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调节阀之流量系数Kv值计算公式(五)

发布时间:2016-09-28

第三章  调节阀的流量系数计算


第二节流量系数Kv值计算公式的修正


111上述讨论Kv值计算公式的扒导中,可以看出该推导中存在什么问题?

    ①把调节阀模拟为简单形式来推导中,未考虑与不同阀结构实际流动之间的修正问题。

    ②在饱和的状态下,阻塞流动(即流量不再随压差的增加而增加)的差压条件为0.5,同样未考虑不同阀结构对该临界点的影响问题。

    ③未考虑低雷诺数和安装条件的影响。

112上述Kv值计算公式推导中存在的问题会造成什么影响


      由于把调节阀模拟为简单形式来推导Kv值计算公式,只考虑到阀门前、后的压差,而没有考虑到阀门结构对流动的影响,而实际上各种阀门因结构不同,流动阻力不一样,势必会造成很大的计算偏差。另外,由于没有考虑低雷诺数的影响,在极端情况下,当雷诺数很低,例如黏性很大的流体,流体的流动已经成为层流状态,此时如果仍按简单情况推导的Kv值计算公式计算,误差一定很大。

113何谓压力恢复?


       当流体流过调节阀时,其中压力变化如图3-4所示,可知在阀芯、阀座处由于节流作用而在附近的下游处产生一个缩流,其流体的流速**,但静压*小。在远离缩流处,随着阀内的流通面积的增大,流体的流速减小,由于相互摩擦,部分参量转变成内能,大部分静压被恢复,形成了阀门压差。换言之,流体在节流处的压力急剧下降,并在其后的节流通道中逐渐恢复,但已经不能恢复到原来的P1值。这便是压力恢复现象。

114何谓力恢复系数FL

      在原公式的推导中,认为调节阀节流处由P1直接下降到P2,见图3-5中虚线所示。但实际上,压力变化曲线如图3-5中实线所示,存在着压力恢复的情况。不同结构的阀,压力恢复的情况不同。阻力越小的阀,恢复越厉害,越偏离原推导公式的压力曲线,原公式计算的结果与实际误差越大。因此,引入一个表示阀压力恢复程序的系数FL来对原公式进行修正。FL称为压力恢复系数(Pressure recevery facror),其表达式为

       式中,分别表示产生闪蒸时的缩流处压差和阀前后压差。


115压力恢复系数FL如何试验测定?


       由FL是在阀门产生闪蒸时阀前后压差Pc与缩流处压差Pvc之比。用透明阀体做试验将会发现,当节流处产生闪蒸,即在节流处产生气泡群时,Q就基本上不随着P的增加而增加。这个试验说明:产生闪蒸的临界压差就是产生阻塞流的临界压差,测定此时的阀前后压差Pc和缩流处压差Pvc,便可求得压力恢复系数FLFL值的大小取决于调节阀的结构形状。

     由试验确定的各类阀的FL值见表3-1


116FL的物理意义及其在调节阀计算中如何运用?


      FL既可表示不同阀结构造成的压力恢复,以修正不同阀结构造成的流量系数计算误差,还要用于正常流动或阻塞流动的判别。

      因为FL定义公式(3-14)中的压差Pc就是该试验阀产生阻塞流动的临界压差。这样,当PPc时为正常流动,当PPc时为阻塞流动。从式(3-14)中可解出液体介质的Pc

117何谓闪蒸(flashing)现象?


      如图3-1所示,当压力为P1的液体流经节流孔时,流速实然急剧增加,而静压力骤然下降,当孔后压力P2达到或者低于该流体所在情况下的饱和蒸汽压Pv时,部分液体就汽化成气体,形成 气液两相共存的现象,这种现象称为闪蒸。产生闪蒸时,对阀芯、阀座材料已开始有侵蚀破坏作用,而且影响液体流量计算公式的正确。

118何谓空化(cavitation)现象? 


如果产生闪蒸之后,P2不是保持在饱和蒸汽压以下,而是在离开节流孔之后又骤然上升,这时气泡产生破裂并转化为液态,这个过程即为空化作用。由此可见,空化作用是一个过程的两个阶段:第一个阶段是液体内部形成空腔或气泡,即闪蒸阶段;第二个阶段是这些气泡的破裂,即空化阶段。

119空化作用带来哪些影响?


      一是产生阻塞流,如图3-6所示,许多气泡集中在阀的节流孔后,阻碍流体的流动,自然影响了流量的增加,即产生了阻塞情况。

    二是产生汽蚀,如图3-7所示,产生空化作用时,在缩流处的后面由于压力恢复,升高的压力压缩气泡,达到临界尺寸的气泡开始变为椭圆形,接着在上游表面开始变平,然后突然爆裂。所有的能量集中在破裂点上,产生极大的冲击力。如果气泡在接近节流孔后的固体表面处破裂,这种冲击力会慢慢地撕裂材料表面,形成类似于煤渣的粗糙表面。

    

120何谓阻塞流?阻塞流对流量系数Kv值计算的影响如何?


      阻塞流是指不可压缩流体或可压缩流体在流过调节阀时所达到的**流量状态。测定办法是:在固定的入口条件下,阀前压力P1保持一定而逐步降低阀后压力P2,致使流经调节阀的流量增加到一个**的极限值,再继续降低P2,流量不再增加,这个极限流量即为阻塞流。阻塞流出现之后,流量与压差(P=P1-P2)-之间的关系已不再遵循流量系数推导公式所描述的规律。


第二节流量系数Kv值计算公式的修正


121对于阻塞流情况,为什么只能把开始产生阻塞流时的阀压差作为计算用的阀压差?

    由图3-8可见,产生阻塞流时,若按实际压差计算,对应按非阻塞流条件计算得到的流量Q'max要比阻塞流量Qmax大许多。因此,为了精确求得此时的Kv值,只能把开始产生阻塞流时的阀压隆作为计算用的压降。

122不可压缩流体产生阻塞流时,缩流断面的压力Pvc如何计算


      用Pvc表示不可压缩流体产生阻塞流时缩流断面的压力。Pvc可用下式求得:

    Pvc=FF Pv (3-16)。

式中Pv——流体的饱和蒸气压力,可从物料的物理数据查得;

     FF ——流体的临界压力比系数。

     由上式可知,FF 是在阻塞流条件下缩流处压力Pvc与阀入口温度下的液体饱和蒸汽压力Pv 之比,也是Pv 与液体临界压力Pc之比的函数,可用下式进行计算: FF=0.96-0.28 (3-17)

     也可以用图3-9查出FF。


123不可压缩流体是否产生阻塞流的判断条件是什么?


       从式:可见,只要能求得Pvc值,便可得到不可压缩流体是否形成阻塞流的判断条件。显然,即为产生阻塞流时的阀压降。因此再将式(3-16)代入,当时,为阻塞流情况;当时,为非阻塞流情况。famens.com整理,如需转载,请注明全球阀门网。

124可压缩流体是否产生阻塞流的判断条件是什么

      时,为阻塞流情况;当时,为非阻塞流情况。其中,X为压差比;XT为临界压差比;FK为比热容比系数。


125对液体计算公式如何修正?


       当时,为正常流动,仍采用原公式(3-13)计算;当时,因△P增加Q基本不增加,故以PC值而不是P值代入式(3-13)计算即可,即公式成为Kv=,此时,将式(3-16)的Pvc值和式(3-17)的FF值代入得

     (3-18)

式中Pc——液体势力学临界点压力,见表3-2;

     Pv——液体包括蒸汽压力。


126对气体计算公式如何修正?


      原产生阻塞流的临界差压条件是,即固定在处,这和实际情况出入较大。实际上,PC仍与FL有关,由试验得临界压差条件为

     利用概念概念推得的新公式有好几种,但以在原平均重度法公式基础上修正的新公式(即平均重度修正法)*简单、*方便,它只需将原阻塞流动下的计算公式除以FL即可。若要更精确些,则再除上一个系数(y-0.148y3),其中.

      蒸汽计算公式的修正同上。为了便于比较、应用,将采用FL修正的新公式和原公式汇总于表3-3中。


第三节用平均重度修正法计算流量系数Kv值


127计算液体流量系数Kv时,按几种情况进行?

    在计算液体流量系数Kv时,按三种情况分别进行计算:非阻塞流、阻塞流、低雷诺数。在用判别式判定之后,用不同的公式进行计算。


128非阻塞流怎样判定和计算?   


      

是非主塞流情况,此时修正量为零,仍旧采用原公式

(3-19)

      此处的压力单位或压差单位用的是kgf/cm2;这是照顾过去长期使用工程单位的习惯,且许多资料都是用工程单位制表示,这样使得应用起来方便。famens.com整理,如需转载,请注明全球阀门网。

129阻塞流怎样判定和计算?


       

      其中,△Pc按上面两种情况分别代入不同的值进行计算。famens.com整理,如需转载,请注明全球阀门网。

130可压缩流体是否产生阻塞流的判断条件是什么

        可压缩流体的流动有非阻塞流和阻塞流两种情况,这两种情况下所有公式不同。


131气体非阻塞流的流量系数计算公式如何?


       气体非阻塞流Kv值计算公式仍用平均重度法公式,其公式如下:

(3-21)


132气体阻塞流的流量系数计算公式如何?


      气体阻塞流Kv值计算公式,是在平均重度法的基础上加以修正的。一般只需将原平均重度法的阻塞流公式乘以即可

(3-22)


133蒸气的流量系数Kv的计算公式如何?


      蒸气分为饱和蒸气和过热蒸气。饱和蒸气又分为非阻塞流动和阻塞流。

      当压差比时,为非阻塞流动,这时流量系数计算公式为

(3-23)

当压差比时,为阻塞流动,这时流量系数计算公式在饱和蒸气的原平均重度法的阻塞流公式的基础上乘以1/FL,即

(3-24)

     若要更精确些,则再除以一个系数(y-0.148y3),其中  得

(3-25)

        对于过热蒸气、流动状态,判别与上面相同。

        若是非阻塞流,其Kv值计算公式如下

(3-26)

     若是阻塞流,其Kv值计算公式如下

(3-27)

134平均重度修正法计算流量系数Kv的步骤如何?


       用平均重度修正法计算流量系数Kv的步骤如下。

       第一步:根据已知条件查参数FLpc(表3-2、表3-3)。

       第二步:判别流动状态。

      1)判别饱和蒸气压pv是大于还是小于0.5p1

       液体 :①△p<△pc为一般流动;

                    ②△p≥△pc为阻塞流动。

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        2)若pv0.5P1,则取pc =FL2p1-pV);

                pv0.5p1,则取

        第三步:根据流动状态采用相应Kv值计算公式。


135下述工况的介质液氨如何计算流量系数?


         介质液氨,T=33℃,r=0.59gf/cm3,Q=13t/hp1=530×100kPap2=70×100kPa, p=460×100 kPa, pv=15×100 kPa,选用高压阀、流闭型,试计算流量系数Kv

           第一步:查表3-1FL=0.8、查表3-2pc=114.5×100 kPa.

         第二步:0.5 p1=265pv

         pc= FL2p1-pV=0.82(530-15)=329.6

          由于△p>△pc,判定为阻塞流动。

       第三步:采用阻塞流动公式

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136下述工况的介质水如何计算流量系数Kv?


      已知介质水的流量QL=100m3/h,r=0.97gf/cm3t1=80, p1 =11.7kgf/cm2, p2kgf/cm2pv=0.47kgf/cm2,试选择调节阀并计算Kv值。

      解(Ⅰ)先用V形球阀

      查表3-1V形球阀的FL=0.57

因为  0.5 p1 =0.5×11.7=5.85pv =0.47

所以  pc =FL2p1-pV=0.575(11.70-0.47)=3.6486

       p =p1-pV =11.7-5=6.7>△pc,为阻塞流动。

       采用阻塞流动公式(3-20

     解(Ⅱ)选用流开流向的直通双座阀

       查表3-1FL=0.90

因为  0.5 p1=5.85pV=0.47

所以  pc = FL2p1-pV=0.90211.70-0.47=9.096

       p =6.70pc=9.096,为非阻塞流动。

       可按公式(3-13)计算

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137下述工况的介质空气,如何计算流量系数Kv


   介质空气,t=20℃,rN=1kgf/m3(标准)QN=100m3(标准)/h, p1=2kgf/cm2(绝压),p2=1.5kgf/cm2(绝压)p =0.5 kgf/cm2,选用单座阀,流开型,试计算流量系数Kv

         第一步:查表FL=0.9

第二步:判定为一般流动。

       第三步:采用一般流动Kv值计算公式

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138将上问中的参数p2改为p2=1.1kgf/cm2,又如何计算流量系数?


          p =2-1.1=0.9kgf/cm2

       又因为压差比

       所以为阻塞流动,采用公式为

     若要理准确些时,上式再除以(y-0.148y3),即

139平均重度法原公式与平均重度修正法公式比较有何不同?


      归纳起来,有两个不同:一是流动状态判别式不同;二是在阻塞流动的情况下计算公式不同,引入了三个新的参数,分别为压力恢复系数FL、临界点压力p C、(y-0.148y3)。