| 作 者： | 上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院 俞加波 |
| 摘 要： | 不同形式調(diào)節(jié)閥的壓力恢復(fù)系數(shù)FL值不同，各制造廠同形式調(diào)節(jié)閥的FL值亦會(huì)不同，本文結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)例討論如何選用FL合適的調(diào)節(jié)閥。 |
| 關(guān)鍵字： | 阻塞流 壓力恢復(fù)系數(shù)FL 閥后縮脈處壓力 zui大允許壓差 |
1、引言 在工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行選型與計(jì)算，以達(dá)到穩(wěn)定控制的目的。但調(diào)節(jié)閥選型與計(jì)算時(shí)對(duì)FL的考慮較困難。本文除對(duì)FL的一般規(guī)律作分析，同時(shí)通過(guò)實(shí)例，對(duì)可能出現(xiàn)阻塞流工況，如何深入考慮FL作出分析。
2、阻塞流的產(chǎn)生
在流量系數(shù)Cv的計(jì)算公式中，閥前壓力P1，閥后壓力P2的取壓位置及流體通過(guò)調(diào)節(jié)閥的壓力降變化情況如圖1所示。
圖1 閥內(nèi)的壓力恢復(fù)特性
閥上壓降為ΔP=P1-P2。按能量守恒定律，在流體縮脈處的流速zui大而壓力zui低，即壓力降z(mì)ui大，稱為ΔPvc?？s流處后流體流速又減小，直至P2處大部分靜壓得到恢復(fù)，此時(shí)壓力降為ΔP。
當(dāng)介質(zhì)是液體，在壓差足夠大時(shí)，部份液體在該操作溫度下汽化，即發(fā)生了閃蒸。液體中夾帶了蒸汽，產(chǎn)生了二相流，液體不再是不可壓縮的，這時(shí)即使再增加壓差，流量也不再增加，這種極限流量現(xiàn)象稱為液體阻塞流。
3、FL的具體分析
3.1 FL的定義
FL=Sqt（ΔP/ΔPvc）=Sqt（P1-P2）/（P1-Pvc） （1）
3.2 FL的意義
FL是一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，表明了調(diào)節(jié)閥在液體通過(guò)后動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能的恢復(fù)能力（見(jiàn)圖1），也表明了液體產(chǎn)生阻塞流的臨界條件，故FL又稱為臨界流量系數(shù)。提出FL的目的，在于判斷液體通過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)是否產(chǎn)生隆塞流，并用于計(jì)算調(diào)節(jié)閥的zui大允許壓差。
3.3 阻塞流的判斷
理論上用與的大小關(guān)系來(lái)判斷是否產(chǎn)生阻塞流，但在工程計(jì)算時(shí)用壓差大小來(lái)判斷。圖2表明了通過(guò)閥門的流量與壓差的關(guān)系。
圖2 流量與壓差的關(guān)系
zui大允許壓差定義為ΔPc：
ΔPc = FL2 ＊ ΔPvc=FL2＊ （P1-FFPv） （2）
Pv：操作溫度下的液體飽和蒸汽壓
FF：液體臨界壓力比系數(shù)
3.4 決定阻塞流的因素
從公式2來(lái)看，一旦操作工況決定，zui大允許壓差ΔPc與FL有關(guān)系。阻塞流的產(chǎn)生與通過(guò)調(diào)節(jié)閥流量的大小，調(diào)節(jié)閥口徑?jīng)]有關(guān)系。
4、FL值的一般規(guī)律
4.1FL值的大小與調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式、流向、開(kāi)度有關(guān)。一般情況下，制造廠提供的FL值是指調(diào)節(jié)閥全開(kāi)下的數(shù)值。
4.2幾何結(jié)構(gòu)*相同的調(diào)節(jié)閥FL值相同，并與口徑無(wú)關(guān)。同一類型的調(diào)節(jié)閥由于各制造廠的結(jié)構(gòu)略有不同，故FL也有差別。
4.3的制造廠提供了各系列調(diào)節(jié)閥的FL值，國(guó)內(nèi)也有推薦值。詳見(jiàn)表1，表2。
表1 Masoneilan 偏心旋轉(zhuǎn)閥
| 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 國(guó)產(chǎn)調(diào)節(jié)閥FL的推薦值
| 閥型式 | 閥芯型式 | 流向 | FL |
| 單座閥 | 柱塞形 | 流開(kāi) | 0.90 |
| 柱塞形 | 流閉 | 0.90 |
| 窗口形 | 任意流向 | 0.90 |
| 套筒形 | 流開(kāi) | 0.90 |
| 套筒形 | 流閉 | 0.80 |
| 雙座閥 | 柱塞形 | 任意流向 | 0.85 |
| 窗口形 | 任意流向 | 0.90 |
| 角形閥 | 柱塞形 | 流開(kāi) | 0.90 |
| 柱塞形 | 流閉 | 0.80 |
| 套筒形 | 流開(kāi) | 0.85 |
| 套筒形 | 流閉 | 0.80 |
| 球閥 | O形球閥(孔徑=0.8d) | 任意流向 | 0.55 |
| V形孔球閥 | 任意流向 | 0.57 |
| 偏心旋轉(zhuǎn)閥 | 柱塞形 | 任意流向 | 0.85 |
| 蝶閥 | 60全開(kāi) | 任意流向 | 0.68 |
| 90全開(kāi) | 任意流向 | 0.55 |
4.4 值與調(diào)節(jié)閥形式、開(kāi)度的一般關(guān)系（參見(jiàn)圖3）
一般情況下，直行程調(diào)節(jié)閥的值比旋轉(zhuǎn)型調(diào)節(jié)閥的大， 值隨調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的增加而減小。
圖3 FL值與閥門開(kāi)度的關(guān)系
（1）DSP球體閥：V口形球閥
（2）SP球體閥：流開(kāi)
（3）偏心旋轉(zhuǎn)閥：流開(kāi)
（4）閥體分離閥：流開(kāi)
（5）偏心旋轉(zhuǎn)閥：流關(guān)
（6）蝶閥（小力矩）
（7）控制球閥
（8）閥體分離閥：流關(guān)
（9）DP球體閥：柱塞形閥芯
（10）SP球體閥：流關(guān)
（11）71000系列角閥：流關(guān)
5、工程設(shè)計(jì)對(duì)FL值的考慮
5.1工程設(shè)計(jì)中碰到阻塞流的情況并不多，有時(shí)還是工藝要求阻塞流，如液體變氣相作冷劑。但大多數(shù)工況要求避免阻塞流。
5.2要避免阻塞流，可選用FL值較大的調(diào)節(jié)閥，這樣ΔPc也相應(yīng)大。選大口徑并不能避免阻塞流。
5.3對(duì)大口徑旋轉(zhuǎn)閥，要考慮管路大小頭對(duì)FL值的修正。
5.4當(dāng)制造廠未提供調(diào)節(jié)閥的FL值時(shí)，表4的FL值可作估算參考。
5.5要考慮FL值與閥門開(kāi)度、P1與管路流量特性之間的關(guān)系。
由于調(diào)節(jié)閥Cv值計(jì)算只考慮操作工況的某一點(diǎn)，并不能保證所有工況都避免了阻塞流，所以在計(jì)算ΔPc時(shí)，要從動(dòng)態(tài)的角度來(lái)分析。
對(duì)FL，可選用整個(gè)開(kāi)度內(nèi)的zui小值，一般是全開(kāi)時(shí)的FL值。
P1一般隨開(kāi)度增大而減?。ɑ虿蛔儯?，故用zui大流量下的P1來(lái)計(jì)算ΔPc比較保險(xiǎn)。
如果在調(diào)節(jié)閥計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)FL和P1不符合以上規(guī)律，要對(duì)選定調(diào)節(jié)閥各開(kāi)度的ΔPc進(jìn)行驗(yàn)算。
6、工程實(shí)例（見(jiàn)后）
設(shè)計(jì)要求：流體介質(zhì)為高溫油，有粘性。閥體結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單，能在線維修。選擇Cv值相對(duì)大的閥體形式，這樣比較經(jīng)濟(jì)。根據(jù)具體參數(shù)作計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)計(jì)算書。
6.1工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)各制造廠計(jì)算書的比較，我們zui終選定了NELES-CONTROL的V型控制球閥，頂部安裝閥芯的形式。從計(jì)算結(jié)果看，該調(diào)節(jié)閥基本上避免了阻塞流，結(jié)構(gòu)形式滿足了工藝設(shè)計(jì)要求。
6.2從計(jì)算結(jié)果看，由于在zui小流量時(shí)的壓差較大，這時(shí)還是產(chǎn)生了阻塞流。考慮到該調(diào)節(jié)閥對(duì)裝置極其重要，閥體、閥芯、閥座均作硬化處理。
7、結(jié)束語(yǔ)
實(shí)際工程中對(duì)阻塞流的處理還有許多方法，如套筒閥、多級(jí)降壓、閥后安裝孔板等，但目的都是一個(gè)：通過(guò)提高P2，來(lái)增加Pvc，從而避免阻塞流。選用FL值較大調(diào)節(jié)閥是zui直接的方法。
但是調(diào)節(jié)閥的zui終選定由諸多因素決定，關(guān)鍵是使用工況。上述實(shí)例也可選用直通單座閥，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格過(guò)高而放棄。
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