摘要：分析了調(diào)壓器流量的傳統(tǒng)計(jì)算方法及存在的問題，論述了調(diào)壓器流量的正弦規(guī)律、臨界流量系數(shù)、形狀系數(shù)、通用流量計(jì)算公式、臨界條件。

關(guān)鍵詞：調(diào)壓器；調(diào)壓器流量；正弦規(guī)律

JIN Zhigang，MENG Hong

Abstract：The traditional calculation method and problems of regulator flow are analyzed.The sine pattern of regulator flow，the critical flow coefficient，the shape coefficient，the universal calculation formula of regulator flow and the critical conditions are described.

Key words：regulator；regulator flow；sine pattern

    隨著天然氣的發(fā)展，高壓、大流量調(diào)壓器的需要量逐漸增多。20世紀(jì)后期歐美的調(diào)壓器產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入我國市場。歐美的調(diào)壓器的流量計(jì)算公式和我國傳統(tǒng)的計(jì)算公式有很大不同。我國傳統(tǒng)的計(jì)算方法沒有考慮閥體形狀的影響，在亞臨界接近臨界狀態(tài)處的流量不夠精確。本文在分析調(diào)壓器通用流量公式的基礎(chǔ)上，說明調(diào)壓器的形狀、構(gòu)造對流量的影響，并且對于臨界條件的確定提出改進(jìn)建議。

    由于比較的需要，本文量的符號和單位與原文獻(xiàn)資料保持一致，有些單位并非法定計(jì)量單位，特此說明。

    在計(jì)算通過調(diào)壓器的氣體流量時(shí)，根據(jù)調(diào)壓器進(jìn)出口壓差，一般分3種狀態(tài)。

    ① 不考慮氣體可壓縮狀態(tài)流量公式

    設(shè)調(diào)壓器進(jìn)口絕對壓力為p₁，出口絕對壓力為p₂，則：

式中△p——調(diào)壓器進(jìn)出口壓差

    p₁——調(diào)壓器入口絕對壓力

    p₂——調(diào)壓器出口絕對壓力

當(dāng)壓差比很小，時(shí)，可以不考慮氣體密度變化。實(shí)際氣體是可壓縮的，只不過壓差很小，在不影響精度的條件下，略去密度的變化。

 

式中q₀——不考慮可壓縮性的調(diào)壓器全開時(shí)流量，m³/h

    A₀——閥口面積，cm²

    ζ₀——對應(yīng)閥口面積的局部阻力系數(shù)

    △p——調(diào)壓器進(jìn)出口壓差，MPa

    p——氣體密度，kg/m³

    ρ——調(diào)壓器的流通能力系數(shù)

C是由生產(chǎn)廠家提出的調(diào)壓器的流通能力系數(shù)，其物理意義為：在介質(zhì)密度ρ為1000kg/m³、壓差△p=0.0981MPa、調(diào)壓器全開的條件下，通過調(diào)壓器的流量，單位是m³/h。用戶根據(jù)需要的壓差和氣體的密度就可以用式(2)算出調(diào)壓器全開時(shí)的流量。

   ② 亞臨界狀態(tài)流量公式

式中υ_c——出進(jìn)口壓力比的臨界值

    κ——等熵指數(shù)

當(dāng)時(shí)，為亞臨界狀態(tài)，必須考慮氣體的可壓縮性，否則引起較大誤差。為此需要考慮氣體密度的變化，引出氣體密度的膨脹系數(shù)，此時(shí)常用的公式為：

 

式(6)還可以寫成如下形式：

 

式中q₁——亞臨界狀態(tài)氣體折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的流量，m³/h

    C——調(diào)壓器的流通能力系數(shù)

    ε——考慮了燃?xì)饷芏茸兓呐蛎浵禂?shù)，可以根據(jù)燃?xì)獾?kappa;、p₁、p₂用公式計(jì)算，也可查圖，詳見文獻(xiàn)[1]

    p₁——調(diào)壓器入口絕對壓力，MPa

    △p——調(diào)壓器進(jìn)出口壓差，MPa

    ρ₀——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃?xì)饷芏龋琸g/m³

    T₁——燃?xì)馊肟跍囟龋?span>K

    Z₁——燃?xì)膺M(jìn)口壓縮因子

   ③ 臨界狀態(tài)流量公式

   當(dāng)調(diào)壓器出進(jìn)口壓力比小于等于出進(jìn)口壓力比的臨界值時(shí)，即時(shí)，調(diào)壓器流量計(jì)算如下：

 

對于天然氣有：

 

所以：

 

將式(7)、(8)代入式(5)，得：

 

式中q₂——臨界狀態(tài)氣體折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的流量，m³/h

其他符號同式(5)。

    傳統(tǒng)換算方法是根據(jù)廠家給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，不屬于直接流量計(jì)算，可參見文獻(xiàn)[1]。1.3 傳統(tǒng)算法存在的問題

    傳統(tǒng)的計(jì)算方法是根據(jù)進(jìn)出口壓力不同，分段進(jìn)行計(jì)算。傳統(tǒng)的計(jì)算公式計(jì)算出的流量在亞臨界接近臨界狀態(tài)處，與實(shí)際流量有較大偏差。沒有考慮出進(jìn)口壓力比臨界值受調(diào)壓器閥座形狀的影響，實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)調(diào)壓器閥座形狀和尺寸對此J臨界值有影響。

    有些發(fā)達(dá)國家根據(jù)調(diào)壓器流量正弦規(guī)律采用通用流量公式。根據(jù)國外文獻(xiàn)，通過調(diào)壓器閥座的氣體流量規(guī)律可分兩個(gè)階段：亞臨界狀態(tài)和臨界狀態(tài)。亞臨界狀態(tài)包括不可壓縮部分。氣體是可以壓縮的，不可壓縮部分實(shí)際上是忽略了可壓縮造成的密度的變化。嚴(yán)格地說，應(yīng)該考慮可壓縮氣體密度的變化。另外，根據(jù)試驗(yàn)可以證明，亞臨界和臨界狀態(tài)的流量比和其相應(yīng)的壓差比成正弦規(guī)律，可以寫成流量的通用公式。

令為進(jìn)出口壓差與進(jìn)口壓力之比(簡稱壓差比)，β_c為臨界狀態(tài)的壓差比，則有如下經(jīng)驗(yàn)公式：

當(dāng)時(shí)為臨界狀態(tài)，有：

 

式中q——亞臨界狀態(tài)流量

    q_c——臨界狀態(tài)流量

    當(dāng)時(shí)為臨界狀態(tài)，有：

 

    以上正弦規(guī)律也是流量通用公式的基礎(chǔ)。

    根據(jù)國外文獻(xiàn)介紹的英制的流量公式，可以導(dǎo)出目前幾個(gè)歐美調(diào)壓器產(chǎn)品的流量公式。

  

式中q——在閥全開時(shí)的流量，scfh

    C_v——在閥全開時(shí)，不考慮壓縮狀態(tài)下的流量系數(shù)

    p₁——調(diào)壓器前絕對壓力，psia

    △p——調(diào)壓器前后壓差，psia

    d——氣體相對密度，空氣的相對密度為1

    T——調(diào)壓器入口氣體溫度，K

式中△p——調(diào)壓器前后壓差，psia

    p₁——調(diào)壓器前絕對壓力，pisa

    β_c——臨界狀態(tài)的壓差比

    q_c——在閥全開時(shí)的臨界流量，scfh

    C_g——在閥全開時(shí)，考慮壓縮狀態(tài)下臨界流量系數(shù)

    C₂——校正系數(shù)，見表1

    d——氣體相對密度

    T——調(diào)壓器入口氣體溫度，K

    κ——等熵指數(shù)