Aplicación dinámica y análisis del coeficiente de recuperación de presión de la válvula de control FL en el diseño de ingeniería

En el diseño de ingeniería, es necesario seleccionar y calcular la válvula de control para lograr el propósito de un control estable. Sin embargo, es difícil considerar FL en la selección y cálculo del válvula de control. Este artículo analizará las leyes generales de FL y, al mismo tiempo, analizará las posibles condiciones de bloqueo del flujo a través de ejemplos.

I. La generación de flujo bloqueado

En la fórmula de cálculo del coeficiente de flujo. Cv, la posición de medición de la presión de entrada P1, la presión de salida p2 y los cambios de caída de presión del fluido que pasa a través de la válvula de control se muestran en la Figura 1.

La caída de presión en la válvula ΔP=P1-P2. De acuerdo con la ley de conservación de la energía, la velocidad del flujo es máxima y la presión es mínima en la contracción del fluido, por lo que la caída de presión es máxima, lo que se denomina ΔPvc=P1-Pvc. Después de la contracción, la velocidad del fluido vuelve a disminuir hasta que se restablece la mayor parte de la presión estática en P2, momento en el cual la presión cae a ΔP.

Cuando el medio es un líquido, cuando la presión diferencial es lo suficientemente grande, parte del líquido se vaporiza a esta temperatura de funcionamiento y se produce un destello. El vapor es arrastrado por el líquido, lo que da como resultado un flujo de dos fases. El líquido ya no es incompresible. En este momento, incluso si se aumenta la presión diferencial, el caudal ya no aumentará. Este fenómeno de flujo limitante se llama flujo de bloqueo de líquido.

II. Análisis específico de FL

una. Definición de FL

 F_L=S_qt(ΔP_cr/ΔP_vcr)=S_qt(PAG₁-P₂)/(PAG₁-P_vc） (1)

En la fórmula, ΔPcr–caída de presión de la válvula cuando se genera el flujo de bloqueo, es decir, la diferencia entre la presión de entrada de la válvula y la presión de la sección de flujo de contracción cuando se genera el flujo de bloqueo, ΔPcr=(P1-P2)cr

b. El significado de FL

FL es un dato experimental que muestra la capacidad de recuperación de la válvula de control para convertir la energía cinética en energía de presión estática después de que pasa el líquido (consulte la Figura 1), por lo que se denomina coeficiente de recuperación de presión, y también muestra la condición crítica para que el líquido produzca un flujo bloqueado, también conocida como condición crítica. Coeficiente de flujo. El propósito de proponer FL es determinar si ocurre un flujo bloqueado cuando el líquido pasa a través de la válvula de control y calcular la diferencia de presión máxima permitida de la válvula de control.

C. Juicio de flujo bloqueado

En teoría, la relación entre el tamaño de Pvc y Pv se usa para determinar si se genera un flujo bloqueado, pero el Pvc no se puede medir, por lo que la presión diferencial se usa para juzgar en los cálculos de ingeniería. La Figura 2 muestra la relación entre el flujo a través de la válvula de control y la presión diferencial.

La presión diferencial máxima admisible se define como ΔPvc, y su fórmula de cálculo es:
Δpc=FL2（P1-rcpv） (2)

Pv: presión de vapor saturado líquido a la temperatura de funcionamiento;
Pc: la presión crítica del líquido.
Una vez que Δp es mayor que Δpc, indica que el flujo de líquido se ha bloqueado.

d: Factores que determinan el flujo bloqueado

De la ecuación (2), una vez que se determinan las condiciones de operación, la presión diferencial máxima permisible Δpc tiene una relación lineal con el cuadrado de FL. La generación de flujo bloqueado no tiene nada que ver con el tamaño del flujo a través de la válvula de control y el diámetro de la válvula de control.

tercero La regla general del valor FL

1. El tamaño del valor de FL está relacionado con la estructura, la dirección del flujo y la apertura de la válvula de control. En general, cuanto mayor sea la apertura de la válvula, menor será el valor de FL. El valor FL proporcionado por el fabricante se refiere al valor cuando la válvula de control está completamente abierta. …
2. El valor FL de la válvula de control con exactamente la misma estructura geométrica es el mismo y no tiene nada que ver con el calibre. Para el mismo tipo de válvula de control, el FL es ligeramente diferente debido a la diferente estructura de cada fabricante. …
3. Los fabricantes de renombre internacional proporcionan el valor FL de cada serie de válvulas de control, puede verificar libremente el valor FL como se muestra en la siguiente hoja. THINKTANK válvulas de control.
4. La relación general entre el valor FL y la forma y apertura de la válvula de control. En general, el valor FL de una válvula de control lineal es mayor que el de una válvula de control rotativa y el valor FL disminuye a medida que aumenta la apertura de la válvula de control.

THINKTANK Serie HCB Cv vs. Recorrido Estándar Trim (CAGE) Lineal%

Tamaño: 2 ” ~ 16″ Característica de flujo: Clase de porcentaje lineal: 150# ~ 600#

Recorrido de la válvula [%]															10			20				30		40				50			60			70			80			90		100
FL															0.94			0.94				0.93		0.93				0.92			0.92			0.91			0.91			0.90		0.90
Tamaño de la válvula				Orificio Dia.						Viajes					CV nominal
Pulgadas		mm		Firme		Pulgadas		mm		Pulgadas		mm
2		50		FC		2.5		64.5		1.6		40			4.9			13.9				22.2		30.3				39.5			48.6			57.3			64.7			69.5		74
				1A											3.5			7.6				12.5		17.3				22.4			27.6			33.1			38.5			43.6		48
				2A											2.6			5.2				7.7		10.3				12.9			15.4			18.0			20.6			23.2		26
				3A											1.6			3.2				4.8		6.3				7.9			9.5			11.1			12.7			14.3		16
3		80		FC		3.5		89.0		2.0		50			8.0			22.0				39.0		59.0				75.0			90.0			105.0			119.0			130.0		142
				1A											6.2			16.6				26.9		36.9				46.6			56.8			67.4			78.0			87.8		98
				2A											4.5			11.1				16.6		22.2				27.7			33.3			38.8			44.4			49.9		56
				3A											3.4			6.7				10.1		13.5				16.8			20.2			23.6			26.9			30.3		34
4		100		FC		4.4		111.5		2.0		50			19.3			41.5				74.4		105.3				133.4			164.5			187.6			206.4			219.3		230
				1A											8.0			25.4				43.1		60.4				77.2			93.8			110.7			127.6			143.9		160
				2A											6.0			17.0				25.5		34.1				42.6			51.1			59.6			68.1			76.6		86
				3A											5.2			10.3				15.4		20.6				25.7			30.9			36.0			41.2			46.3		52
6		150		FC		5.3		133.6		2.4		60			23.0			62.0				123.5		181.0				229.1			269.3			315.2			349.9			370.1		380
				1A											12.0			40.9				71.4		101.4				130.6			158.9			186.7			214.7			242.2		275
				2A											9.5			29.7				44.6		59.4				74.3			89.1			104.0			118.8			133.7		150
				3A											8.0			17.8				26.7		35.6				44.6			53.5			62.4			71.3			80.2		90
8		200		FC		6.9		175.5		2.8		70			28.2			94.2				185.6		288.0				377.1			449.1			514.1			571.9			590.0		600
				1A											14.5			52.5				108.0		172.0				232.0			299.0			365.0			417.0			430.0		455
				2A											10.0			45.0				75.4		100.6				125.7			150.9			176.0			201.2			226.3		254
				3A											9.0			30.1				45.1		60.2				75.2			90.3			105.3			120.4			135.4		152
10		250		FC		8.4		214.2		3.1		80			45.9			189.3				329.3		461.8				583.3			689.9			778.5			847.7			897.9		950
				1A											25.0			103.6				183.3		260.7				337.5			414.1			489.4			562.3			631.5		700
				2A											17.0			78.8				118.2		157.6				197.0			236.4			275.8			315.2			354.6		398
				3A											12.0			46.7				70.1		93.5				116.8			140.2			163.6			186.9			210.3		238
12		300		FC		10.4		264.8		4.7		120			93.2			250.0				463.3		660.0				840.0			990.0			1115.0			1205.0			1250.0		1270
				1A											66.7			167.8				276.8		382.9				485.5			586.9			692.1			796.9			893.0		970
				2A											25.0			108.9				163.4		218.0				272.3			326.7			381.2			435.6			490.1		550
				3A											17.0			67.3				101.0		134.6				168.3			202.0			235.6			269.3			302.9		340
14		350		FC		12.4		315.5		5.5		140			127.4			407.5				673.4		915.6				1128.5			1316.5			1474.2			1593.1			1671.4		1740
				1A											91.3			233.3				393.0		548.1				696.8			838.0			976.4			1105.4			1221.2		1300
				2A											52.0			153.7				230.5		307.3				384.1			460.9			537.8			614.6			691.4		776
				3A											27.0			91.9				137.8		183.7				229.7			275.6			321.6			367.5			413.4		464
16		400		FC		14.1		357.7		6.3		160			189.0			497.0				891.8		1248.0				1535.4			1791.5			1950.0			2063.0			2161.6		2215
				1A											101.3			276.5				448.1		615.0				779.1			941.9			1101.6			1255.7			1398.9		1530
				2A											71.0			186.1				279.2		372.2				465.3			558.4			651.4			744.5			837.5		940
				3A											47.0			112.5				168.7		224.9				281.2			337.4			393.6			449.9			506.1		568

NOTA
Cv: Coeficiente de flujo de la válvula
FL: Factor de recuperación de presión del líquido
FC: Capacidad total 1A: Reducción de 1 paso
2A: Reducción de 2 pasos 3A: Reducción de 3 pasos

THINKTANK Serie HCB Cv vs Travel Estándar Trim (CAGE) EQ%

Tamaño: 2 ” ~ 16″ Característica de flujo: Igual porcentaje Clase: 150# ~ 600#

Recorrido de la válvula [%]															10			20				30		40				50			60			70			80			90		100
FL															0.94			0.94				0.93		0.93				0.92			0.92			0.91			0.91			0.90		0.90
Tamaño de la válvula				Orificio Dia.						Viajes					CV nominal
Pulgadas		mm		Firme		Pulgadas		mm		Pulgadas		mm
2		50		FC		2.5		64.5		1.6		40			2.00			4.00				6.00		9.00				14.00			21.00			33.00			50.00			66.00		71
				1A											1.07			3.28				5.45		7.57				9.75			12.79			17.86			26.28			39.68		50
				2A											0.59			1.19				1.60		2.48				4.57			8.16			12.88			17.74			21.59		24
				3A											0.34			0.70				0.94		1.45				2.67			4.76			7.51			10.35			12.59		14
3		80		FC		3.5		89.0		2.0		50			4.00			8.50				14.50		22.00				33.50			51.00			75.00			108.00			128.00		138
				1A											2.50			3.72				6.61		11.10				18.35			29.43			45.56			67.65			91.99		110
				2A											1.22			2.48				3.34		5.17				9.52			17.00			26.82			36.97			44.98		50
				3A											0.78			1.59				2.14		3.31				6.09			10.88			17.17			23.66			28.79		32
4		100		FC		4.4		111.5		2.0		50			5.60			12.90				23.40		36.90				59.60			86.50			128.20			163.90			188.60		210
				1A											2.75			6.68				11.68		17.92				28.59			46.21			71.85			105.81			141.21		160
				2A											2.00			4.07				5.48		8.48				15.61			27.88			43.99			60.62			73.76		82
				3A											1.22			2.48				3.34		5.17				9.52			17.00			26.82			36.97			44.98		50
6		150		FC		5.3		133.6		2.4		60			6.50			15.00				27.70		47.10				77.10			123.80			198.50			265.20			316.00		340
				1A											3.40			11.12				22.00		32.25				50.35			81.67			126.81			187.40			246.30		270
				2A											3.32			6.76				9.08		14.06				25.89			46.24			72.95			100.54			122.34		136
				3A											2.00			4.07				5.48		8.48				15.61			27.88			43.99			60.62			73.76		82
8		200		FC		6.9		175.5		2.8		70			6.50			23.00				45.00		83.00				138.00			220.00			325.00			445.00			510.00		560
				1A											5.60			19.00				39.00		58.00				94.00			148.00			222.00			310.00			405.00		450
				2A											4.00			11.72				15.76		24.39				44.92			80.23			126.59			174.47			212.29		236
				3A											3.00			7.05				9.48		14.68				27.03			48.27			76.17			104.98			127.73		142
10		250		FC		8.4		214.2		3.1		80			8.10			33.20				65.70		124.40				216.80			350.10			493.20			619.90			747.60		830
				1A											6.52			26.50				47.14		76.22				126.33			219.81			343.21			460.04			566.24		655
				2A											6.13			18.58				24.97		38.66				71.19			127.15			200.62			276.49			336.42		374
				3A											5.47			11.13				14.96		23.15				42.64			76.15			120.16			165.60			201.50		224
12		300		FC		10.4		264.8		4.7		120			22.40			64.30				111.10		179.80				303.10			546.80			795.00			996.00			1155.00		1240
				1A											15.54			44.65				73.67		110.47				174.20			277.57			441.34			650.51			837.52		960
				2A											12.79			26.03				34.99		54.16				99.74			178.14			281.08			387.39			471.35		524
				3A											7.67			15.60				20.97		32.45				59.77			106.75			168.43			232.14			282.45		314
14		350		FC		12.4		315.5		5.5		140			24.70			82.30				158.30		266.70				427.00			693.90			1015.80			1277.20			1514.70		1650
				1A											18.94			60.21				103.15		164.81				260.61			405.54			630.90			903.93			1141.45		1275
				2A											16.21			37.06				49.81		77.10				142.00			253.61			400.17			551.51			671.05		746
				3A											10.89			22.16				29.78		46.10				84.89			151.62			239.24			329.72			401.19		446
16		400		FC		14.1		357.7		6.3		160			35.10			100.40				167.00		268.40				471.00			849.30			1265.10			1603.90			1911.60		2090
				1A											26.32			73.03				119.55		175.70				286.98			477.71			773.09			1125.40			1432.44		1680
				2A											20.85			42.42				57.03		88.27				162.55			290.33			458.10			631.35			768.20		854
				3A											12.50			25.43				34.19		52.92				97.46			174.06			274.65			378.52			460.56		512

NOTA
Cv: Coeficiente de flujo de la válvula
FL: Factor de recuperación de presión del líquido
FC: Capacidad total 1A: Reducción de 1 paso
2A: Reducción de 2 pasos 3A: Reducción de 3 pasos

IV. La consideración del valor FL en el diseño de ingeniería

1. No se encuentran muchos casos de flujo bloqueado en el diseño de ingeniería. A veces, el proceso requiere un flujo bloqueado, como el cambio de fase líquida y la fase gaseosa como refrigerante. Sin embargo, en la mayoría de las condiciones de operación, es deseable evitar bloquear el flujo.
2. Para evitar bloquear el flujo, se puede seleccionar una válvula de control con un valor mayor, de modo que Δpc también sea correspondientemente grande. Elegir un diámetro grande no evita bloquear el flujo.
3. El FL de la válvula de un solo asiento es mayor que el de la válvula rotativa. Para la válvula rotativa de gran diámetro, se debe considerar la corrección del valor de FL por el tamaño de la tubería.
4. Cuando el fabricante no proporciona el valor FL de la válvula de control, el valor FL enumerado en las hojas anteriores se puede utilizar como referencia de estimación.
5. Corrección dinámica de FL cuando la válvula se abre en diferentes grados. Desde el cálculo de la valor Cv de la válvula de control Solo considera un cierto punto de las condiciones de operación, no puede garantizar que todas las condiciones de operación eviten el flujo bloqueado, por lo que al calcular Δpc, es necesario analizarlo desde una perspectiva dinámica.
6. Al estimar, el valor de FL puede ser el valor más pequeño en toda la abertura, que generalmente es el valor de FL en el manual del producto. La presión p1 frente a la válvula generalmente disminuye (o es constante) con el aumento de la apertura, por lo que es más seguro usar p1 bajo el flujo máximo para calcular ΔPc.
7. Si se encuentra que FL y p1 no cumplen con las reglas anteriores durante el cálculo de la válvula de control, se verificará Δpc para la válvula de control seleccionada en el punto de operación requerido por cada proceso para verificar si existe la posibilidad de bloquear la válvula de control. flujo.

conclusión V

Hay muchas formas de lidiar con el flujo bloqueado en el proyecto, como válvulas de control tipo jaula, reducción de presión de múltiples etapas, instalación de placa de orificio aguas abajo de las válvulas, etc., pero el propósito es aumentar el Pvc para evitar bloqueos. flujo. Es el método más simple y conveniente para elegir una válvula de control con un valor FL mayor.