调节阀口径计算

在设计中，必须正确地进行调节阀口径计算，过去以管道的管径来选择阀的口径已给我们造成不少麻烦。正确的选择应根据已知的工艺要求和配管情况，运用阀门制造厂或有关权威机构提供的计算计算方法和阀门特性数据，由工程设计部门与制造厂密切配合并通过计算来确定阀门的口径。

第一节 最大工作流量Qmax的确定

在确定调节阀口径时，需先确定最大工作流量Qmax，它一般是通过对工艺系统的工作过程进行分析、计算获得的。为保证在最不利条件下，介质能顺利通过调节阀，故在确定Qmax时还应考虑到计算的误差。但若为此将Qmax人为地放得过大是不可取的。因为，这样选出的调节阀常处在小开度状态下工作，会影响其调节性能和工作寿命。在Qmax不易确定时，如采用放大调节阀额定流量系数KV额的方法，则必须考虑随着流量增加，△P全开会下降，从而导致所选调节阀流量的增大倍数远远小于KV额的放大倍数这一情况，下面用一实例说明问题。

某工艺系统系统压差为△P系统（△P系统为一定值）；压降分配比S=0.3；系统可能出现的最大流量设为Qmax=JQ.Q为正常流量，介质比重GF=1.

如我们按正常流量Q计算流量系数所得数值为KV，流量Q=KV，当流量为Qmax时，管道阻力△P管道=J2_X（0.7△P_系统），这时阀门两端压差△P=（1-0.7J²）△P系统，如按2K，选择阀门的KV额，则选出的阀所能通过的最大流量可由下式计算。

  由上式可解得  J=1.136

上例中虽按KV值放大一倍选阀门KV额值，但由于△P值随流量增加而下降，阀门的真实流量裕度只有1.136倍。故用放KV值的方法给出阀门裕度时必须小心。

第二节 全开工作压差△P全开的确定

全开工作压差△P全开的确定，直接关系到泵、风机的扬程和调节阀口径的正确选择。

从前章（§1.3.2）我们知道  

考虑到介质背压波动，一般将上式写成

              

式中：△P全开— 阀门全开时阀两端压差  100KPa

△P管道—管道阻力降           100KPa

△背—系统背压                 100KPa

如系统总压差字调节阀压差确定后在确定，则S值可以按以下原则选取。

液体，在一般情况下，0.3～0.5

液体，当系统压差较大时，0.15～0.3

对于气（汽）体介质，0.5以上

如系统总压降早已确定则：

△P系统—系统总压差         100KPa

H—系统总高差                m

此时S值可按式1-10计算，如计算结果大于或等于上述S值选取原则的上限，则系统可行，否则需修改系统（如降低△P管道，提高△P系统，采用流量特性畸变补偿技术等）。有关S值的选取和流量特性畸变补偿技术的问题已在第三章第三节中叙述过。

第三节 计算Kvmax值

有了Qmax和△P全开以后就可以利用表2-2至表2-5中给出的计算方法，算出工艺系统所要求的最大流量系数Kvmax值。但是，只有在系统压差△P系统不变或随流量增加而下降的情况下，才能保证用Qmax和△P全开计算出的KV值是Kvmax.在△P系统随流量的增加而增加的情况下，则可能存在Kvmax值不出现在最大流量的工况，因此，在这种情况下，Kvmax值需要在对多个工况进行比较计算后来才能确定。

第四节 选择额定流量系数KV额

计算出Kvmax后就可选择KV额，进而确定调节阀的口径。为了保证在最不利条件下阀门能通过工艺系统所要求的流量，在选择阀门口径时需留有一定余量。怎样留这个余量，有关资料提出的方法主要有以下两种：a.规定最大(l/L)max<90%,。b.规定Kvmax/KV额≤B，其中B由阀门的固有流量特性和S值来确定（见表5-1）.

前者笼统规定阀门的最大工作开度（l/L）max<90%,对于直线特性阀门，其流量系数KV的裕量为10%，而调节阀的流量系数和行程同时达最大负偏差-10%和-5%时，额定流量系数KV额的综合最大偏差可达-15%，可见对于直线特性阀来说所用余量尚显不足。对于等百分比特性阀门，其流量系数KV的裕量为29%（R=30）。流量系数负偏差IEC规定≤0.1所以取-10%，额定流量系数KV额的最大负偏差为-24%（不带定位器）和-13%（带定位器）。可见对于等百分比特性带定位器的阀门裕量又偏大。因此，这种不管流量特性与是否带定位器等具体条件，笼统地规定（l/L）max<90%，是不尽合理的。

后者规定阀门的裕量要满足Kvmax/Kv额小于由Kvmax/ Kv额≤85%、（l/L）max≤90%两个条件推出的B值。并认为在相同的KV值裕量下，S值大，最大开度（l/L）max大、S值小，最大开度也小。因此，对于等百分比流量特性阀，在Kvmax/KV额=85%时，当S值大于某值后，（l/L）max将大于90%，这时，为保持（l/L）max<90%，Kvmax/KV额需小于85%，故此时B与S值相关，其关系表如下。

表5 – 1

固有流 量特性	直线	等百分比
S值	≤1	1～0.8	0.8～0.55	≤0.55
<B	0.85	0.75	0.80	0.85

这里系数B的确定方法不对。从前章有关调节阀固有流量特性的定义可知，一个阀的KV值只是开度的函数，即KV/KV额=f(l/L),与S值无关。另外，不考虑具体情况，强行要求（l/L）max<90%也不尽合理，因为，对于等百分比流量特性的调节阀有29%左右的流通能力是在90%至100%开度之间的区域形成的，规定最大开度小于90%就意味着放弃这部分能力。

由于前两种方法均不尽完善，本文通过对决定调节阀裕量的关键因素 — 调节阀额定容量最大负偏差进行分析，推导出一种可根据实际情况，通过定量计算合理规定调节阀裕量幅度的方法，供读者参考使用。