调节阀流量的计算方法北京航空航天大学(北京100083)北京卫星环境工程研究所付卫东袁修干黄本诚王立摘要根据调节阀的流量特性,采用严格的数学方法,推导出能方便地计算流过调节阀流体流量的公式,并通过试验对公式进行验证。该数学模型有工程应用价值。叙词调节阀流量特性数学模型符号说明Δp———调节阀的压差,Pap———流体压力,Pau———流体速度,m/sρ———流体密度,kg/m3C———流通能力,m3/hk———调节阀常数,m2/skp———某压差下的常数,m2/sk0———常数,m2/sq———流体体积流量,m3/sqmax———某压差下调节阀最大流量,m3/sqmin———某压差下调节阀最小流量,m3/sA———圆管横截面积,m2ζ———阻力系数ζmax———某压差下调节阀最大阻力系数ζmin———某压差下调节阀最小阻力系数Re———雷诺数l———调节阀的相对开度调节阀作为调节管路系统流体传输的重要元件,已广泛地应用于化工、液压和环控等领域。文献〔1〕对调节阀的工作原理、通流性能及调节阀的选择进行了较为详细的论述,但是没有给出适应工作状态下,能比较方便计算流过调节阀流体动态参数的公式。工程上采用调节阀对管路系统进行调节时,通常希望在给定调节阀的开度下,对于一定类型的调节阀能直接计算出流过调节阀的流量或压差,以便进行管路系统的分析、研究及设计。1调节阀的基本概念调节阀在前后压差恒定的情况下得到的流量特性称为理想流量特性。典型的理想流量特性有直线流量特性(简称直线调节阀)、等百分比流量特性(简称等百分比调节阀)等。直线流量特性是指调节阀的相对流量变化与相对开度成直线关系,等百分比流量特性亦称对数流量特性,它是指调节阀的相对流量变化与相对开度成指数关系。调节阀的工作流量特性是指调节阀在前后压差随负荷变化的工作条件下,调节阀的相对开度与相对流量之间的关系,常用的调节阀的流量计算公式为q=CΔpp,工业上调节阀的额定流通能力C100为,调节阀全开时,阀两端压差为105Pa,流体密度为1g/cm3,每小时流经调节阀的流量数,以m3/h计。对于任意压差及任意的流体介质,调节阀在调节时,阀口流通面积是变化的,C不是一个定值,这样在工程计算中应用很不方便。2数学模型的建立推导调节阀的动态数学模型时假设:(1)调节阀中流体流动是一维的。(2)调节阀前流体的雷诺数大于103。由文献〔2〕可知,流过调节阀的压差Δp=ζρu22,则可推导得—4—阀门1999年第1期q=Aζ2Δpρ(1)由文献〔2〕、〔3〕可知,式(1)中阻力系数ζ在雷诺数Re大于一定值时,只与调节阀的形状及开度有关。211直线调节阀对于直线调节阀由其流量特性可知,在某个Δp下qqmax=kpl+qminqmax(2)qmax=Aζmin2Δpρ,qmin=Aζmax2Δpρ(3)将式(1)及式(3)代入式(2),可得ζminζ=kpl+ζminζmax(4)由于ζ与压力无关,因此ζmin、ζmax均为在任何压差下都不变的常数。由式(4)可知,kp与压力无关,即说明在任何压差下kp为不变的常数。将式(4)中的ζ代入式(1)得q=(kl+k0)Δpρ(5)其中k=Akp2ζmin,k0=A2ζmax,式(5)即为要推导的直线调节阀的动态参数计算公式。若已知调节阀的额定流通能力C100,则k+k0=C10036000。若还已知调节阀在此额定状态下的最小流量,则k0=qmin10。这个方程可以计算出给定压差和开度下的流量,或给定流量和开度下的压差,以便进行调节阀前后参数变化情况分析,乃至整个系统的分析和建模。212等百分比调节阀对于等百分比调节阀由其流量特性可知,在某个Δp下lnqqmax=kpl+lnqminqmax(6)将式(1)及式(3)代入式(6),可得lnζminζ=kpl+lnζminζmax(7)将式(7)中的ζ代入式(1),得q=ekl+k0Δpρ(8)其中k=kp,k0=ln(A2ζmax),式(8)即为等百分比调节阀的动态参数计算公式。若已知调节阀的额定流通能力C100,则k+k0=lnC10036000。若还已知调节阀在此额定状态下的最小流量,则k0=lnqmin10。3试验为了验证本文的结论,对流体介质为蒸馏水的管路系统进行试验,试验的调节阀为直线调节阀,其额定流通能力C100为115m3/h。调节阀前后安装了压力传感器,阀前安装流量计,通过计算机控制调节阀的开度,读取压力传感器和流量传感器的数值。然后用测量出的开度和压力值,通过式(5)计算出流量值。比较计算值与实验值(图1),两者的差别很小。说明本文提供的方程是...
