KV值计算新公式

4 KV值计算新公式

目前，调节阀计算技术国外发展很快，就KV值计算公式而言，早在20世纪70年代初ISA（国际标准协会标准）就规定了新的计算公式，国际电工委员会IEC也正在制定常用介质的计算公式。下面介绍一种在平均重度法公式基础上加以修正的新公式。

4.1 原公式推导中存在的问题

在前节的KV值计算公式推导中，我们可以看出原公式推导中存在如下问题： （1）把调节阀模拟为简单形式来推导后，未考虑与不同阀结构实际流动之间的修正问题。

（2）在饱和状态下，阻塞流动（即流量不再随压差的增加）的差压条件为△P／P=0.5 ，同样未考虑不同阀结构对该临界点的影响问题。 （3）未考虑低雷诺数和安装条件的影响。

4.2 压力恢复系数 FL

由P1在原公式的推导中，认为调节阀节流处由P1直接下降到P2，见图2－3中虚线所示。但实际上，压力变化曲线如图2－3中实线所示，存在差压力恢复的情况。不同结构的阀，压力恢复的情况不同。阻力越小的阀，恢复越厉害，越偏离原推导公式的压力曲线，原公式计算的结果与实际误差越大。因此，引入一个表示阀压力恢复程度的系数FL来对原公式进行修正。FL称为压力恢复系数（Pressure reecvery factor），其表达式为:

(9)

式中， 、 表示产生闪蒸时的缩流处压差和阀前后

压差。

图2-3 阀内的压力恢复

关键是FL的试验问题。用透明阀体试验，将会发现当节流处产生闪蒸，即在节流处产生气泡群时，Q就基本上不随着△P的增加而增加。这个试验说明：产生闪蒸的临界压差就是产生阻塞流的临界压差，故FL又称临界流量系数（Critical flow factor），因此FL既可表示不同阀结构造成的压力恢复，以修正不同阀结构造成的流量系数计算误差，又可用于对正常流动，阻塞流动的差别，即FL定义公式（9）中的压差△Pc就是该试验阀产生阻塞流动的临界压差。这样，当△P＜△Pc时为正常流动，当△P≥△Pc时为阻塞流动。从（9）公式中我们即可解出液体介质的△Pc为： △Pc = FL(P1-Pv) (10) 由试验确定的各类阀的FL值见表2－3。

4.3 梅索尼兰公司的公式——FL修正法 1）对流体计算公式的修正

当△P＜△PC时，为正常流动，仍采用原公式（4）；当△P≥△Pc时，因△P增加Q基本不增加，故以△Pc值而不是△P值代入公式（4）计算即可。当△Pv≥0.5P1时，意味差有较大的闪蒸，此时△Pc还应修正，由试验获得：

(11)

式中：Pc表示液体热力学临界点压力，见表2－4。 2）对气体计算公式的修正

原产生阻塞流的临界差压条件是△Pc＝0.5P1，即固定在△P／P1＝0.5处，这和实际情况出入较大。实际上△Pc仍与FL有关，由试验得临界压差条件为：△Pc ＝ 0.5 FL P1 （12）

利用FL概念推得的新公式有好几种，但以在原平均重度法公式基础上修正的新公式最简单、方便，即平均重度修正法，它只需将原阻塞流动下的计算公式除上FL即可。若要更精确些，则再除上一个系数（y－0.14y），其中

。蒸气计算公式的修正同上。为了便于比较、应用，将采用FL

修正的新公式和原公式汇总于表2－2中。归纳起来，有两个不同：一是流动状态差别式不同；二是在阻塞流动的情况下计算公式不同。引入了3个新的参数：FL、PC、（y－0.148y）

原计算公式

流动

流动状态判

介 质 状态 计算式

别

一般流动

无

当

液

阻 体

塞 流 动

时

当

时

新计算公式

流动状态判断

计算式 同原计算式

- -

一般 △P/P1 <

0.5 气 流动 体 阻塞

流动

同原计算式

原计算式乘或

一般 流动 饱 和 蒸

阻塞 气

流动 蒸 气

一般 流动

同气体

同气体

同气体

同气体

同原计算式

原计算式乘

同气体

同气体

或

同原计算式

过 热 蒸

阻塞 气

流动

原计算式乘

同气体

同气体

或

Q：液体流量 m/h 表 中 代 号 及 单 位

QN：气体流量 Nm/h GS：蒸气流量 kgf/h r：液体重度 g/cm rn：气体重度 kg/Nm P1：阀前压力 100KPa P2：阀后压力 100KPa △P：压差 100KPa

其中

※ Pv：饱和蒸气压100KPa

Pc：临界点压力（见表2-4） FL：压力恢复系数（见表2-3） t：摄氏温度 ℃ tsh：过热温度 ℃

△Pc：临界压差 100KPa

※ 可查GB2624-81或理化数据手册。蒸气、气体压力为绝压。

表2-3 FL值

调 节 阀 形 式

单 座 调 节 阀 双 座 调节阀

柱塞形阀芯 “V”形阀芯 套筒形阀芯 柱塞形阀芯 “V”形阀芯 柱塞形阀芯

角型调节阀

套筒形阀芯 文丘里形 “O”型 “V”型 60°全开 90°全开

偏心旋转阀

流向 流开 流闭 任意流向 流开 流闭 任意流向 任意流向 流开 流闭 流开 流闭 流闭 任意流向 任意流向 任意流向 任意流向 流开

FL值 0.90 0.80 0.90 0.90 0.80 0.85 0.90 0.80 0.90 0.85 0.80 0.50 0.55 0.57 0.68 0.55 0.85

球阀 蝶阀

3）公式计算步骤

第一步：根据已知条件查参数：FL、Pc； 第二步：决定流动状态。

液体：①判别 Pv 是大于还是小于0.5P1； ②由①采用相应的△Pc公式：

③△P＜△Pc为一般流动；△P≥△Pc为阻塞流动。

气体： 为一般流动， 为阻塞流动。

第三步：根据流动状态采用相应Kv值计算公式。

4）计算举例

例1 介质液氨，t＝33℃，r＝0.59，Q＝13t／h，P1＝530×100KPa，P2＝70×100KPa，△P＝460×100KPa，Pv＝15×100KPa，选用高压阀，流闭型。 第一步：查表得FL＝0.8，Pc＝114.5×100KPa 第二步： ∵0.5P1＝265＞Pv

∴△Pc＝FL（P1－Pv）＝329。 △P＞△Pc，为阻塞流动。 第三步：采用阻塞流动公式

例2 介质空气，t＝20℃，rN＝1，QN＝100M/h，P1＝2×100KPa（绝压），P2＝1.5×100KPa（绝压），△P＝0.5×100KPa，选用单座阀，流开型。 第一步：查表FL＝0.9 第二步：

＝ 0.25＜0.5FL ＝0.5×0.92＝0.4为一般流动。

第三步：采用一般流动Kv值计算公式

例3 在例2基础上，改P2＝1.1×100KPa（绝压），即△P＝0.9×100KPa ∵

＝0.45＞0.5FL＝0.4

∴为阻塞流动。采用公式为：

若要更准确些时，上式再除以（y－0.148y），即

其中，

y －0.148y＝0.93

表2-4 临界压力 Pc 介质名称 醋酸 丙酮 乙炔 空气 PC（100KPa 绝压） 59 48.4 63.7 38.2 介质名称 甲烷 甲醇 氧 氧化氯 PC（100Kpa 绝压） 47.2 81 51.2 73.8 氨 氮 氟 氦 氢 氩 苯

二氧化碳 一氧化碳

辛烷 氯 乙烷 乙醇 氯化氢 丙烷 二氧化硫 水 戊烷 114.5 34.5 25.7 2.33 13.1 49.4 49 75 36 25.4 73 50.2 65 84 43.2 80 224 34

表2-4 临界压力 Pc 介质名称 醋酸 丙酮 乙炔 空气 PC（100KPa 绝压） 59 48.4 63.7 38.2 介质名称 甲烷 甲醇 氧 氧化氯 PC（100Kpa 绝压） 47.2 81 51.2 73.8 氨 氮 氟 氦 氢 氩 苯

二氧化碳 一氧化碳

辛烷 氯 乙烷 乙醇 氯化氢 丙烷 二氧化硫 水 戊烷 114.5 34.5 25.7 2.33 13.1 49.4 49 75 36 25.4 73 50.2 65 84 43.2 80 224 34

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