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如何選用合適的調(diào)節(jié)閥
2017-8-28 閱讀(1504)
流量系數(shù)(CV)一般用來(lái)表示閥門的流通能力，為了選用合適的調(diào)節(jié)閥，必須根據(jù)所使用條件計(jì)算出必要的CV值，然后根據(jù)額定流量系數(shù)選擇合適的調(diào)節(jié)閥型號(hào)。在可壓縮工況下，流體在節(jié)流過(guò)程中壓力降低，體積膨脹，密度減小，閥內(nèi)的流動(dòng)情況與不可壓縮相比復(fù)雜很多。因此對(duì)于一般多用于可壓縮工況下的多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥，其流量系數(shù)的計(jì)算方法也較為特殊，典型的可壓縮工況下CV值的計(jì)算主要有壓縮系數(shù)法及膨脹系數(shù)法兩類常用方法。
1、壓縮系數(shù)法
壓縮系數(shù)法在20世紀(jì)50年代由蘇聯(lián)提出，是計(jì)算可壓縮工況下流量系數(shù)的早期公式之一。壓縮系數(shù)法考慮到氣體的可壓縮性，在一般的液體計(jì)算公式中添加一個(gè)氣體壓縮系數(shù)ε，對(duì)液體計(jì)算公式進(jìn)行校正。此種方法對(duì)計(jì)算模型做了很大簡(jiǎn)化，把不同形式的調(diào)節(jié)閥都簡(jiǎn)化為同樣的流量噴嘴，然后認(rèn)為在噴嘴中氣體介質(zhì)流動(dòng)的過(guò)程是一個(gè)絕熱過(guò)程，再用能量平衡方程導(dǎo)出計(jì)算公式，即：
式中 γN——標(biāo)況下的氣體重度，單位為kgf/m3(1kgf=9.8N);
Q——標(biāo)況下的體積流量，單位為m3/h;
T——氣體溫度，單位為K;
p1——閥前壓力，單位為kgf/m2(1kgf=9.8N);
?p——閥前后壓差，單位為kgf/m2。
壓縮系數(shù)ε可用試驗(yàn)確定，一般對(duì)空氣試驗(yàn)可得：
除了壓縮系數(shù)法，早期還有閥前密度法、閥后密度法及平均密度法等方法。早期公式只能適用于壓力恢復(fù)程度不高的場(chǎng)合，在非臨界流區(qū)間內(nèi)能夠保證較好的計(jì)算精度。但由于公式對(duì)計(jì)算模型的簡(jiǎn)化，隨著?p/p1增大到臨界壓差比時(shí)就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，在過(guò)渡區(qū)和臨界區(qū)內(nèi)無(wú)法滿足要求。
2、膨脹系數(shù)法
針對(duì)早期計(jì)算公式均未考慮閥門的壓力恢復(fù)特性對(duì)計(jì)算的影響，在20世紀(jì)70年代一些國(guó)外廠商提出了以膨脹系數(shù)法、多項(xiàng)式法和正弦法為代表的一系列后期公式，對(duì)早期公式進(jìn)行了改良，能較好滿足非臨界區(qū)到臨界區(qū)的計(jì)算精度。與早期公式相比較，以膨脹系數(shù)法為代表的后期公式的計(jì)算結(jié)果更加經(jīng)濟(jì)，可以減少不必要的浪費(fèi)。其中膨脹系數(shù)法以其計(jì)算的簡(jiǎn)便性被IEC推薦為標(biāo)準(zhǔn)公式。膨脹系數(shù)法由用于液體情況下的計(jì)算公式引入膨脹系數(shù)Y進(jìn)行修正而得出，當(dāng)Y=1時(shí)，膨脹系數(shù)法也適用于不可壓縮的液體工況。
式中ρN——標(biāo)況下的氣體密度，單位為kg/m3;
Q——標(biāo)況下的體積流量，單位為m3/h;
T1——氣體入口溫度，單位為K;
p1——閥前壓力，單位為kPa;
X——壓差比，X=?p/p1;
Z——壓縮系數(shù)。
膨脹系數(shù)Y指在相同雷諾數(shù)下，可壓縮性介質(zhì)的流量系數(shù)與不可壓縮介質(zhì)的流量系數(shù)之比。它表示了流體從閥入口流到節(jié)流孔下游流通面積zui小的縮流斷面處時(shí)的密度變化，以及壓差變化時(shí)縮流斷面面積的變化。
式中FK——比熱比系數(shù)，F(xiàn)K=K/1.4。
由于計(jì)算公式本身不包含上游條件時(shí)流體的實(shí)際密度，膨脹系數(shù)法引入了壓縮系數(shù)Z來(lái)補(bǔ)償某些條件下實(shí)際氣體和理想氣體的偏差。膨脹系數(shù)Y用來(lái)校正從閥入口處到喉管處氣體密度的變化，Y和喉管處面積與入口面積之比、通道形狀、壓差比X、雷諾數(shù)以及比熱比系數(shù)FK等因素有關(guān)。膨脹系數(shù)法對(duì)影響可壓縮流體流動(dòng)的諸多因素都進(jìn)行了全面的考慮，所以能在全部的流動(dòng)范圍內(nèi)保證較高的計(jì)算精度，且適用于各種類型的閥門，應(yīng)用比較廣泛。
結(jié)語(yǔ)
應(yīng)用于高壓差條件下的多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥作為管路系統(tǒng)之中的關(guān)鍵設(shè)備，在控制過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文對(duì)常見的串級(jí)式調(diào)節(jié)閥、多層套筒式調(diào)節(jié)閥、迷宮式調(diào)節(jié)閥三種不同類型的多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品的工作原理、核心結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及分別適用的場(chǎng)合進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，為用戶了解多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥的基本類型和特點(diǎn)提供了參考。此外，由于多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥經(jīng)常應(yīng)用于可壓縮工況，本文還對(duì)可壓縮工況下流量系數(shù)的典型計(jì)算方法進(jìn)行了歸納和總結(jié)，使用戶能夠依據(jù)正確的計(jì)算方法對(duì)調(diào)節(jié)閥的具體型號(hào)進(jìn)行選擇?？傊疚膶?duì)于用戶了解專門應(yīng)用于高壓差場(chǎng)合下多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)并合理地選用提供了一定的參考。
