調(diào)節(jié)閥流通能力Kv值

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之前介紹高壓減壓閥，現(xiàn)在介紹調(diào)節(jié)閥流通能力Kv值調(diào)節(jié)閥的流通能力Kv值，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，也就是調(diào)節(jié)閥的容量。根據(jù)調(diào)節(jié)閥流通能力Kv值的計(jì)算，就可以確定選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。為了正確選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸，必須準(zhǔn)確計(jì)算調(diào)節(jié)閥的額定流量系數(shù)Kv值。

調(diào)節(jié)閥額定流量系數(shù)的定義是：在規(guī)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(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥以m3/h或t/h的流量數(shù)。

調(diào)節(jié)閥又名控制閥，在工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域中，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)的zui終控制元件。一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。如果按行程特點(diǎn)，調(diào)節(jié)閥可分為直行程和角行程；按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(diào)節(jié)閥適用于空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質(zhì)、泥漿、油品等介質(zhì)。英文名：control valve，位號通常FV開頭。調(diào)節(jié)閥常用分類：氣動調(diào)節(jié)閥，電動調(diào)節(jié)閥，液動調(diào)節(jié)閥，自力式調(diào)節(jié)閥。差不多，計(jì)算出來的CV值在根據(jù)閥門的固定CV值去比較，然后考核其開度，每個(gè)廠家的閥門CV值并不一定相同。
調(diào)節(jié)閥口徑的選擇和確定主要依據(jù)閥的流通能力即Cv，從調(diào)節(jié)閥的Cv計(jì)算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟：調(diào)節(jié)閥的流通能力Kv值的定義為：閥門在全開狀態(tài)下，閥門兩端壓差為1kgf/cm2，介質(zhì)溫度為15.6℃的水每小時(shí)流過閥門的流量數(shù)，通常以m3/h或t/h或升/min（日本）計(jì)。它是調(diào)節(jié)閥的一個(gè)重要參數(shù)，反映流體通過調(diào)節(jié)閥的能力，也就調(diào)節(jié)閥的容量。根據(jù)的計(jì)算，就可以確定選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。為了正確選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸，必須準(zhǔn)確計(jì)算調(diào)節(jié)閥的額定流量系數(shù)Kv值。在不同的自控系統(tǒng)中，流量、介質(zhì)、壓力、溫度等參數(shù)千差萬別，而調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)又是在100KPa壓差下、介質(zhì)為常溫水時(shí)測試的，不能以實(shí)際流量與閥的流量系數(shù)比較（因?yàn)閴翰睢⒔橘|(zhì)等條件的不同），而必須進(jìn)行C值計(jì)算。把各種實(shí)際參數(shù)帶入相應(yīng)的C值計(jì)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(yīng)進(jìn)行有關(guān)的驗(yàn)算，進(jìn)一步驗(yàn)證所選閥是否能滿足工作要求。
調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算有哪些步驟？

從工藝提供有關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，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(zhì)名稱、性質(zhì)及主要的物化參數(shù)；
2，了解清楚工藝參數(shù)；
3，配管情況（閥前后管徑，系統(tǒng)阻力計(jì)算）；
4，被控對象類型、特點(diǎn)；
5，調(diào)節(jié)性能要求，如對泄漏量、穩(wěn)定性等要求。
二，初選閥型，并決定流量特性及流向。
三，計(jì)算流量的確定。根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計(jì)算的zui大工作流量Qmax和zui小工作流量Qmin。
四，計(jì)算壓差的決定。根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)選定s值，然后決定計(jì)算壓差。
五，Kv值計(jì)算。根據(jù)已決定的計(jì)算流量、計(jì)算壓差及其他有關(guān)參數(shù)，求出zui大工作流量初步?jīng)Q定調(diào)節(jié)閥時(shí)的Kvmax。
六，初步?jīng)Q定調(diào)節(jié)閥口徑，根據(jù)已計(jì)算出的Kvmax，在所選用的產(chǎn)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(yàn)算。
八，實(shí)際可調(diào)比驗(yàn)算。一般要求實(shí)際可調(diào)比應(yīng)大于10。
九，壓差校對（僅從開度、可調(diào)比上驗(yàn)算還不行，這樣可能造成閥關(guān)不死、啟不動，故增加此項(xiàng)）。
十，上述驗(yàn)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(yàn)算至合格。

怎樣確定計(jì)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(jì)算表示調(diào)節(jié)閥流通能力的流量系數(shù)Kv。在計(jì)算Kv值時(shí)，究竟以什么樣的流量來作為計(jì)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(jìn)行計(jì)算，此時(shí)可以適當(dāng)放大。 必須指出，計(jì)算流量不能一再加大富裕量，這會使計(jì)算出來的Kv偏大，使閥門口徑選的偏大。這不僅造成經(jīng)濟(jì)上的浪 費(fèi)，而且使閥門處于小開度工作，使可調(diào)比減少，調(diào)節(jié)性能變化，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹫袷帲蚨蟠蠼档土碎y門的壽 命。
    還應(yīng)該看到，調(diào)節(jié)閥在制造時(shí)，Kv值就有正負(fù)（5%-10%）的誤差；調(diào)節(jié)閥所通過的動態(tài)zui大流量大于靜態(tài)zui大流量。 從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，也要考慮到閥阻比s值得影響，因此zui大計(jì)算流量可以取為靜態(tài)zui大流量的1.15-1.5倍。 此外也可以參考泵和壓縮機(jī)等流體輸出機(jī)械的能力來確定zui大計(jì)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(diào)節(jié)閥能起到調(diào)節(jié)作用，就必須在閥前、閥后有一定的壓差。閥上的壓差占整個(gè)系統(tǒng)壓差的比值越大，則調(diào)節(jié)閥 流量特性的畸變就越小，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)性能及能源消耗，合理地選擇計(jì)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(shí)按Kv'=0.06Kv，量綱為《t/h》。
1 液體Kv值的計(jì)算
1.1 不可壓縮流體
液體，在節(jié)流部位的雷諾數(shù)Re>105且無閃蒸和閥門無過渡管接頭的情況下，用下式計(jì)算：
 （1）
式中：kv=流通能力系數(shù)（L/min）
w=閥門zui大流量（kg/h）
α=流量裕度系數(shù)。（詳細(xì)解釋見下述第4項(xiàng)）
△p=閥門前后壓差（kgf/cm2）
ν=介質(zhì)比容（m3/kg）
1.2 飽和水和閃蒸流體
 （2）
式中：△Pc=非壓縮流體產(chǎn)生的阻塞流的極限壓差kgf/cm2
 （3）
FL=壓力恢復(fù)系數(shù)，查表1
P1=閥門進(jìn)口壓力（kgf/cm2）
FF=極限壓力比
PV=進(jìn)口溫度下的液體飽和壓力（壓力）（kgf/cm2）
 （4）
ps=介質(zhì)臨界壓力（kgf/cm2）（查表2）
表1 壓力恢復(fù)系數(shù)FL

表2 介質(zhì)的臨界壓力（kgf/cm2）

2 氣體Kv值的計(jì)算
β（臨界壓力比）的計(jì)算
 （5）
式中：K=絕熱系數(shù)（見表3）
表3

2.1 節(jié)流部位壓力比在臨界條件以下，既時(shí)
 （6）
式中：φc=膨脹系數(shù)（見表3）
2.2 節(jié)流部位壓力比在臨界條件以上，既時(shí)
 （7）
式中：φ=膨脹系數(shù)（見表4）
表4

3 汽水兩項(xiàng)介質(zhì)的流體
Δpc=臨界壓差按（3）式計(jì)算式中：vc出口側(cè)臨界壓差下汽水混合物的比容，按下式計(jì)算
vc=v'+X（v"-v）' （9）

式中：v'出口側(cè)壓力下飽和水比容m3/kg；
v"=出口側(cè)壓力下飽和蒸汽比容m3/kg；
X=出口側(cè)飽和蒸汽的干度（0∠x∠1）；
h'=出口側(cè)壓力下飽和水焓值kcal/kg；
h=出口側(cè)壓力下蒸汽或水的焓值kcal/kg；
h"出口側(cè)壓力下飽和汽焓值kcal/kg。
4 在閥門設(shè)計(jì)計(jì)算KV值中同時(shí)要滿足以下要求
zui大流量應(yīng)在實(shí)際開度的60%～90%之間。
zui小流量應(yīng)在閥門實(shí)際開度的10%以上，且開度不大于2mm。
應(yīng)考慮有足夠的余裕度。余裕度
一般在直線特性時(shí)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(shè)計(jì)的閥門余裕度α=1.1。
以上內(nèi)容闡述了調(diào)節(jié)閥在液體、氣體、氣水兩項(xiàng)介質(zhì)的條件下的流通能力的計(jì)算以及在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥時(shí)對Kv值得要求，提供給設(shè)計(jì)閥門的部門進(jìn)行參考。
步驟/方法
計(jì)算流量的確定。現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計(jì)算流量的Qmax和Qmin.
閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點(diǎn)選定S（阻力系數(shù)），再確定計(jì)算壓差。
3計(jì)算Cv。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計(jì)算公式和圖表，求得Cmax和Cmin
4選用Cv。根據(jù)Cmax,在所選擇的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)系列中選取>Cmax且與其zui接近的一級Cv
5調(diào)節(jié)閥開度驗(yàn)算。一般要求zui大計(jì)算流量時(shí)的開度≯90%，zui小計(jì)算流量時(shí)的開度≮10%
6調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比的驗(yàn)算。一般要求實(shí)際可調(diào)比≮10

（5）根據(jù)選定的Kv值和流量特性，驗(yàn)證調(diào)節(jié)閥的開度，要求開度在10%與90%之間。

（6）計(jì)算R，驗(yàn)算可調(diào)比。

（7）名項(xiàng)驗(yàn)證合格后，根據(jù)Kv值確定調(diào)節(jié)閥的口徑。    

一般液體的Kv值計(jì)算   

a.       非阻塞流

式中： FL—壓力恢復(fù)系數(shù)，查表1。  

       FF—液體臨界壓力比系數(shù)，F(xiàn)=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(zhì)熱力學(xué)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(shù)修正（高粘度液體Kv值的計(jì)算）

       液體粘度過高時(shí)，由于雷諾數(shù)下降，改變了流體的流動狀態(tài)，在Re<2300時(shí)流體處于低速層流，這樣按原來公式計(jì)算出的Kv值，誤差較大，必須進(jìn)行修正。此時(shí)計(jì)算公式為：

式中：φ—粘度修正系數(shù)，由Re查圖求得。

對于單座閥、套筒閥、角閥等只有一個(gè)流路的閥：

 Re=70000

 對于雙座閥、蝶閥等具有二個(gè)平行流路的閥：

 Re=49600

 式中：K'v—不考慮粘度修正時(shí)計(jì)算的流通能力。

γ—流體運(yùn)動粘度mm2/s。

雷諾數(shù)Re    粘度修正曲線

3.氣體的Kv值的計(jì)算：

 a.一般氣體

當(dāng)P2>0.5P1時(shí)

當(dāng)P2≤0.5P1時(shí)

式中：Qg—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)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(dāng)P2>0.5P1時(shí)，

當(dāng)P2≤0.5P1時(shí)，

式中：Z—氣體壓縮系數(shù)，可查GB2624-81《流量測量節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)安裝和使用》。

4.蒸汽的Kv值的計(jì)算

a.飽和蒸汽

當(dāng)P2>0.5P1時(shí)，

 當(dāng)P2≤0.5P1時(shí)

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(shù)

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(dāng)P2>0.5P1時(shí)

當(dāng)P2≤0.5P1時(shí)

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(jì)算：

   當(dāng)介質(zhì)為氣液兩相流量，一般采用分別計(jì)算液體和氣體的Kv值，然后相加求取調(diào)節(jié)閥總Kv值，這種方法是基于兩種流體相互獨(dú)立互不影響的觀點(diǎn)，但實(shí)際上隨著液 相和氣相成分的變化，流體的狀態(tài)趨向也不同，所以計(jì)算出Kv值的誤差較大，在實(shí)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(jì)算方法，計(jì)算步驟為：

（1）根據(jù)混合介質(zhì)中蒸汽和凝液含量，求出汽化液。

（2）根據(jù)汽化率及進(jìn)口壓力P1從圖中查行修正系數(shù)Ks.

（3）將已知流量除以Ks得到相應(yīng)的蒸汽流量作為計(jì)算流量。

（4）應(yīng)用蒸汽的Kv值計(jì)算公式求出Kv值。

表 1   調(diào) 節(jié) 閥 參 數(shù) 表

  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(jù)過程，確定調(diào)節(jié)閥的口徑，具體步驟為：

（1）首先根據(jù)生產(chǎn)能力和設(shè)備負(fù)荷計(jì)算zui大流量Qmax和zui小流量Qmin

（2）根據(jù)所選擇的流量特性及系統(tǒng)特點(diǎn)選定S值，然后再根據(jù)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(jì)算公式，求行zui大流量時(shí)的Kvs。

（4）根據(jù)Kvs在所選產(chǎn)品型式的標(biāo)準(zhǔn)，選取大于Kvs并接近的Kv值。

（5）根據(jù)選定的Kv值和流量特性，驗(yàn)證調(diào)節(jié)閥的開度，要求開度在10%與90%之間。

（6）計(jì)算R，驗(yàn)算可調(diào)比。

（7）名項(xiàng)驗(yàn)證合格后，根據(jù)Kv值確定調(diào)節(jié)閥的口徑。    

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