[科普中國(guó)]-閥當(dāng)量管長(zhǎng)

閥當(dāng)量管長(zhǎng)即管件的當(dāng)量長(zhǎng)度。

當(dāng)量長(zhǎng)度是物理學(xué)名詞，英文名：equivalent length。流體流過(guò)管件受到的局部(摩擦)阻力時(shí)，為方便起見(jiàn)，可將該阻力折算成為相當(dāng)于流體流過(guò)一定長(zhǎng)度的該工況下的直管時(shí)的摩擦阻力，對(duì)應(yīng)的這個(gè)長(zhǎng)度稱為當(dāng)量長(zhǎng)度。

概述閥門是核電廠管道系統(tǒng)的重要部件，主要控制或調(diào)節(jié)介質(zhì)的壓力、溫度、流向和流量，對(duì)壓力容器設(shè)備起到安全保護(hù)作用，是核電廠可靠運(yùn)行的保證。閥門通常采用流量系數(shù)和流阻系數(shù)表示其通流性能，而在工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往將閥門等效為一個(gè)管道阻力部件，利用管道的當(dāng)量長(zhǎng)度L/D表示閥門的流動(dòng)阻力特性。因此，在閥門采購(gòu)中，為了核算閥門的流阻系數(shù)值是否滿足工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，需要在流量系數(shù)、流阻系數(shù)和當(dāng)量長(zhǎng)度間進(jìn)行換算。為了避免對(duì)定義式和換算公式理解的偏差，探討流量系數(shù)、流阻系數(shù)和當(dāng)量長(zhǎng)度間的換算，合理使用換算過(guò)程中量的單位等問(wèn)題是必要的。1

流量系數(shù)、流阻系數(shù)和當(dāng)量長(zhǎng)度間的換算流量系數(shù)定義及換算閥門的流量系數(shù)(CV或KV)值是衡量閥門流通能力的指標(biāo)。流量系數(shù)越大，說(shuō)明壓力損失越小，閥門的流通能力也就越好。閥門的流量系數(shù)CV值及KV值的換算關(guān)系為

CV=1.156KV (1)

流阻系數(shù)定義和計(jì)算流體通過(guò)閥門時(shí)，其流體阻力損失用閥門前后的流體壓力降Δp表示。流阻系數(shù)的計(jì)算式源自于液體內(nèi)部深度H的壓強(qiáng)計(jì)算式與H處位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能計(jì)算式的整合。對(duì)于紊流流態(tài)的液體，閥門流阻系數(shù)的計(jì)算為

ΔP = ζ ρu2/2 (2)

式中Δp———閥門的壓力損失，Pa

ζ———閥門的流阻系數(shù)

ζ = λL/D

λ———沿程阻力系數(shù)

L———計(jì)算沿程損失的管段長(zhǎng)度，m

D———管道的水力直徑，m

ρ———流體密度，kg/m3

u———流體在管道內(nèi)的平均流速，m/s

用管道當(dāng)量長(zhǎng)度表示閥門的流阻系數(shù)閥門的流阻系數(shù)取決于閥門產(chǎn)品的尺寸、結(jié)構(gòu)和內(nèi)腔形狀等。閥門體腔內(nèi)的每一個(gè)元件，如流體轉(zhuǎn)彎、擴(kuò)大、縮小、再轉(zhuǎn)彎等，均可以看作為一個(gè)產(chǎn)生阻力的元件系統(tǒng)。所以閥門內(nèi)的壓力損失約等于閥門各個(gè)元件壓力損失的總和，即閥門阻力系數(shù)等于閥門各個(gè)元件阻力系數(shù)的總和。閥門沿程阻力系數(shù)可以近似為管路系統(tǒng)的沿程阻力系數(shù)，由于閥門的等效長(zhǎng)度可以疊加到管子的等效長(zhǎng)度上，所以將閥門用等效長(zhǎng)度的方法可以簡(jiǎn)化管路系統(tǒng)的計(jì)算。在管道的流阻計(jì)算中，管道的阻力系數(shù)是沿程阻力系數(shù)與管道等效長(zhǎng)度L/D的乘積，因此閥門對(duì)流體的

阻力用管道等效長(zhǎng)度的表達(dá)式為ζ = λL/D。1

在閥門采購(gòu)中的應(yīng)用應(yīng)用過(guò)程在API規(guī)范6D《管線閥門》第22版規(guī)定，制造廠( 商) 應(yīng)為買方提供流量系數(shù)值，顯然流量系數(shù)對(duì)管道和閥門設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的參數(shù)。國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的閥門生產(chǎn)廠家大多將不同壓力等級(jí)、不同類型和不同公稱通徑閥門的流量系數(shù)CV值列入產(chǎn)品樣本中，供設(shè)計(jì)部門和使用單位選用。在我國(guó)，用戶要求制造方在圖紙中說(shuō)明閥門的流量系數(shù)值。在閥門采購(gòu)過(guò)程中，采購(gòu)方必須核算廠家提供的流量系數(shù)值，確保所供閥門滿足工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。

閥門的流量系數(shù)是閥門的固有特性，取決于閥門的結(jié)構(gòu)，不同類型和不同尺寸的閥門都要分別進(jìn)行試驗(yàn)，才能確定該種閥門的流量系數(shù)值。但是工程實(shí)際中，不可能每個(gè)閥門都進(jìn)行流量試驗(yàn)，也沒(méi)有必要每個(gè)閥門都進(jìn)行流量試驗(yàn)。隨著有限元數(shù)值模擬的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)模擬閥門的流量系數(shù)的方法越來(lái)越成熟，得到了行業(yè)內(nèi)的認(rèn)可。1

問(wèn)題分析某核電廠在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，出現(xiàn)了閥門流量過(guò)低、流阻過(guò)大的問(wèn)題。經(jīng)確認(rèn)，閥門的流阻超出了工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件重新核算，找出主要原因。在出現(xiàn)流阻過(guò)大問(wèn)題后，應(yīng)通過(guò)重新修改設(shè)計(jì)、制造試驗(yàn)樣機(jī)、計(jì)算機(jī)模擬和流阻試驗(yàn)等方式改進(jìn)設(shè)計(jì)，以滿足流阻的設(shè)計(jì)要求。

①由于沒(méi)有注意公式應(yīng)用的條件和背景，直接套用式(1) 和式(2) 計(jì)算流量系數(shù)和流阻系數(shù)，不分公式中的密度和相對(duì)密度，使得計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。

②在計(jì)算流動(dòng)阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度L/D時(shí)，沒(méi)有通過(guò)管道公稱通徑對(duì)應(yīng)的管號(hào)計(jì)算管道內(nèi)徑，誤用管道內(nèi)徑造成計(jì)算結(jié)果偏差。

③沒(méi)有采用管道公稱通徑對(duì)應(yīng)的管號(hào)確定管道摩擦阻力系數(shù)，使得計(jì)算結(jié)果差異比較大。

結(jié)語(yǔ)(1) 在閥門采購(gòu)中，必須核算閥門的流阻系數(shù)或者當(dāng)量長(zhǎng)度以滿足工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。閥門廠家對(duì)流量系數(shù)、流阻系數(shù)和當(dāng)量長(zhǎng)度理解偏差，會(huì)影響采購(gòu)進(jìn)度和工程成本。

(2) 采用有限元分析軟件模擬閥門的通流性能是可行的。在閥門采購(gòu)中需要注意，有限元分析方法應(yīng)通過(guò)樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證。閥門的阻力系數(shù)試驗(yàn)方法依據(jù)BS EN1267－1999 或者JB/T 5296－1991等標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 采用換算公式計(jì)算流量系數(shù)、流阻系數(shù)或者當(dāng)量長(zhǎng)度值，必須注意公式中各參數(shù)的單位。對(duì)參數(shù)的單位理解錯(cuò)誤，直接套用公式會(huì)引起較大的誤差。

(4) 閥門采用當(dāng)量長(zhǎng)度L/D表達(dá)流阻系數(shù)時(shí)，應(yīng)注明管號(hào)，通過(guò)管道公稱通徑對(duì)應(yīng)的管號(hào)計(jì)算管道內(nèi)徑d值，摩擦阻力系數(shù)為管道在完全紊流下的數(shù)值。

(5) 在閥門技術(shù)規(guī)范書中應(yīng)給出管道摩擦阻力系數(shù)。避免對(duì)于L/D理解的偏差，保證實(shí)際供貨的閥門流阻滿足工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王寧 - 副教授 - 西南大學(xué)