调节阀流通能力Kv值

                         上海申弘阀门有限公司

之前介绍高压减压阀，现在介绍调节阀流通能力Kv值调节阀的流通能力Kv值，是调节阀的重要参数，它反映流体通过调节阀的能力，也就是调节阀的容量。根据调节阀流通能力Kv值的计算，就可以确定选择调节阀的口径。为了正确选择调节阀的尺寸，必须准确计算调节阀的额定流量系数Kv值。

调节阀额定流量系数的定义是：在规定条件下，即阀的两端压差为105Pa，流体的密度为1g/cm3，额定行程时流经调节阀以m3/h或t/h的流量数。

调节阀又名控制阀，在工业自动化过程控制领域中，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变介质流量、压力、温度、液位等工艺参数的zui终控制元件。一般由执行机构和阀门组成。如果按行程特点，调节阀可分为直行程和角行程；按其所配执行机构使用的动力，按其功能和特性分为线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。调节阀适用于空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品等介质。英文名：control valve，位号通常FV开头。调节阀常用分类：气动调节阀，电动调节阀，液动调节阀，自力式调节阀。差不多，计算出来的CV值在根据阀门的固定CV值去比较，然后考核其开度，每个厂家的阀门CV值并不一定相同。
调节阀口径的选择和确定主要依据阀的流通能力即Cv，从调节阀的Cv计算到阀的口径确定，一般需经以下步骤：调节阀的流通能力Kv值的定义为：阀门在全开状态下，阀门两端压差为1kgf/cm2，介质温度为15.6℃的水每小时流过阀门的流量数，通常以m3/h或t/h或升/min（日本）计。它是调节阀的一个重要参数，反映流体通过调节阀的能力，也就调节阀的容量。根据的计算，就可以确定选择调节阀的口径。为了正确选择调节阀的尺寸，必须准确计算调节阀的额定流量系数Kv值。在不同的自控系统中，流量、介质、压力、温度等参数千差万别，而调节阀的流量系数又是在100KPa压差下、介质为常温水时测试的，不能以实际流量与阀的流量系数比较（因为压差、介质等条件的不同），而必须进行C值计算。把各种实际参数带入相应的C值计算公式中，算出C值与阀具有的Cz值比较，从而决定阀的口径，zui后还应进行有关的验算，进一步验证所选阀是否能满足工作要求。
调节阀口径计算有哪些步骤？

从工艺提供有关参数数据，到zui后阀的口径确定，一般需要以下步骤。
一，确定使用条件。
1，通过的介质名称、性质及主要的物化参数；
2，了解清楚工艺参数；
3，配管情况（阀前后管径，系统阻力计算）；
4，被控对象类型、特点；
5，调节性能要求，如对泄漏量、稳定性等要求。
二，初选阀型，并决定流量特性及流向。
三，计算流量的确定。根据现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算的zui大工作流量Qmax和zui小工作流量Qmin。
四，计算压差的决定。根据系统特点选定s值，然后决定计算压差。
五，Kv值计算。根据已决定的计算流量、计算压差及其他有关参数，求出zui大工作流量初步决定调节阀时的Kvmax。
六，初步决定调节阀口径，根据已计算出的Kvmax，在所选用的产品形势系列中，选取大于Kvmax并与其接近的一档Kv值，得出口径。
七，开度验算。
八，实际可调比验算。一般要求实际可调比应大于10。
九，压差校对（仅从开度、可调比上验算还不行，这样可能造成阀关不死、启不动，故增加此项）。
十，上述验算合格，则所选阀口径合格。若不合格，需要重新定口径（及Kv值）或另选其他阀再验算至合格。

怎样确定计算流量？
    上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀选择阀的口径，必须要计算表示调节阀流通能力的流量系数Kv。在计算Kv值时，究竟以什么样的流量来作为计算流量 呢？通常的做法是按zui大流量Qmax来考虑，如果不知道Qmax值，可按正常流量Qn进行计算，此时可以适当放大。 必须指出，计算流量不能一再加大富裕量，这会使计算出来的Kv偏大，使阀门口径选的偏大。这不仅造成经济上的浪 费，而且使阀门处于小开度工作，使可调比减少，调节性能变化，严重时甚至会引起振荡，因而大大降低了阀门的寿 命。
    还应该看到，调节阀在制造时，Kv值就有正负（5%-10%）的误差；调节阀所通过的动态zui大流量大于静态zui大流量。 从经济角度出发，也要考虑到阀阻比s值得影响，因此zui大计算流量可以取为静态zui大流量的1.15-1.5倍。 此外也可以参考泵和压缩机等流体输出机械的能力来确定zui大计算流量。
为什么要在阀前、阀后维持一定压差？是否压差越大越好？
    要使调节阀能起到调节作用，就必须在阀前、阀后有一定的压差。阀上的压差占整个系统压差的比值越大，则调节阀 流量特性的畸变就越小，调节性能能够保证。但是，阀前、阀后压差越大，阀上的压力损失越大，所消耗的动力也越 多。因此，必须兼顾调节性能及能源消耗，合理地选择计算压差。
下述公式中涉及Kv值量纲为《升/分钟》，换算成公制单位时按Kv'=0.06Kv，量纲为《t/h》。
1 液体Kv值的计算
1.1 不可压缩流体
液体，在节流部位的雷诺数Re>105且无闪蒸和阀门无过渡管接头的情况下，用下式计算：
 （1）
式中：kv=流通能力系数（L/min）
w=阀门zui大流量（kg/h）
α=流量裕度系数。（详细解释见下述第4项）
△p=阀门前后压差（kgf/cm2）
ν=介质比容（m3/kg）
1.2 饱和水和闪蒸流体
 （2）
式中：△Pc=非压缩流体产生的阻塞流的极限压差kgf/cm2
 （3）
FL=压力恢复系数，查表1
P1=阀门进口压力（kgf/cm2）
FF=极限压力比
PV=进口温度下的液体饱和压力（压力）（kgf/cm2）
 （4）
ps=介质临界压力（kgf/cm2）（查表2）
表1 压力恢复系数FL

表2 介质的临界压力（kgf/cm2）

2 气体Kv值的计算
β（临界压力比）的计算
 （5）
式中：K=绝热系数（见表3）
表3

2.1 节流部位压力比在临界条件以下，既时
 （6）
式中：φc=膨胀系数（见表3）
2.2 节流部位压力比在临界条件以上，既时
 （7）
式中：φ=膨胀系数（见表4）
表4

3 汽水两项介质的流体
Δpc=临界压差按（3）式计算式中：vc出口侧临界压差下汽水混合物的比容，按下式计算
vc=v'+X（v"-v）' （9）

式中：v'出口侧压力下饱和水比容m3/kg；
v"=出口侧压力下饱和蒸汽比容m3/kg；
X=出口侧饱和蒸汽的干度（0∠x∠1）；
h'=出口侧压力下饱和水焓值kcal/kg；
h=出口侧压力下蒸汽或水的焓值kcal/kg；
h"出口侧压力下饱和汽焓值kcal/kg。
4 在阀门设计计算KV值中同时要满足以下要求
zui大流量应在实际开度的60%～90%之间。
zui小流量应在阀门实际开度的10%以上，且开度不大于2mm。
应考虑有足够的余裕度。余裕度
一般在直线特性时余裕度α=1.25，zui大不超过1.66；zui小不能小于1.15。
对于等百分比特性余裕度α=1.7，zui大不超过2；zui小不能小于1.22。
对于专门设计的阀门余裕度α=1.1。
以上内容阐述了调节阀在液体、气体、气水两项介质的条件下的流通能力的计算以及在设计调节阀时对Kv值得要求，提供给设计阀门的部门进行参考。
步骤/方法
计算流量的确定。现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算流量的Qmax和Qmin.
阀前后压差的确定。根据已选择的阀流量特性及系统特点选定S（阻力系数），再确定计算压差。
3计算Cv。根据所调节的介质选择合适的计算公式和图表，求得Cmax和Cmin
4选用Cv。根据Cmax,在所选择的产品标准系列中选取>Cmax且与其zui接近的一级Cv
5调节阀开度验算。一般要求zui大计算流量时的开度≯90%，zui小计算流量时的开度≮10%
6调节阀实际可调比的验算。一般要求实际可调比≮10

（5）根据选定的Kv值和流量特性，验证调节阀的开度，要求开度在10%与90%之间。

（6）计算R，验算可调比。

（7）名项验证合格后，根据Kv值确定调节阀的口径。    

一般液体的Kv值计算   

a.       非阻塞流

式中： FL—压力恢复系数，查表1。  

       FF—液体临界压力比系数，F=0.96-0.28

        Pv—阀入口温度下，液体的饱和蒸汽压（压力），查表4～表10。

  Pc—物质热力学临界压力，查表2和表3。

  QL—液体流量m3/h。  

ρ—液体密度g/cm3  

P1—阀前压力（压力）KPa.  

P2—阀后压力（压力）KPa.

b.阻塞流

式中：各字母含义及单位同前。

2.低雷诺数修正（高粘度液体Kv值的计算）

       液体粘度过高时，由于雷诺数下降，改变了流体的流动状态，在Re<2300时流体处于低速层流，这样按原来公式计算出的Kv值，误差较大，必须进行修正。此时计算公式为：

式中：φ—粘度修正系数，由Re查图求得。

对于单座阀、套筒阀、角阀等只有一个流路的阀：

 Re=70000

 对于双座阀、蝶阀等具有二个平行流路的阀：

 Re=49600

 式中：K'v—不考虑粘度修正时计算的流通能力。

γ—流体运动粘度mm2/s。

雷诺数Re    粘度修正曲线

3.气体的Kv值的计算：

 a.一般气体

当P2>0.5P1时

当P2≤0.5P1时

式中：Qg—标准状态下气体流量m3/h，

 Pm— (P1、P2为压力)KPa,

△P=P1-P2 G—气体比重（空气G=1），

 t—气体温度℃

b.高压气体（PN>10MPa）

当P2>0.5P1时，

当P2≤0.5P1时，

式中：Z—气体压缩系数，可查GB2624-81《流量测量节流装置的设计安装和使用》。

4.蒸汽的Kv值的计算

a.饱和蒸汽

当P2>0.5P1时，

 当P2≤0.5P1时

式中：Gs—蒸汽流量Kg/h     

P1、P2含义及单位同前             

K—蒸汽修正系数

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、异丁烷蒸汽K=43.5

b. 过热水蒸汽

当P2>0.5P1时

当P2≤0.5P1时

式中：△t—水蒸汽过热度℃ Gs、P1、P2含义及单位同前。

5.两相流的Kv值计算：

   当介质为气液两相流量，一般采用分别计算液体和气体的Kv值，然后相加求取调节阀总Kv值，这种方法是基于两种流体相互独立互不影响的观点，但实际上随着液 相和气相成分的变化，流体的状态趋向也不同，所以计算出Kv值的误差较大，在实际使用中常用的是湿蒸汽和含有水蒸汽的水。下面介绍一种蒸汽与凝液混合液体 Kv值计算方法，计算步骤为：

（1）根据混合介质中蒸汽和凝液含量，求出汽化液。

（2）根据汽化率及进口压力P1从图中查行修正系数Ks.

（3）将已知流量除以Ks得到相应的蒸汽流量作为计算流量。

（4）应用蒸汽的Kv值计算公式求出Kv值。

表 1   调 节 阀 参 数 表

  注：1.隔膜阀无资料，可按双座阀确定FL和XT，按单座阀确定Fs.    

6.口径选择步骤：

根据过程，确定调节阀的口径，具体步骤为：

（1）首先根据生产能力和设备负荷计算zui大流量Qmax和zui小流量Qmin

（2）根据所选择的流量特性及系统特点选定S值，然后再根据压力分配和管路损失，确定zui小压差△Pmin和zui大压差△Pmax

（3）按流通能力计算公式，求行zui大流量时的Kvs。

（4）根据Kvs在所选产品型式的标准，选取大于Kvs并接近的Kv值。

（5）根据选定的Kv值和流量特性，验证调节阀的开度，要求开度在10%与90%之间。

（6）计算R，验算可调比。

（7）名项验证合格后，根据Kv值确定调节阀的口径。    

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