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調節閥安裝流量特性

閱讀:219發布時間:2013-5-14

       固有流量特性用來描述制造廠供應的閥門是有價值的。然而,很顯然,實際上沒有什么閥門是在恒定壓降下操作的。這樣,安裝在管路中的閥門流量特性才是正確使用閥門的基礎。這種流量特性很合理地稱之為“安裝流量特性”。對于每一種閥門,其安裝流量特性也是不同的。但是某些一般原則值得考慮。康尼松描述了在石油化學工業中具有代表性的安裝系統,如供給泵壓頭的離心泵、配管和其它設備與閥門串聯安裝在一起,它反映動壓頭損失。這種配置如圖3所示,閥門的壓力降隨邁過的流量而變化。

圖3 在是由化工裝置中流量相對于壓力的曲線,其中(a)高于設計流量時沒有調節余量系統調節能力薄弱(b)增大流量也有足夠的調節閥壓降。

離心泵的泵壓頭隨著流量的增加而下降,如圖3(a)所示。在系統中的配管和設備兩端產生的壓力降由靜壓頭(高度)部分(它是不變的)和動壓頭損失(與流量的平方成正比變化)所組成。這種相應于流量的動力壓頭損失曲線圖有時稱之為系統阻力曲線。圖3(a)所示,泵壓頭和動壓頭損失的流量在正常設計流量這點上相當接近。因而,可以預料這個系統是不滿意的,因為當要求增加少量的流量時,調節閥上沒有壓力降。這個系統將會是不可調節的系統。圖3(b)表示了泵壓頭與動壓頭損失之間的關系,在這個設計流量下,有一個閥門壓力降的余量可供利用。如果需要,這將適應較大的流量調節。

圖4 泵輸送液體流量的系統

洛維特利用圖4所示的系統研究過閥門安裝特性與系統壓力分配之間的關系。有關泵壓頭和動壓頭損失的參數表示在圖5中。這些參數都結合到閥門壓降比PR上,它是閥門壓力降與總的系統動壓頭損失的比

圖5 系統壓力分配

圖6和圖7表示了固有線性和等百分比閥門特性的畸變,這是與安裝特性及閥門壓降比的變化有關。特性變形隨著壓降比的減小而變得嚴重,而洛維特認為0.05的壓降比是可接受的性能極限。

圖6 具有線性固有流量特性的安裝流量特性

圖7 具有等百分比固有流量特性的安裝流量特性

穆爾研究得出調節閥壓力降分配的幾個導則,認為“壓力降的選擇是一個復雜的問題,不能用一套數字法則來確定”。于是以這些導則作為標準,比使用設計準則的還要多。這些導則是:

1)在裝有泵的回路里,分配到調節閥上的壓力降必須等于系統在額定流量下動壓頭損失的33%,或者15磅/英寸2,取較大的那個值。

2)在離心壓縮機吸入段或排出管線上的調節閥的壓力降,要占吸入段壓力的5%或者50%系統動壓頭損失,取較大的那個值。

3)在靜壓力作用下,液體從一個壓力容器流向另一個容器的系統里,分配到調節閥上的壓力降必須為低壓端容器壓力的10%,或者為系統動壓頭損失的50%,取較大的那個值。

4)進透平、再沸器和工藝容器的蒸汽管線上的閥門,其壓力降需為蒸汽系統設計壓力的10%或者5磅/英寸2,取較大的那個值。

在假定泵壓頭是恒定的條件下,尼斯爾研究得出一個安裝流量特性的公式:

其中,對于線性固有特性:

而對于等百分比的固有特性:

式中

Cv=全開時的閥門流量系數;

C =在x行程時的閥門流量系數;

X =閥門行程,全開度的分數;

Co=閥門和配管的綜合流量系數。

方程(2)和(3)是以閥門可調范圍30為基礎的。把這兩個方程式依次地代入方程(1)就得到圖8所示的閥門安裝特性圖形。圖6、7、8的圖形表明,當調節閥上的壓力降只占系統壓力降較小的比例時,線性固有特性形成快開特性的形狀。因此,在這些情況下,線性特性成為比較不合乎調節要求的了。而另一方面,等百分比的固有特性隨著閥門壓降比減少更接近于直線。因此,比較合乎調節的要求。這些圖形和文獻[5、6、7]中的其它類似研究得到一個選擇流量特性的zui簡單規則:如果(a)在閥門上不能得到調節閥系統的大部分壓降;或者(b)在低流量時,壓力降是高的和高流量時壓力降低,建議采用等百分比特性。

 

圖8 對于可調范圍為30:1和(a)線性特性(b)等百分比特性的閥門中流通系數占閥門流通系數的百分數與閥門行程百分數的關系

 

博格闡明了并聯流路對于固有特性的影響,這對于評價在旁路閥打開的條件下閥門的調節能力是重要的。

圖9 系統壓差恒定并聯。隨著旁路阻力減少(λ=PR)中的調節流量減少

圖9(a)和g(b)表示出系統壓力降恒定的并聯阻力布置。這樣,旁路流量是恒定的。由調節閥可調范圍的減少,旁路將改變zui小流量和減少調節能力。然而,閥門流量仍然顯示出它的固有特性類型。

流線型閥內件的影響是產生一種不穩定的流量特性。溫指出,由于流線型減少磨損,從而提供了壓力恢復能力,增加了預定的流量特性的復雜性。在閥座的下面具有環形漸擴恢復部分的角型閥流量特性深刻表明了壓力恢復的影響,如圖10所示。流關方向的特性(具有壓力恢復的優點)與流開方向的特性大不相同,流開方向的角形結構沒有壓力恢復能力。

圖10 在這種角形閥里,流開與流關之間的Cv值相差甚大

作為這種基本的調查研究的結果,已經開發了改善高恢復能力閥門(例如蝶閥、球閥)的口徑計算技術。基本上,這種新發展的計算技術包括通用的閥門口徑計算公式,它容納了壓力恢復因子和二元系數。而這些不斷的努力己得到更可靠的計算技術成果,發表了少量有關高恢復能力影響流量特性的資料。

安裝特性的考慮也強調了閥門的可調范圍和調節比之間的差別。

可調范圍表示為:

 

而調節比表示為:

這樣,調節比隨著閥門所占系統壓降比的降低而減少。因為較小的壓力降表示閥門尺寸較大和一個較大的zui小可調流量。


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