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    進口控制閥工作原理和流量計算

    時間:2022-11-26 18:00 來源:未知 點擊:

    進口控制閥選擇了合適的閥芯流量特性后,我們需要通過現有工藝參數來計算并得到閥門的合適口徑,以達到閥門理想的控制效果。

    眾所周知,一臺用于工藝控制的蒸汽控制閥需要有合適的口徑,過大或者過小都會影響到工藝參數控制的精準和穩定。

    進口控制閥工作原理和流量計算(圖1)

    那么該怎樣確定我們的工藝應用該選用什么口徑的蒸汽控制閥呢?

    在控制閥中,被控介質蒸汽是一種可被壓縮的氣體。因此在控制閥內部,蒸汽的壓力、流速會發生變化:

    一、進口控制閥內蒸汽的壓力變化

    控制閥可以類比漸縮漸擴噴嘴,都有高壓區(閥門進口)、縮流斷面(閥芯閥座之間進口)、喉口(閥芯閥座之間最窄的間隙)、擴流斷面(閥芯閥座之間出口)、低壓區(閥體下游)。

    進口控制閥工作原理和流量計算(圖2)

    圖1:漸縮漸擴噴嘴

    進口控制閥工作原理和流量計算(圖3)

    圖2:控制閥內部的漸縮漸擴原理

    二、進口控制閥內蒸汽的流速變化

    蒸汽在控制閥內部不同位置的壓力是不斷變化的。根據能量守恒定律,壓力能與機械能之間互相轉化,這將使得閥門內部不同位置具有不同的流速:

    進口控制閥工作原理和流量計算(圖4)

    圖3:控制閥內部各位置的流速

    其中:壓力最低點(即喉口位置)將具備最高的流速Vvc,這個流速(Vvc)在一般的應用情況下能達到100m/s以上,峰值情況下可能到達最高速度500m/s左右(不同參數下蒸汽介質中的音速)。

    小貼士:這也是為什么我們建議在控制閥前安裝汽水分離器的原因。

    通過對控制閥內部流量、壓力、流速變化的分析,我們可以得到蒸汽在控制閥內部流量與壓力之間的變化關系圖:

    進口控制閥工作原理和流量計算(圖5)

    圖4:一個全開控制閥壓力與流量之間的變化關系

    圖中所示是一臺蒸汽控制閥全開時的壓力與流量之間的變化關系(此時蒸汽進口壓力維持在10 bar a):

    隨著下游蒸汽壓力的下降,蒸汽流量增加,但此時兩者之間并不是一個線性變化關系;

    當下游壓力下降到一個定值時,蒸汽流量達到一個最大值,之后哪怕下游蒸汽壓力繼續下降,蒸汽流量也不再增加。此時的這個壓降值我們稱之為“臨界壓降”;

    臨界壓降:上游與下游壓力的壓差是上游壓力的42%,即當上游壓力值為10 bar a時,下游的臨界壓力值為5.8 bar a(注意此過程的壓力均為絕對壓力 bar a)。

    結論:結合以上蒸汽控制閥的原理及過程,在控制閥選型時需要考慮到用汽點實際的負荷變化范圍以及精度的要求,選擇合適口徑的控制閥及配套系統:

    控制閥選型過大:可能會引起控制閥的震蕩,被控參數震蕩,控制閥也易損壞,影響閥門壽命;

    控制閥選型過?。毫髁窟_不到工藝使用的要求,被控參數到不了設定值,或者加熱速度變慢。

    當我們確定了系統的匹配(即控制閥上、下游壓力,所需流量的變化范圍)之后,就可以根據匹配好的壓力和流量來選擇合適的蒸汽控制閥口徑(以下計算過程是基于實際應用情況下的經驗計算公式):

    1.蒸汽應用,壓差低于臨界壓降時,蒸汽控制閥流量系數Kv值的計算公式:

    進口控制閥工作原理和流量計算(圖6)

    2.蒸汽應用,壓差高于臨界壓降時,蒸汽控制閥流量系數的計算公式:

    進口控制閥工作原理和流量計算(圖7)

    W:蒸汽流量(kg/h)

    P1:蒸汽控制閥前的絕對壓力(bar a)

    P2:蒸汽控制閥后的絕對壓力(bar a)

    X:壓差系數(P1-P2)/P1

    一般蒸汽控制閥選型時建議開度控制在15%-85%之間,再結合之前文章中所說明的蒸汽控制閥建議選擇等百分比閥芯。因此,在實際選型蒸汽控制閥口徑時,計算所得的Kv值建議不超過所選口徑蒸汽控制閥的85%開度對應時的Kvs值。

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