在工程設計中，經常需要對調節閥進行選型與計算，以達到穩定控制的目的。但調節閥選型與計算時對F_L的考慮較困難。本文除對F_L的一般規律作分析，同時通過實例，對可能出現阻塞流工況，如何深入考慮F_L作出分析。

      2、阻塞流的產生

     在流量系數Cv的計算公式中，閥前壓力P₁，閥后壓力P₂的取壓位置及流體通過調節閥的壓力降變化情況如圖1所示。

圖1  閥內的壓力恢復特性

     閥上壓降為ΔP=P₁-P₂。按能量守恒定律，在流體縮脈處的流速最大而壓力最低，即壓力降最大，稱為ΔP_vc。縮流處后流體流速又減小，直至P₂處大部分靜壓得到恢復，此時壓力降為ΔP。

     當介質是液體，在壓差足夠大時，部份液體在該操作溫度下汽化，即發生了閃蒸。液體中夾帶了蒸汽，產生了二相流，液體不再是不可壓縮的，這時即使再增加壓差，流量也不再增加，這種極限流量現象稱為液體阻塞流。

      3、F_L的具體分析

      3.1 F_L的定義

             F_L=S_qt（ΔP/ΔP_vc）=S_qt（P₁-P₂）/（P₁-P_vc）        （1）

      3.2  F_L的意義

     F_L是一個實驗數據，表明了調節閥在液體通過后動能轉變為靜壓能的恢復能力（見圖1），也表明了液體產生阻塞流的臨界條件，故F_L又稱為臨界流量系數。提出F_L的目的，在于判斷液體通過調節閥時是否產生隆塞流，并用于計算調節閥的最大允許壓差。

     3.3 阻塞流的判斷

      理論上用與的大小關系來判斷是否產生阻塞流，但在工程計算時用壓差大小來判斷。圖2表明了通過閥門的流量與壓差的關系。

圖2  流量與壓差的關系

     最大允許壓差定義為ΔPc：

             ΔPc = F_L² * ΔPvc=F_L²* （P₁-F_FP_v）       （2）

     P_v：操作溫度下的液體飽和蒸汽壓
      F_F：液體臨界壓力比系數

      3.4 決定阻塞流的因素

     從公式2來看，一旦操作工況決定，最大允許壓差ΔPc與F_L有關系。阻塞流的產生與通過調節閥流量的大小，調節閥口徑沒有關系。

      4、F_L值的一般規律

     4.1F_L值的大小與調節閥的結構形式、流向、開度有關。一般情況下，制造廠提供的F_L值是指調節閥全開下的數值。

     4.2幾何結構完全相同的調節閥F_L值相同，并與口徑無關。同一類型的調節閥由于各制造廠的結構略有不同，故F_L也有差別。

     4.3國際知名的制造廠提供了各系列調節閥的F_L值，國內也有推薦值。詳見表1，表2。

表1 Masoneilan 偏心旋轉閥

 

Parcent of Plug Rotation		10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
FL	Flow to Open	0.96	0.93	0.91	0.89	0.88	0.87	0.87	0.86	0.86	0.85
	Flow to Close	0.94	0.91	0.88	0.83	0.80	0.77	0.74	0.72	0.70	0.68

表2 國產調節閥F_L的推薦值

 

閥型式	閥芯型式	流向	FL
單座閥	柱塞形	流開	0.90
	柱塞形	流閉	0.90
	窗口形	任意流向	0.90
	套筒形	流開	0.90
	套筒形	流閉	0.80
雙座閥	柱塞形	任意流向	0.85
	窗口形	任意流向	0.90
角形閥	柱塞形	流開	0.90
	柱塞形	流閉	0.80
	套筒形	流開	0.85
	套筒形	流閉	0.80
球閥	O形球閥(孔徑=0.8d)	任意流向	0.55
	V形孔球閥	任意流向	0.57
偏心旋轉閥	柱塞形	任意流向	0.85
蝶閥	60全開	任意流向	0.68
	90全開	任意流向	0.55

      4.4  值與調節閥形式、開度的一般關系（參見圖3）

     一般情況下，直行程調節閥的值比旋轉型調節閥的大， 值隨調節閥開度的增加而減小。

圖3  F_L值與閥門開度的關系

     （1）DSP球體閥：V口形球閥
      （2）SP球體閥：流開
      （3）偏心旋轉閥：流開
      （4）閥體分離閥：流開
      （5）偏心旋轉閥：流關
      （6）蝶閥（小力矩）
      （7）控制球閥
      （8）閥體分離閥：流關
      （9）DP球體閥：柱塞形閥芯
      （10）SP球體閥：流關
      （11）71000系列角閥：流關

      5、工程設計對F_L值的考慮

     5.1工程設計中碰到阻塞流的情況并不多，有時還是工藝要求阻塞流，如液體變氣相作冷劑。但大多數工況要求避免阻塞流。

     5.2要避免阻塞流，可選用F_L值較大的調節閥，這樣ΔPc也相應大。選大口徑并不能避免阻塞流。

     5.3對大口徑旋轉閥，要考慮管路大小頭對F_L值的修正。

     5.4當制造廠未提供調節閥的F_L值時，表4的F_L值可作估算參考。

     5.5要考慮F_L值與閥門開度、P₁與管路流量特性之間的關系。

     由于調節閥Cv值計算只考慮操作工況的某一點，并不能保證所有工況都避免了阻塞流，所以在計算ΔPc時，要從動態的角度來分析。

    對F_L，可選用整個開度內的最小值，一般是全開時的F_L值。

     P₁一般隨開度增大而減小（或不變），故用最大流量下的P₁來計算ΔPc比較保險。

    如果在調節閥計算時發現F_L和P₁不符合以上規律，要對選定調節閥各開度的ΔPc進行驗算。

     6、工程實例（見后）

    設計要求：流體介質為高溫油，有粘性。閥體結構要求簡單，能在線維修。選擇Cv值相對大的閥體形式，這樣比較經濟。根據具體參數作計算，結果見計算書。

     6.1工程實例，通過對各制造廠計算書的比較，我們最終選定了NELES-CONTROL的V型控制球閥，頂部安裝閥芯的形式。從計算結果看，該調節閥基本上避免了阻塞流，結構形式滿足了工藝設計要求。

     6.2從計算結果看，由于在最小流量時的壓差較大，這時還是產生了阻塞流。考慮到該調節閥對裝置極其重要，閥體、閥芯、閥座均作硬化處理。

      7、結束語

    實際工程中對阻塞流的處理還有許多方法，如套筒閥、多級降壓、閥后安裝孔板等，但目的都是一個：通過提高P₂，來增加P_vc，從而避免阻塞流。選用F_L值較大調節閥是最直接的方法。