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工程設計中調節閥壓力恢復系數FL的應用分析
| 作 者： | 上海醫藥設計院 俞加波 |
| 摘 要： | 不同形式調節閥的壓力恢復系數FL值不同，各制造廠同形式調節閥的FL值亦會不同，本文結合工程設計實例討論如何選用FL合適的調節閥。 |
| 關鍵字： | 阻塞流 壓力恢復系數FL 閥后縮脈處壓力 允許壓差 |
1、引言
在工程設計中，經常需要對調節閥進行選型與計算，以達到穩定控制的目的。但調節閥選型與計算時對FL的考慮較困難。本文除對FL的一般規律作分析，同時通過實例，對可能出現阻塞流工況，如何深入考慮FL作出分析。
2、阻塞流的產生
在流量系數Cv的計算公式中，閥前壓力P1，閥后壓力P2的取壓位置及流體通過調節閥的壓力降變化情況如圖1所示。
圖1 閥內的壓力恢復特性
閥上壓降為ΔP=P1-P2。按能量守恒定律，在流體縮脈處的流速而壓力，即壓力降，稱為ΔPvc�？s流處后流體流速又減小，直至P2處大部分靜壓得到恢復，此時壓力降為ΔP。
當介質是液體，在壓差足夠大時，部份液體在該操作溫度下汽化，即發生了閃蒸。液體中夾帶了蒸汽，產生了二相流，液體不再是不可壓縮的，這時即使再增加壓差，流量也不再增加，這種極限流量現象稱為液體阻塞流。
3、FL的具體分析
3.1 FL的定義
FL=Sqt（ΔP/ΔPvc）=Sqt（P1-P2）/（P1-Pvc） （1）
3.2 FL的意義
FL是一個實驗數據，表明了調節閥在液體通過后動能轉變為靜壓能的恢復能力（見圖1），也表明了液體產生阻塞流的臨界條件，故FL又稱為臨界流量系數。提出FL的目的，在于判斷液體通過調節閥時是否產生隆塞流，并用于計算調節閥的允許壓差。
3.3 阻塞流的判斷
理論上用與的大小關系來判斷是否產生阻塞流，但在工程計算時用壓差大小來判斷。圖2表明了通過閥門的流量與壓差的關系。
圖2 流量與壓差的關系
允許壓差定義為ΔPc：
ΔPc = FL2 ＊ ΔPvc=FL2＊ （P1-FFPv） （2）
Pv：操作溫度下的液體飽和蒸汽壓
FF：液體臨界壓力比系數
3.4 決定阻塞流的因素
從公式2來看，一旦操作工況決定，允許壓差ΔPc與FL有關系。阻塞流的產生與通過調節閥流量的大小，調節閥口徑沒有關系。
4、FL值的一般規律
4.1FL值的大小與調節閥的結構形式、流向、開度有關。一般情況下，制造廠提供的FL值是指調節閥全開下的數值。
4.2幾何結構完全相同的調節閥FL值相同，并與口徑無關。同一類型的調節閥由于各制造廠的結構略有不同，故FL也有差別。
4.3知名的制造廠提供了各系列調節閥的FL值，國內也有推薦值。詳見表1，表2。
表1 Masoneilan 偏心旋轉閥
Parcent of Plug Rotation | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | |
FL | Flow to Open | 0.96 | 0.93 | 0.91 | 0.89 | 0.88 | 0.87 | 0.87 | 0.86 | 0.86 | 0.85 |
Flow to Close | 0.94 | 0.91 | 0.88 | 0.83 | 0.80 | 0.77 | 0.74 | 0.72 | 0.70 | 0.68 | |
表2 國產調節閥FL的推薦值
閥型式 | 閥芯型式 | 流向 | FL |
單座閥 | 柱塞形 | 流開 | 0.90 |
柱塞形 | 流閉 | 0.90 | |
窗口形 | 任意流向 | 0.90 | |
套筒形 | 流開 | 0.90 | |
套筒形 | 流閉 | 0.80 | |
雙座閥 | 柱塞形 | 任意流向 | 0.85 |
窗口形 | 任意流向 | 0.90 | |
角形閥 | 柱塞形 | 流開 | 0.90 |
柱塞形 | 流閉 | 0.80 | |
套筒形 | 流開 | 0.85 | |
套筒形 | 流閉 | 0.80 | |
O形球閥孔徑=0.8d | 任意流向 | 0.55 | |
V形孔球閥 | 任意流向 | 0.57 | |
偏心旋轉閥 | 柱塞形 | 任意流向 | 0.85 |
60全開 | 任意流向 | 0.68 | |
90全開 | 任意流向 | 0.55 |
4.4 值與調節閥形式、開度的一般關系（參見圖3）
一般情況下，直行程調節閥的值比旋轉型調節閥的大， 值隨調節閥開度的增加而減小。
圖3 FL值與閥門開度的關系
（1）DSP球體閥：V口形球閥
（2）SP球體閥：流開
（3）偏心旋轉閥：流開
（4）閥體分離閥：流開
（5）偏心旋轉閥：流關
（6）蝶閥（小力矩）
（7）控制球閥
（8）閥體分離閥：流關
（9）DP球體閥：柱塞形閥芯
（10）SP球體閥：流關
（11）71000系列角閥：流關
5、工程設計對FL值的考慮
5.1工程設計中碰到阻塞流的情況并不多，有時還是工藝要求阻塞流，如液體變氣相作冷劑。但大多數工況要求避免阻塞流。
5.2要避免阻塞流，可選用FL值較大的調節閥，這樣ΔPc也相應大。選大口徑并不能避免阻塞流。
5.3對大口徑旋轉閥，要考慮管路大小頭對FL值的修正。
5.4當制造廠未提供調節閥的FL值時，表4的FL值可作估算參考。
5.5要考慮FL值與閥門開度、P1與管路流量特性之間的關系。
由于調節閥Cv值計算只考慮操作工況的某一點，并不能保證所有工況都避免了阻塞流，所以在計算ΔPc時，要從動態的角度來分析。
對FL，可選用整個開度內的*小值，一般是全開時的FL值。
P1一般隨開度增大而減�。ɑ虿蛔儯�，故用流量下的P1來計算ΔPc比較保險。
如果在調節閥計算時發現FL和P1不符合以上規律，要對選定調節閥各開度的ΔPc進行驗算。
6、工程實例（見后）
設計要求：流體介質為高溫油，有粘性。閥體結構要求簡單，能在線維修。選擇Cv值相對大的閥體形式，這樣比較經濟。根據具體參數作計算，結果見計算書。
6.1工程實例，通過對各制造廠計算書的比較，我們*終選定了NELES-CONTROL的V型控制球閥，頂部安裝閥芯的形式。從計算結果看，該調節閥基本上避免了阻塞流，結構形式滿足了工藝設計要求。
6.2從計算結果看，由于在*小流量時的壓差較大，這時還是產生了阻塞流�？紤]到該調節閥對裝置極其重要，閥體、閥芯、閥座均作硬化處理。
7、結束語
實際工程中對阻塞流的處理還有許多方法，如套筒閥、多級降壓、閥后安裝孔板等，但目的都是一個：通過提高P2，來增加Pvc，從而避免阻塞流。選用FL值較大調節閥是*直接的方法。
原創作者：上海艾迪爾自控儀表有限公司
