直通單座調節(jié)閥額定流量系數(shù)的估算

王 渭 明 友 陳鳳官 郝偉沙 耿圣陶

(合肥通用機械研究院)

直通單座調節(jié)閥額定流量系數(shù)的估算

王 渭 明 友 陳鳳官 郝偉沙 耿圣陶

(合肥通用機械研究院)

提出一種用閥體流量系數(shù)和閥內(nèi)件額定流量系數(shù)表達直通單座調節(jié)閥額定流量系數(shù)的方法。利用該方法對兩種知名品牌的系列調節(jié)閥的額定流量系數(shù)進行估算，所得結果與制造商公布的額定流量系數(shù)相近。

單座調節(jié)閥 額定流量系數(shù) 估算

額定流量系數(shù)是直通單座調節(jié)閥的關鍵參數(shù)，某一口徑直通單座調節(jié)閥的不同閥座孔徑對應不同的額定流量系數(shù)。對于某一口徑的調節(jié)閥，廠家一般設計若干種規(guī)格的閥座孔產(chǎn)生不同的額定流量系數(shù)供用戶選用?？梢?，額定流量系數(shù)的估算是進行調節(jié)閥設計首先要解決的問題，準確估算該系數(shù)可以大幅減少流體試驗量、降低研發(fā)成本。但是對于某些特殊工況，調節(jié)閥的若干種額定流量系數(shù)未必合適，如粉煤氣化工藝的高壓差氣體放空工況往往采用大口徑小流量系數(shù)的調節(jié)閥，一方面精確控制煤粉倉氣體的泄放量，達到節(jié)能的目的；另一方面降低閥后氣體的流速，降低噪音。為了確定某一特定額定流量系數(shù)，普遍采用流體試驗對樣機反復修正[1]，或借助CFD軟件進行數(shù)值模擬[2，3](仍需對實體模型反復模擬)。

筆者在考慮直通單座調節(jié)閥閥體流動阻力和閥內(nèi)件節(jié)流阻力的基礎上，提出一種估算額定流量系數(shù)的方法。

1 估算方法

對于閥門額定流量系數(shù)的估算，國內(nèi)外相關文獻較少[1，4]。文獻[1]利用節(jié)流孔板模型對直通單座調節(jié)閥的節(jié)流原理進行了研究，預估的額定流量系數(shù)(調節(jié)閥全開流量系數(shù))Kvs的計算式為：

(1)

式中A——閥門接管面積，cm2；

Ars——調節(jié)閥全開流通面積，cm2。

式(1)是通過節(jié)流孔板模型推導出的，主要考慮了閥內(nèi)件的節(jié)流阻力。而調節(jié)閥閥體流道的幾何形狀與閥內(nèi)流體流動阻力也有很大的關聯(lián)。因此，為了更加準確地估算調節(jié)閥額定流量系數(shù)，有必要在估算時增加閥體流阻的影響。

如圖1所示，將調節(jié)閥看作閥座孔直徑等于接管直徑D的閥體與閥內(nèi)件的串聯(lián)，且閥內(nèi)件節(jié)流用孔板近似，閥座孔徑為dS，一般孔板節(jié)流面積的當量直徑d≤dS≤0.8D[1]。

圖1 閥體和孔板的串聯(lián)

調節(jié)閥流量系數(shù)為KV(CV)，閥體和閥內(nèi)件的流量系數(shù)分別為KVB(CVB)和KVT(CVT)，由于調節(jié)閥總壓差Δp=ΔpB+ΔpT，則KV(CV)可以用KVB(CVB)和KVT(CVT)表達[5]，即：

(2)

(3)

典型單座Globe閥體(閥門內(nèi)徑D，in)的流量系數(shù)CVB用下式估算[6]：

CVB=18D2

(4)

如果閥門內(nèi)徑D的單位為cm，對式(4)進行單位變換，得到典型單座Globe閥體的流量系數(shù)KVB的估算公式為：

KVB=2.413D2

(5)

閥內(nèi)件節(jié)流用孔板近似，則閥內(nèi)件的額定流量系數(shù)用下列兩式估算：

(6)

(7)

式(6)中Ars和A的單位為cm2，式(7)中Ars和A的單位為in2。

將式(5)、(6)代入式(2)，可得單座直通調節(jié)閥額定流量系數(shù)KVS的估算式：

(8)

將式(4)、(7)代入式(3)，可得單座直通調節(jié)閥額定流量系數(shù)CVS的估算式：

(9)

2 額定流量系數(shù)的估算

廠家給出的Masoneilan的12000系列具有流開型內(nèi)件的Globe調節(jié)閥額定流量系數(shù)CVS和采用筆者方法對閥門額定流量系數(shù)的估算值見表1，其中dS

表1 調節(jié)閥的額定流量系數(shù)CVS和估算值的對比

(續(xù)表1)

注：1in=25.4mm。

廠家給出的Fisher GX系列的具有流開型閥內(nèi)件(非限流、小流量、平衡式)的Globe調節(jié)閥額定流量系數(shù)KVS和采用筆者方法得到的額定流量系數(shù)的估算值見表2。表2中dS

表2 調節(jié)閥的額定流量系數(shù)KVS和估算值的對比

3 結束語

將直通單座調節(jié)閥看作閥座孔直徑等于接管直徑的閥體與閥內(nèi)件的串聯(lián)，且閥內(nèi)件用節(jié)流孔板近似，并對其額定流量系數(shù)的估算公式進行推導。對國際知名的若干調節(jié)閥廠家的系列直通單座調節(jié)閥的額定流量系數(shù)進行估算，所得估算值與廠家公布的數(shù)據(jù)基本相符，符合工程設計的需要。該估算方法為直通單座調節(jié)閥的設計、分析和選型提供了理論依據(jù)。

[1] 王渭,陳鳳官,明友,等.直通單座調節(jié)閥柱塞式閥芯型線設計方法[J].流體機械,2016,44(5):37～41.

[2] 明友,陳鳳官,王勤,等.基于CFD技術的高壓截止閥內(nèi)流道結構參數(shù)的分析[J].閥門,2013,(4):62～64.

[3] 王渭,陳鳳官,明友,等.水力除焦三通閥流道結構的CFD分析[J].流體機械,2012,40(11):25～28.

[4] 程俊俏.調節(jié)閥流量系數(shù)的計算與開度驗算[J].化工自動化及儀表,1997,24(6):41～42,51.

[5] 吳國熙.調節(jié)閥使用與維修[M].北京:化學工業(yè)出版社,1999:41～42.

[6] Guy B.Control Valves [M].North Carolina:Instrument Society of America,1998:272～273.

TheEstimateofRatedFlowCoefficientforSingle-seatValves

WANG Wei, MING You, CHEN Feng-guan, HAO Wei-sha, GENG Sheng-tao
(HefeiGeneralMachineryResearchInstitute)

Making use of valve body flow coefficient and valve trim flow coefficient to express ZAZP’s rated flow coefficient was proposed. Applying this method to estimate the rated flow coefficient of valves of two brand-name manufacturers shows that the estimated value is similar to that published by the manufacturers.

single-seat control valve, rated flow coefficient, estimate

TH134

A

1000-3932(2017)09-0878-04

2017-03-27，

2017-06-08)

中石化科技項目(315014)。

王渭(1968-)，教授級高級工程師，從事閥門的設計研發(fā)工作，ww_xuy@163.com。