環保調節閥的流量系數

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    之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現在介紹環保調節閥的流量系數在確定調節閥的公稱尺寸時，主要的依據和工作程唐就是計算流量系數，而計算流量系數
的基型公式是以牛頓不可壓縮流體的伯努利方程為基礎的，流經調節閥的介質應該屬于牛頓型
流體。
    如果已知調節閥的壓力損失和介質及其密度，就可以求出調節閥的流量系數，即流過調節閥的質量流量q。( t/h)。
    下面討論的流體計算公式適用于介質是牛頓型不可壓縮流體、可壓縮的流體或上述兩者的均相流體，對于泥漿、膠狀液體等非牛頓型流體是不適用的。
3. 4.1 不可壓縮流體
    在安裝條件下，為了使流量系數計算公式c 2適用于各種單位，并考慮到粘度、管道等因素的影響，可把公式演變為如下的形式：
式中g。——體積流量(rri3/h)；
    Fp-管道的幾何形狀系數，量綱為1，當沒有附接管件時，Fp =1;
    FR-雷諾數系數，量綱為1，在紊流狀態時，，。=1;
    p-介質密度，在15.5℃時，p=l.0；
    Ⅳ】——數字常數，見表3-8。
注：使用本表提供的數字常數和規定的公制單位就能得出規定單位的流量系數。
    在采用不同單位時，流量系數的代表符號各不相同，數字常數Ⅳ值也不相同。目前，流量系數除用Kv、Cv外，還用Av符號表示。
    根據計算理論，在計算液體流量系數時，按三種情況即非阻塞流、阻塞流、低雷諾數分別進行計算，在用判別式判定之后，用不同的公式進行計算。
    (1)非阻塞流在Ap< F2（p，- FFPv）的情況下，是非阻塞流，這時流量系數計算公式為
式中FL-壓力恢復系數，FL=    二；其中，Pi為閥前的壓力(MPa)，p2為閥后的壓力
    ( MPa)，p。。為產生阻塞流時縮流斷面的壓力(MPa)；
    FF-液體的臨界壓力比系數，FF=o．96 -0．．28撕；石：；其中p。為液體的飽和蒸汽壓力
    (MPa)，Pc為液體臨界壓力(MPa)；
    g。。——流過調節閥的體積流量( rri3/h)；
    qmL-流過調節閥的質量流量(kg/h)；
    Ap-調節閥前后的壓差(MPa)
    Ap =Pi -p2；
    p。——液體的密度( g/CIJ13)。
    一些常用介質的臨界壓力Pc和臨界溫度Tc值見表3-9。表3-9常用介質的臨界壓力Pc和臨界溫度Tc
    (2)阻塞流當Ap≥F~（p，- FFp。）時為阻塞流情況，這時，應把產生阻塞流的壓差值R
(Pi - FFPv)代入式(3-23)、式(3-24)中進行計算，即   

(3)低雷諾數液體的計算雷諾數Re。是表明介質在管道內流動狀態的量綱為l的數。管內介質流動的特性取決于四種參數（管徑、粘度、密度和流速）的綜合作用。由雷諾數的大小可以判
斷介質的流動狀態是層流還是紊流。
    流量系數甄是在適當的雷諾數、在紊流情況下測定的。隨著雷諾數Re。的增大，Kv值變化不大。然而雷諾數減小時，有效的Kv值會變小。在的情況下，雷諾數很低，例如對粘性很大的介質，介質的流動已經成為層流狀態，其流量與閥門壓力損失成正比，而不是與閥門壓力損失盼平方成正比。這時如果還按式(3-23) -式(3-26)計算Kv值，誤差一定很大。因此，對雷諾數偏低的介質，對墨值計算公式要進行校正。
    修正后的流量系數為霹，即
    Kv= KV/FR    (3-27)
式中麟——修正后的流量系數；
    ——按紊流條件時，按式(3-23) -式(3-26)計算的流量系數；
FR-雷諾數修正系數，可以按雷諾數Re。的大小從圖3-21查得。圖3-21雷諾數修正系數FR
    雷諾數Re。可似根據閥的結構和粘度等因素，由下列公式求得。
    對于只有兩個平行流路的調節閥，如直通雙座閥、蝶閥、偏心旋轉閥，雷諾數為
    對于只有一個流路的調節閥，如直通單座閥、套筒閥、球閥、角閥、隔膜閥等，雷諾數為式中v-液體在流動溫度下的運動粘度( mm2/s)( cSt)。
    從圖3-21的曲線中可以看出，當雷諾數Re。大于3500以后，修正量已經不大，所以雷諾數大于3500就不需要進行低雷諾數修正。
    五——壓差比（壓差與入口壓力之比），X= Ap/p，，量綱為1；
    Pi-閥前壓力(kPa)或(bar) (105Pa =lbar)；
    JD，——介質在p．和Ti時的密度(kg/rr13)；
    丁，——閥入口的熱力學溫度[K(℃+273)]；
    M一介質相對分子質量；
    Z-壓縮系數，量綱為l；N6、N8、Ng-數字常數，其值見表3-11。
1．氣體
(1)非阻塞流當X<F。墨時，是非阻塞流情況，如果采用法定計量單位制，則計算公
式中q。。——氣體標準體積流量(N．rri3/h)；
    p。——氣體標準狀態下密度(273K，1.013×102kPa)( kg/N．m3)；
    p，——閥前壓力( kPa)；
    廣一膨脹系數；
    t——人口熱力學溫度(K)；
    必一氣體分子量；

  G-氣體的相對密度（空氣為1）；
  Z-壓縮系數。壓縮系數Z是比壓力和比溫度的函數，可從圖3-22中查出。
    比壓力的定義是：實際人口壓力p，與所述介質的熱力臨界壓力之比；而比溫度的定義是入口溫度E和熱力學臨界溫度T之比。若比壓力為p，。比溫度為t，則：100
    由于計算方程式(3-30)、式(3-31)及另一些計算方程都不包含上游條件時介質的實際密度這一項，而密度是根據理想氣體定律由人口壓力和溫度導出的。在某些條件下，真空氣體的性質與理想氣體的偏差很大。在這些情況下，要引入壓縮系數Z來補償這個偏差。
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥膨脹系數y用來校正從閥門的人口到閥后縮流處氣體密度的變化，理論上y值和節流口面積與入口面積之比、流路形狀、壓差比X、雷諾數、比熱比系數FK等因素有關。由于氣體介質流速較高，在可壓縮流情況下，由于紊流幾乎始終存在，所以雷諾數的影響極小，可以忽略。其他因素與y的關系可以表示如下：
式中墨——臨界壓差比，查表3-10；
  X-一壓差比；
  FK-比熱比系數，空氣的FK =1，對非空氣介質：FK=1. 4K4（，c是氣體的等熵指數）。
    (2)阻塞流當X≥F。蜀時，即出現阻塞流情況。
    如果閥前壓力p．保持不變，閥后壓力逐步降低，氣流就慢慢形成了阻塞流。即使這時閥后壓力再降低，流量也不會增加。在壓差比X達到FKXT值時就達到極限值。使用公式時，蓋值要保持在這一極限內。因此，y值只能在0. 667（當x=FKXT耐）到1.0的范圍內。
    在阻塞流情況下，流量系數的計算公式可簡化為注意，蜀值可通過空氣試驗來確定，也可以利用無連接管件調節閥的液體壓力恢復系數FL近似求得。
    如果一個調節閥裝有漸縮管或其他管件，XT就會受到影響。這時的XT值就標為XTP。
    為達到規定的±5%的允差極限，閥和連接管件應作為一個整體進行試驗。如果允許用估計值，可采用式(3-41)：
    在上面的公式中，墨為不裝漸縮管或其他管件的調節閥的壓差比，系數f．是連接閥人口側的漸縮管或其他管件的阻力系數。
  2.蒸汽
  根據膨脹系數法，以質量流量為單位，可推導出下面的計算公式。
  1)當蓋<FKXT時（非阻塞流）

式中g。。——蒸汽的質量流量( kg/h)；
    p。——閥前入口蒸汽的密度( kg/rTi3)；
    K-蒸汽的等熵指數。
    如果是過熱蒸汽，應代人過熱條件下的實際密度。
    3．兩相流體
    當調節閥的介質為氣液兩相的混合流時，過去一般都采用分別計算液體和氣體（蒸汽）的C值，然后相加作為調節閥的總流量系數值。這種分別計算液體及氣體的流量系數，然后相加的方法是基于兩種介質單獨流動的觀點，沒有考慮到它們的相互影響。實際上，當氣相大大多于液相時，液相成為霧狀，具有近似于氣相的性質；當液相大大多于氣相時，氣相成為氣泡而夾雜在液相中間，這時具有液相性質，此時用上面方法計算誤差也較大。前者偏大而后者偏小。因此，兩相流體流量系數的計算必須考慮到兩相流動之間的互相影響，尋找有效而準確的計算方法。
    按照新的膨脹系數的理論，目前對兩相流的流量系數計算多采用有效密度法或兩相密度法。當液體和氣體（或蒸汽）均勻混合流過調節閥耐，液體的密度保持不變，而氣體或蒸汽由于膨脹而使密度下降，因此，要用膨脹系數加以修正。從式( 3-42)可知，質量流量與），成正比，如果這時氣體的有效密度為p。，則在其他條件相同的情況下，密度為p。的可壓縮介質的質量流量與密度為p。的不可壓縮介質的質量流量是一樣的，因此，對于均勻混合的氣（汽）、液兩相介質可按混合介質的有效密度p。進行計算。當兩相流中為液體和蒸汽，而液體占絕大部分時，可以用閥入口(Pi和t條件下)的兩相流密度p。來計算。
    總之，計算的前題條件是：氣（汽）、液兩相介質必須均勻混合，而且其中每一單相介質均未達到阻塞流條件，計算公式如下。
    (1)液體與非液化性氣體先決條件：液體Ap<R(Pi -P：)，氣體x<FKXT，兩個條件都能滿足。
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