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阀门流量流阻系数试验装置设计

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阀门的流量系数是衡量阀门流通能力的指标，流量系数值越大说明流体经过阀门时的压力损失越小。阀门的流阻系数可以衡量流体通过阀门后主要功率消耗。而阀门的流量系数、流阻系数取决于阀门的尺寸、形式、结构，因此阀

阀门的流量系数是衡量阀门流通能力的指标，流量系数值越大说明流体经过阀门时的压力损失越小。阀门的流阻系数可以衡量流体通过阀门后主要功率消耗。而阀门的流量系数、流阻系数取决于阀门的尺寸、形式、结构，因此阀门流量流阻系数的试验对阀门产品改进、为流体工程系统降低功耗合理设计，能提供有效数据。
装置主要技术参数与功能
根据建设方对试验装置的要求，本文设计的试验装置主要技术参数如下：
①能提供回路最高压力：2.5MPa；②温度：常温（≤40℃）；③最大流量：150m3/h；④阀门最大口径：100mm；⑤回路介质：去离子水。
试验装置主要功能为：当水流通过阀门达到稳流时，测定各型阀门的流量系数与流阻系数，流量试验和流阻试验能满足JB/T5296－1991《通用阀门流量系数和流阻系数的试验方法》的要求。
原理与组成
阀门流量系数表示流体流经阀门产生单位压力损失时流体的流量：

（1）
式中：C为流量系数；Q为体积流量（m3/h）；ρ为流体密度（kg/m3）；ΔP为阀门的压力损失（kPa）。
阀门的流阻系数表示流体通过阀门后的压力损失：

（2）
式中：K为阀门的流阻系数；ΔP为被测阀门的压力损失（kPa）；ρ为流体密度（kg/m3）；u为流体在管道内的平均流速（m/s）。

（3）
式中：Q为体积流量（m3/s）；A为管道通径（m2）。
测量阀门稳流时的流量、流阻系数，需通过测取被测阀门的压力损失ΔP、管道内的流量Q，进而计算出阀门的流量流阻系数。
调节流量Q的变化，当水流没有脉动，而且达到稳流状态后记录数据。当Q显示达到设定流量分别记录下这些流量对应产生的压力损失ΔP1（可通过三阀组和差压测量装置测量）。
若用直管代替阀门，水流通过直管会产生沿程压力损失：

（4）
式中：ΔP2为用光滑的直管路替代被测阀门，沿程压力损失（MPa）；λ为沿程压力损失系数；l为直管段长度（m）；d为管道通径（m）；ρ为流体密度（kg/m3）；u为流体在管道内的平均流速（m/s）。可得出：

（5）
本文设计的试验装置由1个主回路系统和3个辅助系统（补水系统、稳压系统、冷却水系统）以及相应的控制测量系统等组成，工艺流程图如图1所示。

图1工艺流程图

主回路系统
1）功能
主回路系统为闭式循环回路，功能是为被测试阀门提供稳定的流量。根据现场条件以及建设方需求，设计的流量范围为（0～10）m3/h、（0～40）m3/h、（0～200）m3/h。
2）组成及特点
①根据试验及现场环境要求，需要尽可能减少泄漏，最大程度降低噪声，故选用2台型号为P4L100－65－250/37－2的屏蔽泵。1台屏蔽泵可提供80m3/h的流量，出口压力2.5MPa。当使用流量（0～10）m3/h、（0～40）m3/h，只需启动1台屏蔽泵；当使用流量为（80～200）m3/h，同时启动2台屏蔽泵。
②3条通径分别为DN25，DN50，DN100的测试管段，每个测试管段由1台流量计、1台电动调节阀、被测试阀门、1台压差计、2台隔离阀、相应的管路组成。
DN25、DN50、DN100测试管段的流量范围分别为：（0～10）m3/h、（0～40）m3/h、（0～200）m3/h。DN25测试管段可用于测量DN15、DN20、DN25阀门；DN50测试管段可用于测试DN32、DN40、DN50阀门；DN100测试管段可用于测试DN65、DN80、DN100阀门。
③1条通径为DN100的旁通管段，用于调节阀门试验段至额定压力与流量。
④测量仪表（流量计、压力表、压差计、温度计）。各测量仪表具有现场指示及控制台集中显示功能，能对现场工况实时监控。
⑤排气阀门及相应管路、附件。
3）运行过程
运行前先将主回路系统注满水，然后在控制室启动1台或2台屏蔽泵，通过补水系统、稳压系统、旁通阀将阀门被试验段压力调至公称压力，流量调至所需流量值，然后进行阀门流量流阻系数试验。
辅助系统
补水系统
1）功能
补水系统的功能是接收造水系统产生的去离子水，为主回路系统充满水，并为稳压系统充水至预定水位，补充主回路系统损失的流量。
2）组成及特点
①1台补水存储箱，用于接收造水系统产生的去离子水。根据管道布置长度以及稳压器容积，选择0.5m3的补水存储箱，能满足试验用水量。
②1台补水泵，本系统选用LJ4－500/3.2－Ⅵ的计量泵，可以根据预先选定好的流量或时间间隔来补水。
③压力表，具有现场指示及控制台集中显示功能，