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阀门系数Cv值的确定和意义


阀门系数 Cv 值的确定和意义
概述: 概述: 通常测定阀门的方法是阀门系数(Cv),它也被称为流动系数 流动系数。当为特殊工况选择阀门 流动系数 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。 1. Cv 的定义 时流过阀门 在一分钟内产生 1.0psi 0.07bar) 过阀门, 一个美国加仑 3.8L) ( ) 的水在 60°F 16℃) ° ( ℃ 时流过阀门, ( ) 的压力降。 的压力降。 2. 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=FL2(P1-Pv):一般流动 Cv=Q

Sg ?P

2) ? P ≥ ? Pc:阻塞流动 当 Pv<0.5P1 时

? Pc=FL2(P1-Pv) 当 Pv ≥ 0.5P1 时 ? Pc= FL2[P-(0.96-0.28

P1 )Pv] Pc

Cv=Q

Sg ?Pc

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 FL-------压力恢复系数 见表 1
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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 FL 系数 : 调节阀形式 柱塞形阀芯 “V”形阀芯 套筒形阀芯 柱塞形阀芯 “V”形阀芯 柱塞形阀芯 角型调节阀 套筒形阀芯 文丘里形 球阀 蝶阀 “O”型 “V”型 60°全开 90°全开 偏心旋转阀 表 2 常用工艺流体的临界压力 Pc 液体 氨气 氩 苯 丁烷 CO2 CO 氯 道式热载体 A 乙烷 乙烯 燃料油 汽油 氦 氢 HCI 临界压力( 临界压力(psia/bar) ) 1636.1/112.8 707.0/48.8 710.0/49.0 551.2/38.0 1070.2/73.8 507.1/35.0 1117.2/77.0 547.0/37.7 708.5/48.8 730.5/50.3 330.0/22.8 410.0/28.3 32.9/2.3 188.1/13.0 1205.4/83.1 液体 异丁烷 异丁烯 煤油 甲烷 氮 一氧化二氮 氧 光气 丙烷 丙烯 冷冻剂 11 冷冻剂 12 冷冻剂 22 海水 水
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单 座 调 节 阀

流向 流开 流闭 任意流向 流开 流闭 任意流向 任意流向 流开 流闭 流开 流闭 流闭 任意流向 任意流向 任意流向 任意流向 流开

FL 值 0.90 0.80 0.90 0.90 0.80 0.85 0.90 0.80 0.90 0.85 0.80 0.50 0.55 0.57 0.68 0.55 0.85

双座调节阀

( 临界压力 psia/bar) ) 529.2/36.5 529.2/36.5 350.0/24.1 667.3/46.0 492.4/33.9 1051.1/72.5 732.0/50.5 823.2/56.8 615.9/42.5 670.3/46.2 639.4/44.1 598.2/41.2 749.7/51.7 3200.0/220.7 3208.2/221.2

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 FL: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 FL 来对原公式进行修正。

△Pc P1 P2 双阀座 △Pvc

Pv

球阀

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, 3 流体重度 r 为 1gf/cm (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

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3.2

气体 基本气体确定尺寸公式

1) )

?P <0.5 FL2:一般流动 P1

Q=1360Cv

?P P1 + P 2 ? GgT 1 2

Cv=

Q GgT 1 2 ? 1360 ?P P1 + P 2
?P ≥ 0.5 FL2:阻塞流动 P1

2)

Q=1178Cv

P1 1 ? FL 2GgT 1

Cv=

2GgT 1 Q ? FL 1178 P1

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 FL--------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:FL、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; 液体: (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: 气体:

?P ?P <0.5FL2 为一般流动, ≥ 0.5FL2 为阻塞流动。 P1 P1

第三步:根据流动状态采用相应 Cv 值计算公式

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4. 计算实例题 计算实 例1 下列操作条件用英制单位给出: 下列操作条件用英制单位给出: 液体 氨 1638.2psia 临界压力 20°F 温度 ° 上游压力, 149.7psia 上游压力,P1 下游压力, 64psia 下游压力,P2 流率, 850gal/min 流率,Q 蒸气压力, 45.6psia 蒸气压力,Pv 比重, 0.65 比重,Sg 选用高压阀门, 选用高压阀门,流闭型 第一步:查表得 FL=0.8, Pc=1636psia 第二步: Q 0.5P1=74.85>Pv

∴ ? Pc=FL2(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

0.65 Sg =850 =83.9 ?Pc 66.6

下列操作条件用英制单位给出: 例2 下列操作条件用英制单位给出 气体 空气 68°F 温度 ° 气体重度, 1 气体重度,Gg 上游温度, 1314.7psia 上游温度,P1 下游温度, 1000psia 下游温度,P2 流率, 2000000scfh 流率,Q 选用单座阀,流开型。 选用单座阀,流开型。 第一步:查表 FL=0.9 第二步:

?P P1 ? P 2 1314.7 ? 1000 = = =0.23<0.5FL2=0.5*0.92=0.4,为一般流动。 P1 P1 1314.7

第三步:采用一般流动 Cv 值计算公式 Q=1360Cv

?P P1 + P 2 ? GgT 1 2

Cv=

Q GgT 1 2 2000000 1 * (68 + 460) 2 ? = ? ? 1360 ?P P1 + P 2 1360 1314.7 ? 1000 1314.7 + 1000
=56

基础上, 例3 在例 2 基础上,改 P2=99.7psia

Q

∴ 为阻塞流动。采用公式为:

?P 1314.7 ? 99.7 = =0.92 ≥ 0.5FL2=0.5*0.92=0.4 P1 1314.7

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Q=1178Cv

P1 1 ? FL 2GgT 1

Cv=

2GgT 1 2000000 2 * 1 * (68 + 460) Q ? = ? 1178 P1FL 1178 1314.7 * 0.9
=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 [2]明赐东

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 著 《调节阀 计算 选型 使用》

成都:成都科技大学出版社发行 1999

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