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化工調節閥壓力恢復系數FL 調節閥壓力恢復系數FL 化工控制閥壓力恢復系數FL 化工閥門

之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現在介紹化工調節閥壓力恢復系數FL工程設計中調節閥壓力恢復系數FL的應用分析

   1、化工調節閥壓力恢復系數FL引言

     在工程設計中，經常需要對調節閥進行選型與計算，以達到穩定控制的目的。但調節閥選型與計算時對FL的考慮較困難。本文除對FL的一般規律作分析，同時通過實例，對可能出現阻塞流工況，如何深入考慮FL作出分析。 為了說明控制閥壓力恢復情況，用壓力恢復系數( pressure recovcry facr。r)F．描述。表示控制閥內部流體流經縮流處后，動能轉換為靜壓的恢復能力，E
是與閥門和流路特性有關的函數。例如，IEC推薦計算流量系數時，直通單座柱塞閥在流開
流向時．

自力式壓力調節閥工作原理
1、 自力式壓力調節閥閥后壓力控制工作原理，工作介質的閥前壓力P1經過閥芯、閥座的節流后，變為閥后壓力P2。P2經過控制管線到達執行器的下膜室內作用在頂盤上，產生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，控制閥后壓力。當閥后壓力P2增加時，P2作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時，頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關向閥座的位置，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時，閥芯與閥座的流通面積減少，流阻變大，從而使P2降為設定值。同理，當閥后壓力P2降低時，作用方向與上述相反，這就是自力式（閥后）壓力調節閥的工作原理。
2、 自力式壓力調節閥閥前壓力控制工作原理，工作介質的閥前壓力P1經過閥芯、閥座后的節流后，變為閥后壓力P2。同時P1經過控制管線輸入到執行器的上膜室內作用在頂盤上，產生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，控制閥前壓力。當閥后壓力P1增加時，P1作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時，頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯向離開閥座的方向移動，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時，閥芯與閥座的流通面積減大，流阻變小，從而使P1降為設定值。同理，當閥后壓力P1降低時，作用方向與上述相反，這就是自力式（閥前）壓力調節閥的工作原理。
電動執行器一般由永磁同步電機，蝸輪蝸桿減速器或行星齒輪減速器，反饋電位器和控制線路，控制器，輸出軸，支架所組成。電機作為動力源，其大小決定了輸出力和扭矩的大小。減速器保證了動作速度。反饋電位器和控制線路可以接受PLC工業計算機輸出的控制信號4-20MA或1-5V來控制電動執行器比例動作，并有反饋信號輸出給控制系統，當達到控制平衡時執行器保持不動狀態。現在控制線路一般都集成一個控制器內，由環氧樹脂灌裝，防潮防震，可靠性高。支架是用來連接調節閥，一端連接電動執行器，一端連接調節閥。輸出軸與調節閥的閥桿相連接，使執行器的輸出力或扭矩傳遞到調節閥，帶動調節閥完成比例控制動作。
在電動調節閥出行信號故障時可以使用手操器來進行遠程手動控制，其可以自動切換自動和手動操作，非常方便。當電源出行故障時就只能現場手動來調節其行程，完成調節過程。電動執行器一般都帶有手動操作部分，這點和氣動調節閥有著不同，后者一般手輪機構都是選配的。

 化工控制系統中的調節閥改造優化
在自動化較高的化工控制系統中，調節閥作為自動調節系統的終端執行裝置，接受控制信號，實現對化工流程的連續調節，運行期間出現的故障直接關系著生產裝置的安全運行。據現場實際統計大約70%的故障來源于調節閥。

      2、阻塞流的產生

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥在流量系數Cv的計算公式中，閥前壓力P1，閥后壓力P2的取壓位置及流體通過調節閥的壓力降變化情況如圖1所示。

圖1  閥內的壓力恢復特性

     閥上壓降為ΔP=P1-P2。按能量守恒定律，在流體縮脈處的流速zui大而壓力zui低，即壓力降zui大，稱為ΔPvc。縮流處后流體流速又減小，直至P2處大部分靜壓得到恢復，此時壓力降為ΔP。

     當介質是液體，在壓差足夠大時，部份液體在該操作溫度下汽化，即發生了閃蒸。液體中夾帶了蒸汽，產生了二相流，液體不再是不可壓縮的，這時即使再增加壓差，流量也不再增加，這種極限流量現象稱為液體阻塞流。

      3、FL的具體分析

      3.1 FL的定義

             FL=Sqt（ΔP/ΔPvc）=Sqt（P1-P2）/（P1-Pvc）        （1）

      3.2  FL的意義

     FL是一個實驗數據，表明了調節閥在液體通過后動能轉變為靜壓能的恢復能力（見圖1），也表明了液體產生阻塞流的臨界條件，故FL又稱為臨界流量系數。提出FL的目的，在于判斷液體通過調節閥時是否產生隆塞流，并用于計算調節閥的zui大允許壓差。

     3.3 阻塞流的判斷

      理論上用與的大小關系來判斷是否產生阻塞流，但在工程計算時用壓差大小來判斷。圖2表明了通過閥門的流量與壓差的關系。

圖2  流量與壓差的關系

     zui大允許壓差定義為ΔPc：

             ΔPc = FL2 ＊ ΔPvc=FL2＊ （P1-F**）       （2）

     Pv：操作溫度下的液體飽和蒸汽壓
      FF：液體臨界壓力比系數

      3.4 決定阻塞流的因素

     從公式2來看，一旦操作工況決定，zui大允許壓差ΔPc與FL有關系。阻塞流的產生與通過調節閥流量的大小，調節閥口徑沒有關系。

      4、FL值的一般規律

     4.1FL值的大小與調節閥的結構形式、流向、開度有關。一般情況下，制造廠提供的FL值是指調節閥全開下的數值。

     4.2幾何結構*相同的調節閥FL值相同，并與口徑無關。同一類型的調節閥由于各制造廠的結構略有不同，故FL也有差別。

     4.3的制造廠提供了各系列調節閥的FL值，國內也有推薦值。詳見表1，表2。

表1 Masoneilan 偏心旋轉閥

表2 國產調節閥FL的推薦值

      4.4 值與調節閥形式、開度的一般關系（參見圖3）

     一般情況下，直行程調節閥的值比旋轉型調節閥的大， 值隨調節閥開度的增加而減小。

圖3  FL值與閥門開度的關系

     （1）DSP球體閥：V口形球閥
      （2）SP球體閥：流開
      （3）偏心旋轉閥：流開
      （4）閥體分離閥：流開
      （5）偏心旋轉閥：流關
      （6）蝶閥（小力矩）
      （7）控制球閥
      （8）閥體分離閥：流關
      （9）DP球體閥：柱塞形閥芯
      （10）SP球體閥：流關
      （11）71000系列角閥：流關

      5、工程設計對FL值的考慮

     5.1工程設計中碰到阻塞流的情況并不多，有時還是工藝要求阻塞流，如液體變氣相作冷劑。但大多數工況要求避免阻塞流。

     5.2要避免阻塞流，可選用FL值較大的調節閥，這樣ΔPc也相應大。選大口徑并不能避免阻塞流。

     5.3對大口徑旋轉閥，要考慮管路大小頭對FL值的修正。

     5.4當制造廠未提供調節閥的FL值時，表4的FL值可作估算參考。

     5.5要考慮FL值與閥門開度、P1與管路流量特性之間的關系。

     由于調節閥Cv值計算只考慮操作工況的某一點，并不能保證所有工況都避免了阻塞流，所以在計算ΔPc時，要從動態的角度來分析。

    對FL，可選用整個開度內的zui小值，一般是全開時的FL值。

     P1一般隨開度增大而減小（或不變），故用zui大流量下的P1來計算ΔPc比較保險。

    如果在調節閥計算時發現FL和P1不符合以上規律，要對選定調節閥各開度的ΔPc進行驗算。

     6、工程實例（見后）

    設計要求：流體介質為高溫油，有粘性。閥體結構要求簡單，能在線維修。選擇Cv值相對大的閥體形式，這樣比較經濟。根據具體參數作計算，結果見計算書。

     6.1工程實例，通過對各制造廠計算書的比較，我們zui終選定了NELES-CONTROL的V型控制球閥，頂部安裝閥芯的形式。從計算結果看，該調節閥基本上避免了阻塞流，結構形式滿足了工藝設計要求。

     6.2從計算結果看，由于在zui小流量時的壓差較大，這時還是產生了阻塞流。考慮到該調節閥對裝置極其重要，閥體、閥芯、閥座均作硬化處理。

7、結束語

    實際工程中對阻塞流的處理還有許多方法，如套筒閥、多級降壓、閥后安裝孔板等，但目的都是一個：通過提高P2，來增加Pvc，從而避免阻塞流。選用FL值較大調節閥是zui直接的方法。

    但是調節閥的zui終選定由諸多因素決定，關鍵是使用工況。上述實例也可選用直通單座閥，但由于結構復雜、價格過高而放棄。與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥