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閱讀:893發(fā)布時(shí)間:2008-7-28
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 |
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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