合适的阀门通径有助于确定流量gydF4y2Ba

TgydF4y2Ba在工业中，确定阀门的压降或流量的最常用的方法是获得阀门流量系数gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba从阀门制造商处获取，并将其应用到适当的公式中。如今，大多数阀门制造商都会发布流量系数，以及预测流量与压降的方程。大多数制造商的不可压缩流体(液体)流动方程是正确的。gydF4y2Ba

然而，令人惊讶的是，有多少不同的可压缩流体(气体)流动公式被使用;更糟糕的是，它们提供的答案不尽相同。当通径过小时，不正确的阀门选择可能导致流量不足或噪音，当通径过大时，成本过高。gydF4y2Ba

调节阀的正确尺寸自发明以来一直是个问题。最初，阀门制造商避免使用阀门流量系数和数学公式，通过为每个阀门通径提供水、空气和蒸汽流量的图形或图表。这种系统一直流行到1942年中期，当时的阀门流量系数gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba介绍。的系数gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba用于可压缩流和不可压缩流的计算。gydF4y2Ba

在20世纪50年代和60年代，阀门制造商之间对于应该使用哪种可压缩流体流动方程存在广泛的分歧。过程工业中的一些用户开始意识到，当时使用的可压缩流体流动公式给出的结果不一致，并可能导致严重的尺寸误差。问题的原因是阀门与之相同gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba额定值和不同的形状可能会产生完全不同的气体流动特性。很明显，一个单一的实验确定阀门流量系数gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba不足以描述在整个压降范围内通过阀门的液体和气体流量。gydF4y2Ba

后来成为ISA(北卡罗来纳州三角研究公园)标准的可压缩流体流动公式出现在Les Driskell的一篇文章中gydF4y2Ba烃加工gydF4y2Ba，gydF4y2Ba1969年7月，131页gydF4y2Ba。随后德里斯凯尔的文章gydF4y2BaISA Transactions, Vol. 9, No. 4, 1970;gydF4y2Ba还有他的课本gydF4y2Ba控制阀的选择和尺寸。gydF4y2Ba德里斯凯尔认识到，通过阀门的流动与通过薄的、锋利边缘的流量计孔的流动非常相似。他的工作建立在多年来对精确流量测量的锐边孔板进行研究的坚实基础上。gydF4y2Ba

通过孔板或阀门的压降导致密度降低，因为气体对压降的反应是膨胀。这与液体的情况不同，因为密度不会发生显著变化。质量流量(gydF4y2Ba密度gydF4y2BaxgydF4y2Ba速度gydF4y2BaxgydF4y2Ba流区gydF4y2Ba)在稳定流动中不会沿着流动路径改变，因此膨胀的气体必须加速到更高的速度以保持质量流量。gydF4y2Ba

可压缩流体的孔板流量计流动方程与不可压缩流体的流动方程相同，不同之处在于使用了入口条件下的气体密度，并通过gydF4y2BaYgydF4y2Ba的膨胀系数。膨胀系数是气体的流动系数与液体的流动系数之比。gydF4y2Ba

对于孔板流量计，膨胀系数由经验公式给出。对于阀门来说，膨胀系数反映了流体从阀门入口到阀门入口时密度的变化gydF4y2Ba缩脉gydF4y2Ba以及随着压降的变化静脉收缩面积的变化。阀门膨胀系数公式需要实验确定的临界压降比系数gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

现有的阀门定径方法gydF4y2Ba
从1995年开始，越来越多的阀门制造商开始发布简化的ISA可压缩流体公式，而不是使用ISA可压缩流体公式gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba系数。今天，广泛使用的大多数公式不能准确地预测所有类型的阀门在整个压降范围内的可压缩流体流量。gydF4y2Ba

在回顾的三个阀门制造商的公式中，第一个通过假设简化了ISA方程gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba=每个阀门0.50。第二种方法使用了“下游密度”方程——自19世纪初以来，这个方程被重新发明了很多次，它近似于教科书上导出的可压缩流体通过理想喷嘴的流动方程。另一家制造商使用“平均密度”方程，但将其截断为gydF4y2BapgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/gydF4y2BapgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba= 0.528(根据理想喷嘴的临界压降比计算)。所有这些公式都有可能预测超出实际值的可压缩流体流动。gydF4y2Ba

ISA标准S75.01gydF4y2Ba调节阀定径的流量方程gydF4y2Ba为可压缩流体和不可压缩流体提供优秀的阀门通径方程。当应用这些方程时，无论介质或阀门类型如何，都可以获得整个压降范围内的可靠结果。gydF4y2Ba

第一个图中的计算示例说明了ISA可压缩流体公式对实际流动的准确性，以及使用ISA方程的简化形式时可能出现的显着误差。gydF4y2Ba

可压缩流体压降预测的ISA方程与典型简化方程。gydF4y2Ba

那么，为什么不是每个人都使用ISA标准可压缩流体公式呢?首先，获得实验确定的容量因子所需的测试和数据缩减比传统程序要复杂得多。相关的高成本阻碍了制造商获取这些数据。因此，大多数阀门制造商根本不知道其产品的临界压降比gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba的因素。其次，由于合适的教育材料很少出版，阀门用户没有意识到传统的可压缩流体阀门定径方法是多么接近。gydF4y2Ba

确定gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2BaISA标准S75.02gydF4y2Ba控制阀容量试验程序gydF4y2Ba提供了两种确定阀门流量系数的方法gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba和临界压降比系数gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba。第一个问题是找到最大流量gydF4y2Ba问gydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba}(称为呛流或声波流)，第二种或替代测试程序，通过测试数据的线性曲线拟合获得信息。gydF4y2Ba

在第一个测试程序中，gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba由压降比(gydF4y2BaxgydF4y2Ba= DgydF4y2BapgydF4y2Ba/gydF4y2BapgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba)小于0.02。一个单独的测试来确定gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba要求阀门在其最大流量下进行测试，该流量被ISA定义为“在给定的上游压力下，下游压力的降低不会导致流量增加的流量”。这种测试需要大量的气体，这对于较大的高流量阀门(如球阀和蝶阀)来说是一个重大问题。采用ISA替代测试过程消除了这种高流量测试难度。gydF4y2Ba

并确定了膨胀系数gydF4y2BaYgydF4y2Ba是压降比的线性函数吗gydF4y2BaxgydF4y2Ba。在一个固定的杆行程gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba是常数，但是膨胀系数呢gydF4y2BaYgydF4y2Ba变化与gydF4y2BaxgydF4y2Ba。作为gydF4y2BaxgydF4y2Ba趋近于零(没有展开)，gydF4y2BaYgydF4y2Ba值接近1.0。使用ISA替代测试过程，两者都可以gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba在恒定的上游压力下，通过对阀门进行至少五个宽间距压差测试来确定。从这些数据，值gydF4y2BaYCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba的计算公式为:gydF4y2Ba

然后将测试点绘制为gydF4y2BaYCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba与gydF4y2BaxgydF4y2Ba，对数据拟合线性曲线如图所示。的价值gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba为试验试样取自曲线处gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 0和gydF4y2BaYgydF4y2Ba= 1。自gydF4y2BaYgydF4y2Ba与gydF4y2BaxgydF4y2Ba，可以看出，当Y = 2/3时，流量达到最大值。因此，值gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba为试验试样取自曲线处gydF4y2BaYCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba= 0.66gydF4y2Ba7 cgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba。该方法的优点是可以确定临界压降比系数，而不必实现堵塞流动。gydF4y2Ba

这提供了一个ISA流量系数替代测试方法的例子，膨胀系数Y乘以流量系数Cv与压降比x。gydF4y2Ba

ISA方程gydF4y2Ba
可压缩流体流速的ISA方程是压降比的函数gydF4y2BaxgydF4y2Ba，进口压力gydF4y2BapgydF4y2Ba、温度gydF4y2BaTgydF4y2Ba、流量系数gydF4y2Ba简历gydF4y2Ba、临界压降比系数gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba，气体比重gydF4y2BaGgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba、膨胀系数gydF4y2BaYgydF4y2Ba：gydF4y2Ba

膨胀系数gydF4y2BaYgydF4y2Ba还包括比热比的影响gydF4y2BaFgydF4y2Ba_kgydF4y2Ba可压缩流体对流速的影响。对于空气，两者都有gydF4y2BaFgydF4y2Ba_kgydF4y2Ba和gydF4y2BaGgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba在中等温度和压力下等于1.0。gydF4y2Ba

在进口压力和温度恒定的情况下，由上式预测的流量会上升到最大值，直到gydF4y2BaxgydF4y2Ba=gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba在这一点上gydF4y2BaYgydF4y2Ba= 2/3。流条件下的值gydF4y2BaxgydF4y2Ba超过gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba被称为堵塞流。当喷流到达阀门时，就会发生窒息gydF4y2Ba缩脉gydF4y2Ba以声速达到其最大横截面积。在此之后，无论下游压力如何降低，流量都不会进一步增加。gydF4y2Ba

发生阻塞流时，将上述ISA方程修改为:gydF4y2Ba

流量对gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba不同流道的阀门，其临界压降比系数有明显差异。具有复杂或迂回流道的阀门几何形状往往具有更高的数值gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba比具有平滑、无阻塞流道的阀门更有价值。因此，两个阀门具有相同的流量系数gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba但是不同的gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba数值会产生显著不同的流量。gydF4y2Ba

例如，将一个全开球阀与一个全开球阀进行比较gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba1.0和angydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba与0.14的针型截止阀相同gydF4y2BaCgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba但是拥有一个gydF4y2BaxgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba0.84。假设上游压力维持在100 psia (6.9 bar)和70°F(21°C)。在低值时，流量是相同的gydF4y2BaxgydF4y2Ba。作为gydF4y2BaxgydF4y2Ba增加，流量就变得很不一样了。球阀的最大流量在gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 0.14，针阀在。时达到最大流量gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 0.84。针阀在堵塞流时的流量几乎是球阀的两倍!gydF4y2Ba

消除过程中可变性的来源比以往任何时候都更加重要，消除可变性的关键是确保阀门的通径适合应用的操作范围。可压缩流体阀门选型的新时代即将来临;一个需要猜测或使用过时的流量数据是不必要的。在这个时代，精确的阀门定径几乎不费力气。gydF4y2Ba

解决测试问题gydF4y2Ba

DgydF4y2Ba尽管ISA S75.02测试程序有优点，但存在测试成本的问题。帕克·汉尼芬(俄亥俄州克利夫兰)仪表阀门部门通过开发自动化测试设备解决了这个问题，减少了测试时间，消除了人工数据减少。上的数据gydF4y2BaCgydF4y2BavgydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba快速获得，立即自动减少，并在进行下一个测试样品之前检查测试错误。结果将存档在数据库中以供永久参考。用户可以确保在标准化条件下获得可靠的数据。gydF4y2Ba 一台运行Microsoft Windows NT的个人计算机(PC)控制测试并汇总测试数据。与其浪费时间手动调节流量和压降，不如使用伺服控制的节流阀。该阀门由派克计算机数字运动控制系统驱动，由PC机监督。节流阀有足够的流量测试2-in。高流量阀门，但可以重新定位到远低于0.0001-in的位置。测试较小仪表阀门时。gydF4y2Ba 一组四个热质量流量计用于覆盖10,000:1的流量范围。通过计算机控制选择合适的流量计，在接受数据之前，PC检查读数是否在所选仪表的校准流量范围内。gydF4y2Ba 用数字输出传感器测量试样的进口压力和差压。同样，计算机将拒绝太低而无法准确测量的值。gydF4y2Ba 当测试进行时，测试数据被减少，结果以ISA S75.02要求的形式实时绘制在监视器上。通过最小二乘曲线拟合来拟合一条直线，每当获得新的数据点时，曲线就会更新。电脑会自动计算gydF4y2BaCgydF4y2BavgydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba从方程的最小二乘曲线拟合，并将这些值显示在屏幕上。在接受数据之前，操作人员会检查图表以确保没有异常。gydF4y2Ba 它只需要几分钟流动测试试样与帕克试验台，并有准确的结果的高度保证。有一套标准的测试样本，并定期重新测试以验证可重复性。当然，仪器是在质量保证部门的监督下定期校准的。gydF4y2Ba 约翰·h·托马斯，帕克·汉尼芬gydF4y2Ba

代表gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba例子gydF4y2Ba

RgydF4y2BaepresentativegydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba值在ISA S75.01中提供，但该标准提醒用户获取制造商的gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba值。使用ISA S75.02替代方法测试派克阀提供了大量关于不同类型阀门流动特性的知识。虽然gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba获得的值支持数值较低的事实gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba在具有平滑、畅通的流道的阀门中找到值，没有什么可以代替获得正确的值gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba制造商提供的数值，以便进行适当的流量计算。gydF4y2Ba 仪表阀门在功能上与较大的通用应用阀门相对应。虽然这可以用一些工业阀门来证明，但是gydF4y2BaCgydF4y2BavgydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba下面是几个派克仪表阀门的值。gydF4y2Ba 对相同通径的阀门进行了比较，证明了流道和设计对容量因子的显著影响。gydF4y2Ba 针形阀的横截面(见图)是典型的带有调节杆型的FNPT端口针形阀或截止阀设计，在这种情况下，流体进入阀座下方，经过几个剧烈的旋转后离开阀门。FNPT口球阀内的流体不需要改变方向。gydF4y2Ba 这两个阀门的孔通径相同，为0.188英寸。，但是……gydF4y2Ba简历gydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba针阀分别为0.58和0.83，而gydF4y2Ba简历gydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba球阀的规格分别为1.02和0.42。gydF4y2Ba 众所周知，阀杆产生的设计不同gydF4y2Ba简历gydF4y2Ba，但它们也产生不同的gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba的年代。所示的针形阀可以配置钝阀杆和调节阀杆。钝阀杆选项将增加gydF4y2Ba简历gydF4y2Ba减少gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba。gydF4y2Ba 相同通孔通径的球阀可以产生不同的gydF4y2Ba简历gydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba值，但差异通常很小。B系列和MB系列压缩端口球阀的通径为0.188英寸。孔口，但设计不同。的gydF4y2Ba简历gydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2BaB系列的值为1.04和0.42;与gydF4y2BaCgydF4y2BaVgydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba阀门MB系列的值为1.08和0.36。在MB系列球阀中，不变化的流动面积有助于提高流量gydF4y2BaCgydF4y2BaVgydF4y2Ba还有一个更低的gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba。gydF4y2Ba 所示的两个止回阀的设计很好地体现了流道对两个容量因子的影响。这里，两个阀门相同的1/4-in。面密封端口和相同的0.188-in。孔。的gydF4y2Ba简历gydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2BaC系列止回阀的值为0.75和0.53，因为流动路径不像CO系列止回阀那样曲折gydF4y2Ba简历gydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba值为0.62和0.73。gydF4y2Ba Parker的仪表阀门部门正在将容量因素纳入其基于Microsoft windows的产品选择软件inPHorm中，因此阀门尺寸将完全自动化。用户不需要直接使用公式，甚至不需要查找gydF4y2BaCgydF4y2BavgydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2BaTgydF4y2Ba值。gydF4y2Ba 约翰·h·托马斯，帕克·汉尼芬gydF4y2Ba

John Thomas，体育博士是派克汉尼汾公司仪表阀门部门的高级工程师。他的大部分职业生涯都与阀门有关，包括核、工业和仪器仪表应用阀门的设计和应力分析。他在阀门设计方面拥有多项美国专利，并发表了一项阀门高温设计技术。他毕业于宾夕法尼亚州匹兹堡的波因特公园学院(Point Park College)。他是ISA, ASTM, SEMI和ASME的成员。gydF4y2Ba 评论?电子邮件gydF4y2Badharrold@cahners.comgydF4y2Ba

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