調(diào)節(jié)閥設(shè)計計算選型導(dǎo)則（二）

      4.1 選擇調(diào)節(jié)閥口徑的步驟

     在已知工藝生產(chǎn)流程，確定閥的控制對象和使用條件，按調(diào)節(jié)閥選型原則選定閥的種類型號和結(jié)構(gòu)特性以后，就可以進(jìn)行下一步選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。調(diào)節(jié)閥口徑的選擇步驟如下：

     （1）根據(jù)工藝的生產(chǎn)能力設(shè)備負(fù)荷，確定計算調(diào)節(jié)閥流通能力的*大流量、常用流量、*小流量、計算壓差等參數(shù)。

      （2）根據(jù)被控介質(zhì)及其工作條件選用計算公式，確定流體介質(zhì)密度、溫度、粘度等已知條件井換算到工作狀態(tài)下，然后代入公式計算出流通能力K_v。而后按閥的流通能力應(yīng)大于計算流通能力的原則，查閱生產(chǎn)廠提供的資料，選取調(diào)節(jié)閥的口徑。

     （3）??據(jù)需要驗算開度或開度范圍、可調(diào)比R等。

      （4）計算結(jié)果若滿意，則調(diào)節(jié)閥口徑選定工作完畢。否則重新計算、驗算。

     調(diào)節(jié)閥的流通能力，是指調(diào)節(jié)閥上的壓頭損失一個單位時，流體通過閥門的能力。閥門的流通能力也稱流量系數(shù)K_v。如今國際規(guī)定：溫度為5℃至40℃的水，在105P△壓降下，1小時內(nèi)流過調(diào)節(jié)閥的立方米數(shù)。

     關(guān)于流量系數(shù)即調(diào)節(jié)閥流通能力的計算，各類書刊介紹頗多.上海工業(yè)自動化儀表研究所編寫的《調(diào)節(jié)閥口徑計算指南》（以下簡稱《指南》）已有詳細(xì)的論述。《指南》是我國調(diào)節(jié)閥口徑計算的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，很有權(quán)威性，它將介質(zhì)流體分為不可壓縮流體可壓縮流體和兩相流3種對象，根據(jù)不同介質(zhì)選用不同的計算公式。《指南》給出了詳細(xì)的計算步驟，并提供了各種流體介質(zhì)的計算實例，甚至實現(xiàn)了計算機(jī)程序化計算，本文不再贅述。選擇正確的計算公式，合理確定計算流量和計算差壓是很重要的，不然將導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥口徑選擇不當(dāng)。

      4.2 確定計算流量

     調(diào)節(jié)閥口徑計算的流量，應(yīng)是系統(tǒng)工作的*大流量Q_max，也就是調(diào)節(jié)閥*大開度時的流量Q₁₀₀，該值是由工藝設(shè)計人根據(jù)設(shè)備的生產(chǎn)能力、物料平衡、控制對象的極限負(fù)荷變化，以及預(yù)測的可能擴(kuò)大的生產(chǎn)能力與操作條件變化等因素，綜合考慮后確定的。

     通常，取正常操作流量的1.3~1.5倍作為計算的*大流量較為合適。過大，勢必使閥徑選擇過大，這將使得調(diào)節(jié)閥經(jīng)常處于小開度工作狀態(tài)。可調(diào)節(jié)范圍顯著減小，動作頻繁，閥的調(diào)節(jié)特性變環(huán)，嚴(yán)重時則影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和閥的壽命；過小則形成瓶徑，不能滿足生產(chǎn)上對流量的需要。

     設(shè)計中如果必須考慮富裕量時，閥徑可以選得稍大一點，但在近期時應(yīng)使閥的開度不小于40%~60%。對分期建成的工程，不能用*終規(guī)模的流量作為計算流量。因此，在設(shè)計中應(yīng)積極協(xié)助工藝合理確定計算流量，為正確計算，合理選定閥徑創(chuàng)造條件。據(jù)調(diào)查，設(shè)計中選定的閥徑，偏大的情況占多數(shù)，由此造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至失靈的后果履見不鮮。設(shè)計者應(yīng)該反復(fù)推敲，合理確定計算流量，這一點很重要。

      4.3 確定計算差壓

     進(jìn)行調(diào)節(jié)閥口徑計算時要確定*大流量時閥前壓力P₁和閥后壓力P₂，這樣P₁-P₂=△P就是計算差壓。△P這個參數(shù)選定直接影響計算結(jié)果，工藝專業(yè)往往未經(jīng)深思熟慮就給出P₁和P₂。當(dāng)然，這也是一個較難確定的參數(shù)，在設(shè)計時應(yīng)該積極配合工藝專業(yè)，合理確定計算差壓，閥前后壓差選定極大地影響調(diào)節(jié)閥的工作特性。調(diào)節(jié)閥的工作特性實際上取決于調(diào)節(jié)閥的壓降與管路系統(tǒng)總阻力損失的比，這個比值S越大，閥的特性就越接近F理想；但是S值過大時將會使閥上阻損過大，增加能量的損耗，因此，確定調(diào)節(jié)閥壓降是十分重要的。壓降△P_v的選定方法，根據(jù)不同的已知條件有多種，現(xiàn)介紹常用的幾種方法如下：

     （1）按管路系統(tǒng)的阻損比來確定△P_v

     所謂阻損比S，就是在調(diào)節(jié)閥全開時，閥上的壓降△P_v與管路系統(tǒng)各局部阻力件壓降之和∑△P₁加閥的壓降△P_v的總和的比S，其數(shù)學(xué)表達(dá)式：

                        （4-1）

     整理后，得計算差壓為：

                                    （4- 2）

     所謂鑄路系統(tǒng)的局部阻力件，即管段、彎頭、三通、手動閥門、節(jié)流裝置等等。∑△P₁一般由工藝專業(yè)提供，也可以按下式求得：

                                          （4-3）

     式中：ε為阻力系數(shù)，可查閱管道專業(yè)的阻力系數(shù)圖表；
              v為流速m/s；
              ρ為流體密度g/m³；
              △P₁為阻力損失kPa。

     s值的大小與調(diào)節(jié)閥的工作特性有密切關(guān)系，當(dāng)S=1時系統(tǒng)總阻損幾乎全部集中到閥上，隨著S值的減小，不僅閥在全開時流量減少，而且流量特性也發(fā)生變化，可參考表1。因此，—般工程設(shè)計中，不希望S＜0.3，常用范圍S=0.3~0.7，*好在0.5左右。對于密閉容器有靜壓波動的場臺，考慮到系統(tǒng)背壓波動會直接影響閥上壓降的變化，使S進(jìn)一步減小，如鍋爐給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在計算壓降△P_v時，還直增加5%~10%的系統(tǒng)背壓，即：

                 （4-4）

     關(guān)于管路系統(tǒng)的選定，一般取調(diào)節(jié)閥前后*靠近闊的兩個定壓點之間的一段管路作為系統(tǒng)的管路。所謂定壓點，即該點壓力不隨流量變化而變化。例如，閥前的介質(zhì)總管、車間總管、風(fēng)機(jī)出口等，閥后的爐膛壓力、噴嘴前壓力等一般來說是不變的。

     （2）按定壓點的壓差選取閥的壓降

     在初步設(shè)計時，由于工藝管路尚未具體確定，這時局部阻力形式還不知道，按上述公式（4-2）、（4-3）計算是有困難的，但閥前后的定壓點一般是可以確定的。

     設(shè)P₁為閥前定壓點壓力，P₂為閥后定壓點的壓力，則：

     ∑△P_j+△P_v=P₁-P₂             （4-5）

     代入上述公式（5-1），得：

     △P_v=S（P_1-P₂）               （4-6）

     （3）如果已知原動機(jī)（風(fēng)機(jī)，泵等）的特性和管道系統(tǒng)的阻力變化特性，如圖（4.1）。

     如上圖調(diào)節(jié)閥前后壓降可由F式求得：

     ΔP_v=P_Amin- P_Bmax            （4-7）

     式中：
     P_Amin為原動機(jī)在給定流量時的*小壓力；
     P_Bmax為管路系統(tǒng)在給定流量的*大壓力損失。

     （4）對f要求閥后保持恒壓的系統(tǒng)，如已知管路中可能的*小壓力P_1min和調(diào)節(jié)器的壓力整定范圍P_Tmin~P_Tmax則可取：
 
     ΔP_v=P_1min- P_Tmax            （4-8）

     （5）對于放空調(diào)節(jié)閥壓降的選取

     對于氣體管道中的放空調(diào)節(jié)閥，在正常情況下，放空是全閉的，閥前的壓力為P₁，它與管網(wǎng)的壓力一樣。閥后的壓力P₂是大氣壓。但閥全開后，閥后的壓力P2就與放散的流量有關(guān)。放散量隨閥后閥前的壓力比P₂/P₁的大小而變化。當(dāng)P₂/P₁=1時，放散流量等于零，隨此比值的減小，流量增大。當(dāng)達(dá)到某一所謂臨界壓力比時，流量將達(dá)到*大值，繼續(xù)減小壓力比時，流量將保持此*大值不再改變。放空調(diào)節(jié)閥多數(shù)用于保護(hù)性裝置，希望在短時間內(nèi)達(dá)到*大的放空量。同時還要使所選的閥能起到調(diào)節(jié)作用，并且尺寸的大小還要符合經(jīng)濟(jì)的原則。因此，在選取計算壓降△P_v時，根據(jù)臨界壓力比來確定是比較合理的。

     臨界壓力比對于不同的氣體有不同的值，對于空氣或雙原子氣體，臨界壓力（P₂/P₁）L=0.528其它氣體的臨界壓力比，可以參考表2。

      表2 氣體的臨界壓力比值表

    根據(jù)臨界壓力比計算選取閥的壓降，可按下列公式計算：

                   （4-9）

     這時閥后的壓力P₂=P₁（P₂/P₁）L，用以克服放散管的阻力和氣流沖向大氣的動力。其裝置的原理如圖（4-2）。

     （6）對于現(xiàn)成的管路系統(tǒng)，如果需要設(shè)計安裝調(diào)節(jié)閥，在計算調(diào)節(jié)閥徑時，*好先測出*大負(fù)荷。手動球型閥前后的壓力P₁和P₂。計算壓降則如下式求得：

     △P_v=P₁- P₂ （4-10）

     以上是幾種常用的確定計算差壓的方法，當(dāng)然對于不同的工藝對象還有其它的確定計算差壓的方法，請設(shè)計者參考有關(guān)書刊的經(jīng)驗介紹，也可以參照上述情況舉一反三。

     當(dāng)合理確定計算流量和計算差壓之后，則還要仔細(xì)查閱一些流體介質(zhì)的物理性質(zhì)圖表。選擇一些輔助參數(shù)。而后按步驟進(jìn)行閥徑計算來確定調(diào)節(jié)閥的選型。

     5 結(jié)束語

     調(diào)節(jié)閥設(shè)計選型計算是技術(shù)性很強(qiáng)的工作，要想使調(diào)節(jié)閥設(shè)計選型的結(jié)果符合現(xiàn)場的實際需要，必須做許多深入細(xì)致的工作。特別強(qiáng)調(diào)的一點是，調(diào)節(jié)閥的設(shè)計選型不僅是自動化儀表專業(yè)的事，設(shè)計選型是否合理與工藝專業(yè)關(guān)系極大，因此設(shè)計選型時，要主動積極地取得工藝專業(yè)的配合，這樣才能有比較好的設(shè)計。作為自動化儀表專業(yè)在工程設(shè)計中需盡可能地了解工藝流程，掌握各種生產(chǎn)流程對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的具體要求，要判斷其是否切實可行，要變被動設(shè)計為主動設(shè)計。通過科學(xué)的分析，合理選擇計算參數(shù)，而后精心設(shè)計計算，并驗算調(diào)節(jié)閥的選型。有時，還要進(jìn)行力矩或推力的計算。當(dāng)設(shè)計完成???后，在施工調(diào)試時要進(jìn)行技術(shù)跟蹤，通過實踐來檢驗設(shè)計選型的結(jié)果是否合理。要密切與現(xiàn)場工人相結(jié)合，了解調(diào)節(jié)閥的運行情況，不斷總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，提高我們的設(shè)計水平。