自力式压力调节阀的选择及应用

自力式压力调节阀的选择及应用

1 自力式压力调节阀分类及工作原理

1.1 自力式压力调节阀分类

按阀后、阀前控制分为两类：自力式阀后（减压）控制阀；自力式阀前（泄压）控制阀。

按是否带指挥器分为两大类：直接作用型自力式压力调节阀；指挥器操作型自力式压力调节阀。

1.2 自力式压力调节阀工作原理

如图1所示，自力式阀前压力调节阀，其阀芯初始位置在关闭状态。阀前压力经阀芯、阀座节流后，变为阀后压力，同时经过取压管输入至上膜室内作用在膜片上，产生的作用力与弹簧的反作用力相平衡，决定了阀芯、阀座的相对位置，从而控制阀前压力。

当增加时，作用于膜片上的力也随之增加。此时膜片上的作用力大于弹簧的反作用力，使阀芯向离开阀座的方向移动，这时阀芯与阀座之间的流通面积变大，流阻变小，向阀后泄压，直到膜片上的作用力与弹簧反作用力相平衡为止，从而使降为设定值。同理，降低时，动作方向与上述相反，这就是阀前压力调节的工作原理。

2 自力式压力调节阀流量系数的计算

流量系数（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值的大小，选择阀的额定流量系数，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值。

调节阀的额定流量系数定义：在规定条件下，即阀的两端压差为100kPa，流体密度为时，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。

2.1 液体的值计算

1）非阻塞流

判别式

流量系数计算公

式（1）

式中：；为压力恢复系数；为液体临界压力比系数；

为阀入口温度下介质的饱和蒸汽压（绝对压力），kPa；为热力学临界压力

（绝对压力），kPa；为液体流量，；为液体密度，；为阀前压力（绝对压力），kPa；为阀后压力（绝对压力），kPa。

(2) 阻塞流

判别式

流量系数计算公式

(2)

由式（2）可以看出，在阻塞流情况下，值的计算公式有变化，压差一项

用代替实际压差。这样，比用实际压差计算出的值要大，即由

于阻塞流的作用，使阀的流通能力不能充分发挥，必须按更大的值来选择阀的

口径，才能满足流量的要求。

2.2 低雷诺数修正（高黏度液体值计算）

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<2300时，流体处于层流低速流动，这样按原公式计算出的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，调节阀流量系数的的计算公式为

（3）

式中：——黏度修正系数，按查图2求得。

关于在流体力学中已有论述，主要与流体性质及流经的管路两方面因素有关。对于只有一个流路的自力式调节阀，的计算公式为：

（4）

对于只有两个平行流路的自力式调节阀，的计算公式为：

（5）

式中——不考虑黏度修正时的流量系数；

——流体运动粘度，。

2.3 气体的值计算

气体与液体不同，它具有可压缩性。气体流过调节阀后，密度变小，不能再

用液体公式来计算。关于气体的值计算方法，目前有阀前密度法、阀后密度法、平均密度法、压缩系数法等多种方法。因为平均密度法的计算结果比较接近实验

数据，故应用最多。这里推荐采用平均密度法来计算气体的值。

当时

（6）

当时

（7）式中——标准状态下气体流量，；

——绝对压力，kPa；

——阀前后压差，kPa；

——气体相对密度，空气＝1；

——气体温度，℃。

2.4 蒸汽的值计算

1）饱和蒸汽

当时

(8)

当时

(9)

式中——蒸汽流量，kg/h；

——蒸汽修正系数

2）过热水蒸汽

当时

(10)

当时

(11)

式中——水蒸汽过热温度，℃。

2.5 两相流值的计算

1）液体与非凝气体进入控制阀，若没有发生液体汽化，而且流速能保持一种湍流的均匀混合流：

(12)

式中：W——重量流量kg/h

、——上游、下游重度

2）液体及其蒸汽进入控制阀，发生更多的液体汽化，如果流速能保持一种

湍流的均匀混合流：

(13)

3自力式压力调节阀的口径的选择

根据工艺生产能力、设备负荷确定最大流量和最小流量、；根据系统

特点、压力分配和管路损失，确定最大压差和最小压差、；按流量系数

计算公式，求得最大流量和最小流量时的流量系数、；根据求出的，在产品样本中选取大于并最接近的值；由计算出的、验算

阀的开度（一般要求阀开度在之间）；根据、计算可调比(一

般要求:1)；各项计算验证合格后，根据值，确定调节阀的口径。

4 适用场所的应用情况分析

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。

在设计条件提供与阀门选用时应注意以下情况：