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     在工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行選型與計(jì)算，以達(dá)到穩(wěn)定控制的目的。但調(diào)節(jié)閥選型與計(jì)算時(shí)對(duì)F_L的考慮較困難。本文除對(duì)F_L的一般規(guī)律作分析，同時(shí)通過(guò)實(shí)例，對(duì)可能出現(xiàn)阻塞流工況，如何深入考慮F_L作出分析。

      2、阻塞流的產(chǎn)生

     在流量系數(shù)Cv的計(jì)算公式中，閥前壓力P₁，閥后壓力P₂的取壓位置及流體通過(guò)調(diào)節(jié)閥的壓力降變化情況如圖1所示。

圖1  閥內(nèi)的壓力恢復(fù)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最大而壓力最低，即壓力降最大，稱為ΔP_vc�？s流處后流體流速又減小，直至P₂處大部分靜壓得到恢復(fù)，此時(shí)壓力降為ΔP。

     當(dāng)介質(zhì)是液體，在壓差足夠大時(shí)，部份液體在該操作溫度下汽化，即發(fā)生了閃蒸。液體中夾帶了蒸汽，產(chǎn)生了二相流，液體不再是不可壓縮的，這時(shí)即使再增加壓差，流量也不再增加，這種極限流量現(xiàn)象稱為液體阻塞流。

      3、F_L的具體分析

      3.1 F_L的定義

             F_L=S_qt（ΔP/ΔP_vc）=S_qt（P₁-P₂）/（P₁-P_vc）        （1）

      3.2  F_L的意義

     F_L是一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，表明了調(diào)節(jié)閥在液體通過(guò)后動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能的恢復(fù)能力（見圖1），也表明了液體產(chǎn)生阻塞流的臨界條件，故F_L又稱為臨界流量系數(shù)。提出F_L的目的，在于判斷液體通過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)是否產(chǎn)生隆塞流，并用于計(jì)算調(diào)節(jié)閥的最大允許壓差。

     3.3 阻塞流的判斷

      理論上用與的大小關(guān)系來(lái)判斷是否產(chǎn)生阻塞流，但在工程計(jì)算時(shí)用壓差大小來(lái)判斷。圖2表明了通過(guò)閥門的流量與壓差的關(guān)系。

圖2  流量與壓差的關(guān)系

     最大允許壓差定義為ΔPc：

             ΔPc = F_L² * ΔPvc=F_L²* （P₁-F_FP_v）       （2）

     P_v：操作溫度下的液體飽和蒸汽壓
      F_F：液體臨界壓力比系數(shù)

      3.4 決定阻塞流的因素

     從公式2來(lái)看，一旦操作工況決定，最大允許壓差ΔPc與F_L有關(guān)系。阻塞流的產(chǎn)生與通過(guò)調(diào)節(jié)閥流量的大小，調(diào)節(jié)閥口徑?jīng)]有關(guān)系。

      4、F_L值的一般規(guī)律

     4.1F_L值的大小與調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式、流向、開度有關(guān)。一般情況下，制造廠提供的F_L值是指調(diào)節(jié)閥全開下的數(shù)值。

     4.2幾何結(jié)構(gòu)完全相同的調(diào)節(jié)閥F_L值相同，并與口徑無(wú)關(guān)。同一類型的調(diào)節(jié)閥由于各制造廠的結(jié)構(gòu)略有不同，故F_L也有差別。

     4.3國(guó)際知名的制造廠提供了各系列調(diào)節(jié)閥的F_L值，國(guó)內(nèi)也有推薦值。詳見表1，表2。

表1 Masoneilan 偏心旋轉(zhuǎn)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(guó)產(chǎn)調(diào)節(jié)閥F_L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
球閥	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(zhuǎn)閥	柱塞形	任意流向	0.85
蝶閥	60全開	任意流向	0.68
	90全開	任意流向	0.55

      4.4  值與調(diào)節(jié)閥形式、開度的一般關(guān)系（參見圖3）

     一般情況下，直行程調(diào)節(jié)閥的值比旋轉(zhuǎn)型調(diào)節(jié)閥的大， 值隨調(diào)節(jié)閥開度的增加而減小。

圖3  F_L值與閥門開度的關(guān)系

     （1）DSP球體閥：V口形球閥
      （2）SP球體閥：流開
      （3）偏心旋轉(zhuǎn)閥：流開
      （4）閥體分離閥：流開
      （5）偏心旋轉(zhuǎn)閥：流關(guān)
      （6）蝶閥（小力矩）
      （7）控制球閥
      （8）閥體分離閥：流關(guān)
      （9）DP球體閥：柱塞形閥芯
      （10）SP球體閥：流關(guān)
      （11）71000系列角閥：流關(guān)

      5、工程設(shè)計(jì)對(duì)F_L值的考慮

     5.1工程設(shè)計(jì)中碰到阻塞流的情況并不多，有時(shí)還是工藝要求阻塞流，如液體變氣相作冷劑。但大多數(shù)工況要求避免阻塞流。

     5.2要避免阻塞流，可選用F_L值較大的調(diào)節(jié)閥，這樣ΔPc也相應(yīng)大。選大口徑并不能避免阻塞流。

     5.3對(duì)大口徑旋轉(zhuǎn)閥，要考慮管路大小頭對(duì)F_L值的修正。

     5.4當(dāng)制造廠未提供調(diào)節(jié)閥的F_L值時(shí)，表4的F_L值可作估算參考。

     5.5要考慮F_L值與閥門開度、P₁與管路流量特性之間的關(guān)系。

     由于調(diào)節(jié)閥Cv值計(jì)算只考慮操作工況的某一點(diǎn)，并不能保證所有工況都避免了阻塞流，所以在計(jì)算ΔPc時(shí)，要從動(dòng)態(tài)的角度來(lái)分析。

    對(duì)F_L，可選用整個(gè)開度內(nèi)的最小值，一般是全開時(shí)的F_L值。

     P₁一般隨開度增大而減�。ɑ虿蛔儯�，故用最大流量下的P₁來(lái)計(jì)算ΔPc比較保險(xiǎn)。

    如果在調(diào)節(jié)閥計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)F_L和P₁不符合以上規(guī)律，要對(duì)選定調(diào)節(jié)閥各開度的ΔPc進(jìn)行驗(yàn)算。

     6、工程實(shí)例（見后）

    設(shè)計(jì)要求：流體介質(zhì)為高溫油，有粘性。閥體結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單，能在線維修。選擇Cv值相對(duì)大的閥體形式，這樣比較經(jīng)濟(jì)。根據(jù)具體參數(shù)作計(jì)算，結(jié)果見計(jì)算書。

     6.1工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)各制造廠計(jì)算書的比較，我們最終選定了NELES-CONTROL的V型控制球閥，頂部安裝閥芯的形式。從計(jì)算結(jié)果看，該調(diào)節(jié)閥基本上避免了阻塞流，結(jié)構(gòu)形式滿足了工藝設(shè)計(jì)要求。

     6.2從計(jì)算結(jié)果看，由于在最小流量時(shí)的壓差較大，這時(shí)還是產(chǎn)生了阻塞流�？紤]到該調(diào)節(jié)閥對(duì)裝置極其重要，閥體、閥芯、閥座均作硬化處理。

      7、結(jié)束語(yǔ)

    實(shí)際工程中對(duì)阻塞流的處理還有許多方法，如套筒閥、多級(jí)降壓、閥后安裝孔板等，但目的都是一個(gè)：通過(guò)提高P₂，來(lái)增加P_vc，從而避免阻塞流。選用F_L值較大調(diào)節(jié)閥是最直接的方法。