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调节阀计算方法流量系数CV值与Kv的来历
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问:调节阀计算方法流量系数CV值与Kv的来历?

答:调节阀计算方法流量系数CV值与Kv的来历

        早在1915 年美国的 FISHER GOVERNER 公司按设计条件积累了图表,按图表先定口径。由于用这个方法调节阀的费用减少了,电动调节阀的寿命延长了,因此当时得到了好评。但是按选定的口径比现在计算出来的还大些。后来按选定法对液体,气体,蒸汽及各种形式的气动调节阀进行了进一步的算法研究。
       直到 1930 年美国的 FOXBORO 公司 ROLPHRJOKWELL 和
DR.@.E.MASON 对以下的V型 ( 等百分比 ) 球阀 , 最初使用CV值 , 并发表了CV 计算公式。 1944年美国的 MASON — NELLAN REGULATOR 公司把 ROKWELL 和 MAXON 合并为 MASON — NEILAN ,发表了 @ V 计算公式。 1945 年美国的 SONALD EKMAN 公司发表了和 MASON — NELLAN 差不多的公式,但对流通面积和流量系数相对关系展开研究工作。
        1962 年美国的
F@I ( FLUID @ONTROLS INSTITUTE ) 发表了 FCI 58-2 流量测定方法,并发表了调节阀口径计算。迄今还在使用的CV 计算式,但同 FCI 62-1 。 1960 年西德的 VDI/VDE 也发表了 KV 计算式,但同 FCI62-1 相同,仅仅是单位改为公制。 1966~1969 年日本机械学会关于调节阀基础调查分会对定义瘩的口径计算,规格书,使用方法进行调查研究。但到现在还未结束。1973年德国TOP发表了调节阀口径计算与流量,Kv和CV 计算公式。1977 年美国的 ISA ( INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA )发表了标准 S39 。 1 “关于压缩流体的计算”公式。 1977~1978 美国的 ANSI/ISA 标准 ,S75.01 于 1979 年 5 月 15 日发表了 NO\0046-79, 为工程服务的报告。


 
 
液流:

在此:Q = 液流量(每分钟加仑数)
△P = 通过的压降(psi)
S = 介质的具体重

这个方程式适用于湍流和粘性接近于水的液体。
(Cv是指介质温度为60 o F的水,通过阀门产生1.0 psi压降时的每分钟流量。)(这时水的具体重力是1。)
  调节并流通能力的计算,各仪表厂目前采用FCI推荐的C V 值计算公式如表 1
  公式 压力条件 计算式
   △P < 2 1> △P≥P 1 /2   
       液体 同左
  气体 常温 ( 0~60 C)
   温度修正 (>60°C)
  蒸汽 饱和
   过热
  表中各式对一般的使用场合可以满足。但对于高压差,高粘度接近饱和状态的液体等场合,尤其是蝶阀,球阀等低压力恢复系数的阀,误差就很大了,必须进行修正。 80 年日本个别公司已开始用下列系数进行修正。 空化系数:当液体通过调节阀时,在缩流部压力低于阀入口温度下的饱和蒸汽压力 P V 时,一部分液体迅速气化使通过调节阀的液体成为气液两相流的现象学称为闪蒸。缩流部后液体的压力表逐渐恢复,混杂在液体中的气泡破碎,在气泡破碎时造成压力升高,压力有时高达数千 kgf/cm 2 ,在这种局部高压的作用会使阀芯表面的金属剥落而导致损坏,此种现象称为空化。
  在发生上述现象时,当阀进口压差 D R = R 1-P2 增加到一定数值后,通过阀的流量将不随着压差增加而增加产生阻塞流( CHOKOD FLOW ),如图 1 所示。此时表 1 中的公式就不适用了,必须修正。即不能单纯用△ P=P1-P2 来计算调节阀的流通能力,而必须使流体在阀缩流部的压力不低于 PV 。由于各种调节阀的压力恢复系数是不一样的,由图 2 可见,蝶阀,球阀等高压力恢复的调节瘩更易产生内蒸和空化。
  不同的调节阀形式具有不同的压力恢复系数,而压力恢复系数直接影响产生闪蒸、空化的难易程度,因此引入空化系数 KC 。P 1 - —阀入口压力; P 2 —阀出口压力; P V —饱和蒸气压力; DRCV —缩流部差压; D R = R 1- R 2
  KC 定义为: KC=△P/△P O =(P 1 —P 2 )/(P 1 —P V )
  KC 数值是调节阀本身结构决定的,反映了该阀压力恢复的高低 ,由于 D R =KC • D R 0 即 P 1 —P 2 =KC(P 1 -P V )通过 KC 可求出使缩流部压力低于 P V 时(即不产生空化)的最大允许阀压降 D RCRI ,即 △PCri= P 1 —P 2 =KC(P 1 -P V )
 
流量系数Kv Cv


调节阀同孔板一样,是一个局部阻力元件。前者,由于节流面积可以由阀芯的移动来改变,因此是一个可变的节流元件;后者只不过孔径不能改变而已。可是,我们把调节阀模拟成孔板节流形式,见图2-1。对不可压流体,代入伯努利方程为:
        (1) 
 

解出 

命 
图2-1 调节阀节流模拟

再根据连续方程Q= AV,与上面公式连解可得:

 
 
         (2)


这就是调节阀的流量方程,推导中代号及单位为:
     V1 、V2 —— 节流前后速度;
     V —— 平均流速;
     P1 、P2 —— 节流前后压力,100KPa;
     A —— 节流面积,cm ;
     Q —— 流量,cm /S;
    ξ—— 阻力系数;
     r —— 重度,Kgf/cm ;
     g —— 加速度,g = 981cm/s  ;
     如果将上述Q、P1、P2 、r采用工程单位,即:Q ——m / h;P1 、P2 —— 100KPa; r——gf/cm 。于是公式(2)变为:

 


              (3)

再令流量Q的系数  为Kv,即:Kv = 

 
或                    (4)

这就是流量系数Kv的来历。
从流量系数Kv的来历及含义中,我们可以推论出:
(1)Kv值有两个表达式:Kv =  和 

(2)用Kv公式可求阀的阻力系数 ξ = (5.04A/Kv)×(5.04A/Kv);
(3)  ,可见阀阻力越大Kv值越小;

(4)  ;所以,口径越大Kv越大。


    在前面不可压流体的流量方程(3)中,令流量Q的系数  为Kv,故Kv 称流量系数;另一方面,从公式(4)中知道:Kv∝Q ,即Kv 的大小反映调节阀流量Q的大小。流量系数Kv国内习惯称为流通能力,现新国际已改称为流量系数。

2.1 流量系数定义
     对不可压流体,Kv是Q、△P的函数。不同△P、r时Kv值不同。为反映不同调节阀结构,不同口径流量系数的大小,需要跟调节阀统一一个试验条 件,在相同试验条件下,Kv的大小就反映了该调节阀的流量系数的大小。于是调节阀流量系数Kv的定义为:当调节阀全开,阀两端压差△P为100KPa,流 体重度r为lgf/cm  (即常温水)时,每小时流经调节阀的流量数(因为此时  ),以m /h 或 t/h计。
     例如:有一台Kv =50的调节阀,则表示当阀两端压差为100KPa时,每小时的水量是50m  /h。

2.2 Kv与Cv值的换算
     国外,流量系数常以Cv表示,其定义的条件与国内不同。Cv的定义为:当调节阀全开,阀两端压差△P为1磅/英寸2,介质为60°F清水时每分钟流经调节阀的流量数,以加仑/分计。
     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          (5)

2.3 推论
     从定义中我们可以明确在应用中需要注意的两个问题:
     (1)流量系数Kv不完全表示为阀的流量,唯一在当介质为常温水,压差为100KPa时,Kv才为流量Q;同样Kv 值下,r、△P不同,通过阀的流量不同。
     (2)Kv是流量系数,故没单位。但是许多资料、说明书都错误地带上单位,值得改正。

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根据以上定义,该阀体在同种流体条件不同压差下,可以根据Kv来计算流量Q (Q正比于压差△P的平方根)
Q=Kv/sqrt(△P)
△P单位为bar,Q单位为立方米/小时

 

参考资料:【上海凡而阀门有限公司

关键字:调节阀

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