一、 引言
控制阀（调节阀）在工业生产过程自控系统中的作用犹如“手足”，其重要性 是不言而喻的。如何使用户获得满意的产品，除了制造上的精工细作外，还取决于 正确的口径计算，产品选型，材料选用等，而其前提是要准确掌握介质、流量、压 力、温度、比重等工艺参数和技术要求。这是供需双方务必充分注意的。
本手册编制参考了国内外有关专业文献，也结合了我厂长期来产品选型计算中 的实际经验。
二、 术语定义
1、 调节阀的流量系数
流量系数Kv值的定义：当调节阀全开，阀两端压差为1X102Kpa（1.03巴）时, 流体比重为1g/cm3的5°C〜40°C水，每小时流过调节阀的立方米数或吨数。
Kv是无量纲，仅采用m3/h或T/h的数值。
Cv值则是当阀全开，阀前后压差1PSi，室温水每分钟流过阀门的美加仑数。 Cv=1.167 Kv。
确定调节阀口径的依据是流量系数Kv值或Cv值。所以正确计算Kv （Cv）值 就关系到能否保证调节品质和工程的经济性。若口径选得过大，不仅不经济，而且 调节阀经常工作在小开度，会影响控制质量，易引起振荡和噪音，密封面易冲蚀， 缩短阀的使用寿命。若口径选得过小，会使调节阀工作开度过大，超负荷运行，甚 至不能满足最大流量要求，调节特性差，容易出现事故。所以口径的选择必须合理, 其要求是保证最大流量Qmax时阀的最大开度KmaxW90%,实际工作开度在 40一80%为宜，最小流量Qmin时的开度KminN10%。如兼顾生产发展，Kmax可 选在70—80%，但必须满足Kmin<10%o对高压阀、双座阀、蝶阀等小开度冲刷厉 害或稳定性差的阀则应大于20%〜30%。 2、 压差
压差是介质流动的必要条件，调节阀的压差为介质流经阀时的前后压力之差， 即AP=P1-P2o在亚临界流状态下，压差的大小直接影响流量的大小。
调节阀全开压差是有控制的，其与整个系统压降之比（称S）是评定调节阀调 节性能好坏的依据，如果流量波动较大时，S值应大些；波动小，也应小些。S值小 可节能，但太小，工作流量特性畸变厉害，降低调节品质；S值大，虽能提高调节 品质，但能耗太大，所以S最好限制在0.15〜0.3。 3、 流量
根据生产能力，设备负荷和介质状况由工艺设计、确定最大流量Qmax、正常 流量（工艺流程最大流量）Qnor和最小流量Qmin。为确保安全，避免调节阀在全 开位置上运行。应使Qmax=1.25〜1.6Qnor。 4、 闪蒸、临界压差
液体流经调节阀时，由于节流处流速增大，压力降低，当压力降至饱和蒸汽压 时，部分液体就会气化并以汽泡的形式存在，若在下游压力等于或低于入口温度的 饱和蒸汽压时，汽泡未破裂，而夹在液体中成二相流流出调节阀，此过程称为“闪 蒸”。闪蒸一般不会破坏节流元件，但会产生阻塞流，使调节阀流量减小，此时流量 Q基本上不随压差3P的增加而增加。阻塞流动会产生噪音和振动。产生阻塞流的 压差称为临
界压差△ PC。
5、空化、压力恢复系数
液体流经调节阀时，缩流断面流速加快，压力下降，当压力降到低于入口温度 饱和蒸汽压(Pv),造成部分液体转变成蒸汽，出现汽泡，随后由于流速下降压力恢 复使汽泡破裂。从汽泡形成到破裂的全过程称为空化，汽泡破裂，会释放巨大空化 能，对节流元件产生破坏，并伴有噪声和振动，即谓气蚀，这是高压差场合调节阀 选型必须考虑的。 ____
△PC=FL2 [PI- (0.96-0.28 VPv/Pc . Pv)]
式中：FL一压力恢复系数，又称临界流量系数Cf (Critical flow factor)，表征不 同结构阀造成的压力恢复，以修正流量系数计算误差，并参与判别流动状态。
FL= V^Pc/^Pv C= V^PC/ (PI-PV),各种阀的 FL 见表一。
Pv一液体入口温度下的饱和蒸汽压(ata，100kPa)(见“物理化学手册” -上海科技出版社1985.12)。
PC一热力学临界压力，kgf/cm2 (ata)，(见附表四、五)，(水PC=25.565) PI一阀上游压力(ata)，100kPa
△Pv C一产生闪蒸时缩流处压差，^Pv C=P1-PV， (ata， 100kPa) △P c一产生闪蒸时阀前后压差，也称临界压差，(ata, 100kPa)
三、调节阀流量系数的计算
1、 液体
1)公制公式 流动状态 体积流量 亚临界流^P bar一大气压力单位，1 bar=1.02kgf/cm2=750mmHg FL 一阀全开时的压力恢复系数(见表一) △Pc —临界压差，当 Pv〈0.5Pi,APVAPc 时，［APc= FL2 (Pi-Pv)］，为正常 流动，以AP代入。当Pv>0.5Pi, △P^APc，意味着有较大闪蒸，出现气蚀， 此时以△ Pc =FL2 ［Pi- (0.96-0.28 VP i/Pc) . Pv］代入。如绝对不允许出现气蚀时, 用初始气蚀系数KC代替式中FL，(“Kc”见表一)。 式中：Pv一液体入口温度下的饱和蒸汽压，bar ( ata)，(见附表)。25 °C水 Pv=0.032Xi02kPa Pc一热力学临界压力，bar (ata)o G—比重，(水=i) 2)英制公式 流动状态 亚临界流^P Cv= 500FL VG.^Pc 2、 气体 1）公制公式 流动状态 体积流量 重量流量 亚临界流AP/P1 <0.5 FL2 Kv=。\"GT 345 ^P( P1-P2) 临界流△ P/P1^0.5FL2 Kv=Q \" GT 300P1FL 40.5W 46.7W Kv= ------------------ Kv= -------- ---- \"△P( P1+P2) G g FL P1 \"Gg 式中：Q—体积流量Nm3/h W一重量流量1000kg/h G一气体在标准状态下的比重（空气=1.0） Gg 一流体流动温度下的比重,Gg = G （288/T） T --流体流动时温度。K （273+°C）,绝对温度 FL一阀全开时的压力恢复系数 P］、P2一阀前、阀后绝对压力（ata）, 100kPa, （ata）=表压（G） +1.03 2）英制公式 流动状态 亚临界流AP/P1 <0.5 FL2 临界流△ P/P1^0.5FL2 体积流量 Cv= Q_ \"GT Cv= Q \" G T 963 △?( P1-P2) 834 P1FL W W 重量流量 Cv= 3.22 \"AP( P1+P2) G g Cv= 2.8 FL P1 \"G g 式中： Q一绝对压力为14.7磅/英寸2,温度为60° F时气体流量，标准（英尺）3/小时。 W一重量流量，磅/小时 T一流体流动时温度T=460+° F Gg一流体流动温度下的比重Gg=G.520/T △P-- P1-P2 , psi （ata） P1、P2—上游、下游绝对压力，psi 3、 蒸汽 1）公制公式 流动状态 饱和蒸汽 亚临界流AP/P1 <0.5 84.5W Kv= _____________ \"△P( P1+P2) 过热蒸汽 Kv=84 5 (1+0 00126E) W Kv=97 7 (1+0 00126At) W \"△P( P1+P2) FL P1 式中：W一蒸汽重量流量1000kg/h △t一蒸汽过热温度C,指相同压力过热水蒸汽比饱和水蒸汽过热的温度，即 △t=过 ^1=0。 热水蒸汽温度一饱和水蒸汽温度。饱和水蒸汽的 FL2 △P/P1^0.5FL2 97.7W Kv= P1FL Pi、P2—阀前、阀后绝对压力（ata）, 100kPa 2）英制公式 流动状态 △P 1、高粘度和层流 当液体的运动粘度Y>20CST （厘海）或100SSU （赛波特秒），或流体雷诺 数Rev<10-4时，液体处于层流低速流动，其流量和压差不再是平方关系而渐 趋直线，此时对按液体公式计算的Kv值要用雷诺修正数修正：Kv' =Kv 计算调节阀Rev的公式： 1） 对只有一个流路的调节阀，如单座、套筒、球阀等： Rev= 70700QL Y\"F 2） 对于有二个平行流路的调节阀，如双座阀、蝶阀、偏心旋转阀等： Rev= 49490QL 3 Y\" - 式中：Q L—液体体积流量Nm/h F L--液体压力恢复系数 Y一运动粘度（CST，厘港）10-6m2/s,与动力粘度u（CP.厘泊, 10-3N.S/ m2 ）的关系。 Y= U P （密度） 2、 可压缩气体：气体、蒸汽介质压力N0.7MPa时，由于气体的可压缩性,其计 算的Kv值必须用压缩系数Z来修正：Kv=Q VG.(273+r).Z 300. F L.PI(Y-0.148Y3) 式中：Z由图五、六查取、 3、 低压差气体和蒸汽的计算修正， 当P2W0.2P1时原公式计算的Kv (Cv)存在一定误差，最大时接近12%, 因此为 精确起见，应将前述气体,蒸汽的临界流公式计算值除以(Y-0.148Y3) 作修正，Y= 1.63 ” 一 F L P1 公式类别 英制 公制 Kv= Q ” G (273+t) 300PIFL (Y-0.148Y3) Kv = 47W P1FL^G(Y-0.148Y3) 体积流量 Cv= Q ”G (273+t) 气体 834PIFL (Y-0.148Y3) Cv= W 重量流量 2.8PtFL VGg (Y-0.148Y3) Cv= W 饱和蒸汽 1.84P]FL (Y-0.148Y3) Cv= _______ WK _______ 过热蒸汽 1.84P]FL (Y-0.148Y3) Kv= 71.5W P]FL (Y-0.148Y3) Kv= 71.5 W(1+0.00126At) P]FL (Y-0.148Y3) 4、两相流Kv值的计算 1) 液体与非凝气体进入控制阀，若没有发生液体汽化，而且流速能保持一种湍流的 均匀混合流： Kv= _ 44.3W _ ”△P (W1+W2) 式中：W一重量流量kg/h Wl、W2—上游、下游重度kg/cm3 2) 液体及其蒸汽进入控制阀，发生更多的液体汽化，如果流速能保持一种湍流的均 匀混合流： Kv= _ 31.3 _ 3) 假若液体和蒸汽均匀混合以等速运动，如果进入控制阀的蒸汽分量过小，且APC 〈△P(W)，采用液体有关气蚀的公式。 72. 8G 五、渐缩管对Kv值的影响 当控制阀装在渐缩管中间时，阀的实际流量将减小，故要修正。 1) 亚临界流： Kv = Kv计算 R 式中：R一装有渐缩管对亚临界流容量修正系数(见表二) (a)阀出、入口均装有渐缩管。 R= / l-1.5('l-d2 ') 2 ( Kv )2 D2 0.047d2 式中：d一控制阀公称通径mm D一管道公称通径mm Kv一阀的流量系数 (b)仅阀出口装渐缩管，或入口装有< 40。渐缩管和出口装渐缩管时亚临界流 容量 R=V1- (1-d2)( Kv ) 2 D2 0.047d2 2) 临界流 为补偿渐缩管在临界流条件下的压力损失，在相应的临界流公式上用FLr代替FL,以 便在口径计算中求得最大△?= (FLr)) 2. APc R FLr和FLr的数值分别列于表一和表二。 R 六、对计算Kv (Cv)值的放大，圆整和口径选择。 按最大流量或正常流量计算得的Kv (Cv) max或Kv (Cv) nor值要作适当放大。其放大系 数m是指圆整选定后的Kv值与Kvmax或Kvnor的比值：m= Kv >1.15或 K >2.5, Kvmax Kvnor m的取值与选择的条件、流量特性、可调比、对应的工作开度要求(10%< _L<90%)及 L 是否考虑生产发展等因素有关。m的一般取值如下表。 m计算值 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 • 直线 7.69 21.4 4.61 14.3 8.47 33.8 4.85 19.4 4.41 15.2 2.62 8.35 4.63 22.9 2.68 10.2 3.09 10.8 1.90 5.46 3.18 15.5 1.92 6.28 2.38 7.70 1.53 3.85 2.43 10.4 1.54 4.25 1.94 5.48 1.32 2.86 1.96 7.07 1.32 3.07 1.63 3.90 1.18 2.21 1.64 4.78 1.18 2.32 1.41 2.77 1.10 1.76 1.42 3.23 1.10 1.81 1.24 1.97 1.04 1.43 1.24 2.19 1.04 1.46 1.11 1.41 1.01 1.18 1.11 1.48 1.01 1.20 30 等百分比 平方根 抛物线 直线 50 等百分比 平方根 抛物线 m的计算式 注：一卜为相对行程(即开度) 直线特性：m= R () (R-1) +1 L (1- 1 ) 等百分比：m=R 式中：R—可调比(见表)，1—阀的实际开度, L一阀的最大开度 L-阀的相对行程 七、控制阀的开度验算和不同开度的流量计算 1、开度验算公式： 等百分比：L= 1- logm L logR 平方根：1_= 1- \"R (m-1) L m (R-1) 式中：计算最大开度时的m= Kv Kvmax 计算最小开度时的m= Kv Kvmin 式中：Kv为所选阀口径的对应的Kv值。 Kvmax、Kvmin均为计算值。 调节阀最大流量时的开度不超过90% 30〜80%为宜。 可调比R由所选阀的类型确定，见下表： 阀类 R 最小流量时的开度不小于10%。实际工作开度以 直线： 1_= L L \"R -1 R-m (R-1) m 抛物线：1_= \"R/m-1 轻小型P、 N、M、S 30 精小型P、 三通分 V型、0 偏心旋 阀体分 离M， 蝶阀 流、合流 型球阀 转阀 阀 阀 CV300系列 50 300 20 100 10 30 2、不同开度的流量计算 根据下表，当Qmax为已知时，则很容易计算出相对开度下的流量Q。 如阀的R=30时，Qmax=40T，则50%开度时的直线特性阀的流量Q=40X51.7%=20.68T，等 百分比R=50的阀为40TX18.3%=7.32T，当开度不在表列数时，可按下式计算。 (1 - l ) 由 _Q_ =R L 和Q = 1 [1+ (R+1) □得 Qmax Qmax (1- l ) L R L 等百分比特性阀： Q= Qmax R 直线特性阀：Q= 1[1+ (R+l) L] R L 例：有Qmax=60Nm3/h，Qmin=2Nm3/h的等百分比阀，求开度25%时的理想流量Q为多少？ R= Qmax = 60 =30 Qmin 2 当阀为直线特性时 Q=Qmax 1[1+ (R+l) l_ ] =60X L [1+ (30+1) 1] =17.5 Nm3/h (1- l ) QmaxR L =60 X30 ((25 %-1)) =4.68Nm3/h 六.口径计算实例 例 1.介质：25°C水，P1=1.8MPa，P2=1.0MPa，Qmax=220Nm3/h, Qmin=40 Nm3/h， 要求泄漏等级5X10-3X阀额定容量。 计算： 1) 根据泄漏等级选 JM,查得 FL=0.92，25C水，Pv=0.032X102kPa，Pc=255.65X 102kPa。 2) Pv<0.5P1，0.032<18，AP=18-10=8X 102kPa =0.92(18-0.032)=16.5 X 102kPa。 判为一般流动。 t若％ 100 100 直线特性 直线特性 等百分比特性 等百分比特性 60 80 100 20 40 60 80 100 L 固有可调比R = 30 : I 图三 固有可调比R = 50 : 1 两种固有流量特性的相对行程(牛％)与相对流量系数(Kv/Kvmax%)之间的对应数值 见下表： 固有可调比 流量特卜点ax % 直线特性 等百分比特性 直线特性 等百分比特性 1() 20 30 40 5() 60 70 80 90 100 100 100 100 100 R= 30:1 R= 50:1 13.() 22.7 32.3 4.67 6.58 9.26 11.8 21.6 31.4 2.96 4.37 6.47 42.0 51.7 61.3 71.0 80.6 90.4 13.0 18.3 25.6 36.2 50.8 71.2 41.2 51.0 60.8 70.6 80.4 90.2 9.56 14.14 20.91 30.92 45.73 67.62 3) Kvmax=Qmax 乂 工=220 1 =77.8， Kvmin=Qmin 乂 工 =40 J 1 =14.1 △P 8 AP 8 4) JM 阀 R=50，选等百分比特性，_L =0.9 时，m=1.48 则 Kv=77.8X 1.48=115.1， L 选 DN=100，Kv=160 5) 开度验算 Kmax=1- logm=1- log160/77.8 = 81.5%， (<90%，合格) logR log50 Kmin=1- logm =1- log160/14.1 =37.9%, (>10%，合格) LogR log50 6) R= Qmax = 77.8 =5.5(>3.5，能满足)。 Qmin 14.1 例 2.介质空气，P1=6.9MPa，P2=0.55MPa，Qmax=2830Nm3/h，t=20C，T=273+20 C=293C，G=1，要求泄漏等级1X10-4X阀额定容量。 解：1)选 JP，FL=0.9 2) AP=6.9-0.55=6.35 3) AP=6.35=0.92 0.5FL2 =0.5X0.92=0.41，AP>0.5 FL2，判为临界流。 P1 6.9 P1 4) V6.9>0.7，应引入压缩系数修正， Pr= P1= 69 =1.8, Tr = T= 293 =2.21 Pc 38.4 Tc 132.42 查表三，Z=0.965, Y=1.63 AP = \\J63 63^ =1.74 FL P1 0.9 69 5) Kv= Q V GTZ = 28300 \" 1X293X0.965 ____________ =32.25 300 FL P1(Y-0.148Y3) 3 00 X 0.9 X 69X(1.74-0.148X 1.743) Kv'=32.25X 1.48=47.73 6) 选JP DN65, Kv=63，阀芯、阀座堆硬。 例 3.介质过热蒸汽，P1=7X100kPa, P2=7X100kPa, W=6800Kg,过热温度^t=21 °C,要求泄漏等级1X10-4, 解：1)选 JP, FL=0.9, R=50 2) AP=6.9-0.55=6.35 3) AP= 4.9 =0.7, 0.5 FL2=0.5X 0.92=0.405, AP>0.5 FL2，判为临界流 P1 7 P1 4) Kv=71.7(l+0.00126At)W=71.7(l+0.00126X21)X 6.8=79.4 FL P1 0.9X7 5) 选等百分比特性，Kv' =79.4X1.48=117.5 6) 选DN=100, Kv=160,阀芯、阀座堆硬。 例 4.介质 90 号导轨油，Y=100CST, Qmax=17 Nm3/h, P1=5X 100kPa (ata), P2=4.5 X 100kPa(ata), G=0.9,进口温度 50C, 解：1)由于Y>20CST,故须以雷诺系数FR修正 2) Kv 计=。£ =17 0.9 =22.8 AP (5-4.5) Kv'=22.8X 1.48=33.76 初选 JP DN50, Kv=40, FL =0.9 3) 计算雷诺数 Rev= 70700Qmax = 70700X15 =2341.1 YVF .Kv 计 100 V 0.9X22.8 查图二曲线得FR=0.9, 4) 修正 Kv= 228 =25.3 0.9 5) Kv=25.3X 1.48=37.5，选 DN50, Kv=40 例5、按上例4,如当阀出入口均有DN80渐缩管时，D/d=80/50=1.6,由表二查得修 正系数R=0.95, Kv' =Kv 计=25.3 =26.6 R 0.95 仍可按原选DN50, Kv=40 Kv=26.6X 1.48=39.4 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容