多级降压调节阀的选型、设计与计算解读
多级降压高压差调节阀设计
多级降压高压差调节阀设计1 概述多级降压高压差调节阀用于精确控制高温、高压、高压差以及含有固体颗粒流体的流量和压力。
该阀综合了普通式、多孔式和迷宫式低噪音调节阀的优点，能防止液体空化产生汽蚀，减小了高速流体对阀内件的冲刷，降低噪音。
2 结构和工作原理多级降压高压差调节阀按阀芯结构可分为平衡型和不平衡型2种。
图1为不平衡型阀芯结构。
由于阀芯受不平衡力作用，因此克服高压差时需要较大的执行机构输出力。
该阀内件为金属刚性结构，单个流体通道的流通截面积较大，且多级阀芯每个台阶处的刃口与套筒上的窗口在阀关闭时有剪切作用，故适合于对高温流体及含有固体颗粒或结晶体介质的控制。
图2为平衡型阀芯结构。
多级阀芯上开有平衡孔，利用平衡密封环阻止平衡孔内流体外漏。
阀芯上下受均压作用，阀芯动作时只需克服平衡密封环及填料等处的摩擦力，因此配较小的执行机构就能承受很高的压差。
阀门工作时(图3)，流体沿平行于多级阀芯及套筒轴线方向向上流动，通过多级阀芯的台阶及平均排列在套筒上的矩形窗口多级节流，使高压降沿阀芯轴线方向平均分布，有效控制了流体的速度，从而起到降低噪音和防止液体空化的作用。
极大地提高了阀门在苛刻工况条件下的使用寿命。
3 性能分析多级降压高压差调节阀的公称压力为ANSI600Lb、900Lb、1500Lb和2500Lb，其流量特性如图4所示。
在阀行程的0～12%之间，流量近似为0，而后流量直线上升，为标准直线特性。
这是考虑到阀门在启闭和小流量开度时，高压差全部集中在阀芯和阀座的密封面上，高速流体会对密封面造成严重冲刷，甚至产生空化气蚀。
为了保护阀内件不受损坏，提高阀门的使用寿命，特设计12%以下的行程为空行程(图5)，即阀芯和阀座开启行程低于12%时，套筒上的窗口并未打开，当行程大于12%时，套筒窗口才开始降压节流，对流体进行精确平稳地控制。
4 材料选择材料选择主要考虑到强度、接触硬度和热膨胀系数，阀内件应抗冲刷，耐腐蚀，并防止在高温高压下变形和咬死(表1)。
调节阀选型计算
∙调节阀计算与选型指导（一）∙2010-12-09 来源：互联网作者:未知点击数：588∙热门关键词：行业资讯【全球调节阀网】人们常把测量仪表称之为生产过程自动化的“眼睛”；把控制器称之为“大脑”；把执行器称之为“手脚”。
自动控制系统一切先进的控制理论、巧秒的控制思想、复杂的控制策略都是通过执行器对被控对象进行作用的。
调节阀是生产过程自动化控制系统中最常见的一种执行器，一般的自动控制系统是由对象、检测仪表、控制器、执型器等所组成。
调节阀直接与流体接触控制流体的压力或流量。
正确选取调节阀的结构型式、流量特性、流通能力；正确选取执行机构的输出力矩或推力与行程；对于自动控制系统的稳定性、经济合理性起着十分重要的作用。
如果计算错误，选择不当，将直接影响控制系统的性能，甚至无法实现自动控制。
控制系统中因为调节阀选取不当，使得自动控制系统产生震荡不能正常运行的事例很多很多。
因此，在自动控制系统的设计过程中，调节阀的设计选型计算是必须认真考虑、将设计的重要环节。
正确选取符合某一具体的控制系统要求的调节阀，必须掌握流体力学的基本理论。
充分了解各种类型阀的结构型式及其特性，深入了解控制对象和控制系统组成的特征。
选取调节阀的重点是阀径选择，而阀径选择在于流通能力的计算。
流通能力计算公式已经比较成熟，而且可借助于计算机，然而各种参数的选取很有学问，最后的拍板定案更需要深思熟虑。
二、调节阀的结构型式及其选择常用的调节阀有座式阀和蝶阀两类。
随着生产技术的发展，调节阀结构型式越来越多，以适应不同工艺流程，不同工艺介质的特殊要求。
按照调节阀结构型式的不同，逐步发展产生了单座调节阀、双座调节阀、角型阀、套筒调节阀（笼型阀）、三通分流阀、三通合流阀、隔膜调节阀、波纹管阀、O型球阀、V型球阀、偏心旋转阀（凸轮绕曲阀）、普通蝶阀、多偏心蝶阀等等。
如何选择调节阀的结构型式？主要是根据工艺参数（温度、压力、流量），介质性质（粘度、腐蚀性、毒性、杂质状况），以及调节系统的要求（可调比、噪音、泄漏量）综合考虑来确定。
调节阀设计计算选型导则(二
调节阀设计计算选型导则（二）/ c4 k9 {; O G5 f4 E! N4 调节阀口径计算和选择x( f7 P# l3 ? x# Y# o4.1 选择调节阀口径的步骤! |' p8 P+ a6 Q7 L9 R在已知工艺生产流程，确定阀的控制对象和使用条件，按调节阀选型原则选定阀的种类型号和结构特性以后，就可以进行下一步选择调节阀的口径。
调节阀口径的选择步骤如下：8 p1 R% a0 F7 X9 ~0 n3 J& i5 {& }（1）根据工艺的生产能力设备负荷，确定计算调节阀流通能力的最大流量、常用流量、最小流量、计算压差等参数。
（2）根据被控介质及其工作条件选用计算公式，确定流体介质密度、温度、粘度等已知条件井换算到工作状态下，然后代入公式计算出流通能力Kv。
而后按阀的流通能力应大于计算流通能力的原则，查阅生产厂提供的资料，选取调节阀的口径。
: g7 c, y2 i. `1 |（3）根据需要验算开度或开度范围、可调比R等。
8 g4 q) T+ C) c$ \; X+ c+ Z& `; L（4 ）计算结果若满意，则调节阀口径选定工作完毕。
否则重新计算、验算。
+ u, `: x7 Z' D$ d: k调节阀的流通能力，是指调节阀上的压头损失一个单位时，流体通过阀门的能力。
阀门的流通能力也称流量系数Kv。
如今国际规定：温度为5℃至40℃的水，在105P△压降下，1小时内流过调节阀的立方米数。
4 Z( T2 M8 n$ d8 W0 L0 \& c) q6 A) W" C( O$ N8 v关于流量系数即调节阀流通能力的计算，各类书刊介绍颇多.上海工业自动化仪表研究所编写的《调节阀口径计算指南》（以下简称《指南》）已有详细的论述。
《指南》是我国调节阀口径计算的准标准，很有权威性，它将介质流体分为不可压缩流体可压缩流体和两相流3种对象，根据不同介质选用不同的计算公式。
多级减压调节阀的计算与选型设计
Ｐ为 绝 对热 力学 临 界 压 力 ， ： 水 Ｐ＝
（ ：１ ． ４（ ａ） ２ ２ ５ ＭＰ ）
‘
． ‘
△ Ｐ， ＿０． ２ １ ５ ０— ０ ９ ０． ） ９ （ ０ ５ ． ５Ｘ２ ３１ ３
Ａ Ｐ ＡＰ 为 阻 塞 流情 况 ＞ ，
：
Ｐ 为 入 口温 度 下 液 体 蒸 汽 的 绝 对 压
Ｉ圆 ； ： ｌ
—
。 ． 。 。 。 。 。 。
工 程 技 术
多级减 压 调 节 阀 的计 算 与 选 型设 计
裘 叶 琴
（ 江三方 控制 阀股份 有限公 司技术 开发部 浙 江富 阳 浙 ３ １０ ） １ ０ ４
摘 要 ： 文 主 要 简 单从 工 况 介 绍 、 径 计 算 ， 压 级 数 ， 构 原理 等 方 面介 绍 了 多 级 减 压 调 节 阀 的 计 算 和 选 型设 计 。 本 口 降 结 关键 词： 多扭 减 压 调 节 阔 计 算 选 型 设 计 中图 分类 号 ： １ ９ Ｈ３ ９． 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： ６ ２ ３ ９ （ ０ ０ ０ （） ０ ０ ２ １ － ７ １２ １ ）７ ａ一０ ３ —０ ７
一
（ ） 最 大 压 差 、 小 流 量 时 ， 当 降 的 工况 ， 要使 限 定 数据 可用 ， 为 防护 ２在 最 即 且 作
Ｐｌ ５． ＭＰａ 。 ＝１ ５ 时
△ Ｐ＝Ｐ ～Ｐ ＝ｌ ． ５ ５—０ ８ ４． Ｍ Ｐａ ． ＝１ ７
Ｆ ０－８ Ｆ．０Ｊ ＝６． ９２
２２１ ｋＰａ ２０
Ｐｌ ＝１． ９ ５ Ｐａ Ａ） 出 口 压 力 Ｐ２ ４ ／１ Ｍ ５． （ ， ＝０．
＝
△ Ｐ， ．０． ２ １ ９０— ０． ９ （４ ９ ５×２ ３１ ０． ３）
调节阀的计算与选型
调节阀的计算与选型调节阀是一种用于控制流体流量、压力和温度的装置，广泛应用于工业生产过程中。
在选择和计算调节阀时，需要考虑以下几个方面：适用工艺要求、流量参数、压力参数、密封要求、材料要求以及其他特殊要求。
本文将从这几个方面详细介绍调节阀的计算和选型。
适用工艺要求：首先要明确调节阀将用于哪个具体的工艺场合，例如调节液体、气体或蒸汽等。
不同的工艺要求对调节阀的性能参数有不同的要求，例如流量调节范围、调节精度等。
流量参数：流量参数是选择调节阀的关键参数，包括设计流量、最大流量和最小流量等。
设计流量是指工艺设计要求的流量，最大流量是指允许的最大流量，最小流量是指流动介质的最小流量。
根据流量参数，可以选择合适的调节阀型号和口径。
压力参数：压力参数也是选择调节阀的重要参数，包括设计压力、最大压力和最小压力等。
设计压力是指工艺设计要求的压力，最大压力是指允许的最大压力，最小压力是指压力控制的最低限制。
根据压力参数，可以选择合适的调节阀结构、材料和密封形式。
密封要求：根据介质特性和工艺要求，选择合适的密封结构和材料。
常见的调节阀密封结构有气密密封、液密密封和气液两用密封等。
根据介质腐蚀性和温度要求，可以选择合适的密封材料，如橡胶、聚四氟乙烯、金属等。
材料要求：调节阀的材料要求主要取决于介质特性和工艺要求。
如果介质腐蚀性较强，需要选择耐腐蚀的材料；如果工艺要求高温或者低温，需要选择耐高温或低温的材料；如果介质含杂质较多，需要选择可清洗的材料。
其他特殊要求：根据实际情况，还需要考虑一些其他特殊要求，例如是否需要手动调节或电动调节、是否需要远程控制或自动控制等。
在实际的计算和选型过程中，可以根据上述要求，参考调节阀的技术参数和性能曲线，进行计算和比较。
可以使用调节阀的压降-流量特性曲线和流量系数来进行计算和比较。
根据流量参数、压力参数和其他要求，选取几种满足要求的调节阀进行比较，最终确定最适合的调节阀型号和规格。
综上所述，调节阀的计算和选型需要根据适用工艺要求、流量参数、压力参数、密封要求、材料要求和其他特殊要求来进行。
调节阀的计算与选型参考资料
≤±2.5 ≤1.5 ≤3.0 ≤2.0
≤±2 ≤2.0 ≤0.8 ≤2.5
四、调节阀的术语
10、泄漏量：在规定试验条件下，试验流体通过
调节阀处于关闭位置时的流量。
美国ANSI B16.104调节阀的阀座泄漏量标准 调节阀招标书一般要求：
阀门具有密封好，泄漏小及阀杆不平衡力小等特点。 常闭调节阀泄漏等级不小于ANSI B16.104—Ⅴ级标准， 常开调节阀泄漏等级不小于ANSI B16.104—Ⅳ级标准。 并保证电厂运行初期(两年内)零泄漏。
三、调节阀的类型
名称
特点及运用场合
多级降压阀
大多采用阀芯、阀座采用套筒结构和迷 宫式多级降压结构，泄露量小（IV级） 防空化，耐冲刷；适用于高温高压差水 的场合，如给水最小再循环阀。
偏心旋转阀 （凸轮绕曲阀）
流路简单，泄漏量小（额定流量系数的 0.01％），与单座阀比较，允许压差较 大，稳定性好，可调范围广。
Kv与Cv的关系：Cv＝1.16Kv
6、额度流量系数Kvmax或Cvmax：在全开状态时的流 量系数。
四、调节阀的术语
6、基本误差：调节阀是实际上升、下降特性曲
线与规定的特性曲线之间的最大偏差。用额度 行程的百分比表示。
7、回差：同一输入信号上升和下降的两相应行
程值间的最大差值。用额度行程的百分比表示。
Kv，我国的流量系数。定义：在调节阀某给定行程， 阀两端压差为100kPa，介质密度１t/m3时，流过调 节阀的每小时立方米数。
Cv，英制单位的流量系数。定义：在调节阀某给定行 程，阀两端压差为1lb/in2，温度为60华氏度（F） （15.6℃）的水，介质密度8.334lb/USgal时，流过 调节阀的每分钟美加仑数。
调节阀选型计算书
调节阀选型计算书摘要：I.调节阀选型的重要性- 调节阀的作用- 选型的影响II.调节阀选型的计算方法- 计算流程- 需考虑的因素- 参数的意义III.调节阀选型计算的实例- 实例介绍- 计算过程- 结果分析IV.调节阀选型的注意事项- 选型原则- 常见问题及解决方法V.总结- 调节阀选型计算的重要性- 计算方法的实际应用正文：I.调节阀选型的重要性调节阀是工业自动化过程中控制流量的关键设备，选型的合适与否直接影响到整个自动化系统的运行效果。
因此，选择合适的调节阀是工业自动化过程中必不可少的一环。
II.调节阀选型的计算方法调节阀选型计算主要包括以下步骤：1.确定计算公式：根据调节阀的类型和控制系统的要求，选择合适的计算公式。
2.收集数据：收集调节阀所处的工作环境、介质、流量、压力等参数。
3.计算：根据公式和收集的数据进行计算，得出调节阀的选型参数。
4.结果分析：分析计算结果，检查是否符合实际情况，如果不符合，需要重新进行计算或调整参数。
III.调节阀选型计算的实例以某化工厂为例，该厂需要选用一种调节阀来控制流量，已知工作环境温度为-20℃，介质为蒸汽，流量为30t/h，压力为1.0MPa。
1.确定计算公式：根据调节阀的类型和工厂要求，选择合适的计算公式，这里选择DN=2×(流量)/(流速)，KV=3.5×(流量)/(开度)。
2.收集数据：根据已知条件和公式，收集调节阀的选型参数，包括流量、压力、温度等。
3.计算：根据公式和收集的数据进行计算，得出调节阀的选型参数，DN=600mm，KV=350。
4.结果分析：分析计算结果，检查是否符合实际情况，如果符合，则可以选用该调节阀。
IV.调节阀选型的注意事项在调节阀选型过程中，需要注意以下几点：1.选择合适的计算方法：根据调节阀的类型和控制系统的要求，选择合适的计算方法。
2.考虑实际情况：在计算过程中，需要考虑实际情况，避免出现计算结果与实际需求不符的情况。
调节阀计算选型使用
调节阀计算选型使用调节阀属自动化仪表中的执行器大类。
它作为过程控制中的终端元件，随着自动化程度的不断提高，已日益广泛地应用于冶金、电力、化工、石油、轻纺、造纸、建材等工业部门中。
调节阀安装在现场，直接与介质接触，使用条件恶劣，它的质量和可靠性不仅影响调节品质，而且还涉及到系统的安全、维护人员的安全和环境污染等重大问题。
不少场合迫切需要实现自动控制，却常因调节阀不能满足现场要求而无法实现。
随着调节阀的发展，人们对调节阀的重要性有了新的认识，已回过头来对它另眼相看了。
要正确可靠地用好调节阀，除产品本身质量外，还与计算、选型、维护、使用密切相关。
为此，相关人员必须了解一些调节阀的应用理论，懂得计算、选型、安装、维护、故障诊断和处理等一系列应用知识。
遗憾的是，介绍这些知识的专门书籍太少，致使有关人员无从参考，无处遵循。
编写本书的目的正是想填补这一空白，以提高对调节阀的使用质量，更好地发挥其作用。
本书参考了作者1989年由四川科技出版社出版的《调节阀应用》和华林公司的《调节阀选型指南》两本书，并结合了作者这十年对调节阀的研究、开发、疑难问题的处理经验，尤其是举办调节阀学习班经验、现场技术服务经验、新开发的九十年代末的最新产品成果——全功能超轻型调节阀的研制和应用经验。
本调节阀的发展历程调节阀的发展自20世纪初始至今已有七、八十年的历史，先后产生了十个大类的调节阀产品、自力式阀和定位器等，其发展历程如下：20年代：原始的稳定压力用的调节阀问世。
30年代：以“V”型缺口的双座阀和单座阀为代表产品问世。
40年代：出现定位器，调节阀新品种进一步产生，出现隔膜阀、角型阀、蝶阀、球阀等。
50年代：球阀得到较大的推广使用，三通阀代替两台单座阀投入系统。
60年代：在国内对上述产品进行了系列化的改进设计和标准化、规范化后，国内才才有了自己完整系列的产品。
现在我们还在大量使用的单座阀、双座阀、角型阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、球阀七种产品仍然是六十年代水平的产品。
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多级降压调节阀的计算与选型
大连亨利测控仪表工程有限公司于伟
关键词:调节阀、流量系数、降压级数、材料
目前随着石油、化工、冶金、电力工业的迅速发展,工艺水平的日渐提高,对其流体的控制部件调节阀的要求也越来越高;尤其在高压差的场合。
为了防止闪蒸、空化,避免汽蚀,增加使用寿命,降低噪音。
各大控制阀生产商投入大量的人力、物力研发多级降压高压调节阀并取得相当大的进展。
大连亨利测控仪表工程有限公司与国外知名专业控制阀公司合作研发并生产了多层笼式、迷宫式多级降压调节阀,能够有效防止空化、汽蚀。
耐腐蚀、抗冲刷,有较长使用寿命。
为过程控制提供了优良的控制阀产品。
降压级数:多层笼式可达四级、迷宫式可达二十四级。
内件见图一所示,调节阀执行机构有气动薄膜式、气缸式和电子式。
下面就具体事例将有关计算与选型略作介绍。
图一
例一:介质:水,Qmax=25T/h,P1=1.6Mpa,P2=0.18Mpa,T=21.1℃,ρ=956Kg/M3液体的饱和蒸汽压Pv =0.0255Kgf/cm2,
调节阀流量系数的计算
△P = P1-P2 =1.6-0.18 = 1.42
△P′=F L2(P1-F F Pv-----------------------(1
式中:
F L ~ 阀门的压力恢复系数,本例取0.9。
F F~ 液体的临界压力比系数;
F F = 0.96-0.28 Pv / Pc ------------------ (2
Pc ~~热力学临界压力,水:Pc = 22.5MPa
代入(2得:
F F =0.96 -0.28 2.55×10-3/22.5 = 0.957
△P′=0.92(1.6-0.957×2.55×10-3=1.294(MPa
∵△P >△P′为阻塞流情况
G
又∵Cv = 1.17Q ---------------- (3
P1-P2
G
∴Cv = 1.17Q ------------------ (4
△P′
其中:Q ~ 流量(M3/h , G ~ 比重, P1 ~ 进口压力(Kgf/cm2,P2 ~ 出口压力(Kgf/cm2,本例中:Q = 25/0.956 = 26.2 (M3/h , G = 0。
956 代入(4中
0.956
Cv = 1.17×26.2 = 8.33
12.94
选择额定Cv =11 , 特性为线性。
R -m Cv 11
开度:K = ,其中:m = = = 1.32
(R-1m Cv计8.33
式中:R ~ 可调比;m ~ 流量系数放大倍数
50 -1.32
K = = 75.3%
(50-1×1.32
当阻塞流产生时,必然有闪蒸、空化的发生;闪蒸和空化会对阀门造成一定程度的损坏,降低使用寿命。
为了防止空化的产生,控制噪声,单独改变冲刷面的材料已无法满足要求。
只有控制缩流面处的压力Pvc,使其保持不低于液体的饱和蒸气压Pv,对于压差较大的场合,可通过多级降压,确保介质通过每一降压段时的压力不小于液体的饱和蒸气压。
闪蒸和空化出现的先决条件是阻塞流的产生。
这时调节阀两端压差即为阻塞流压差(△P′当△P≤△P′时,即可避免闪蒸和汽蚀的发生。
采用多级降压时每一级降压的实际压差△P均应小于阻塞流压差△P′。
调节阀的降压级数的确定:
根据多级节流的原理,每一级的压降按几何级数递减.即:
△P=△P1+△P2+△P3+△P4+------------+△P n+1-------- (5
△P =△P1+△P1/2+△P1/22+△P1/23------------+△P/2n --------- (6
本例中:由于△P>△P′,且P2>Pv,所以不采用降压措施将产生汽蚀现象。
为了避免汽蚀的产生,应采取降压措施。
初定为二级降压。
△P = △P1 + △P2
1.42 = △P1 + △P1/2
解之得:
△P1 = 0.947, △P2 = 1.42 -0.947 = 0.473
根据式(1得:
△P1′=0.92(1.6-0.957×2.55×10-3=1.294(MPa
△P2′=0.92(0.653-0.957×2.55×10-3=0.527(MPa
由于△P1<△P1′, △P2<△P2′每级降压后都不会出现汽蚀现象,采用二级降压是正确的,如果采用二级降压后还会出现△P1>△P1′, △P2>△P2′即出现汽蚀现象,可继续增加降压级数。
例二:介质:水,T =60℃,ρ= 988 Kg/M3,Pv = 0.2031Kgf/cm2,P1 =10.2MPa,P2
=0.15MPa F L = 0.8,Pc = 226,Q =18 M3/H
∵△P =10.2 -0.15 = 10.05
△P1′= 0.82 (10.2 -0.95×20.31×10-3 = 6.52 MPa
△P>△P′
0.988
∴Cv = 1.17×18= 2.61
6.52
∵△P<△P′出现闪蒸、空化情况,必须采用多级降压调节阀,经验算二、四级降压不能满足要求,所以采用六级降压。
△P1 = 5.1 <△P′=6.52 (MPa
△P2 = 2.55<△P2′=3.12 (MPa
、
、
△P6 = 0.16<△P6′=1.61 (MPa
每级△P均小于F L2(P1-F F Pv不会出现闪蒸、空化情况,所以该设计是合理的。
选用特性为线性,Cv =3.5 六级降压迷宫式(盘片式多级降压调节阀即可.
执行机构可按样本选用满足压差要求就可以了。
材料的选择:
阀部件名称材料温度℃
阀体、阀盖WCB -29~425
WC6、WC9 -29~595
CF8、-254~600
CF8M、CF3M
阀芯440B、A182-F11-29~595
304、316堆焊司太立合金
阀杆304、316、630 -254~600
阀座440B、A182-F11-29~595 304、316堆焊司太立合金
套筒304、316、440B、630 -254~600 密封填料V型PTFE、石墨-40~450。