一、流量特性计算
1. 流量系数(Cv/Kv值)计算
定义:Cv值(英制)表示阀门全开时,60°F的水在1psi压降下每分钟通过的流量(加仑/分钟)。Kv值(公制)为15℃水在1bar压降下的流量(m³/h)。
计算公式:
(Q为流量,SG为介质比重,ΔP为压降,ρ为密度)
应用:根据工艺流量和允许压降,确定阀门口径;若Cv值过小,可能导致流量不足,过大则可能引起阀门震荡。
2. 流阻系数(ζ值)计算
定义:表征阀门对流体流动的阻力,用于计算管道系统的总压损。
公式:
(v为流速,ρ为密度)
影响:高流阻阀门(如截止阀)适用于需要高压力调节的场景,低流阻阀门(如蝶阀)适合大流量系统。
二、压力与强度计算
1. 阀门承压能力计算
目的:确保阀体、阀盖等部件在最大工作压力(含波动压力)下不发生变形或破裂。
依据标准:ASME B16.34(阀门压力-温度额定值)。
关键参数:
阀体最小壁厚:根据材料许用应力、内压及腐蚀余量计算。
法兰连接强度:需校核螺栓预紧力与密封面压力。
2. 水锤压力计算
场景:阀门快速关闭时,流体动能转化为压力能,可能引发管道破裂。
公式:
(c为压力波速,Δv为流速变化量)
对策:延长阀门关闭时间(如选用缓闭止回阀),或增设水锤消除器。
三、执行机构驱动力计算
1. 阀门操作扭矩/推力计算
影响因素:
流体压力差产生的轴向力(如截止阀阀杆受力)。
密封面摩擦力(与密封材料、表面粗糙度相关)。
填料摩擦力(阀杆与填料间的摩擦)。
公式:
(T为扭矩,F为各分力,r为力臂半径)
应用:选择电动、气动执行器时需匹配扭矩余量(通常预留20%~30%)。
2. 气动执行器供气压力计算
公式:
(P为气源压力,A为气缸有效面积,η为效率系数)
示例:双作用气缸需计算开/关双向推力,单作用弹簧复位需克服弹簧力。