调节阀安装流量特性
时间:2013-05-14 阅读:162
固有流量特性用来描述制造厂供应的阀门是有价值的。然而,很显然,实际上没有什么阀门是在恒定压降下操作的。这样,安装在管路中的阀门流量特性才是正确使用阀门的基础。这种流量特性很合理地称之为“安装流量特性”。对于每一种阀门,其安装流量特性也是不同的。但是某些一般原则值得考虑。康尼松描述了在石油化学工业中具有代表性的安装系统,如供给泵压头的离心泵、配管和其它设备与阀门串联安装在一起,它反映动压头损失。这种配置如图3所示,阀门的压力降随迈过的流量而变化。
图3 在是由化工装置中流量相对于压力的曲线,其中(a)高于设计流量时没有调节余量系统调节能力薄弱(b)增大流量也有足够的调节阀压降。
离心泵的泵压头随着流量的增加而下降,如图3(a)所示。在系统中的配管和设备两端产生的压力降由静压头(高度)部分(它是不变的)和动压头损失(与流量的平方成正比变化)所组成。这种相应于流量的动力压头损失曲线图有时称之为系统阻力曲线。图3(a)所示,泵压头和动压头损失的流量在正常设计流量这点上相当接近。因而,可以预料这个系统是不满意的,因为当要求增加少量的流量时,调节阀上没有压力降。这个系统将会是不可调节的系统。图3(b)表示了泵压头与动压头损失之间的关系,在这个设计流量下,有一个阀门压力降的余量可供利用。如果需要,这将适应较大的流量调节。
图4 泵输送液体流量的系统
洛维特利用图4所示的系统研究过阀门安装特性与系统压力分配之间的关系。有关泵压头和动压头损失的参数表示在图5中。这些参数都结合到阀门压降比PR上,它是阀门压力降与总的系统动压头损失的比
图5 系统压力分配
图6和图7表示了固有线性和等百分比阀门特性的畸变,这是与安装特性及阀门压降比的变化有关。特性变形随着压降比的减小而变得严重,而洛维特认为0.05的压降比是可接受的性能极限。
图6 具有线性固有流量特性的安装流量特性
图7 具有等百分比固有流量特性的安装流量特性
穆尔研究得出调节阀压力降分配的几个导则,认为“压力降的选择是一个复杂的问题,不能用一套数字法则来确定”。于是以这些导则作为标准,比使用设计准则的还要多。这些导则是:
1)在装有泵的回路里,分配到调节阀上的压力降必须等于系统在额定流量下动压头损失的33%,或者15磅/英寸2,取较大的那个值。
2)在离心压缩机吸入段或排出管线上的调节阀的压力降,要占吸入段压力的5%或者50%系统动压头损失,取较大的那个值。
3)在静压力作用下,液体从一个压力容器流向另一个容器的系统里,分配到调节阀上的压力降必须为低压端容器压力的10%,或者为系统动压头损失的50%,取较大的那个值。
4)进透平、再沸器和工艺容器的蒸汽管线上的阀门,其压力降需为蒸汽系统设计压力的10%或者5磅/英寸2,取较大的那个值。
在假定泵压头是恒定的条件下,尼斯尔研究得出一个安装流量特性的公式:
其中,对于线性固有特性:
而对于等百分比的固有特性:
式中
Cv=全开时的阀门流量系数;
C =在x行程时的阀门流量系数;
X =阀门行程,全开度的分数;
Co=阀门和配管的综合流量系数。
方程(2)和(3)是以阀门可调范围30为基础的。把这两个方程式依次地代入方程(1)就得到图8所示的阀门安装特性图形。图6、7、8的图形表明,当调节阀上的压力降只占系统压力降较小的比例时,线性固有特性形成快开特性的形状。因此,在这些情况下,线性特性成为比较不合乎调节要求的了。而另一方面,等百分比的固有特性随着阀门压降比减少更接近于直线。因此,比较合乎调节的要求。这些图形和文献[5、6、7]中的其它类似研究得到一个选择流量特性的zui简单规则:如果(a)在阀门上不能得到调节阀系统的大部分压降;或者(b)在低流量时,压力降是高的和高流量时压力降低,建议采用等百分比特性。
图8 对于可调范围为30:1和(a)线性特性(b)等百分比特性的阀门中流通系数占阀门流通系数的百分数与阀门行程百分数的关系
博格阐明了并联流路对于固有特性的影响,这对于评价在旁路阀打开的条件下阀门的调节能力是重要的。
图9 系统压差恒定并联。随着旁路阻力减少(λ=PR)中的调节流量减少
图9(a)和g(b)表示出系统压力降恒定的并联阻力布置。这样,旁路流量是恒定的。由调节阀可调范围的减少,旁路将改变zui小流量和减少调节能力。然而,阀门流量仍然显示出它的固有特性类型。
流线型阀内件的影响是产生一种不稳定的流量特性。温指出,由于流线型减少磨损,从而提供了压力恢复能力,增加了预定的流量特性的复杂性。在阀座的下面具有环形渐扩恢复部分的角型阀流量特性深刻表明了压力恢复的影响,如图10所示。流关方向的特性(具有压力恢复的优点)与流开方向的特性大不相同,流开方向的角形结构没有压力恢复能力。
图10 在这种角形阀里,流开与流关之间的Cv值相差甚大
作为这种基本的调查研究的结果,已经开发了改善高恢复能力阀门(例如蝶阀、球阀)的口径计算技术。基本上,这种新发展的计算技术包括通用的阀门口径计算公式,它容纳了压力恢复因子和二元系数。而这些不断的努力己得到更可靠的计算技术成果,发表了少量有关高恢复能力影响流量特性的资料。
安装特性的考虑也强调了阀门的可调范围和调节比之间的差别。
可调范围表示为:
而调节比表示为:
这样,调节比随着阀门所占系统压降比的降低而减少。因为较小的压力降表示阀门尺寸较大和一个较大的zui小可调流量。