工程设计中调节阀压力恢复系数FL的应用分析.docx

工程设计中调节阀压力恢复系数FL的应用分析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。上游压力下游压力缩脉处压力F2 低恢复能力=Pl - F2 四Fvc = Fl - Fvc高恢复能力图1阀内的压力恢复特性阀上压降为P=PP2。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AP*。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AP。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F=S +（AP/AP）=S +（P-K）/（P-P）（1）L qtvc qt ' , 121 vc3.2 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APc：Pc = Fl2 大 APvc=Fl2 (Px-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APc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 PlugRotation102030405060708090100FLFlow to Open0.960.930.910.890.880.870.870.860.860.85Flow to Close0.940.910.880.830.800.770.740.720.700.68表2国产调节阀FT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0.55V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0.6890全开任意流向0.554.4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（I）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（II）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APc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APc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P来计算APc比较保险。如果在调节阀计算时发现Fl和P不符合以上规律，要对选定调节阀各开度的APc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。