阀门流量系数CV与当量长度L/D的换算

2014-11-27 方立宏深圳中广核工程设计有限公司

　　分析了阀门流量系数CV 与当量长度L/D、阀门公称直径DN 和阀门阻力系数ξ 之间的关系，给出了L/D 与CV 的换算公式，论述了用L/D 规定阀门流阻要求时，应明确L/D 值对应的管道摩擦阻力系数λT 与管道内径D。

1、概述

　　工程设计中，使用当量长度L/D ( 直管长度L与管道内径D之比) 规定阀门的流阻要求较为普遍。而在阀门行业中，通常使用流量系数CV值表示阀门的流通能力。如果阀门供应商对阀门CV值和L/D 的换算不了解，供货阀门的流阻可能会不满足工程设计的要求，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为造成工程进度的延误和经济上的损失。本文针对阀门CV和L/D 的换算进行了分析。

2、CV值与L/D

2.1、CV值

　　根据IEC 534-1，阀门CV值是压差为1psi( 6 894. 8Pa) 时，40 ～ 100 ℉( 4 ～ 38℃) 温度的水每min 流经阀门的美制加仑数。对于不发生气蚀和闪蒸的紊流，阀门CV值的计算公式为

阀门流量系数CV

　　由于流量Q 和压力降△P 不是阀门本身的特性参数，从式( 1) 难以看出CV的物理含义。笔者认为，式(1) 中ρw的引入主要是为了使阀门在规定的条件下，每分钟流经阀门的水为1gal 时阀门的CV值为1，即起“标定”CV值的作用。若将ρw看作一个无量纲常数，则从式(1) 可得出CV的量纲为[m2]。文献给出了CV与阻力系数ξ 的转换公式为

阀门流量系数CV

　　通常，阀门的阻力系数ξ 通过试验得到，试验方法可依据EN 1267- 1999 或JB /T 5296 - 1991 等标准。依据EN 1267 - 1999 时，计算ξ 选取的流速V为根据试验流量Q 和试验管道内径( 或公称直径DN) 计算得到平均流速( V = 4π- 1QD-2 ) 。对于同一阀门，ξ 是与管道内径D 对应的，不同管道内径D对应不同的阻力系数ξ。对于阀门不同管道的阻力系数换算式为

阀门流量系数CV

　　若式(2) 中的管道内径D 取管道( 阀门) 公称直径，则从式(2) 可看出CV的物理含义，即阀门的CV与阀门公称直径的平方成正比，与阀门阻力系数ξ 的平方根成反比。

4、分析

　　对于某一阀门，CV值是唯一的，而L/D 值是随管道摩擦阻力系数λT和管道内径D 变化的。工程设计人员如果用L /D 值规定阀门流阻要求，则应在阀门采购技术规格书中明确L/D 值对应的管道摩擦阻力系数λT与管道内径D。这样可避免阀门供应商对于L /D 理解的偏差，保证实际供货的阀门流阻满足工程设计要求。

　　工程设计人员使用L /D 计算阀门压力降时，应注意阀门的L /D 对管道内径的敏感性。工程上为了减少阀门型号，有时会选用高压力等级的阀门安装于多个压力等级的管道，例如型号DN50、Class1 500 的阀门同时安装于Schedule 160 ( D =42. 82mm) 和Schedule 40( D = 52. 48mm) 的DN 50的管道。假定这2 种管道的摩擦阻力系数λT相同( 差异很小) ，根据式( 5) 计算得到后者的L /D 值是前者的2. 26 倍。工程设计人员若忽略上述变化，用L /D 计算得到的阀门压力降可能会有较大的误差。