直通单座调节阀额定流量系数的估算

王 渭 明 友 陈凤官 郝伟沙 耿圣陶

(合肥通用机械研究院)

直通单座调节阀额定流量系数的估算

王 渭 明 友 陈凤官 郝伟沙 耿圣陶

(合肥通用机械研究院)

提出一种用阀体流量系数和阀内件额定流量系数表达直通单座调节阀额定流量系数的方法。利用该方法对两种知名品牌的系列调节阀的额定流量系数进行估算，所得结果与制造商公布的额定流量系数相近。

单座调节阀 额定流量系数 估算

额定流量系数是直通单座调节阀的关键参数，某一口径直通单座调节阀的不同阀座孔径对应不同的额定流量系数。对于某一口径的调节阀，厂家一般设计若干种规格的阀座孔产生不同的额定流量系数供用户选用。可见，额定流量系数的估算是进行调节阀设计首先要解决的问题，准确估算该系数可以大幅减少流体试验量、降低研发成本。但是对于某些特殊工况，调节阀的若干种额定流量系数未必合适，如粉煤气化工艺的高压差气体放空工况往往采用大口径小流量系数的调节阀，一方面精确控制煤粉仓气体的泄放量，达到节能的目的；另一方面降低阀后气体的流速，降低噪音。为了确定某一特定额定流量系数，普遍采用流体试验对样机反复修正[1]，或借助CFD软件进行数值模拟[2，3](仍需对实体模型反复模拟)。

笔者在考虑直通单座调节阀阀体流动阻力和阀内件节流阻力的基础上，提出一种估算额定流量系数的方法。

1 估算方法

对于阀门额定流量系数的估算，国内外相关文献较少[1，4]。文献[1]利用节流孔板模型对直通单座调节阀的节流原理进行了研究，预估的额定流量系数(调节阀全开流量系数)Kvs的计算式为：

(1)

式中A——阀门接管面积，cm2；

Ars——调节阀全开流通面积，cm2。

式(1)是通过节流孔板模型推导出的，主要考虑了阀内件的节流阻力。而调节阀阀体流道的几何形状与阀内流体流动阻力也有很大的关联。因此，为了更加准确地估算调节阀额定流量系数，有必要在估算时增加阀体流阻的影响。

如图1所示，将调节阀看作阀座孔直径等于接管直径D的阀体与阀内件的串联，且阀内件节流用孔板近似，阀座孔径为dS，一般孔板节流面积的当量直径d≤dS≤0.8D[1]。

图1 阀体和孔板的串联

调节阀流量系数为KV(CV)，阀体和阀内件的流量系数分别为KVB(CVB)和KVT(CVT)，由于调节阀总压差Δp=ΔpB+ΔpT，则KV(CV)可以用KVB(CVB)和KVT(CVT)表达[5]，即：

(2)

(3)

典型单座Globe阀体(阀门内径D，in)的流量系数CVB用下式估算[6]：

CVB=18D2

(4)

如果阀门内径D的单位为cm，对式(4)进行单位变换，得到典型单座Globe阀体的流量系数KVB的估算公式为：

KVB=2.413D2

(5)

阀内件节流用孔板近似，则阀内件的额定流量系数用下列两式估算：

(6)

(7)

式(6)中Ars和A的单位为cm2，式(7)中Ars和A的单位为in2。

将式(5)、(6)代入式(2)，可得单座直通调节阀额定流量系数KVS的估算式：

(8)

将式(4)、(7)代入式(3)，可得单座直通调节阀额定流量系数CVS的估算式：

(9)

2 额定流量系数的估算

厂家给出的Masoneilan的12000系列具有流开型内件的Globe调节阀额定流量系数CVS和采用笔者方法对阀门额定流量系数的估算值见表1，其中dS

表1 调节阀的额定流量系数CVS和估算值的对比

(续表1)

注：1in=25.4mm。

厂家给出的Fisher GX系列的具有流开型阀内件(非限流、小流量、平衡式)的Globe调节阀额定流量系数KVS和采用笔者方法得到的额定流量系数的估算值见表2。表2中dS

表2 调节阀的额定流量系数KVS和估算值的对比

3 结束语

将直通单座调节阀看作阀座孔直径等于接管直径的阀体与阀内件的串联，且阀内件用节流孔板近似，并对其额定流量系数的估算公式进行推导。对国际知名的若干调节阀厂家的系列直通单座调节阀的额定流量系数进行估算，所得估算值与厂家公布的数据基本相符，符合工程设计的需要。该估算方法为直通单座调节阀的设计、分析和选型提供了理论依据。

[1] 王渭,陈凤官,明友,等.直通单座调节阀柱塞式阀芯型线设计方法[J].流体机械,2016,44(5):37～41.

[2] 明友,陈凤官,王勤,等.基于CFD技术的高压截止阀内流道结构参数的分析[J].阀门,2013,(4):62～64.

[3] 王渭,陈凤官,明友,等.水力除焦三通阀流道结构的CFD分析[J].流体机械,2012,40(11):25～28.

[4] 程俊俏.调节阀流量系数的计算与开度验算[J].化工自动化及仪表,1997,24(6):41～42,51.

[5] 吴国熙.调节阀使用与维修[M].北京:化学工业出版社,1999:41～42.

[6] Guy B.Control Valves [M].North Carolina:Instrument Society of America,1998:272～273.

TheEstimateofRatedFlowCoefficientforSingle-seatValves

WANG Wei, MING You, CHEN Feng-guan, HAO Wei-sha, GENG Sheng-tao
(HefeiGeneralMachineryResearchInstitute)

Making use of valve body flow coefficient and valve trim flow coefficient to express ZAZP’s rated flow coefficient was proposed. Applying this method to estimate the rated flow coefficient of valves of two brand-name manufacturers shows that the estimated value is similar to that published by the manufacturers.

single-seat control valve, rated flow coefficient, estimate

TH134

A

1000-3932(2017)09-0878-04

2017-03-27，

2017-06-08)

中石化科技项目(315014)。

王渭(1968-)，教授级高级工程师，从事阀门的设计研发工作，ww_xuy@163.com。