決定調(diào)節(jié)閥口徑應(yīng)根據(jù)已知的流體條件,計(jì)算出必要的Cv值,然后再根據(jù)調(diào)節(jié)閥的額定Cv值,選取合適的調(diào)節(jié)閥口徑。
一、 Cv值計(jì)算公式
Cv值是用來(lái)表示調(diào)節(jié)閥的英制單位流量系數(shù).其定義是:閥處于全開(kāi)狀態(tài),兩端壓差為1磅/英寸2(7KPa)的條件下,60℃F(+15.6℃)的清水,每分鐘通過(guò)閥的美加侖數(shù)。
液體 (英制) (公制)
Cv=Q Cv=1.17Q
=Q……(1) =1.17Q……(1')
式中
Q=最大流量 gpm(美加侖/分) Q=最大流量 m3/h
G=比重(水=1) G=比重(水=1)
P1=進(jìn)口壓力 Psia(最大流量時(shí)) P1=進(jìn)口壓力 kgf/cm2(最大流量時(shí))
P2=出口壓力 Psia(最大流量時(shí)) P2=出口壓力 kgf/cm2(最大流量時(shí))
P=P1-P2
注:上述公式只適用于流體流動(dòng)呈紊流狀態(tài),或雷諾數(shù)大的場(chǎng)合,流體接近層流或雷諾數(shù)較小的場(chǎng)合,上述公式必須進(jìn)行粘度修正。粘度修正要按粘度修正曲線(雷諾數(shù)R的實(shí)測(cè)系數(shù)值)進(jìn)行修正。
二、表示調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)的其它符號(hào)及定義
C——工程單位制(MKS制)的流量系數(shù),在我國(guó)長(zhǎng)期使用。其定義為溫度5-40℃的水,在1kgf/cm2(0.1MPa)壓降下,一小時(shí)流過(guò)調(diào)節(jié)閥的立方米數(shù).
Kv——國(guó)際單位制(SI制)的流量系數(shù),其定義為:溫度5-40℃的水,在105Pa壓降下,每小時(shí)流過(guò)調(diào)節(jié)閥的立方米數(shù)。
注:1.C、Cv、Kv之間的關(guān)系為:
Cv=1.17C
Kv=1.01C
2.我國(guó)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)將由C系數(shù)變?yōu)镵v系數(shù)。
3.IEC推薦公式中的符號(hào)C是作為各種運(yùn)算單位的流量系數(shù)的通用符號(hào),不同運(yùn)算單位計(jì)算出的流量系數(shù),用公式中的數(shù)字常數(shù)Ni來(lái)區(qū)別。因此,勿與我國(guó)長(zhǎng)期使用的C值混淆。
三、粘度修正
液體粘度大于100SSU(賽波特秒),或者大于20CST(厘斯),計(jì)算所要求的Cv值應(yīng)按下列次序進(jìn)行粘度修正。
1.不考慮粘度影響,用公式(1)或(1')求出Cv。
2.用公式(A)和(B)或者用公式(A')和(B'),求出系數(shù)R。
3.從粘度修正曲線上,求出系數(shù)R相對(duì)應(yīng)的Cv的修正系數(shù)。
4.用這個(gè)修正系數(shù)乘以第一步求出的Cv。
5.然后,從Cv值一覽表上,選取合適的調(diào)節(jié)閥口徑。
四、系數(shù)R的計(jì)算公式
(英制) (公制)
R=……(A) R=……(A')
R=……(B) R=……(B')
式中
Q=最大流量 gpm Q=最大流量 m3/h
Mcs=進(jìn)口溫度下液體運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)cst
Cv=無(wú)修正過(guò)的Cv
Mssu=進(jìn)口溫度下液體粘度SSU(賽波特秒)
備注:液體粘度≥200SSU,使用公式(B)或(B')計(jì)算,粘度小于200SSU,請(qǐng)把SSU粘度單位換算成cst粘度單位,再用公式(A)或(A')計(jì)算。
五、閃蒸修正
熱力學(xué)認(rèn)為:當(dāng)飽和溫度的熱水或者接近飽和溫度的熱水,流經(jīng)調(diào)節(jié)閥節(jié)流口壓力會(huì)降低,調(diào)節(jié)閥出口處流出的水中可能會(huì)有水蒸氣。在這流動(dòng)條件下,液體流動(dòng)的基本定律就不再是正確的。所以,計(jì)算調(diào)節(jié)閥口徑的傳統(tǒng)方法也就不適用。
在這種情況下,要求出所要求的Cv值,應(yīng)按下列步驟進(jìn)行。
(1)△T<2.8 ℃(5°F) △Pc=0.06 ×P1......(C)
△T>2.8 ℃(5°F) △Pc=0.9(P1-Ps)......(D)
式中:
△T=在進(jìn)口壓力下的液體飽和溫度與進(jìn)口溫度之差
△Pc=計(jì)算流量用的允許壓差 (kgf/cm2)
P1=進(jìn)口絕對(duì)壓力(kgf/cm2 abs)
Ps=進(jìn)口溫度下液體的絕對(duì)飽和壓力 (kgf/cm2 abs)
(2)只有當(dāng)公式(C)或(D)計(jì)算出的△Pc小于調(diào)節(jié)閥上的實(shí)際壓差△P時(shí),公式(1)或(1')必須用△Pc,而不準(zhǔn)用△P。
六、除水以外的其它液體
對(duì)于水以外的其它液體,雖然也可像水一樣采用,“臨界壓差法”或“液體氣體混合比重法”等,但這兩種方法必須已知液體的飽和壓力或臨界壓力數(shù)據(jù)。目前,僅局限于已知飽和壓力或臨界壓力的幾種液體才采用這兩種方法計(jì)算,其它液體一般不用這兩種方法。一般的計(jì)算方法是求出閃蒸的比率。然后分別計(jì)算出液體和氣體的Cv值,它們的之和作為計(jì)算結(jié)果。閃蒸的比率:
X= =
式中:i1—進(jìn)口(T1)下的焓(Kcal/kg)
i2—出口壓力P2的飽和溫度(T2)下的焓(Kca1/kg)
r2—出口壓力P2的飽和濕度(T2)下的潛熱(Kca1/kg)
Cp—的液體比熱,(Kca1/kg)
七、氣體計(jì)算公式
氣體計(jì)算公式是把液體計(jì)算公式的比重,經(jīng)過(guò)換算后得出的。這個(gè)比重是取進(jìn)口一側(cè)狀態(tài)下的比重呢,還是取出口一側(cè)狀態(tài)下的比重呢,還是取其兩者平均值呢?實(shí)驗(yàn)證明。取平均值的計(jì)算結(jié)果比較接近實(shí)驗(yàn)數(shù)值。所以最近普通采用比重平均值來(lái)計(jì)算Cv值。
另外,氣體在△P≥P1/2狀態(tài)時(shí),氣體的流速達(dá)到音速,流量會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)。壓差在增大,流量也不會(huì)增加了。因此應(yīng)分△P<P1/2和△P≥P2/2兩種情況加以討論。
1.△P<P1/2 2.△P≥P1/2時(shí)
Cv= Cv=
Q:最大流量(在760mmHgabs,15.6℃條件下)
G:比重(空氣=1)
T:流體溫度(℃ )
P1:進(jìn)口絕對(duì)壓力(kgf/cm2abs)
P2:出口絕對(duì)壓力(kgf/cm2abs)
△P=P1-P2(kgf/cm2abs)
1.△P<P1/2 2.△P≥P1/2時(shí)
Cv= Cv=
式中:Q:最大流量(ft3/h)(在14.7psi abs, 60F條件下)
G: 比重(空氣=1)
T:流體溫度(°F )
P1:進(jìn)口絕對(duì)壓力(1bs/in2abs)
P2:出口絕對(duì)壓力(1bs/in2abs)
△P=P1-P2
(注:P1和P2為最大流量時(shí)的壓力)
八、水蒸氣計(jì)算公式
它與氣體一樣,也應(yīng)分兩種情況加以討論。
1.△P<P1/2 Cv= Cv=
2.△P≥P1/2 Cv≥ Cv≥
式中:W:最大流量(1bs/hr) W:最大流量(kg/hr)
P1*: 進(jìn)口絕對(duì)壓力(1bs/in2abs) P1*:進(jìn)口絕對(duì)壓力(kgf/cm2abs)
P2*: 進(jìn)口絕對(duì)壓力(1bs/in2abs) P2*::出口絕對(duì)壓力(kgf/cm2abs)
K: 1+(0.0007×過(guò)熱溫度°F) K::1+(0.0013×過(guò)熱溫度℃)
△P=P1-P2(1bs/in2) △P=P1-P2(kgf/cm2)
(注:P1和P2為最大流量時(shí)的壓力)
九、其它蒸氣計(jì)算公式
其它蒸氣的計(jì)算公式,同水蒸氣的計(jì)算,可得到
Cv= Cv=
注:當(dāng)P2<P1/2時(shí)應(yīng)用P1/2代替△P,V2應(yīng)用P1/2相對(duì)應(yīng)的值。
式中:W:最大流量(1bs/hr) W:最大流量(kg/hr)
V1:在進(jìn)口壓力P1下蒸氣比容(ft3/1bs at P1) V1:在進(jìn)口壓力P1下蒸氣比容(cm3/gr at P1)
V2:在出口壓力P2下蒸氣比容(ft3/1bs at P2) V2:在出口壓力P2下蒸氣比容(cm3/gr at P2)
P1*:進(jìn)口絕對(duì)壓力(1bs/in2abs) P1*:進(jìn)口絕對(duì)壓力(Kgf/cm2 abs)
P2*:進(jìn)口絕對(duì)壓力(1bs/in2abs) P2*:出口絕對(duì)壓力(kgf/cm2 abs)
△P=P1-P2(1bs/in2) △P=P1-P2(kgf/cm2)
(注:P1和P2為最大流量時(shí)的壓力)
十、公稱通徑的選擇
調(diào)節(jié)閥公稱通徑選擇,是由最大Cv值、可調(diào)范圍,以及調(diào)節(jié)閥有足夠的調(diào)節(jié)余量,這幾個(gè)因素來(lái)決定的。
最大Cv值和最小Cv值是分別在最大流量和最小流量條件計(jì)算出的二個(gè)數(shù)值。
1.最大Cv值
鑒于額定Cv值有±20%、-10%的調(diào)節(jié)誤差,建議等百分比閥在90-95%開(kāi)度內(nèi)的值作為最大Cv值,線性調(diào)節(jié)閥在80~90%開(kāi)度內(nèi)的值作為最大Cv值。
2.常用Cv值
常在低開(kāi)度下工作,閥芯易于磨損,再?gòu)目刂菩阅苌峡紤],希望閥在50~80%開(kāi)度范圍工作。
3.最小Cv值
閥的最小Cv值應(yīng)在固有的可調(diào)范圍之內(nèi),實(shí)際上大多數(shù)調(diào)節(jié)閥控制流體時(shí),開(kāi)度變化、閥上壓差也相應(yīng)變化。開(kāi)度與流量之間的固定流量特性,變成了實(shí)際的流量特性,可調(diào)范圍也變小了。閥達(dá)到最小Cv值時(shí),希望閥在10~20%開(kāi)度上工作,如果要使閥在更小的開(kāi)度范圍內(nèi)工作,應(yīng)選擇可調(diào)范圍較小的調(diào)節(jié)閥,或者改用一臺(tái)大,一臺(tái)小的切換閥,用這二臺(tái)閥分程控制流量。
十一、縮小閥孔
單座閥、雙座閥及角閥等調(diào)節(jié)閥,同一個(gè)公稱通徑,設(shè)計(jì)了幾組不同的縮小閥孔,它的流量系數(shù)比原來(lái)的額定值小一檔或小二檔,籠式閥只要更換套筒就可以做到這一點(diǎn),蝶閥、三通閥、隔膜閥等沒(méi)有縮小閥孔的規(guī)格。
縮小閥孔的調(diào)節(jié)閥用于下列場(chǎng)合:
(1)從機(jī)械強(qiáng)度上考慮,(管道應(yīng)用引起)必須選用大尺寸的閥體。
(2)閥的流量系數(shù)今后有可能加大。
(3)降低大壓差產(chǎn)生的噪音,或者增加閥體各部分的強(qiáng)度。
(4)漸縮管成本太高
(5)閥體受閃蒸流體和高壓差流體、氣蝕破壞時(shí),增大下流側(cè)流出截面積,可減輕氣蝕破壞。