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調節閥流通能力Kv值
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之前介紹高壓減壓閥,現在介紹調節閥流通能力Kv值調節閥的流通能力Kv值,是調節閥的重要參數,它反映流體通過調節閥的能力,也就是調節閥的容量。根據調節閥流通能力Kv值的計算,就可以確定選擇調節閥的口徑。為了正確選擇調節閥的尺寸,必須準確計算調節閥的額定流量系數Kv值。
調節閥額定流量系數的定義是:在規定條件下,即閥的兩端壓差為105Pa,流體的密度為1g/cm3,額定行程時流經調節閥以m3/h或t/h的流量數。
調節閥又名控制閥,在工業自動化過程控制領域中,通過接受調節控制單元輸出的控制信號,借助動力操作去改變介質流量、壓力、溫度、液位等工藝參數的zui終控制元件。一般由執行機構和閥門組成。如果按行程特點,調節閥可分為直行程和角行程;按其所配執行機構使用的動力,按其功能和特性分為線性特性,等百分比特性及拋物線特性三種。調節閥適用于空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質、泥漿、油品等介質。英文名:control valve,位號通常FV開頭。調節閥常用分類:氣動調節閥,電動調節閥,液動調節閥,自力式調節閥。差不多,計算出來的CV值在根據閥門的固定CV值去比較,然后考核其開度,每個廠家的閥門CV值并不一定相同。
調節閥口徑的選擇和確定主要依據閥的流通能力即Cv,從調節閥的Cv計算到閥的口徑確定,一般需經以下步驟:調節閥的流通能力Kv值的定義為:閥門在全開狀態下,閥門兩端壓差為1kgf/cm2,介質溫度為15.6℃的水每小時流過閥門的流量數,通常以m3/h或t/h或升/min(日本)計。它是調節閥的一個重要參數,反映流體通過調節閥的能力,也就調節閥的容量。根據的計算,就可以確定選擇調節閥的口徑。為了正確選擇調節閥的尺寸,必須準確計算調節閥的額定流量系數Kv值。在不同的自控系統中,流量、介質、壓力、溫度等參數千差萬別,而調節閥的流量系數又是在100KPa壓差下、介質為常溫水時測試的,不能以實際流量與閥的流量系數比較(因為壓差、介質等條件的不同),而必須進行C值計算。把各種實際參數帶入相應的C值計算公式中,算出C值與閥具有的Cz值比較,從而決定閥的口徑,zui后還應進行有關的驗算,進一步驗證所選閥是否能滿足工作要求。
調節閥口徑計算有哪些步驟?
從工藝提供有關參數數據,到zui后閥的口徑確定,一般需要以下步驟。
一,確定使用條件。
1,通過的介質名稱、性質及主要的物化參數;
2,了解清楚工藝參數;
3,配管情況(閥前后管徑,系統阻力計算);
4,被控對象類型、特點;
5,調節性能要求,如對泄漏量、穩定性等要求。
二,初選閥型,并決定流量特性及流向。
三,計算流量的確定。根據現有的生產能力、設備負荷及介質的狀況,決定計算的zui大工作流量Qmax和zui小工作流量Qmin。
四,計算壓差的決定。根據系統特點選定s值,然后決定計算壓差。
五,Kv值計算。根據已決定的計算流量、計算壓差及其他有關參數,求出zui大工作流量初步決定調節閥時的Kvmax。
六,初步決定調節閥口徑,根據已計算出的Kvmax,在所選用的產品形勢系列中,選取大于Kvmax并與其接近的一檔Kv值,得出口徑。
七,開度驗算。
八,實際可調比驗算。一般要求實際可調比應大于10。
九,壓差校對(僅從開度、可調比上驗算還不行,這樣可能造成閥關不死、啟不動,故增加此項)。
十,上述驗算合格,則所選閥口徑合格。若不合格,需要重新定口徑(及Kv值)或另選其他閥再驗算至合格。
怎樣確定計算流量?
上海申弘閥門有限公司主營閥門有:截止閥,電動截止閥選擇閥的口徑,必須要計算表示調節閥流通能力的流量系數Kv。在計算Kv值時,究竟以什么樣的流量來作為計算流量 呢?通常的做法是按zui大流量Qmax來考慮,如果不知道Qmax值,可按正常流量Qn進行計算,此時可以適當放大。 必須指出,計算流量不能一再加大富裕量,這會使計算出來的Kv偏大,使閥門口徑選的偏大。這不僅造成經濟上的浪 費,而且使閥門處于小開度工作,使可調比減少,調節性能變化,嚴重時甚至會引起振蕩,因而大大降低了閥門的壽 命。
還應該看到,調節閥在制造時,Kv值就有正負(5%-10%)的誤差;調節閥所通過的動態zui大流量大于靜態zui大流量。 從經濟角度出發,也要考慮到閥阻比s值得影響,因此zui大計算流量可以取為靜態zui大流量的1.15-1.5倍。 此外也可以參考泵和壓縮機等流體輸出機械的能力來確定zui大計算流量。
為什么要在閥前、閥后維持一定壓差?是否壓差越大越好?
要使調節閥能起到調節作用,就必須在閥前、閥后有一定的壓差。閥上的壓差占整個系統壓差的比值越大,則調節閥 流量特性的畸變就越小,調節性能能夠保證。但是,閥前、閥后壓差越大,閥上的壓力損失越大,所消耗的動力也越 多。因此,必須兼顧調節性能及能源消耗,合理地選擇計算壓差。
下述公式中涉及Kv值量綱為《升/分鐘》,換算成公制單位時按Kv'=0.06Kv,量綱為《t/h》。
1 液體Kv值的計算
1.1 不可壓縮流體
液體,在節流部位的雷諾數Re>105且無閃蒸和閥門無過渡管接頭的情況下,用下式計算:
(1)
式中:kv=流通能力系數(L/min)
w=閥門zui大流量(kg/h)
α=流量裕度系數。(詳細解釋見下述第4項)
△p=閥門前后壓差(kgf/cm2)
ν=介質比容(m3/kg)
1.2 飽和水和閃蒸流體
(2)
式中:△Pc=非壓縮流體產生的阻塞流的極限壓差kgf/cm2
(3)
FL=壓力恢復系數,查表1
P1=閥門進口壓力(kgf/cm2)
FF=極限壓力比
PV=進口溫度下的液體飽和壓力(壓力)(kgf/cm2)
(4)
ps=介質臨界壓力(kgf/cm2)(查表2)
表1 壓力恢復系數FL
表2 介質的臨界壓力(kgf/cm2)
2 氣體Kv值的計算
β(臨界壓力比)的計算
(5)
式中:K=絕熱系數(見表3)
表3
2.1 節流部位壓力比在臨界條件以下,既時
(6)
式中:φc=膨脹系數(見表3)
2.2 節流部位壓力比在臨界條件以上,既時
(7)
式中:φ=膨脹系數(見表4)
表4
3 汽水兩項介質的流體
Δpc=臨界壓差按(3)式計算式中:vc出口側臨界壓差下汽水混合物的比容,按下式計算
vc=v'+X(v"-v)' (9)
式中:v'出口側壓力下飽和水比容m3/kg;
v"=出口側壓力下飽和蒸汽比容m3/kg;
X=出口側飽和蒸汽的干度(0∠x∠1);
h'=出口側壓力下飽和水焓值kcal/kg;
h=出口側壓力下蒸汽或水的焓值kcal/kg;
h"出口側壓力下飽和汽焓值kcal/kg。
4 在閥門設計計算KV值中同時要滿足以下要求
zui大流量應在實際開度的60%~90%之間。
zui小流量應在閥門實際開度的10%以上,且開度不大于2mm。
應考慮有足夠的余裕度。余裕度
一般在直線特性時余裕度α=1.25,zui大不超過1.66;zui小不能小于1.15。
對于等百分比特性余裕度α=1.7,zui大不超過2;zui小不能小于1.22。
對于專門設計的閥門余裕度α=1.1。
以上內容闡述了調節閥在液體、氣體、氣水兩項介質的條件下的流通能力的計算以及在設計調節閥時對Kv值得要求,提供給設計閥門的部門進行參考。
步驟/方法
計算流量的確定。現有的生產能力、設備負荷及介質的狀況,決定計算流量的Qmax和Qmin.
閥前后壓差的確定。根據已選擇的閥流量特性及系統特點選定S(阻力系數),再確定計算壓差。
3計算Cv。根據所調節的介質選擇合適的計算公式和圖表,求得Cmax和Cmin
4選用Cv。根據Cmax,在所選擇的產品標準系列中選取>Cmax且與其zui接近的一級Cv
5調節閥開度驗算。一般要求zui大計算流量時的開度≯90%,zui小計算流量時的開度≮10%
6調節閥實際可調比的驗算。一般要求實際可調比≮10
(5)根據選定的Kv值和流量特性,驗證調節閥的開度,要求開度在10%與90%之間。
(6)計算R,驗算可調比。
(7)名項驗證合格后,根據Kv值確定調節閥的口徑。
一般液體的Kv值計算
a. 非阻塞流
式中: FL—壓力恢復系數,查表1。
FF—液體臨界壓力比系數,F=0.96-0.28
Pv—閥入口溫度下,液體的飽和蒸汽壓(壓力),查表4~表10。
Pc—物質熱力學臨界壓力,查表2和表3。
QL—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.
b.阻塞流
式中:各字母含義及單位同前。
2.低雷諾數修正(高粘度液體Kv值的計算)
液體粘度過高時,由于雷諾數下降,改變了流體的流動狀態,在Re<2300時流體處于低速層流,這樣按原來公式計算出的Kv值,誤差較大,必須進行修正。此時計算公式為:
式中:φ—粘度修正系數,由Re查圖求得。
對于單座閥、套筒閥、角閥等只有一個流路的閥:
Re=70000
對于雙座閥、蝶閥等具有二個平行流路的閥:
Re=49600
式中:K'v—不考慮粘度修正時計算的流通能力。
γ—流體運動粘度mm2/s。
雷諾數Re 粘度修正曲線
3.氣體的Kv值的計算:
a.一般氣體
當P2>0.5P1時
當P2≤0.5P1時
式中:Qg—標準狀態下氣體流量m3/h,
Pm— (P1、P2為壓力)KPa,
△P=P1-P2 G—氣體比重(空氣G=1),
t—氣體溫度℃
b.高壓氣體(PN>10MPa)
當P2>0.5P1時,
當P2≤0.5P1時,
式中:Z—氣體壓縮系數,可查GB2624-81《流量測量節流裝置的設計安裝和使用》。
4.蒸汽的Kv值的計算
a.飽和蒸汽
當P2>0.5P1時,
當P2≤0.5P1時
式中:Gs—蒸汽流量Kg/h
P1、P2含義及單位同前
K—蒸汽修正系數
部分蒸汽的K值如下:
水蒸汽K=19.4 甲烷、乙烯蒸汽K=37
氨蒸汽K=25 丙烷、丙烯蒸汽K=41.5
氟里昂11K=68.5 丁烷、異丁烷蒸汽K=43.5
b. 過熱水蒸汽
當P2>0.5P1時
當P2≤0.5P1時
式中:△t—水蒸汽過熱度℃ Gs、P1、P2含義及單位同前。
5.兩相流的Kv值計算:
當介質為氣液兩相流量,一般采用分別計算液體和氣體的Kv值,然后相加求取調節閥總Kv值,這種方法是基于兩種流體相互獨立互不影響的觀點,但實際上隨著液 相和氣相成分的變化,流體的狀態趨向也不同,所以計算出Kv值的誤差較大,在實際使用中常用的是濕蒸汽和含有水蒸汽的水。下面介紹一種蒸汽與凝液混合液體 Kv值計算方法,計算步驟為:
(1)根據混合介質中蒸汽和凝液含量,求出汽化液。
(2)根據汽化率及進口壓力P1從圖中查行修正系數Ks.
(3)將已知流量除以Ks得到相應的蒸汽流量作為計算流量。
(4)應用蒸汽的Kv值計算公式求出Kv值。
表 1 調 節 閥 參 數 表
壓力恢復系數FL | 層流系數Fs | 壓差比zui大值XT | 可調比 R | 初始閃蒸系數Kc | |
直通單座閥 | 0.9 | 1.05 | 0.72 | 30 | 0.65 |
直通雙座閥 | 0.85 | 0.85 | 0.70 | 30 | 0.7 |
套筒閥 | 0.9 | 1.06 | 0.75 | 30 | 0.65 |
角型閥 | 0.9 | 1.08 | 0.72 | 30 | 0.64 |
高壓閥 | 0.9 | 1.03 | 0.68 | 30 | 0.64 |
隔膜閥 | - | - | - | 10 | - |
偏心旋轉閥 | 0.85 | 1.06 | 0.61 | 100 | 0.60 |
蝶閥 | 0.68 | 0.92 | 0.38 | 15 | 0.30 |
球閥 | 0.57 | - | 0.25 | 200 | - |
注:1.隔膜閥無資料,可按雙座閥確定FL和XT,按單座閥確定Fs.
6.口徑選擇步驟:
根據過程,確定調節閥的口徑,具體步驟為:
(1)首先根據生產能力和設備負荷計算zui大流量Qmax和zui小流量Qmin
(2)根據所選擇的流量特性及系統特點選定S值,然后再根據壓力分配和管路損失,確定zui小壓差△Pmin和zui大壓差△Pmax
(3)按流通能力計算公式,求行zui大流量時的Kvs。
(4)根據Kvs在所選產品型式的標準,選取大于Kvs并接近的Kv值。
(5)根據選定的Kv值和流量特性,驗證調節閥的開度,要求開度在10%與90%之間。
(6)計算R,驗算可調比。
(7)名項驗證合格后,根據Kv值確定調節閥的口徑。
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