在工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行選型與計(jì)算，以達(dá)到穩(wěn)定控制的目的。但調(diào)節(jié)閥選型與計(jì)算時(shí)對(duì)F_L的考慮較困難。本文除對(duì)F_L的一般規(guī)律作分析，同時(shí)通過實(shí)例，對(duì)可能出現(xiàn)阻塞流工況，如何深入考慮F_L作出分析。

      2、阻塞流的產(chǎn)生

     在流量系數(shù)Cv的計(jì)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(diào)節(jié)閥的壓力降變化情況如圖1所示。

圖1  閥內(nèi)的壓力恢復(fù)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zui大而壓力zui低，即壓力降z(mì)ui大，稱為ΔP_vc?？s流處后流體流速又減小，直至P₂處大部分靜壓得到恢復(fù)，此時(shí)壓力降為ΔP。

     當(dāng)介質(zhì)是液體，在壓差足夠大時(shí)，部份液體在該操作溫度下汽化，即發(fā)生了閃蒸。液體中夾帶了蒸汽，產(chǎn)生了二相流，液體不再是不可壓縮的，這時(shí)即使再增加壓差，流量也不再增加，這種極限流量現(xiàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，表明了調(diào)節(jié)閥在液體通過后動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能的恢復(fù)能力（見圖1），也表明了液體產(chǎn)生阻塞流的臨界條件，故F_L又稱為臨界流量系數(shù)。提出F_L的目的，在于判斷液體通過調(diào)節(jié)閥時(shí)是否產(chǎn)生隆塞流，并用于計(jì)算調(diào)節(jié)閥的zui大允許壓差。

     3.3 阻塞流的判斷

      理論上用與的大小關(guān)系來判斷是否產(chǎn)生阻塞流，但在工程計(jì)算時(shí)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(guān)系。

圖2  流量與壓差的關(guān)系

     zui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(shù)

      3.4 決定阻塞流的因素

     從公式2來看，一旦操作工況決定，zui大允許壓差ΔPc與F_L有關(guān)系。阻塞流的產(chǎn)生與通過調(diào)節(jié)閥流量的大小，調(diào)節(jié)閥口徑?jīng)]有關(guān)系。

      4、F_L值的一般規(guī)律

     4.1F_L值的大小與調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式、流向、開度有關(guān)。一般情況下，制造廠提供的F_L值是指調(diào)節(jié)閥全開下的數(shù)值。

     4.2幾何結(jié)構(gòu)*相同的調(diào)節(jié)閥F_L值相同，并與口徑無關(guān)。同一類型的調(diào)節(jié)閥由于各制造廠的結(jié)構(gòu)略有不同，故F_L也有差別。

     4.3的制造廠提供了各系列調(diào)節(jié)閥的F_L值，國(guó)內(nèi)也有推薦值。詳見表1，表2。

表1 Masoneilan 偏心旋轉(zhuǎn)閥

表2 國(guó)產(chǎn)調(diào)節(jié)閥F_L的推薦值

      4.4  值與調(diào)節(jié)閥形式、開度的一般關(guān)系（參見圖3）

     一般情況下，直行程調(diào)節(jié)閥的值比旋轉(zhuǎn)型調(diào)節(jié)閥的大， 值隨調(diào)節(jié)閥開度的增加而減小。

圖3  F_L值與閥門開度的關(guān)系

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

      5、工程設(shè)計(jì)對(duì)F_L值的考慮

     5.1工程設(shè)計(jì)中碰到阻塞流的情況并不多，有時(shí)還是工藝要求阻塞流，如液體變氣相作冷劑。但大多數(shù)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(diào)節(jié)閥，這樣ΔPc也相應(yīng)大。選大口徑并不能避免阻塞流。

     5.3對(duì)大口徑旋轉(zhuǎn)閥，要考慮管路大小頭對(duì)F_L值的修正。

     5.4當(dāng)制造廠未提供調(diào)節(jié)閥的F_L值時(shí)，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(guān)系。

     由于調(diào)節(jié)閥Cv值計(jì)算只考慮操作工況的某一點(diǎn)，并不能保證所有工況都避免了阻塞流，所以在計(jì)算ΔPc時(shí)，要從動(dòng)態(tài)的角度來分析。

    對(duì)F_L，可選用整個(gè)開度內(nèi)的zui小值，一般是全開時(shí)的F_L值。

     P₁一般隨開度增大而減?。ɑ虿蛔儯?，故用zui大流量下的P₁來計(jì)算ΔPc比較保險(xiǎn)。

    如果在調(diào)節(jié)閥計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)F_L和P₁不符合以上規(guī)律，要對(duì)選定調(diào)節(jié)閥各開度的ΔPc進(jìn)行驗(yàn)算。

     6、工程實(shí)例（見后）

    設(shè)計(jì)要求：流體介質(zhì)為高溫油，有粘性。閥體結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單，能在線維修。選擇Cv值相對(duì)大的閥體形式，這樣比較經(jīng)濟(jì)。根據(jù)具體參數(shù)作計(jì)算，結(jié)果見計(jì)算書。

     6.1工程實(shí)例，通過對(duì)各制造廠計(jì)算書的比較，我們zui終選定了NELES-CONTROL的V型控制球閥，頂部安裝閥芯的形式。從計(jì)算結(jié)果看，該調(diào)節(jié)閥基本上避免了阻塞流，結(jié)構(gòu)形式滿足了工藝設(shè)計(jì)要求。

     6.2從計(jì)算結(jié)果看，由于在zui小流量時(shí)的壓差較大，這時(shí)還是產(chǎn)生了阻塞流。考慮到該調(diào)節(jié)閥對(duì)裝置極其重要，閥體、閥芯、閥座均作硬化處理。

      7、結(jié)束語

    實(shí)際工程中對(duì)阻塞流的處理還有許多方法，如套筒閥、多級(jí)降壓、閥后安裝孔板等，但目的都是一個(gè)：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(diào)節(jié)閥是zui直接的方法。

    但是調(diào)節(jié)閥的zui終選定由諸多因素決定，關(guān)鍵是使用工況。上述實(shí)例也可選用直通單座閥，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格過高而放棄。