蝶閥的力矩計(jì)算公式如下：

M=X0.0654X△PXD³

式中：M 蝶閥的驅(qū)動(dòng)力矩  kg·m
       △P 閥前后差壓     mmH₂O
        D  蝶閥直徑    m
        K  系數(shù)   2-4倍

可壓縮流體流經(jīng)蝶閥的流量系數(shù)的計(jì)算

一、前言 

      蝶閥不僅可以用于控制管路的通斷，而且也可以用于流量的調(diào)節(jié)，在蝶板開(kāi)度在15°~60°范圍內(nèi)，具有良好的線性調(diào)節(jié)特性。由于蝶閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需安裝空間小，操作便捷，可以實(shí)現(xiàn)快速啟閉以及流阻損失小等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于工業(yè)及民用各個(gè)領(lǐng)域，近年來(lái)由于金屬密封蝶閥在技術(shù)上日趨成熟，進(jìn)一步擴(kuò)大了蝶閥適用的壓力和溫度范圍。

      由于蝶閥具有流量調(diào)節(jié)的功能，因而不同開(kāi)度下的流量系數(shù)是蝶閥的重要性能指標(biāo)，它的數(shù)值大小反映蝶閥在不同開(kāi)度下介質(zhì)的流通能力。對(duì)于水或其他不可壓縮的流體，流量系數(shù)可以比較容易地通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試來(lái)確定，許多企業(yè)、研究所和高等學(xué)校都有相應(yīng)的試驗(yàn)裝置，在專業(yè)手冊(cè)中也已有比較完整的數(shù)據(jù)可供借鑒。而對(duì)于空氣、水蒸氣等可壓縮性流體，由于通過(guò)蝶閥后其壓力、溫度、容積等狀態(tài)參數(shù)都將產(chǎn)生變化，所以相關(guān)的測(cè)試技術(shù)和試驗(yàn)裝置比較復(fù)雜，蝶閥的制造企業(yè)大多不具備這樣的試驗(yàn)條件，因而如何確定用于可壓縮性流體時(shí)的蝶閥流量系數(shù)值，是一個(gè)設(shè)計(jì)、制造和使用單位都亟待解決的問(wèn)題。

      通過(guò)流體力學(xué)和熱力學(xué)分析，提出一種用蝶閥的不可壓縮流體的流量系數(shù)近似計(jì)算其可壓縮流體流量系數(shù)的方法，可供用戶參考應(yīng)用。

      二、確定流f系數(shù)的方法

      1. 閥門(mén)的流量系數(shù)

      流量系數(shù)是衡量閥門(mén)流通能力的指標(biāo)，在數(shù)值上相當(dāng)于流體流經(jīng)閥門(mén)產(chǎn)生單位壓力損失時(shí)流體的體積流量，如果蝶閥在1 lbf/in² （1 lbf/in² = 6894.76Pa）的壓降下能通過(guò)1 gal/min（1 gal/min = 0.68L/s）的水，它的流量系數(shù)C_v=1.0。由于單位的不同，流量系數(shù)有幾種不同的代號(hào)和量值。

      （1）A_v值計(jì)算式

                     （1）

      式中 Av— 流量系數(shù)；
              Q— 體積流量，單位為m³/s；
              ρ— 流體密度，單位為kg/m³ ；
             Δp— 閥門(mén)的壓力損失，單位為Pa。

      （2）K_v值計(jì)算式

                        （2）

      式中 K_v— 流量系數(shù)；
             Q— 體積流量，單位為m³/h；
             ρ— 流體密度，單位為kg/m³；
            Δp— 閥門(mén)的壓力損失，單位為Pa。

      （3）C_v值計(jì)算式

                        （3）

      式中 C_v— 流量系數(shù)；
             Q— 體積流量，單位為U Sga1/min；
             G— 水的相對(duì)密度，取G=1；
             Δp— 閥門(mén)的壓力損失，單位為lbf/in²。

      （4）流量系數(shù)A_v、K_v、C_v間的關(guān)系

      C_v=1.17K_v                       （4）

                        （5）
                        （6）

      2. 閥門(mén)的流量系數(shù)與流阻系數(shù)的關(guān)系

      閥門(mén)的流阻系數(shù)取決于閥門(mén)的尺寸、結(jié)構(gòu)以及內(nèi)腔形狀等。流體通過(guò)閥門(mén)時(shí)，對(duì)于紊流流態(tài)的液體閥門(mén)的壓力損失△p（M Pa）為:

                        （7）

      式中 ζ— 閥門(mén)的流阻系數(shù)；
             u— 流體在管道內(nèi)的平均流速，單位為m/s；
             ρ— 流體密度，單位為kg/m³。

      閥門(mén)流量系數(shù)K_v與流阻系數(shù)ζ套的關(guān)系為:

                        （8）

      式中 d_L— 進(jìn)口管道直徑，單位為m。

      ζ 的數(shù)值基本上不受溫度、壓力和流量變化的影響，從而使它在某種工況條件下取得的數(shù)據(jù)可以用于其他工況。由于蝶板可以在0~90°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，因而需要適用于不同開(kāi)度的一組系數(shù)ζ，其值可以查取有關(guān)手冊(cè)或由試驗(yàn)所得。

      二、可壓縮流體通過(guò)蝶閣的流量系數(shù)的計(jì)算

      1. 幾個(gè)基本假設(shè)

      為了簡(jiǎn)化實(shí)際流體流動(dòng)的復(fù)雜性，對(duì)于可壓縮性流體作如下假設(shè)。
      1）流體在系統(tǒng)中作恒定流動(dòng)。
      2）流體通過(guò)蝶閥沒(méi)有相態(tài)變化。
      3）流體通過(guò)蝶板后，管道截面壓力分布均勻。
      4）流體通過(guò)一定開(kāi)度的蝶板后，沒(méi)有“慣性收縮”。
      5）流體通過(guò)蝶閥是絕熱過(guò)程。

      2. 理論模型的建立

      對(duì)不可壓縮流體，蝶閥流量系數(shù)的一般表達(dá)式為:

                        （9）

      式中 C— 流量系數(shù)；
             Q— 流體體積流量；
             ρ— 流體密度；
            Δp— 閥門(mén)的壓力損失。

      可壓縮流體通過(guò)蝶閥時(shí)，由于產(chǎn)生壓力降，從而使流體的密度發(fā)生變化，故引進(jìn)一個(gè)壓縮修正系數(shù)β（或稱氣體膨脹系數(shù)），于是可壓縮流體通過(guò)蝶閥的流量系數(shù)C'為:

      C'=Cβ                                   （10）
                       （11）

      式中 P₁— 閥前壓力；
             m— 蝶閥的流通面積與管道斷面面積之比，對(duì)蝶閥，   
             K— 氣體的絕熱指數(shù)，   ，其值決定于氣體分子結(jié)構(gòu)。單原子氣體k=1.66，雙原子氣體、包括空氣k=1.4，多原子氣體k=1.33

      根據(jù)壓縮流體流動(dòng)的全能量方程，

                        （12）

      相應(yīng)的連續(xù)性方程

      A₁v₁ρ₁= A₀v₂ρ₂                  （13）

      式中 v₁、v₂— 蝶閥前、后的流速；
             ρ₁、ρ₂— 蝶閥前、后流體的密度；
             P₂— 閥后壓力。

      及絕熱過(guò)程

                        （14）

      經(jīng)整理得

                        （15）

      作為節(jié)流元件，蝶閥與孔板的原理相同，故蝶閥的壓縮修正系數(shù)β也可以根據(jù)   、m,、k查取有關(guān)孔板壓縮修正系數(shù)圖表得其近似值。

      3. 蝶閥壓力損失△p的確定

      在計(jì)算β過(guò)程中，用到△P=P₁- P₂，但是用戶往往希望廠家直接算出閥門(mén)壓力損失，而不用其提供的P₂。若不考慮熱損失、邊界摩擦、滲漏、外界作用等影響，閥門(mén)的壓力損失簡(jiǎn)化（為方便計(jì)算，均采用法定計(jì)量單位）。

                         （16）

      式中 Q— 流體體積流量，單位為m³/s。

      若為流體質(zhì)量流量q（kg/h），則

                    （17）

      四、計(jì)算實(shí)例

      DN900蝶閥參數(shù):介質(zhì)為水蒸氣。

      蝶閥全開(kāi)流量328.5t/h,閥前壓力874.8kPa,閥前溫度350.9℃，閥前比容0.3241m³/kg。計(jì)算蝶閥開(kāi)度分別為40℃, 50℃時(shí)的閥門(mén)流量系數(shù)。

      查取有關(guān)手冊(cè)得，蝶閥開(kāi)度40℃, 50℃時(shí)的流阻系數(shù)分別為10.8、32.6。300℃水蒸氣，取k=1.285，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

      表1 DN900蝶閥流量系數(shù)

      若采用圖算法，其結(jié)果如表2所示。

      表2 DN900蝶閥流量系數(shù)

      與計(jì)算值相比，其誤差均在5%以內(nèi)（1.8%及3.6%），故圖算法基本滿足工程需要