节流阀计算
液压传动与控制问答题
液压传动与控制问答题１、画出液控单向阀的图形符号；并根据图形符号简要说明其工作原理。
答：（1）（2）a当压力油从油口P1进入，克服弹簧力，推开单向阀阀芯，压力油从油口P2流出；b当压力油需从油口P2进入，从油口P1流出时，控制油口K须通入压力油，将单向阀阀芯打开。
2、比较节流阀和调速阀的主要异同点。
答：（1）结构方面：调速阀是由定差减压阀和节流阀组合而成，节流阀中没有定差减压阀。
（2）性能方面：a相同点：通过改变节流阀开口的大小都可以调节执行元件的速度。
b不同点：当节流阀的开口调定后，负载的变化对其流量稳定性的影响较大。
而调速阀，当其中节流阀的开口调定后，调速阀中的定差减压阀则自动补偿负载变化的影响，使节流阀前后的压差基本为一定值，基本消除了负载变化对流量的影响。
3、低压齿轮泵泄漏的途径有哪几条？中高压齿轮泵常采用什么措施来提高工作压力的？答：（1）低压齿轮泵泄漏有三条途径：一是齿轮端面与前后端盖间的端面间隙，二是齿顶与泵体内壁间的径向间隙，三是两轮齿啮合处的啮合线的缝隙。
（2）中高压齿轮泵常采用端面间隙能自动补偿的结构，如：浮动轴套结构，浮动（或弹性）侧板结构等。
4、何谓液压传动？其基本工作原理是怎样的?答：（1）液压传动是以液体为工作介质，利用液体的压力能来实现运动和力的传递的一种传动方式。
（2）液压传动的基本原理为帕斯卡原理，在密闭的容器内液体依靠密封容积的变化传递运动，依靠液体的静压力传递动力。
5、现有两个压力阀，由于铭牌脱落，分不清哪个是溢流阀，哪个是减压阀，又不希望把阀拆开，如何根据其特点作出正确判断？答：从外观上看溢流阀有进油口、出油口和控制油口，减压阀不但有进油口、出油口和控制油口，还多一个外泄油口。
从而进行判断。
6、容积节流调速回路的优点是什么？试与节流调速回路、容积调速回路比较说明。
答：节流调速回路具有低速稳定性好，而回路效率低的特点；容积调速回路具有低速稳定性较差，而回路效率高的特点；容积节流调速回路的优点是具有低速稳定性好，而回路效率介于前二者之间，即回路效率较高的特点。
节流阀
四、高压节流阀件的研究节流阀是接在节流管线上，用控制节流阀通道大小来对液流造成阻力而生成回压，使井内流体在受控下流出的零部件。
在众多的阀门中，节流阀就是其中一种。
在压井施工中，节流阀是为了提高环空流动阻力而在循环通路的末端人为设置的一个流动障碍，流体流经节流阀时，产生一个适当的流动阻力，这个阻力通过流体传递到井底，以弥补不足的井底压力。
而当节流阀应用在节流管汇，其作用是控制流量，用于保持整个油气生产系统的压力。
可以说节流阀是节流系统的核心部件。
所以要解决节流系统在高压井中的井控问题，首先需要进行高压节流阀的研究。
为了实现对流体的控制，阀门一般应具备以下性能：即密封性能、强度性能、调节性能、动作性能和流通性能。
对于大多数阀门来说，密封问题是首要问题。
但对于安装在节流管汇、井口采油树或压井管汇上的节流阀等调节类阀，除了对密封和强度的基本要求外，其调节性能的优劣具有重要意义。
在塔里木油田现场，普遍使用的节流阀是针形阀，亦即锥形阀。
通过在现场的调研及实践，在锥阀的使用过程中，常出现许多对油气田生产不利的现象，如噪声大，阀杆振动，严重的甚至会造成阀杆断裂，阀座刺穿。
针对这种情况，进行高压节流阀的研究十分必要。
4．1 节流阀的流体力学及动力学理论分析4．1．1 管内流动粘性是流体的固有属性。
在油田现场的管道中的真实流动都是具有粘性的流动。
但是由于常见的液体和气体的粘性系数µ的数值很小，因而在速度梯度不是很大的流场中，粘性力相对于其它力而言为小量，故可不考虑粘性力的作用，从而可以假定为理想流体；但在采油井口的油气采输，管道输送以及压井施工中，由于在管道存在速度梯度很大的区域，则必须考虑粘性力的作用。
对于复杂的流动问题目前只有某些特殊问题，才可以完全用理论方法来求解，而大量实际问题如节流阀（复杂的三维非等截面弯管）中的流动则主要是依靠数值计算方法和实验的方法来求解。
由于实际实验的方法成本较高，故本文采用计算机数值模拟计算。
节流阀的流量计算公式
节流阀的流量计算公式节流阀是一种常见的控制流量的装置，在许多工程和工业应用中都发挥着重要作用。
要理解节流阀的工作原理和性能，掌握其流量计算公式是关键。
先来说说节流阀是啥。
打个比方，咱家里的水龙头，拧大拧小能控制水流的大小，这节流阀就跟水龙头有点像，只不过它控制的可能不是水，而是各种液体或者气体的流量。
那节流阀的流量计算公式是咋来的呢？这就得从流体力学的一些基本原理说起。
咱们先得明白一个概念，叫“节流效应”。
简单来说，就是当流体通过一个狭窄通道的时候，压力会下降，速度会增加，流量也会相应发生变化。
节流阀的流量计算公式通常会涉及到一些参数，比如节流口的形状、大小，流体的压力、温度、密度等等。
常见的公式有好几种，比如薄壁小孔节流公式、短孔节流公式、细长孔节流公式。
咱拿薄壁小孔节流公式来说，它长这样：Q = Cq A √(2ΔP / ρ) 。
这里的 Q 就是流量啦，Cq 是流量系数，A 是节流口的面积，ΔP 是节流阀前后的压力差，ρ 是流体的密度。
给您讲讲我之前遇到的一个事儿。
有一次在工厂里，设备出了点问题，流量一直不稳定。
我们几个技术人员就围着那节流阀琢磨。
我拿着图纸，对照着上面的参数，一个一个去测量，计算。
那时候可紧张了，因为生产线上还等着这设备恢复正常运行呢。
我满头大汗，一边擦汗一边反复核算那些数据，就怕哪里出错。
最后发现是节流口有点堵塞，清理之后，再根据公式重新调整了参数，流量终于正常了，大家都松了一口气。
再说短孔节流公式和细长孔节流公式，它们适用的情况不太一样。
短孔节流公式在压力差较大的时候更适用，而细长孔节流公式则在液体黏度影响较大的时候用得多。
在实际应用中，要准确使用这些公式，可不能马虎。
得把各种因素都考虑周全，测量的数据也要精确，不然算出来的流量可就不准啦。
而且不同的流体特性也会对结果产生影响，比如黏性大的流体和黏性小的流体，那计算结果可能就差别不小。
总之，节流阀的流量计算公式虽然看起来有点复杂，但只要咱搞清楚原理，结合实际情况，认真测量和计算，就能让节流阀乖乖听话，为我们的生产和工程服务。
调节阀的流通能力Kv值计算
调节阀的流通能力Kv值，是调节阀的重要参数，它反映流体通过调节阀的能力，也就是调节阀的容量。
根据调节阀流通能力Kv值的计算，就可以确定选择调节阀的口径。
为了正确选择调节阀的尺寸，必须准确计算调节阀的额定流量系数Kv值。
调节阀额定流量系数的定义是：在规定条件下，即控制阀的两端压差为105Pa，流体的密度为1g/cm3，额定行程时流经调节阀以m3/h或t/h的流量数。
1.一般液体的Kv值计算a.非阻塞流式中：FL—压力恢复系数，查表1。
FF—液体临界压力比系数，F=0.96-0.28Pv—调节阀入口温度下，液体的饱和蒸汽压（绝对压力），查表4～表10。
Pc—物质热力学临界压力，查表2和表3。
QL—液体流量m3/h。
ρ—液体密度g/cm3P1—阀前压力（绝对压力）KPa.P2—阀后压力（绝对压力）KPa.b.阻塞流式中：各字母含义及单位同前。
2.低雷诺数修正（高粘度液体Kv值的计算）液体粘度过高时，由于雷诺数下降，改变了流体的流动状态，在Re<2300时流体处于低速层流，这样按原来公式计算出的Kv值，误差较大，必须进行修正。
此时计算公式为：式中：φ—粘度修正系数，由Re查图求得。
对于单座调节阀、套筒调节阀、角形阀等只有一个流路的调节阀：Re=70000对于双座调节阀、蝶阀等具有二个平行流路的阀门：Re=49600式中：K''v—不考虑粘度修正时计算的流通能力。
γ—流体运动粘度mm2/s。
雷诺数Re粘度修正曲线3.气体的Kv值的计算：a.一般气体当P2>0.5P1时当P2≤0.5P1时式中：Qg—标准状态下气体流量m3/h，Pm—(P1、P2为绝对压力)KPa,△P=P1-P2G—气体比重（空气G=1），t—气体温度℃b.高压气体（PN>10MPa）当P2>0.5P1时，当P2≤0.5P1时，式中：Z—气体压缩系数，可查GB2624-81《流量测量节流装置的设计安装和使用》。
控压钻井常用节流阀节流精度对比分析
82控压钻井技术作为一种解决井漏、窄密度窗口等复杂条件下钻井的新技术，目前已得到认可和推广。
作为截流管汇中控压的节流阀，其开度的改变程度，直接影响回压的大小，从而影响控压钻井的效果，为此工作稳定、使用寿命长、精确控压等成为对节流阀的基本要求。
通过对新疆油田常用的两种节流阀结构对比、孔板式节流阀阀板两种结构水力分析等，指出了今后节流阀精准控压使用的方向，以便更好地应用于现场。
1 常用两种节流阀结构对比分析控压钻井中，目前常用于现场的节流阀有有锥形和孔板式两种结构。
锥形节流阀适用于小排量工况下的节流控压，其采用一端悬空、一端固定的悬臂梁结构，在高压差节流下易发生阀芯震荡而断裂，因而不具备精确控压的基本要求；而另一种节流阀为孔板式，是采用两只光洁度较高的阀板重合、角行程转化为节流面积改变的方式来实现压差调节，相比锥形节流阀而言，面接触式的节流阀，其先天的稳定结构设计降压效果比较好、能够提供较大的回压，且阀件稳定、使用寿命长，但缺点是在较高节流压力下阀开度的调节比较吃力。
2 孔板式节流阀阀板水力分析用于油田生产的孔板式节流阀阀板有两种结构方式，一种为对称扇面重叠孔板节流结构，一种为对称圆孔重叠节流结构。
扇形结构阀板的特点是节流阀孔为扇面形，对称圆孔形阀板结构特点是对称圆孔而非扇面，它们的截流原理都是通过改变板面重叠面积来实现节流压差的改变。
2.1 节流阀压降水力学原理控压钻井工程中，钻井液通过节流阀产生的压降，即为所需回压，节流阀压降的水力计算公式为：P =ρ/2C 2 *（Q/A 0）2式中：P —节流压降，Pa；ρ—钻井液密度，kg/m 3； Q —钻井液排量，L/s；A 0—节流面积，mm 2；C —流量系数。
2.2 两种阀板过流面积与开度对应关系分析以控压钻井用4-1/16″两种扇面式和圆孔形节流阀（最大重合面积均相同）为研究对象，按节流阀压降水力学原理，进行节流阀过流面积与开度对应变化分析，发现扇形节流阀节流过流面积随开度的变化呈线性关系，但在开度达到60°时存在过流面积变化畸变点，而对称圆孔形阀板过流面积与开度的变化呈非线性，在36°开度以后表现出明显的指数关系。
液压计算题
七、计算题1．某轴向柱塞泵直径d=22mm，分度圆直径D = 68mm，柱塞数z =7，当斜盘倾角为α= 22°30′，转速n=960r/min，输出压力p=10MPa，容积效率ηv=，机械效率ηM=时，试求：1）泵的理论流量；（m3/s）2）泵的实际流量；（m3/s）3）所需电机功率。
（kW）（0 .0012；0 .00114 ；）2．有一径向柱塞液压马达，其平均输出扭矩T=，工作压力p=5MPa，最小转速n min=2 r/min，最大转速n max=300 r/min，容积效率ηv=，求所需的最小流量和最大流量为多少（m3/s）（×10-6；170×10-6）3．有一齿轮泵，铭牌上注明额定压力为10Mpa，额定流量为16l/min，额定转速为1000r/m，拆开实测齿数z=12，齿宽B=26mm，齿顶圆直径D e＝45mm，求：1）泵在额定工况下的容积效率ηv(%)；2）在上述情况下，当电机的输出功率为时，求泵的机械效率ηm和总效率η(%)。
；、86)4.用一定量泵驱动单活塞杆液压缸，已知活塞直径D=100mm，活塞杆直径d=70mm，被驱动的负载∑R=×105N。
有杆腔回油背压为，设缸的容积效率ηv=，机械效率ηm=，液压泵的总效率η=。
求：1）当活塞运动速度为100mm/s时液压泵的流量（l/min）；2）电机的输出功率（kW）。
；5．有一液压泵，当负载压力为p＝80×105Pa时，输出流量为96l/mi n，而负载压力为100×105Pa时，输出流量为94l/min。
用此泵带动一排量V=80cm3/r的液压马达，当负载扭矩为120Ｎ.ｍ时，液压马达机械效率为，其转速为1100r/min。
求此时液压马达的容积效率。
（%）（）6．增压缸大腔直径D=90mm，小腔直径d=40mm，进口压力为p1＝63×105Pa ，流量为q1=0.001 m3/s，不计摩擦和泄漏，求出口压力p2和流量q2各为多少（MPa、m3/s）（；0 .198×10-3）7．在图示液压系统中，泵的额定压力为p s＝25×105Pa，流量q=10l/min，溢流阀调定压力p y＝18×105Pa，两油缸活塞面积相等，A1=A2=30 cm2，负载R1=3000N，R2=4200N其他忽略不计。
节流阀的设计及选型
合物的条件下允许达到的膨胀程度
1）节流阀1后的压力：由基础知料可知，井口温度：60℃；井口压力：16MPa ，即节流阀1前的温度和压力分别为t1=60℃；P1=16MPa。
查图4.1在该条件下，不形成水合物的天然气最终压力取为11MPa，即经过节流阀1节流后的压力P2为11MPa。
参考文献
[1] 梁平,王天祥. 天然气集输技术[M]. 北京:石油工业出版社,2008
[2] 曾自强,张育芳. 天然气集输工程[M]. 北京:石油工业出版社,2001
[3] 油田油气集输设计技术手册编写组. 油田油气技术设计技术手册[M]. 北京:石油工业出版社,1995
[4] 中国石油天然气集团公司规划设计总院. 油气田常用阀门选用手册[M]. 北京:石油工业出版社,2000
图4.2 给定压力降所引起的温度降
1）节流阀1后的温度：
令经节流阀1节流后的温度为t2，
查图4.2在压降ΔP=5MPa,初压P1=16MPa的条件下，温度降Δt=16℃。
则经过节流阀1节流后的温度为：
2）节流阀7后的温度：
令经节流阀7节流后的温度为t3，
查图4.2在压降ΔP=5MPa，初压P2=11MPa的条件下，温度降Δt=20℃。
+44 1.39%+28.97 0.68%+18 0.10%
= 21.47
3.1.2 空气相对分子质量
查表得到空气的相对分子质量是28.97
3.1.3 天然气的相对密度
由：
得：
4 节流阀设计计算
4.1 节流阀后的压力和温度
4.1.1 节流阀后的压力
由于天然气的相对密度S为0.74，近似地看做0.7，求节流阀后压力参照图4.1。
Lee公司节流阀的流阻计算公式
液流流阻定律如下：
当在 25psi 的压差，温度为 80℉的情况下用水进行试验，并且流量单位为加仑/分钟时， 有如下关系：
Lohms=100/I I=100/Lohms 注：1 对温度为 80℉的水，V 和 S 都等于 1。
力足够大以使下游压力对流速没什么影响。为精确确定上游绝对压力，有必要使用合适的压 力计来测量大气压力。气压计的测量结果通常用英寸汞柱的单位来表示，而表压读数是用 psig 的单位来表示的。因此，要将气压计读数转换成 psia，再加上表压的读数，得到用 psia 来表示的压力值。
压力（psia）=压力（psig）+0.4912×压力（英寸汞柱，温度 32℉） 例子 问题：入口压力为 10psig,出口为大气（压力为 29.5 英寸汞柱）,温度为 70℉,气体为氮气， 流量为 2.00 标准升/分钟的情况下,节流口的流阻是多大? 解:
一氧化碳 空气 乙烷 氧气 氩气
二氧化碳 二氧化氮 二氧化硫
氟 12
表 37 质量流量单位
psia
Bar
Kpa
mm.Hg
PPH
Lbm/s kg/min
PPH
kg/min kg/min mg/min
11.6 0.00322 0.0876
168
1.27
0.0127
1.27
17.3 0.00479 0.131
Lohms=100/流量（加仑/分钟，水，25psi 压差） 1,000Lohms 允许的流量为 0.1 加仑/分钟（378.5mL/min）。 3785,500 Lohms 允许的流量为 1 mL/min。
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2、节流阀的核算 项目
d Ð ¦ v ´ 4 Q 3 6 0 0 ´ 2 4 ´ p ´ 1 0
C
'
(
P 1
3
Q P 2 2 2 P P 1
1 1
0 . 5 1
T
5 )
Q CP ' 2 1 ( 1 580 0.PP 55) 1 PP T 1
正常
Ä ¦ ½ £ p 2 Ò ¦ D F Õ ¦ ´ 1 . 1 5 + C ½ £
流通能力 T/h (100%开度） 流通能力 T/h (50%开度）
1、二、三级节流阀的计算 项 目 计算流量qv，（P=101.325kPa，t＝20℃，m3/d） 阀前压力P1，100kPa 阀后压力P2，100kPa 阀前气体温度t，℃ 阀前气体绝对温度T，K 天然气相对密度△，（对空气） 阀前气体压缩因子z
二级节流 120000.000 110.000 60.000 25.000 298.000 0.627 0.841
0.238
qv 0.476 △zT 节流阀的计算公式：（根据《油田地面工程设计手 d ＝ 324 P2 ( P2 P1 ) 册》第三册P47公式） 节流阀流通直径的计算结果，mm 8.276 节流阀流通直径的初步选型，mm DN32
Q流量 × 104Nm3/d Q流量 Nm3/h t工作温度 ° C P1进口压力 MPa（a） P2出口压力 MPa（a） ρ 密度（标） kg/m3 T, 工作温度 K P1-P2 （P1-P2）/P1 ε 气体压缩系数
C' 0 5.000 22.000 11.000 0.7831 278.000 11.000 0.500 0.893 1.14 1.14 2.29
0.476 0.4760.238 0.238 qv△zT 节流阀的计算公式：（根据《油田地面工程设计 d ＝ q v d＝ △ zT 324P2(1) 156 p1 手册》第三册P47公式） 节流阀流通直径的计算结果，mm 6.094 节流阀流通直径的初步选型，mm DN32
1、一级节流阀的计算 项 目 计算流量qv，（P=101.325kPa，t＝20℃，m3/d） 阀前压力P1，100kPa 阀后压力P2，100kPa 阀前气体温度t，℃ 阀前气体绝对温度T，K 天然气相对密度△，（对空气） 阀前气体压缩因子z 一级节流 120000.000 220.000 110.000 55.000 328.000 0.627 0.790