阀门系数Cv值的确定和意义

阀门系数Cv 值的确定和意义
1. 概述：
通常测定阀门的方法是阀门系数（Cv ）,时，使用阀门系数确定阀门尺寸，该阀门可在工艺流体稳定的控制下，能够通过所需要的流量。

阀门制造商通常公布各种类型阀门的Cv 值，它是近似值，并能按照管线结构或阀座制造而变动上调10％。

如一个阀门不能正确计算Cv ，通常将削弱在两个方面之一的阀门性能：如果Cv 对所需要的工艺而言太小，则阀门本身或阀内的阀芯尺寸不够，会使工艺系统流量不够。

此外，因为阀门的节流会导致上游压力增加，并在阀门导致上游泵或其他上游设备损坏之前产生高的背压。

尺寸不够的Cv 也会产生阀内的较高阻力降，它将导致空穴现象或闪蒸。

如果Cv 计算值比系统需要的过高，通常选用一个大的超过尺寸的阀门。

显然，一个大尺寸阀门的造价、尺寸及重量是主要的缺点。

除此之外，如果阀门是节流操作，控制问题明显会发生。

通常闭合元件，如旋塞或阀盘，正位于阀座之外，它有可能产生高压力降和较快流速而产生气穴现象及闪蒸，或阀芯零件的磨损。

此外，如果闭合元件在阀座上闭合而操作器又不能够控制在该位置，它将被吸入到阀座。

这种现象被称为溶缸闭锁效应。

2. Cv 的定义 一个美国加仑（
3.8L ）的水在60°F （16℃）时流过阀门，在一分钟内产生1.0psi （0.07bar ）的压力降。

3. Cv 值的计算方法 3.1 液体
3.11 基本液体确定尺寸公式
1) 当∆P ＜∆Pc=F L 2(P1-Pv)：一般流动
Cv=Q
P
Sg
∆ 2) ∆P ≥∆Pc ：阻塞流动 当Pv ＜0.5P1时
∆Pc=F L 2(P1-Pv) 当Pv ≥0.5P1时 ∆Pc= F L 2［P-(0.96-0.28
Pc
P 1
)Pv ］ Cv=Q
Pc
Sg
∆ 式中 Cv----阀门流动系数； Q------流量，gal/min ；
Sg-----流体比重（流动温度时）；
∆P----压力降，psia
∆Pc---阻塞压力降 psia F L -------压力恢复系数 见表1
P1-------上游压力psia
Pv--------液体的蒸气压（入口温度处）psia
Pc--------液体临界压力psia 见表2 表1：典型F L系数
表2 常用工艺流体的临界压力Pc
3.12 参数来源
1）实际压力降：定义为上游（入口）与下游（出口）之间的压力差。

∆P=P1-P2
式中∆P------实际压力降，psia
P1------上游压力（阀门入口处），psia
P2------下游压力（阀门出口处），psia
2）确定比重：
流体比重Sg值应该使用操作温度和比重数据参考表确定。

3）流量Q：每分钟流过阀门的流量数（加仑），单位：gal/min
4) 阻塞压力降∆Pc:假定如果压力降增加，则流量将按比例增加。

但是存在一个点，此处进一步增加压力降将不改变阀门流率，这就是通常所称的阻塞流量。

∆Pc用来表示发生阻塞流率的理论点。

4）压力恢复系数F L：调节阀节流处由P1直接下降到P2，见图示中需线所示。

但实际上，压力变化曲线如图中实线所示，存在差压力恢复的情况。

不同结构的阀，压力恢复的情况不同。

阻力越小的阀，恢复越厉害，越偏离原推导公式的压力曲线，原公式计算的结果与实际误差越大。

因此，引入一个表示阀压力恢复程度的系数F L来对原公式进行修正。

图1 阀内压力恢复
3.13 Kv与Cv值的换算
国内的流量系数是用Kv表示，其定义为：当调节阀全开，阀两端压差∆P为100KPa，流体重度r为1gf/cm3(即常温)时，每小时流经调节阀的流量数，以m3/h或t/h计。

由于Kv与Cv定义不同，试验所测得的数值不同，它们之间的换算关系：
Cv=1.167Kv
3.2 气体
基本气体确定尺寸公式 1）
1
P P
∆＜0.5 F L 2：一般流动 Q=1360Cv
2
2
11P P GgT P +•
∆ Cv=2
12
11360
P P P GgT Q
+•∆ 2）
1
P P
∆≥0.5 F L 2：阻塞流动
Q=1178Cv
1
21GgT P • FL 1
Cv=
•1
1
21178P GgT Q
F L 式中：Q--------气体流，scfh
Cv-------确定阀门尺寸系数
Gg-------比重或气体与标准状态下空气的比值
T1-------绝对上游温度（°R=°F+460） P1-------上游压力 psia P2-------下游压力 psia
F L --------压力恢复系数 见表1
3.3 公式计算步骤
第一步：根据已知条件查参数：F L 、Pc 第二步：决定流动状态。

液体：（1）判别Pv 是大于还是小于0.5P1； （2）由（1）采用相应的∆Pc 公式：
（3）∆P ＜∆Pc 为一般流动：∆P ≥∆Pc 为阻塞流动。

气体：
1P P ∆＜0.5F L 2为一般流动，1
P P
∆≥0.5F L 2为阻塞流动。

第三步：根据流动状态采用相应Cv 值计算公式
4. 计算实例题 例1 下列操作条件用英制单位给出：
液体 氨
临界压力 1638.2psia 温度 20°F
上游压力，P1 149.7psia 下游压力，P2 64psia
流率，Q 850gal/min 蒸气压力，Pv 45.6psia 比重，Sg 0.65 选用高压阀门，流闭型
第一步：查表得F L =0.8, Pc=1636psia 第二步： 0.5P1=74.85＞Pv
∴∆Pc=F L 2(P1-Pv)=66.6 ∆P=P1-P2=149.7-64=85.7 ∆P ＞∆Pc,为阻塞流动。

第三步：采用阻塞流动公式 Cv=Q
Pc Sg
∆=8506
.6665.0=83.9 例2 下列操作条件用英制单位给出:
气体 空气 温度 68°F 气体重度，Gg 1
上游温度，P1 1314.7psia 下游温度，P2 1000psia 流率，Q 2000000scfh 选用单座阀，流开型。

第一步：查表F L =0.9
第二步：
1P P ∆=121P P P -=7
.13141000
7.1314-=0.23＜0.5F L 2=0.5*0.92=0.4，为一般流动。

第三步：采用一般流动Cv 值计算公式 Q=1360Cv
2
211P P GgT P +•∆ Cv=
21211360
P P P GgT Q
+•∆ =()1000
7.13142
10007.131446068*113602000000+•-+• =56 例3 在例2基础上，改P2=99.7psia
1P P ∆=7
.13147
.997.1314-=0.92≥0.5F L 2=0.5*0.92=0.4 ∴为阻塞流动。

采用公式为：
Q=1178Cv
1
21GgT P • FL 1
Cv=
FL
P GgT Q
1121178•=9.0*7.1314)46068(*1*211782000000+•
=46.6
5. 结语
合理选择阀门，必须正确选择阀门尺寸，如果阀门尺寸太小，则通过阀门的最大流量会受到限制并且将影响系统的功能。

如果阀门尺寸过大，用户必须承受安装较大阀门的附加费用。

其他的主要缺点是整个流动控制是在行程的前一半完成，意味着位置的很小变化将产生大的流量变化。

此外因为调节发生在行程的前半部，当调节元件操作接近阀座时流量控制是很困难的。

当产生希望的流动特性和最大流量输出时，节流阀的理想状态是使用全范围行程。

因此，我们必须正确计算阀门系数Cv 值。

参考文献：
[]1［美］Philip L.Skousen 著 孙家孔 译 《阀门手册》第二版
北京：中国石化出版社出版发行 2006
[]2明赐东 著 《调节阀 计算 选型 使用》
成都：成都科技大学出版社发行 1999。