiP2=出口压力100kpa（kgf/cm2）ΔP=P1-P2注意：P1和P2为最大流量时的压力(1)粘度修正液体粘度大于100SSU（塞波特秒）或者大于20CST（厘斯）即20mm2/s时，计算所要求的Cv值应按下列次序进行粘度修正。1）不考虑粘度影响，用公式（1）或（1′）求出Cv2）用公式（2）和（3）或者公式（2′）和（3′），求出系数R。3）从图2-1粘度修正曲线上，求出系数R相对应的Cv的修正系数。4）用这个修正系数乘上第一步求出的Cv。5）然后，从Cv值一览表上，选取合适的调节阀口径。系数R的计算公式（英制）（公制）……………….（2′）（3′）式中Q=最大流量gpmQ=最大流量m3/hMcs——进口温度下液体运动粘度系数cstCv——未修正的CvMssu——进口温度下液体粘度SSU（塞波特秒）备注：液体粘度≥200SSU，使用公式（3）或（3′）计算，粘度＜200SSU，请把SSU粘度单位换算成CST粘度单位，再用公式（2）或（2′）计算。（2）闪蒸修正当饱和温度或接近饱和温度的液体，在流经调节阀节流口时，由于流速加快，液体压力下降，液体内部会产生瞬间快速蒸发。即液体会产生大量蒸气。在这种情况小，仍然采用原液体流动的基本定律（公式）计算就不正确了，必须进行（压差）修正。修正方法如下：△T＜2.8℃（5℉）△Pc=0.06P1…………………..（4）△T＞2.8℃（5℉）△Pc=0.9(P1-Ps)……………（5）式中△T=在进口压力下的液体饱和温度与进口温度之差△Pc=计算流量用的允许压差100kpa（kgf/cm2）absPs=进口温度下液体的绝对饱和压力100kpa（kgf/cm2）abs只有当公式（4）或（5）计算出的△Pc小于调节阀上的实际压差△P时，公式（1）或（1′）必须用△Pc，而不准用△P。2.气体（一般气体）介质计算如果已知标准状态，即760mmHg（14.7psia）和15.6℃（60℉）条件下的最大流量，下列公式不需经过修正，可直接计算。（1）△P＜时…………（6）…（6′）（2）△P＞时………….（7）……（7′）式中Q=标准状态下最大流量ft3/hQ=标准状态下最大流量m3/hG=比重（空气=1）G=比重（空气=1）T=流体温度℉T=流体温度℃P1=绝对进口压力PsiaP1=绝对进口压力100Kpa（kgf/cm2）P2=绝对出口压力PsiaP2=绝对出口压力100Kpa（kgf/cm2）△P=P1—P2Psia△P=P1—P2100Kpa（kgf/cm2）3.过热蒸气介质计算（1）△P＜时……（8）…（8′）（2）△P≥时………………..（9）………..（9′）式中W=最大流量Ibe/hW=最大流量kg/hP1=绝对进口压力PsiaP1=绝对进口压力100Kpa（kgf/cm2）P2=绝对出口压力PsiaP2=绝对出口压力100Kpa（kgf/cm2）K=1+（0.0007×过热温度℉）K=1+（0.0013×过热温度℃）△P=P1—P2Psia△P=P1—P2100Kpa（kgf/cm2）注意：P1和P2是最大流量时的压力。4.饱和蒸气介质计算…….（10）…….（10′）说明：当P2＜时，应用代替△P，V2要用时相对应的值。式中W=最大流量Ib/hW=最大流量kg/hV1=进口压力下蒸气比容ft3/LbV1=进口压力下蒸气比容cm3/gV1=出口压力下蒸气比容ft3/LbV1=出口压力下蒸气比容cm3/gP1=绝对进口压力PsiaP1=绝对进口压力100Kpa（kgf/cm2）P2=绝对出口压力PsiaP2=绝对出口压力100Kpa（kgf/cm2）△P=P1—P2Psia△P=P1—P2100Kpa（kgf/cm2）注意：P1和P2是最大流量时的压力。5.开度验算调节阀的口径选取是根据我们计算出来的Cv值的大小，从样本上套取的认为合适的口径。由于调节阀在系统中的压降比S值和调节阀的固有流量特性等的影响。所以对已选取的调节阀的口径必须进行开度验算，判断所选阀的口径是否满足工艺条件所需，其最大、最小流量的调节是否处在所选调节阀的最佳开度范围内。开度验算用下列公式验算。直线流量特性………………………（11）等百分比流量特性………………………（11′）K—调节阀相对开度。S—调节阀压降比（调节阀上压降与系数的压降比值）Cvx—计算后选取的调节阀Cv值。Cvj—计算出来的Cv值。