调节阀是一个局部阻力可变的节流元件,通过改变阀芯的行程可以改变调节阀的阻力系数,达到控制流量的目的。流过调节阀的流量不仅与阀的开度(即流通面积)有关,而且还与阀门前后的压差有关。为了衡量不同调节阀在特定条件下单位时间内流过流体的体积,引入了调节阀流通能力(常记作C)的概念。
根据流体力学可知,不可压缩流体流过节流元件(如调节阀)时产生的压力损失(压差)Δp与流体速度之间的关系为
式中:v为流体的平均流速;ρ为流体密度;ξ为调节阀的阻力系数,与阀门的结构形式及开度有关。
考虑到流体的平均流速v等于流体的体积流量Q除以调节阀连接管的截面积A,即v=Q/A,代入式(3-4)并整理,可得流量表达式为
若面积A的单位取cm2,压差Δp的单位取kPa,密度ρ的单位取kg/m3,流量Qv的单位取m3/h,则式(3-6)的数值表达式为(www.daowen.com)
由式(3-6)可以看出,通过调节阀的流体流量除与阀两端的压差及流体种类有关外,还与阀门口径及阀芯、阀座的形状等因素有关。当压差Δp、密度ρ不变时,阻力系数ξ减小,则流量Q增大;反之,ξ增大,则流量Q减小。调节阀就是通过改变阀芯行程来改变阻力系数,从而达到调节流量的目的。所谓调节阀的流通能力C,是指调节阀两端压差为100 kPa、流体密度为1 000 kg/m3,调节阀全开时,每小时流过阀门的流体体积。根据式(3-6),可知
在调节阀的手册上,对不同口径和不同结构形式的阀门分别给出了流通能力C的数值,可供用户选用。将式(3-7)代入式(3-6),于是式(3-6)可改写为
式(3-8)可直接用于液体的流量计算,同时可用来在已知压差Δp、液体密度ρ及需要的最大流量Q max的情况下,确定调节阀的流通能力C,从而可进一步选择阀门的口径及结构形式。但当流体是气体、蒸汽或二相流时,以上的计算公式必须进行相应的修正。
可见,对于同一口径的调节阀,提高调节阀两端的压差可使阀门所能通过的最大流量增加,也就是说,在工艺要求的最大流量已经确定的情况下,增加阀门两端的压差可减小所选阀的尺寸,以节省投资。
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