減壓閥阻塞流對(duì)計(jì)算的影響
上海申弘閥門(mén)有限公司
3.1.4阻塞流對(duì)計(jì)算的影響
之前介紹減壓閥入口壓力小于設(shè)定值，現(xiàn)在介紹減壓閥阻塞流對(duì)計(jì)算的影響從上面的分析可知．阻塞流是指不可壓縮流體或可壓縮流體在流過(guò)控制閥時(shí)所達(dá)到的大流量狀態(tài)（即極限狀態(tài)）。在固定的人口條件下，閥前壓力p：保持一定而逐步降低閥后壓力赴時(shí)，流經(jīng)控制閥的流量會(huì)增加到一個(gè)大極限值，再繼續(xù)降低P：，流量不再增加，這個(gè)極限流量即為阻塞流。阻塞流出現(xiàn)之后，流量與△≯(p．- p。)之間的關(guān)系已不再遵循式(3-1)的規(guī)律。
在進(jìn)行控制閥流量計(jì)算時(shí)，定義Cv為控制閥流量系數(shù)，它與閥門(mén)結(jié)構(gòu)、閥前后壓差、入口流體密度和流體特性有關(guān)，為無(wú)量綱。具體計(jì)算中，Cv＝，其中：q是經(jīng)過(guò)控制閥的流量；ρ1是控制閥閥前流體密度；N是工程單位系數(shù)，也是無(wú)量綱；Δp是控制閥前后壓差。不難看出，Δp越大，Cv值越小。但是對(duì)于發(fā)生了阻塞流工況下的控制閥的計(jì)算，以上常規(guī)的計(jì)算壓差Δp＝p1－p2的方式并不適用，會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)計(jì)算錯(cuò)誤，并使閥門(mén)選型過(guò)小。筆者通過(guò)實(shí)例介紹阻塞流工況的判別步驟及其工況下計(jì)算壓差的確定，有利于正確的閥門(mén)選型。
在某石化改造項(xiàng)目中，有1臺(tái)閥門(mén)是20世紀(jì)80年代設(shè)計(jì)選型的，根據(jù)當(dāng)時(shí)的工藝數(shù)據(jù)，流量qm＝18000kg/h，閥前壓力p1＝3.3MPa（A），閥后壓力p2＝0.86MPa（A），壓差Δp＝2.44MPa，結(jié)合溫度與密度等參數(shù)，計(jì)算Cv值，后選擇了1臺(tái)Cv＝17，口徑為5.08cm（2in）的控制閥。然而這臺(tái)閥門(mén)在實(shí)際應(yīng)用中一直偏小，業(yè)主反應(yīng)，即使平時(shí)閥門(mén)全開(kāi)，但使用中還是偏小，迫切希望該次改造中對(duì)閥門(mén)進(jìn)行重新計(jì)算并重新選型。深入研究后，發(fā)現(xiàn)由于閥后壓力p2很小，實(shí)際已經(jīng)發(fā)生了阻塞流（閃蒸）的工況，此時(shí)進(jìn)行Cv值計(jì)算時(shí)，Δp≠2.44MPa，應(yīng)該代入發(fā)生阻塞流時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界壓降Δpcr。而Δpcr＜p1－p2＝2.44MPa，導(dǎo)致了原先閥門(mén)的計(jì)算偏小。
由此可知，通常情況下Δp＝p1－p2，即控制閥閥前壓力與閥后壓力之差，如果閥前壓力p1恒定，則Δp隨著閥后壓力p2的變化而變化，p2越小，則Δp越大。如果p2降低到一定的值，經(jīng)過(guò)控制閥的流體發(fā)生了阻塞流的情況，Δp的取值則不再等于p1－p2，需要重新考慮。 筆者著重討論阻塞流工況下，閥門(mén)Cv值計(jì)算時(shí)Δp的取值問(wèn)題，進(jìn)一步再判斷閥門(mén)是閃蒸工況還是氣蝕工況以及相應(yīng)工況下的處理措施。
阻塞流是指不可壓縮流體或可壓縮流體在流過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)所達(dá)到的大流量狀態(tài)（即極限狀態(tài)）。在固定的入口條件下，閥前壓力P1保持一定而逐步降低閥后壓力P2時(shí)，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量會(huì)增加到一個(gè)大極限值，再繼續(xù)降低P2，流量不再增加，這個(gè)極限流量即為阻塞流。阻塞流出現(xiàn)之后，流量與△P（P1-P2）之間的關(guān)系已不再遵循公式的規(guī)律。當(dāng)按實(shí)際壓差計(jì)算。要比阻塞流量大很多。因此，為了求得此時(shí)的流量值，只能把開(kāi)始產(chǎn)生阻塞流時(shí)的閥壓降作為計(jì)算用的壓降。
液體是不可壓縮流體，它在產(chǎn)生阻塞流時(shí)，Pvc值與液體介質(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān)，即：Pvc=Ff×Pv
式中PV———液體的飽和蒸汽壓力；Ff———液體的臨界壓力比系數(shù)。
Ff是阻塞流條件下縮流處壓力與閥入口溫度下的液體飽和蒸汽壓力Pv之比，是Pv與液體臨界壓力之比的函數(shù)?？梢栽跀?shù)據(jù)表中查出，也可用下式進(jìn)行計(jì)算，）可見(jiàn)，只要能求得Pvc值，便可得到不可壓縮流體是否形成阻塞流的判斷條件.，因此，當(dāng)△P大于等于閥壓降Fl為阻塞流情況，當(dāng)△P小于閥壓降時(shí)為非阻塞流情況。對(duì)于可壓縮流體，引入一個(gè)稱(chēng)為壓差比X的系數(shù),即X=△P/P1,也就是說(shuō)，閥門(mén)壓降△P與入口壓P1的比稱(chēng)為壓差比。試驗(yàn)表明：若以空氣作為試驗(yàn)流體，對(duì)于一個(gè)特定的調(diào)節(jié)閥，當(dāng)產(chǎn)生阻塞流時(shí)，其壓差比是一個(gè)固定常數(shù)，稱(chēng)為臨界壓差比。對(duì)別的可壓縮流體，只要把臨界壓差比乘一個(gè)比熱比系數(shù)，即為產(chǎn)生阻塞流時(shí)的臨界條件。 1 阻塞流的判斷
對(duì)于不可壓縮的流體，控制閥閥前壓力p1保持一定時(shí)，逐步降低閥后壓力p2時(shí)，流過(guò)控制閥的流量會(huì)逐漸增加，但當(dāng)閥后壓力p2降低到某一數(shù)值后，流過(guò)控制閥的流量到達(dá)一個(gè)大極限值qmax，這時(shí)再降低p2也不能使通過(guò)控制閥的流量再增加了，該大極限值就是阻塞流（chockedFLow）。因此，p2越小，導(dǎo)致實(shí)際控制閥兩端的壓降大于阻塞流對(duì)應(yīng)的臨界壓降Δpcr時(shí)，會(huì)發(fā)生阻塞流，即Δp＞Δpcr時(shí)，閥門(mén)Cv值的計(jì)算就不能采用工藝給的壓降Δp來(lái)計(jì)算，而應(yīng)該采用阻塞流對(duì)應(yīng)的臨界壓降Δpcr。 因此，對(duì)于可能發(fā)生阻塞流工況的閥門(mén)，設(shè)計(jì)人員在計(jì)算時(shí)需要特別注意，首先要確認(rèn)是否確實(shí)發(fā)生阻塞流，從而選擇正確的Δp取值。
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥對(duì)于不可壓縮流體，當(dāng)流體節(jié)流時(shí)，流速增大，壓力降低，大流速處具有小壓力。但是，當(dāng)節(jié)流后，流束的截面積并沒(méi)有立即擴(kuò)大，而是繼續(xù)縮小，因而大流速并不在節(jié)流處，而是在節(jié)流處下游某處，該處稱(chēng)為靜縮流處，該處壓力小，稱(chēng)為pvc。之后，隨著流束截面的擴(kuò)大，壓力增高，流速降低，但終的出口壓力不可能再恢復(fù)到入口壓力p1，而為p2，即流過(guò)控制閥后壓力得到恢復(fù)，但也存在不可恢復(fù)的壓力損失。
不可壓縮流體發(fā)生阻塞流的原因是由于流體經(jīng)過(guò)控制閥后，經(jīng)過(guò)節(jié)流，壓力會(huì)逐漸減小，當(dāng)壓力減小到小于流體的飽和蒸汽壓pv，使部分液體汽化，此后即使壓力再減小，流量也不再增加了，這樣就發(fā)生了阻塞流。對(duì)于不可壓縮的流體，發(fā)生阻塞流的條件是下式成立：
（1）
式中：pvcr———發(fā)生阻塞流時(shí)，其靜縮流處大流速對(duì)應(yīng)的小壓力pvc，此時(shí)的pvc用pvcr表示；FL———壓力恢復(fù)系數(shù)。Δp由工藝提出，顯而易見(jiàn)，重點(diǎn)是如何計(jì)算Δpcr的大小。
2 減壓閥阻塞流對(duì)計(jì)算的影響Δpcr的計(jì)算
發(fā)生阻塞流時(shí)，對(duì)應(yīng)的臨界壓降Δpcr＝F2L（p1-pvcr），以下就pvcr和FL分別進(jìn)行討論。
從圖3 5可以看出．當(dāng)按實(shí)際壓差計(jì)算時(shí)，Q 7…要比阻塞流量Q，…大很多。因此．為了求得此時(shí)的K.值，只能把開(kāi)始產(chǎn)生阻塞流時(shí)的控制閥壓降√五i作為甘算用的壓降。
液體是不可壓縮流體．它在產(chǎn)生阻塞流時(shí)，P。值與液體介質(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān)。即
p。。=FF．p、
式中：p.-液體的飽和蒸汽壓力；
FF-液體的臨界壓力比系數(shù)。
FF是阻塞流條件下縮流處壓力與控制聞人口溫度下的液體飽和蒸汽壓力Pv之比，是
Pv與液體臨界壓力A之比的函數(shù)，可以用圖3-6查出FF值，電可以用式(3-6)進(jìn)行計(jì)算：
FF =O．96-0.28“巧萬(wàn) (3-6)
式中：pc-液體臨界壓力，對(duì)于水p.=22. 565 MPa．與本產(chǎn)品相關(guān)論文：水輪機(jī)減壓閥
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