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自力式溫度調(diào)節(jié)閥是基于液體受熱體積膨脹的原理工作的。當(dāng)溫度升高時,溫包內(nèi)工作液體積急劇增大,使密封容室的壓力增高,壓迫波紋管向上移動,推動彈簧向上位移,從而使推桿、閥芯也向上運動,關(guān)小閥門,使被調(diào)介質(zhì)溫度向設(shè)定值方向靠攏,閥芯便停留在新的位置上,即閥芯的位移正比于被測溫度的變化量,形成一定的比例調(diào)節(jié)特性。
自力式溫度調(diào)節(jié)閥可分為溫度升高閥開啟(K型,用于冷卻調(diào)節(jié))和溫度升高閥關(guān)閉(B型,用于加熱調(diào)節(jié))2種形式。
1.3 自力式流量調(diào)節(jié)閥
自力式流量調(diào)節(jié)閥(亦稱流量限制器,或稱恒流量調(diào)節(jié)閥)是具有恒流量功能的調(diào)節(jié)閥,它是將自力式的壓差控制裝置和流量調(diào)節(jié)裝置組合而成的閥門,其工作原理:用壓差控制裝置控制并穩(wěn)定流量調(diào)節(jié)裝置前后的壓差,從而使閥門前后的壓差大于恒流啟動值之后,通過的流量不再隨閥門前后的壓差而變化,在壓差控制的范圍內(nèi),通過閥門某一開度的流量能夠自動保持恒定,流量的變化只需調(diào)節(jié)閥門開度即可實現(xiàn),與閥門前后的壓差無關(guān)。
自力式流量調(diào)節(jié)閥在城市集中供暖或*空調(diào)的循環(huán)水管網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。
此外,自力式調(diào)節(jié)閥的閥體有單座、雙座及套筒3種形式;閥蓋有標(biāo)準(zhǔn)型、加長型和散熱型(適合溫度350~550℃工況);執(zhí)行機構(gòu)有膜片式(普通膜片、增強膜片和金屬膜片)和活塞式2種。
自力式調(diào)節(jié)閥一般采用快開流量特性。
2 自力式調(diào)節(jié)閥的選擇
自力式調(diào)節(jié)閥在自控系統(tǒng)中,既是可調(diào)的節(jié)流元件,又是承受一定溫度、壓力的容器。所以在選擇時,既要考慮其適用性,又要保證安全可靠。
2.1 選擇的一般原則
具體選擇時,應(yīng)根據(jù)被調(diào)介質(zhì)的種類、性質(zhì)、溫度、壓力及工藝要求的其他條件,遵循以下的選擇原則:閥的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、流動性、腐蝕性、控制范圍以及嚴(yán)密性要求;閥的材料應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、腐蝕性要求;閥的額定流量系數(shù)及口徑應(yīng)能滿足工藝的流量要求;閥的允許壓差應(yīng)能滿足現(xiàn)場實際壓差的要求;閥的實際使用條件應(yīng)與計算選擇時考慮的相*。
2.2 材料及使用溫度的選擇
選擇材料時,主要考慮材料的強度、硬度、耐腐蝕及高溫、低溫的特性,首先應(yīng)滿足自力式調(diào)節(jié)閥的安全可靠,其次是使用的性能、壽命和經(jīng)濟性。在滿足使用要求的前提下,應(yīng)盡量選擇便宜、易得的材料。一般情況下,閥體和閥蓋可選擇多種材料制造(如:灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼及鑄不銹鋼)。而閥內(nèi)組件一般用不銹鋼材料制造。
2.3 公稱壓力及壓差的選擇
根據(jù)工藝介質(zhì)的zui大工作壓力來選擇調(diào)節(jié)閥的公稱壓力時,必須對照工藝溫度條件綜合選擇,因為公稱壓力是在一定基準(zhǔn)溫度下依據(jù)強度條件定出。一旦工作溫度超過了基準(zhǔn)溫度,其允許的zui大工作壓力必定低于公稱壓力,這一點應(yīng)該引起足夠的重視。
除了注意選定調(diào)節(jié)閥公稱壓力外,在選用時,還應(yīng)從推力角度出發(fā),考慮調(diào)節(jié)閥能否正常工作的問題。用特征數(shù)值表達就是允許壓差是否大于zui大工作壓差。因此,在選用時,要使zui大工作壓差小于閥的允許壓差。
2.4 流量系數(shù)計算
流量系數(shù)Kv(或稱流通能力),是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)。它反映流體通過調(diào)節(jié)閥的能力,亦即反映調(diào)節(jié)閥的容量。根據(jù)計算出的流量系數(shù)Kv值的大小,選擇閥的額定流量系數(shù)Kvs,就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。如果選擇的額定流量系數(shù)過大,就會使調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度的情況下,影響控制質(zhì)量,引起振蕩和噪音,縮短閥的使用壽命。相反,如果選擇的額定流量系數(shù)過小,則會使調(diào)節(jié)閥的開度過大,閥門超負荷運行,不能滿足流量要求,容易出現(xiàn)事故,造成不必要的浪費。為了合理選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸,必須正確計算調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)Kv值。
調(diào)節(jié)閥的額定流量系數(shù)Kvs定義:在規(guī)定條件下,即閥的兩端壓差為100kPa,流體密度為1g/cm3時,額定行程時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量是以立方米每小時或噸每小時計的流量數(shù)。
2.4.1 液體的Kv值計算
1)非阻塞流
判別式 (1)
流量系數(shù)計算公式
(2)
(3)
式中 FL— 壓力恢復(fù)系數(shù);
FF— 液體臨界壓力比系數(shù);
PV— 閥入口溫度下,介質(zhì)的飽和蒸汽壓(壓力),kPa;
Pc— 熱力學(xué)臨界壓力(壓力),kPa;
qv— 液體流量,m3/h;
ρ— 液體密度,g/cm3;
P1— 閥前壓力(壓力),kPa;
P2— 閥后壓力(壓力),kPa。2)阻塞流
判別式 (4)
流量系數(shù)計算公式
(5)
由式(5)可以看出,在阻塞流情況下,Kv值的計算公式有變化,壓差一項用FL2(P - FFpv)代替實際壓差P1- P2。這樣,比用實際壓差計算出的Kv值要大,即由于阻塞流的作用,使閥的流通能力不能充分發(fā)揮,必須按更大的Kv值來選擇閥的口徑,才能滿足流量的要求。
2.4.2 低雷諾數(shù)Re修正(高黏度液體Kv值計算)
液體黏度過高時,由于雷諾數(shù)下降,改變了流體的流動狀態(tài)。在Re<2300時,流體處于層流低速流動,這樣按原公式計算出的Kv值就會導(dǎo)致較大的誤差,實際流通能力達不到計算值,必須進行修正。當(dāng)液體為高黏度時,調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Kv 的計算公式為
(6)
式中 ψ— 黏度修正系數(shù),按Re查圖1求得。
關(guān)于Re在流體力學(xué)中已有論述,主要與流體性質(zhì)及流經(jīng)的管路兩方面因素有關(guān)。對于只有1個流路的自力式調(diào)節(jié)閥(如單座閥、套筒閥等),Re的計算公式為
(7)
對于只有2個平行流路的自力式調(diào)節(jié)閥(如雙座閥),Re的計算公式為
(8)
式中 Kv— 不考慮黏度修正時的流量系數(shù);
v— 流體運動粘度,10-6m2/s。2.4.3 氣體的Kv值計算
氣體與液體不同,它具有可壓縮性。氣體流過調(diào)節(jié)閥后,密度變小,不能再用液體公式來計算。關(guān)于氣體的Kv值計算方法,目前有閥前密度法、閥后密度法、平均密度法、壓縮系數(shù)法等多種方法。因為平均密度法的計算結(jié)果比較接近實驗數(shù)據(jù),故應(yīng)用zui多。這里*采用平均密度法來計算氣體的Kv值。
當(dāng)P2>0.5p1時
(9)
當(dāng)P2≤0.5p1時
(10)
式中 qvN— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體流量,m3/h;
Pm— 壓力,kPa;
Δp— 閥前后壓差,kPa;
d — 氣體相對密度,空氣d=1;
t — 氣體溫度,℃ 。2.4.4 蒸汽的Kv值計算
1)飽和蒸汽
當(dāng)P2>0.5p1時
(11)
當(dāng)p2≤0.5p1時
(12)
式中 qv蒸— 蒸汽流量,kg/h;
K— 蒸汽修正系數(shù),各種蒸汽的K值:水蒸汽 K=19.4,甲烷、乙烯蒸氣 K=37,氨蒸氣K=25,丙烷、丙烯蒸汽 K=41.5,氟利昂11 K=68.5,丁烷、異丁烷蒸氣 K=43.5。2)過熱水蒸汽
當(dāng)P2>0.5p1 時
(13)
當(dāng)p2≤0.5pl時
(14)
式中 Δt— 水蒸汽過熱溫度,℃。
2.4.5 兩相流的Kv值計算
當(dāng)介質(zhì)為氣液兩相流時,一般采用分別計算液體的Kv液和氣體的Kv氣值,然后相加求取調(diào)節(jié)閥總Kv值。
Kv=Kv液+Kv氣
這種方法是基于兩種介質(zhì)相互獨立,互不影響的觀點。但實際上,隨著液相和氣相組成成分的變化,流體的狀態(tài)趨向也不同,因此,計算出的Kv值誤差較大。
2.5 調(diào)節(jié)閥的口徑選擇
2.5.1 一般的選擇步驟
根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負荷確定zui大流量和zui小流量qvmax、qvmin;根據(jù)系統(tǒng)特點、壓力分配和管路損失,確定zui大壓差和zui小壓差Δpvmax 、Δpvmin;按流量系數(shù)計算公式,求得zui大流量和zui小流量時的流量系數(shù)Kvmax、Kvmin;根據(jù)求出的Kvmax,在產(chǎn)品樣本中選取大于Kvmax,并zui接近Kvmax的Kvs值;由計算出的Kvmax,Kvmin驗算閥的開度(一般要求閥開度在10%~80%之間);根據(jù)Kvmax、Kvmin計算可調(diào)比R(一般要求R=Kvmax/KVmin≤30∶1);各項計算驗證合格后,根據(jù)Kvs值,確定調(diào)節(jié)閥的口徑。
2.5.2 常用的選擇步驟
按照qvmax及Δpvmin 計算出Kvmax;將Kvmax乘以(1.3~1.5),求得Kvmax(根據(jù)具體情況定);按K vmax選擇Kvs (查產(chǎn)品樣本),應(yīng)選擇zui靠近Kvmax且大于Kvmax的Kvs值,保證Kvmax/Kvs≤0.75,按Kvs值,確定調(diào)節(jié)閥的口徑。
但是應(yīng)保證液體流速在2.5m/s以下,氣體流速在80~100m/s以下,否則易產(chǎn)生噪音。
2.5.3 自力式流量調(diào)節(jié)閥的選擇
當(dāng)介質(zhì)為液體時,自力式流量調(diào)節(jié)閥的口徑選擇將有所不同。實際上有效壓力(指調(diào)節(jié)閥節(jié)流閥板前后的壓差)下的zui大流量已經(jīng)限制了自力式流量調(diào)節(jié)閥的流量值,所以在選擇閥流量時,不能按照Kv值選擇,只能按照工藝條件qvmax的大小選擇流量。
根據(jù)qvmax值的大小和系統(tǒng)壓差來選取合適的流量,然后確定Kvs值和閥的口徑。選擇時應(yīng)注意閥前后壓差應(yīng)大于有效壓力,還應(yīng)注意閥的開度。自力式流量調(diào)節(jié)閥一般多用于液體介質(zhì)的流量控制。
當(dāng)介質(zhì)為氣體時,應(yīng)保持氣體的壓力比較穩(wěn)定。在計算時,應(yīng)按Kv值選取調(diào)節(jié)閥的口徑。
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