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意大利蓝帕阀门

蓝帕控制阀门(江苏)有限公司
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调节阀的计算

当控制阀在全开和全关之间工作时,它们在过程系统中的作用与电路中的电阻器的作用基本相同:耗散能量。与电阻一样,这种耗散能量的形式主要是热,尽管一些耗散能量以振动和噪声的形式表现出来。


阀门噪音在某些情况下可能很严重,尤其是在某些气流应用中。控制阀的一个重要性能指标是以分贝(dB)表示的噪声产生。


在大多数控制阀中,主要的能量耗散机制是流体通过阀内件收缩部分时引入湍流的结果。


控制阀尺寸的基础


下图显示了两种不同控制阀类型(箭头所示)内的这些收缩点:


控制阀尺寸的基础


为预期的能量耗散选择合适的控制阀的行为称为阀门尺寸。


湍流中的能量耗散物理


控制阀的额定节流能力与电阻器的额定节流电路中电子流的能力大致相同。


对于电阻器,电子流限制的测量单位为欧姆:如果通过电阻的电流等于1安培,1欧姆的电阻会导致该电阻上的压降为1伏:


任何电阻器的电流、电压和电阻之间的关系


欧姆定律电阻


R=电阻,单位为欧姆


V=电压降,单位为伏特


I=电流(安培)


欧姆定律是一个简单的线性关系,表示电荷载体在固体中缓慢漂移时遇到的“摩擦力”。


当流体在湍流中通过任何限制时,能量不可避免地会在湍流中消散。


耗散的能量与湍流运动的动能成正比,根据运动物体的经典动能方程,湍流运动的动能与速度的平方成正比:


动能方程


如果我们重写这个方程来表示运动流体体积和速度v所代表的动能,它会是这样的:


单位体积动能


我们知道,在这种流体流中,湍流耗散的能量占总动能的一定比例(k),因此:


湍流耗散的能量湍流中损失的能量最终表现为湍流下游流体压力的损失。


因此,对流体流进行节流的控制阀的上游压力将大于下游压力(假设所有其他因素,如管道尺寸和地面以上高度,下游与上游相同):


控制阀尺寸理论


该压降(P1− P2或ΔP)相当于任何载流电阻器上的电压降,可以用前面等式中的单位体积耗散能代替。


我们也可以用Q/A代替速度v,因为我们知道体积流率(Q)是流体速度和管道横截面积(Q=Av)的乘积,对于不可压缩流体,例如液体:


控制阀尺寸方程体积流量


接下来,我们将求解压降商(P1− P2)在分子中,流速(Q)在分母中,因此方程式与欧姆定律相似(R=V/I):


控制阀尺寸方程流量


最后一个方程的任一侧表示湍流液体限制的“欧姆定律”:左侧表示压降和体积流量状态变量中的流体“阻力”,右侧表示流体“阻力”,作为流体密度和限制几何体的函数。


我们可以看到压降(P1− P2)和体积流量(Q)不是线性相关的,因为电阻的电压和电流是线性相关的,但我们仍然有一个类似于“电阻”项的量:


控制阀电阻


R=流体“阻力”


P1=上游流体压力


P2=下游流体压力


Q=体积流体流量


k=湍流能量耗散系数


ρ=流体的质量密度


A=限制的横截面积


限制的流体“阻力”取决于几个变量:湍流造成的动能损失比例(k)、流体密度(ρ)和限制的横截面积(a)。


在对液体流进行节流的控制阀中,只有第一个和最后一个变量会随阀杆位置而变化,流体密度保持相对恒定。


在全开控制阀中,尤其是提供几乎不受限制的流体移动路径的阀门(例如球阀、偏心盘阀),a的值将达到最大值


在控制阀工程中,通常根据给定的压降和流体比重(Gf)来表示任何阀门的“限制性”。


这种阀门性能的测量称为流量或流量系数,以Cv表示。更大的流量值表示限制性更小(阻力更小)的阀门,能够在相同压降下通过更大的流量。


这类似于用电导(G)而不是电阻(R)来表示电阻器的额定值:当电位降为1伏时,电阻器将通过多少安培的电流(I=GV而不是I=V/R)。


如果我们回到之前的方程中,用流速、限制面积、耗散因子和密度表示压降,我们将能够将其转换为用压降和密度表示流速(Q)的形式,将k和a收集成第三项,这将成为流量(Cv):


流量(Cv)


首先,我们必须使用以下比重定义将比重(Gf)替换为质量密度(ρ):


流量(Cv)控制阀尺寸方程


方程中的第一个平方根项,√(2A2/kPater),是阀门容量或Cv系数。将Cv替换为该项将导致阀门尺寸方程的最简单形式(适用于不可压缩流体):


不可压缩流体的阀门尺寸方程


Q=液体的体积流量(加仑/分钟,GPM)


Cv=阀门的流量系数


P1=液体上游压力(PSI)


P2=液体的下游压力(PSI)


Gf=液体比重(液体密度与标准水密度之比)


在美国,Cv定义为每分钟流经压降为1 PSI的阀门的水的加仑数。


与公制单位使用的类似阀门容量表达式根据压降为1巴的阀门每小时的水流量计算阀门的流量。后一种流量用Kv表示。


为获得预测任何应用中控制阀所需Cv值的最佳结果,建议使用控制阀制造商提供的阀门尺寸软件。


此处所示公式并未考虑影响流体流速和压降的所有因素(此类因素包括流体压缩性、粘度、比热、蒸汽压等),因此仅得出近似值。


现代阀门尺寸软件易于使用,特别是当参考制造商销售的控制阀的特定型号时,并且能够解释影响适当尺寸的多种因素。

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