調節閥流通能力Kv值

                         上海申弘閥門(mén)有限公司

之前介紹高壓減壓閥，現在介紹調節閥流通能力Kv值調節閥的流通能力Kv值，是調節閥的重要參數，它反映流體通過(guò)調節閥的能力，也就是調節閥的容量。根據調節閥流通能力Kv值的計算，就可以確定選擇調節閥的口徑。為了正確選擇調節閥的尺寸，必須準確計算調節閥的額定流量系數Kv值。

調節閥額定流量系數的定義是：在規定條件下，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)調節閥以m3/h或t/h的流量數。

調節閥又名控制閥，在工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制領(lǐng)域中，通過(guò)接受調節控制單元輸出的控制信號，借助動(dòng)力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數的zui終控制元件。一般由執行機構和閥門(mén)組成。如果按行程特點(diǎn)，調節閥可分為直行程和角行程；按其所配執行機構使用的動(dòng)力，按其功能和特性分為線(xiàn)性特性，等百分比特性及拋物線(xiàn)特性三種。調節閥適用于空氣、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(kāi)頭。調節閥常用分類(lèi)：氣動(dòng)調節閥，電動(dòng)調節閥，液動(dòng)調節閥，自力式調節閥。差不多，計算出來(lái)的CV值在根據閥門(mén)的固定CV值去比較，然后考核其開(kāi)度，每個(gè)廠(chǎng)家的閥門(mén)CV值并不一定相同。
調節閥口徑的選擇和確定主要依據閥的流通能力即Cv，從調節閥的Cv計算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟：調節閥的流通能力Kv值的定義為：閥門(mén)在全開(kāi)狀態(tài)下，閥門(mén)兩端壓差為1kgf/cm2，介質(zhì)溫度為15.6℃的水每小時(shí)流過(guò)閥門(mén)的流量數，通常以m3/h或t/h或升/min（日本）計。它是調節閥的一個(gè)重要參數，反映流體通過(guò)調節閥的能力，也就調節閥的容量。根據的計算，就可以確定選擇調節閥的口徑。為了正確選擇調節閥的尺寸，必須準確計算調節閥的額定流量系數Kv值。在不同的自控系統中，流量、介質(zhì)、壓力、溫度等參數千差萬(wàn)別，而調節閥的流量系數又是在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比較（因為壓差、介質(zhì)等條件的不同），而必須進(jìn)行C值計算。把各種實(shí)際參數帶入相應的C值計算公式中，算出C值與閥具有的Cz值比較，從而決定閥的口徑，zui后還應進(jìn)行有關(guān)的驗算，進(jìn)一步驗證所選閥是否能滿(mǎn)足工作要求。
調節閥口徑計算有哪些步驟？

從工藝提供有關(guān)參數數據，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(guò)的介質(zhì)名稱(chēng)、性質(zhì)及主要的物化參數；
2，了解清楚工藝參數；
3，配管情況（閥前后管徑，系統阻力計算）；
4，被控對象類(lèi)型、特點(diǎn)；
5，調節性能要求，如對泄漏量、穩定性等要求。
二，初選閥型，并決定流量特性及流向。
三，計算流量的確定。根據現有的生產(chǎn)能力、設備負荷及介質(zhì)的狀況，決定計算的zui大工作流量Qmax和zui小工作流量Qmin。
四，計算壓差的決定。根據系統特點(diǎn)選定s值，然后決定計算壓差。
五，Kv值計算。根據已決定的計算流量、計算壓差及其他有關(guān)參數，求出zui大工作流量初步?jīng)Q定調節閥時(shí)的Kvmax。
六，初步?jīng)Q定調節閥口徑，根據已計算出的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(kāi)度驗算。
八，實(shí)際可調比驗算。一般要求實(shí)際可調比應大于10。
九，壓差校對（僅從開(kāi)度、可調比上驗算還不行，這樣可能造成閥關(guān)不死、啟不動(dòng)，故增加此項）。
十，上述驗算合格，則所選閥口徑合格。若不合格，需要重新定口徑（及Kv值）或另選其他閥再驗算至合格。

怎樣確定計算流量？
    上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥選擇閥的口徑，必須要計算表示調節閥流通能力的流量系數Kv。在計算Kv值時(shí)，究竟以什么樣的流量來(lái)作為計算流量 呢？通常的做法是按zui大流量Qmax來(lái)考慮，如果不知道Qmax值，可按正常流量Qn進(jìn)行計算，此時(shí)可以適當放大。 必須指出，計算流量不能一再加大富裕量，這會(huì )使計算出來(lái)的Kv偏大，使閥門(mén)口徑選的偏大。這不僅造成經(jīng)濟上的浪 費，而且使閥門(mén)處于小開(kāi)度工作，使可調比減少，調節性能變化，嚴重時(shí)甚至會(huì )引起振蕩，因而大大降低了閥門(mén)的壽 命。
    還應該看到，調節閥在制造時(shí)，Kv值就有正負（5%-10%）的誤差；調節閥所通過(guò)的動(dòng)態(tài)zui大流量大于靜態(tài)zui大流量。 從經(jīng)濟角度出發(fā)，也要考慮到閥阻比s值得影響，因此zui大計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等流體輸出機械的能力來(lái)確定zui大計算流量。
為什么要在閥前、閥后維持一定壓差？是否壓差越大越好？
    要使調節閥能起到調節作用，就必須在閥前、閥后有一定的壓差。閥上的壓差占整個(gè)系統壓差的比值越大，則調節閥 流量特性的畸變就越小，調節性能能夠保證。但是，閥前、閥后壓差越大，閥上的壓力損失越大，所消耗的動(dòng)力也越 多。因此，必須兼顧調節性能及能源消耗，合理地選擇計算壓差。
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值的計算
1.1 不可壓縮流體
液體，在節流部位的雷諾數Re>105且無(wú)閃蒸和閥門(mén)無(wú)過(guò)渡管接頭的情況下，用下式計算：
 （1）
式中：kv=流通能力系數（L/min）
w=閥門(mén)zui大流量（kg/h）
α=流量裕度系數。（詳細解釋見(jiàn)下述第4項）
△p=閥門(mén)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=壓力恢復系數，查表1
P1=閥門(mén)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 壓力恢復系數FL

表2 介質(zhì)的臨界壓力（kgf/cm2）

2 氣體Kv值的計算
β（臨界壓力比）的計算
 （5）
式中：K=絕熱系數（見(jiàn)表3）
表3

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

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

式中：v'出口側壓力下飽和水比容m3/kg；
v"=出口側壓力下飽和蒸汽比容m3/kg；
X=出口側飽和蒸汽的干度（0∠x∠1）；
h'=出口側壓力下飽和水焓值kcal/kg；
h=出口側壓力下蒸汽或水的焓值kcal/kg；
h"出口側壓力下飽和汽焓值kcal/kg。
4 在閥門(mén)設計計算KV值中同時(shí)要滿(mǎn)足以下要求
zui大流量應在實(shí)際開(kāi)度的60%～90%之間。
zui小流量應在閥門(mén)實(shí)際開(kāi)度的10%以上，且開(kāi)度不大于2mm。
應考慮有足夠的余裕度。余裕度
一般在直線(xiàn)特性時(shí)余裕度α=1.25，zui大不超過(guò)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(guò)2；zui小不能小于1.22。
對于專(zhuān)門(mén)設計的閥門(mén)余裕度α=1.1。
以上內容闡述了調節閥在液體、氣體、氣水兩項介質(zhì)的條件下的流通能力的計算以及在設計調節閥時(shí)對Kv值得要求，提供給設計閥門(mén)的部門(mén)進(jìn)行參考。
步驟/方法
計算流量的確定?，F有的生產(chǎn)能力、設備負荷及介質(zhì)的狀況，決定計算流量的Qmax和Qmin.
閥前后壓差的確定。根據已選擇的閥流量特性及系統特點(diǎn)選定S（阻力系數），再確定計算壓差。
3計算Cv。根據所調節的介質(zhì)選擇合適的計算公式和圖表，求得Cmax和Cmin
4選用Cv。根據Cmax,在所選擇的產(chǎn)品標準系列中選取>Cmax且與其zui接近的一級Cv
5調節閥開(kāi)度驗算。一般要求zui大計算流量時(shí)的開(kāi)度≯90%，zui小計算流量時(shí)的開(kāi)度≮10%
6調節閥實(shí)際可調比的驗算。一般要求實(shí)際可調比≮10

（5）根據選定的Kv值和流量特性，驗證調節閥的開(kāi)度，要求開(kāi)度在10%與90%之間。

（6）計算R，驗算可調比。

（7）名項驗證合格后，根據Kv值確定調節閥的口徑。    

一般液體的Kv值計算   

a.       非阻塞流

式中： FL—壓力恢復系數，查表1。  

       FF—液體臨界壓力比系數，F=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.低雷諾數修正（高粘度液體Kv值的計算）

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

式中：φ—粘度修正系數，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)計算的流通能力。

γ—流體運動(dòng)粘度mm2/s。

雷諾數Re    粘度修正曲線(xiàn)

3.氣體的Kv值的計算：

 a.一般氣體

當P2>0.5P1時(shí)

當P2≤0.5P1時(shí)

式中：Qg—標準狀態(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P2>0.5P1時(shí)，

當P2≤0.5P1時(shí)，

式中：Z—氣體壓縮系數，可查GB2624-81《流量測量節流裝置的設計安裝和使用》。

4.蒸汽的Kv值的計算

a.飽和蒸汽

當P2>0.5P1時(shí)，

 當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

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(guò)熱水蒸汽

當P2>0.5P1時(shí)

當P2≤0.5P1時(shí)

式中：△t—水蒸汽過(guò)熱度℃ Gs、P1、P2含義及單位同前。

5.兩相流的Kv值計算：

   當介質(zhì)為氣液兩相流量，一般采用分別計算液體和氣體的Kv值，然后相加求取調節閥總Kv值，這種方法是基于兩種流體相互獨立互不影響的觀(guān)點(diǎn)，但實(shí)際上隨著(zhù)液 相和氣相成分的變化，流體的狀態(tài)趨向也不同，所以計算出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值計算方法，計算步驟為：

（1）根據混合介質(zhì)中蒸汽和凝液含量，求出汽化液。

（2）根據汽化率及進(jìn)口壓力P1從圖中查行修正系數Ks.

（3）將已知流量除以Ks得到相應的蒸汽流量作為計算流量。

（4）應用蒸汽的Kv值計算公式求出Kv值。

表 1   調 節 閥 參 數 表

  注：1.隔膜閥無(wú)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：

根據過(guò)程，確定調節閥的口徑，具體步驟為：

（1）首先根據生產(chǎn)能力和設備負荷計算zui大流量Qmax和zui小流量Qmin

（2）根據所選擇的流量特性及系統特點(diǎn)選定S值，然后再根據壓力分配和管路損失，確定zui小壓差△Pmin和zui大壓差△Pmax

（3）按流通能力計算公式，求行zui大流量時(shí)的Kvs。

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

（5）根據選定的Kv值和流量特性，驗證調節閥的開(kāi)度，要求開(kāi)度在10%與90%之間。

（6）計算R，驗算可調比。

（7）名項驗證合格后，根據Kv值確定調節閥的口徑。    

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