自力式调节阀流量计算选型

自力式调节阀流量计算选型

    自力式调节阀是一种无需外来能源，依靠被调介质自身的压力、温度、流量变化进行自动调节的节能仪表。具有测量、执行、控制的综合功能。尤其适合于在无电源无气源的场合工作。广泛应用于城市供热、供暖系统及石油、化工、冶金、电力、轻工等工业部门的自控系统。

      目前，由于各种因素的影响（包括工艺条件不准确，计算公式及计算方法上的差异及实际工艺条件与计算时考虑的工艺条件不一致），加上不可预见的因素，往往理论上计算出的数据，选择的产品不能满足现场实际需要。选择的调节阀口径过大或过小。选择的材料及公称压力不合适，同样会造成事故和不必要的浪费。本文将就自力式调节阀通用的选择原则、选择方法、流量系数计算及选择注意事项等进行阐述。

一、自力式调节阀流量计算选型介绍

      自力式调节阀可分为自力式压力调节阀、自力式温度调节阀及自力式流量调节阀3种。其中自力式压力调节阀应用*为广泛。自力式调节阀的流量特性，是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经调节阀的相对流量与它的开度之间关系。调节阀的流量特性有线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。

三种注量特性的意义如下：

(1)等百分比特性（对数），等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的。所以它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。（2）线性特性（线性），线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。流量大时，流量相对值变化小，流量小时，则流量相对值变化大。

3）抛物线特性，流量按行程的二方成比例变化，大体具有线性和等百分比特性的中间特性。

从上述三种特性的分析可以看出，就其性能上讲，以等百分比特性为，其调节稳定，调节性能好。而抛物线特性又比线性特性的调节性能好，可根据使用场合的要求不同，挑选其中任何一种流量特性。

      1、自力式调节阀流量计算选型自力式压力调节阀

      根据作用形式的不同，自力式压力调节阀又可分为直接作用式和指挥器操作式2种。指挥器操作式自力式压力调节阀控制精度高，可比一般的直接作用式压力调节阀高一倍左右，压力调节范围广，尤其是在微压方面，故适合在控制精度要求比较高或压力调节设定值比较小的场合应用。氮封装置就是其典型应用之一。

      根据被调压力取压点的不同，又分为阀前压力调节型（K 型，用于背压调节）和阀后压力调节型（B型，用于减压调节）2种。阀前压力调节型自力式压力调节阀，其初始位置的阀芯在关闭位置，当阀前压力逐渐升高，调节阀逐渐打开，直至阀前压力稳定在要求的给定值；阀后压力调节型自力式压力调节阀，其初始位置的阀芯在开启位置，当阀后压力逐渐升高，阀门逐渐关闭，直至阀后压力稳定在要求的给定值。

      此外，还有一种自力式差压（微压）调节阀，也分为差压上升阀开启（K型）和差压上升阀关闭（B型）2种形式。将自力式差压调节阀的低压端通大气，即变为自力式微压调节阀。

      2、自力式调节阀流量计算选型自力式温度调节阀

      自力式温度调节阀是基于液体受热体积膨胀的原理工作的。当温度升高时，温包内工作液体积急剧增大，使密封容室的压力增高，压迫波纹管向上移动，推动弹簧向上位移，从而使推杆、阀芯也向上运动，关小阀门，使被调介质温度向设定值方向靠拢，阀芯便停留在新的位置上，即阀芯的位移正比于被测温度的变化量，形成一定的比例调节特性。

      自力式温度调节阀可分为温度升高阀开启（K型，用于冷却调节）和温度升高阀关闭（B型，用于加热调节）2种形式。

      3、自力式调节阀流量计算选型自力式流量调节阀

      自力式流量调节阀（亦称流量限制器，或称恒流量调节阀）是具有恒流量功能的调节阀，它是将自力式的压差控制装置和流量调节装置组合而成的阀门，其工作原理：用压差控制装置控制并稳定流量调节装置前后的压差，从而使阀门前后的压差大于恒流启动值之后，通过的流量不再随阀门前后的压差而变化，在压差控制的范围内，通过阀门某一开度的流量能够自动保持恒定，流量的变化只需调节阀门开度即可实现，与阀门前后的压差无关。

      自力式流量调节阀在城市集中供暖或中央空调的循环水管网系统中应用广泛。此外，自力式调节阀的阀体有单座、双座及套筒3种形式；阀盖有标准型、加长型和散热型（适合温度350~550℃工况）；执行机构有膜片式（普通膜片、增强膜片和金属膜片）和活塞式2种。自力式调节阀一般采用快开流量特性。

1、自力式调节阀流量计算选型主要技术参数和性能指标

2、阀后压力调节阀，其阀前压力与阀后压力的关系

自力式压力调节阀本身是一个调节系统，阀本身又有一定的压降要求，对阀后压力，为保证阀后压力在一定范围内，其阀前压力必须达到一定值。

二、自力式调节阀流量计算选型的选择

      自力式调节阀在自控系统中，既是可调的节流元件，又是承受一定温度、压力的容器。所以在选择时，既要考虑其适用性，又要保证安全可靠。

      1、选择的一般原则

      具体选择时，应根据被调介质的种类、性质、温度、压力及工艺要求的其他条件，遵循以下的选择原则：阀的结构形式应能满足介质温度、压力、流动性、腐蚀性、控制范围以及严密性要求；阀的材料应能满足介质温度、压力、腐蚀性要求；阀的额定流量系数及口径应能满足工艺的流量要求；阀的允许压差应能满足现场实际压差的要求；阀的实际使用条件应与计算选择时考虑的相一致。

      2、材料及使用温度的选择

      选择材料时，主要考虑材料的强度、硬度、耐腐蚀及高温、低温的特性，首先应满足自力式调节阀的安全可靠，其次是使用的性能、寿命和经济性。在满足使用要求的前提下，应尽量选择便宜、易得的材料。一般情况下，阀体和阀盖可选择多种材料制造（如：灰铸铁、球墨铸铁、铸钢及铸不锈钢）。而阀内组件一般用不锈钢材料制造。

      3、公称压力及压差的选择

      根据工艺介质的*大工作压力来选择调节阀的公称压力时，必须对照工艺温度条件综合选择，因为公称压力是在一定基准温度下依据强度条件定出。一旦工作温度超过了基准温度，其允许的*大工作压力必定低于公称压力，这一点应该引起足够的重视。

      除了注意选定调节阀公称压力外，在选用时，还应从推力角度出发，考虑调节阀能否正常工作的问题。用特征数值表达就是允许压差是否大于*大工作压差。因此，在选用时，要使*大工作压差小于阀的允许压差。

      4、自力式调节阀流量计算选型流量系数计算

      流量系数Kv（或称流通能力），是调节阀的重要参数。它反映流体通过调节阀的能力，亦即反映调节阀的容量。根据计算出的流量系数Kv值的大小，选择阀的额定流量系数Kvs，就可以确定调节阀的公称通径。如果选择的额定流量系数过大，就会使调节阀经常工作在小开度的情况下，影响控制质量，引起振荡和噪音，缩短阀的使用寿命。相反，如果选择的额定流量系数过小，则会使调节阀的开度过大，阀门超负荷运行，不能满足流量要求，容易出现事故，造成不必要的浪费。为了合理选择调节阀的尺寸，必须正确计算调节阀的流量系数Kv值。

      调节阀的额定流量系数Kvs定义：在规定条件下，即阀的两端压差为100kPa，流体密度为1g/cm3时，额定行程时流经调节阀的流量是以立方米每小时或吨每小时计的流量数。

      A、液体的Kv值计算

      1）非阻塞流

      2）阻塞流

      B、低雷诺数Re修正（高黏度液体Kv值计算）

      液体黏度过高时，由于雷诺数下降，改变了流体的流动状态。在Re〈2300时，流体处于层流低速流动，这样按原公式计算出的Kv值就会导致较大的误差，实际流通能力达不到计算值，必须进行修正。当液体为高黏度时，调节阀流量系数Kv 的计算公式为

      C、气体的Kv值计算

      1）饱和蒸汽

      2）过热水蒸汽

      E、两相流的Kv值计算

      当介质为气液两相流时，一般采用分别计算液体的Kv液和气体的Kv气值，然后相加求取调节阀总Kv值。

      这种方法是基于两种介质相互独立，互不影响的观点。但实际上，随着液相和气相组成成分的变化，流体的状态趋向也不同，因此，计算出的Kv值误差较大。

      5、自力式调节阀流量计算选型的口径选择

      A、一般的选择步骤

      根据生产能力、设备负荷确定*大流量和*小流量qvmax、qvmin；根据系统特点、压力分配和管路损失，确定*大压差和*小压差Δpvmax 、Δpvmin；按流量系数计算公式，求得*大流量和*小流量时的流量系数Kvmax、Kvmin；根据求出的Kvmax，在产品样本中选取大于Kvmax，并Kvmax的Kvs值；由计算出的Kvmax，Kvmin验算阀的开度（一般要求阀开度在10%~80%之间）；根据Kvmax、Kvmin计算可调比R（一般要求R=Kvmax/KVmin≤30∶1）；各项计算验证合格后，根据Kvs值，确定调节阀的口径。

      B、常用的选择步骤

      C、自力式流量调节阀的选择

      当介质为液体时，自力式流量调节阀的口径选择将有所不同。实际上有效压力（指调节阀节流阀板前后的压差）下的*大流量已经限制了自力式流量调节阀的流量值，所以在选择阀流量时，不能按照Kv值选择，只能按照工艺条件qvmax的大小选择流量。

      根据qvmax值的大小和系统压差来选取合适的流量，然后确定Kvs值和阀的口径。选择时应注意阀前后压差应大于有效压力，还应注意阀的开度。自力式流量调节阀一般多用于液体介质的流量控制。

      当介质为气体时，应保持气体的压力比较稳定。在计算时，应按Kv值选取阀的口径。

      6、自力式调节阀流量计算选型选择时注意事项

      自力式调节阀主要应用在被控参数一旦调定后，不经常改变（调整）的场合，而被控参数经常改变（调整）的场合，应使用气动或电动调节阀；自力式调节阀一般应用在非腐蚀性工艺条件下；被控参数不应超过或接近所选择的调整范围的极限值，应留有一定裕量；自力式温度调节阀一般用于温度变化比较缓慢的场合，不适用于温度急剧变化的场合；当介质温度超过140℃时，在控制管线安装隔离罐，当介质温度超过200℃时，除在控制管线安装隔离罐，还应在控制阀与执行机构之间加装散热片（不同制造商的产品，此温度值会有所不同）；隔离罐应高于调节阀的执行机构而低于阀前后接管；对于非洁净流体，在阀前应安装过滤器，一般情况下，应将阀门倒立安装，即控制阀在上，执行机构在下，此种安装方式可使其重心在下，有利于阀门的稳定运行。当介质温度低于80℃时，阀门可以正立安装，当介质温度高于80℃时，则阀门必须倒立安装。