某型阀门氦气流量系数测量

摘要：通过对阀门开启前后氦气温度及气体质量变化的测量，得出阀门氦气流量系数。为阀门流量系数测量提供了一种思路。

关键词：阀门  流量系数测量

1  引言

某些阀门的流量测量通常采用流量计等方式，需要较高的成本，本文通过测量气体质量求体积的方式，减少了流量系数测量的元器件数量与成本。测量结果与经验值接近。

2  测试原理

氦气介质下阀门流量系数测量试验接线示意见图1。即通过台秤测量整个系统放气前后的质量变化，通过大气压力传感器与差压传感器测量气体的绝对压力及压差;根据理想气体状态计算出气体的密度及体积，最后根据流量系数的公式得到流量系数。试验过程中不考虑气囊材料的延展性。手持式压力表实时测量气囊内外压力差△P（試验过程中压力表应与氦气释放装置同高度放置）。万用表测传感器的电压值。通过PLC和信号发生器控制阀门的开启/闭合，完成单位时间内氦气释放。

根据理想气体状态方程，放气前气囊体积V1、台秤重量M1、气囊、绳索及镇重物重量m、放气前气囊内氦气温度T1、大气绝压P1以及气囊内外压差△P1之间关系可由公式（1）表示：

式中：

V1——释放氦气前气囊实际体积，m3。

M1——释放氦气前台秤实际读数，kg。

m——气囊、绳索及镇重物质量，kg。

R氦——氦气气体常数，R氦=2077.1J/kg/K。

R空——空气气体常数，R空=286.7J/kg/K。

T1——释放氦气前气囊内氦气温度，K。

P1——释放氦气前大气绝压，Pa。

△P1——释放氦气前气囊内外压差，Pa。[1]

同理，放气后气囊体积V2、台秤重量M2、气囊、绳索及镇重物重量m、放气前气囊内氦气温度T2、大气绝压P2以及气囊内外压差△P2之间关系可由公式（2）表示：

根据阀门流量公式，单位时间内氦气释放体积量V1-V2与阀门流通面积A、阀门流量系数μ、气囊内气体密度ρ以及气囊内外压差∆p之间关系可由公式（3）表示：

式中：

μ——阀门流量系数，无量纲。

V1-V2——单位时间内释放的气体体积，m3。

A——阀门的流通总面积。

t——释放氦气的时长，s。

ρ——气囊内氦气密度（取放气结束时氦气密度），kg/m3。

∆p——阀门开启过程中密闭空间的内外压差（取放气结束时压差），Pa。[2]

3结论

通过多次试验并计算得到不同的流量系数，再对计算结果进行分析整理，得到流量系数为0.64，接近此型阀门的经验值0.6。

参考文献

[1]飞机设计手册第1册.航空工业出版社，2003

[2]机械设计手册，液压传动.成大先，化学工业出版社，2004

作者简介：杨晨辉，本科，工程师，主要从事飞行器控制系统设计。

中国特种飞行器研究所 湖北 荆门 448035