엔지니어링 설계에서 제어 밸브의 조정 가능한 비율의 실제적 중요성

이 질문은 몇 마디 말로 명확하게 설명할 수 없습니다. 유량계수의 계산과정을 보실 수 있습니다. 프로세스는 이미 최대 유속과 최소 유속을 제공했습니다. 제어 밸브의 조정 용량이 공정 요구 사항을 충족하는 것만으로도 충분합니다. 조정 가능 비율은 제어 밸브의 조정 범위를 나타내며 일부 장비의 범위 비율과 거의 동일합니다.이 분야의 정보를 잘 살펴보면 그 이유를 이해할 수 있을 것입니다.

제조업체에서는 일반적으로 밸브의 이상적인 R을 30~50 범위로 알려줍니다. 실제 R은 S가 포함되어 있고 제조업체에서 실제 R을 계산하기가 쉽지 않기 때문에 훨씬 작습니다.S가 0.3-0.5이면 해당 R은 5.5-7입니다.실제 R은 일반적으로 약 10임을 알 수 있습니다.이해했나요?

제어 밸브에는 두 가지 기본 흐름 특성이 있습니다.： 선형유량특성 조절밸브의 유량계수와 조정비율의 관계에 관한 연구 - 식 1 등비율유량특성 Ф=Ф0Rh (2) 여기서：Ф는 특정 개구부에 해당하는 유량 계수입니다.；R은 조정 가능한 비율입니다.；h는 상대 오프닝입니다.；Ф0은 h=0의 유량계수입니다. 전통적인 설명에 따르면 조정 비율 R은 제어할 수 있는 최대 유량의 비율, 즉 유량 계수와 조절 밸브의 조정 비율 사이의 관계에 대한 연구를 의미합니다 - 공식 3. 조절 밸브를 설계할 때 먼저 R 값을 설정한 다음 각 개구부의 유량 계수 Ф를 계산해야 하며 이는 밸브 코어 곡선과 슬리브 창 설계의 기초로 사용됩니다.국내 제어 밸브 업계의 두 가지 통일 설계는 모두 R=30 설정을 전제로 각 개구부에 해당하는 유량 계수의 이론값을 계산했습니다(표 1 참조). 표 1 R=30 제어밸브의 각 상대개도의 유량계수 Ф 유량특성 Ф0 각 상대개도 Ф 값 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 선형 3.33 13.00 22.67 32.33 42.00 51.67 61.33 71.00 80.67 90.33 100.00 등분율 3.33 4.68 6.58 9.25 12.99 18.26 25.65 36.05 50.65 71.17 100.00 적용측면에서는 제어밸브의 증폭계수 KD가 더 클 것으로 기대되며, KD는 조정비율 R에 관한 것으로, 선형특성 조정밸브의 유량계수와 조정비율의 관계에 관한 연구 - 식 4 등분율 특성 조정밸브의 유량계수와 조정비율의 관계에 관한 연구 - 식 5：L은 전체 스트로크 개방입니다.KD가 증가하면 R 값이 증가한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 제조업체에서는 조정 가능한 비율이 특정 값보다 크다는 것을 성능 지표로 표시합니다.그러나 조절밸브의 R값이 클수록 설계 및 제작이 어려워진다.단일 및 이중 시트 제어 밸브의 경우 R 값이 너무 크면 밸브 코어 제조 시 90% ~ 100% 개방 범위 내에서 언더컷이 발생합니다.；슬리브 컨트롤 밸브의 경우, R 값이 너무 크면 90%~100% 개도 범위 내에서 윈도우 사이즈가 너무 넓어서 제작이 불가능합니다.이는 R 값의 향상을 제한합니다. 제조사에서는 R=30을 전제로 컨트롤 밸브 제품을 설계, 제작하고 있지만, 컨트롤 밸브 제품의 실제 R값과 R=30과의 편차는 아직까지 사람들의 관심을 끌지 못하고 있습니다.R 값에 대한 설계자의 이해는 Qmax와 Qmin의 비율에 국한되어 있고, Qmin은 측정할 수 없는 이론적인 값일 뿐이므로 실제 조정 가능한 비율을 계산할 수는 없다고 판단됩니다.지금까지 본 조절 밸브에 대한 정보에서는 이 측면에 대한 논의를 본 적이 없습니다.컨트롤 밸브에 대한 국내외 표준에서는 R 값을 측정, 계산 및 평가하는 방법을 제안하지 않습니다.이는 조정가능성 비율의 개념을 일방적으로 이해한 데서 비롯된다. 이제 조정성 비율과 유량 계수의 관계에 대한 추가 논의와 연구가 필요합니다. 1. 비교 가능한 밸브와 유량 특성 곡선 간의 관계. R 값이 의존하는 유량계수 계산식에서 알 수 있지만, 이는 임의의 상대 스트로크에서 유량계수 값을 결정합니다.따라서 이 점은 제어밸브의 설계, 제조 및 적용의 관점에서 매우 중요한 실무적 의의를 갖는다.최소 개방 상태에서는 조절 밸브를 사용할 수 없기 때문에 즉, Qmin에서는 작동하지 않습니다. 특정 개구부(일반적으로 전체 스트로크의 20% ~ 80%)에서 유량을 제어하는 ​​데 사용되는 경우가 많습니다.이때 조절 밸브의 유량 계수는 조절 밸브의 작동 개방을 결정하고 스트로크에 대한 유량 계수의 변화는 조절 밸브의 증폭 계수를 결정하며 이는 모두 R 값과 관련됩니다.따라서 R값은 Qmax와 Qmin의 비만으로는 단순히 이해할 수 없으며, R값은 전체 유동특성곡선의 특성변수로 보아야 한다. 식 (1), (2), (3), (4)를 분석하면 R 값의 변화가 선형 유동 특성에 거의 영향을 미치지 않음을 알 수 있으며, 특히 R>1인 경우 Ф와 KD 모두 R 값과 관련이 없습니다.；등분율 특성에 미치는 영향이 더 크기 때문에 이 기사에서 논의되는 값이 유량 계수에 미치는 영향은 등분율 특성으로 제한됩니다. R값을 유동특성곡선의 특성변수로 사용하면 풀스트로크의 유동특성곡선은 여러 가지 다른 R값에 의해 결정되는 여러 유동특성곡선의 조합으로 간주된다고 생각할 수 있다.개도가 0~80%일 때 제어 밸브가 작동 스트로크 범위 내에서 충분한 R 값을 갖도록, 즉 충분한 증폭을 갖도록 R 값이 커야 합니다.80% ~ 100% 개방 범위에서는 R 값이 더 작아야 제어 밸브 제조 과정에서 밸브 코어 곡선과 슬리브 창 개방을 더 쉽게 구현할 수 있습니다.작동 개방 시 R 값을 늘리는 것은 제어 밸브 설계에서 향상된 유량을 탐색하는 방법으로도 사용될 수 있습니다.세그먼트별로 서로 다른 R 값을 취한다는 아이디어는 IEC534-2-4(초안) 및 일부 외국 제어 밸브 유량 계수 표에 반영되었습니다. 이때 조정 가능한 비율의 의미는 더 이상 Qmax와 Qmin의 비율이 아닙니다. 이는 유동 특성 곡선의 특성 매개변수로 인식되고 연구되어야 합니다. 2 R 값 계산 방법 제어 밸브의 실제 조정 비율 R 값을 계산할 수 있습니다. 식(2)에 따르면 lnФ=lnФ0+hlnR이라고 추론할 수 있다. (6) lnФ-h 좌표계에서 등비율 유동 특성 곡선은 직선이고, R 값이 실제로 직선의 기울기를 결정한다.조절 밸브의 유량 특성을 실제로 측정함으로써 여러 세트의 (Ф, h) 데이터를 얻을 수 있습니다. 제조 및 측정 오류로 인해 이러한 측정값은 lnФ-h 좌표계에서 대략 직선으로 분포되어 있으며, 이 대략 직선이 조절 밸브의 실제 유량 특성 곡선으로 간주됩니다.이러한 직선을 얻고 좌표계에서 이러한 점에 가장 가깝게 만들려면 최소 제곱법을 사용하여 해결하는 것이 좋습니다. 서로 다른 개구부에서 조절 밸브의 유량 계수를 측정할 때 상대 스트로크 및 유량 계수에 대한 K개의 데이터 세트를 얻을 수 있습니다. 식 (6)을 대입하면 방정식 그룹에서 유량 계수와 조절 밸브의 조절 비율 사이의 관계에 대한 연구가 얻어집니다. 식 7에서：Ф0, R은 이 제어 밸브의 실제 값이며 대략적인 값은 방정식 세트 (7)로부터 최소 제곱법을 사용하여 얻을 수 있습니다.： 조절 밸브의 유량 계수와 조정 가능한 비율 사이의 관계에 대한 연구 - 공식 8 일반적으로 측정을 위해 10개의 구멍을 취합니다. 즉, hi는 각각 0.1, 0.2, 0.3,..., 1.0으로 감소합니다.이때 K=10, 조절밸브의 유량계수와 조정비율의 관계에 대한 연구 - 식 1=5.5；조절밸브의 유량계수와 조정비율의 관계에 관한 연구 - 식 2 = 3.85. 식 (8)을 대입하면 유량 계수와 조절 밸브의 조정 비율 사이의 관계에 대한 연구가 있습니다 - 식 9. 측정된 유량 계수 Фi를 식 (9)에 대입하면 조절 밸브의 실제 조정 비율 R 값을 풀 수 있습니다.표 1의 매체비율계수의 이론값을 식(9)에 대입하면 R=30을 다시 계산할 수 있다.식 (9)에 따르면 전체 스트로크의 조정 가능한 비율이 해결됩니다. 작업 구간에서 조절 밸브의 조절 비율을 정확하게 이해하기 위해 hi는 각각 0.2, 0.3, ..., 0.8, 즉 k=7로 취할 수 있다. 조절밸브의 유량계수와 조절비율의 관계에 관한 연구 - 식 3 = 3.5, 조절밸브의 유량계수와 조절비율의 관계에 대한 연구 - 식 4 = 2.03, 이어서 조절밸브의 유량계수와 조절비율의 관계에 대한 연구가 있다 - 식 10 20%~80% 개방에서의 유량계수를 대입하면 유량의 R값이 된다 이 부분의 특징을 알 수 있습니다.마찬가지로, 표 1의 이론값 데이터를 식 (10)에 대입하면 R=30도 다시 계산할 수 있습니다.식 (9)와 (10)의 Ф 값은 비율의 형태로 나타나므로 절대유량계수를 사용하든 상대유량계수를 사용하든 상관없이 결과는 동일하다.따라서 R 값을 계산하는 것이 매우 편리합니다.마찬가지로, 어떤 단면의 흐름 특성 곡선 값을 계산해야 할 경우 해당 계산 공식을 도출할 수 있습니다. 3 국내외 일부 컨트롤 밸브의 R값 비교는 식(9)에 기초한다. 해당 R 값은 국내 설계 더블 시트 제어 밸브와 공동 설계 슬리브 제어 밸브, 피셔(Fisher)사의 ED형 슬리브 밸브의 유량계수를 이용하여 계산하였습니다. 결과를 표 2 내지 4에 나타내었다. 표를 보면 더블시트 컨트롤 밸브와 슬리브 컨트롤 밸브가 설계시 R=30으로 설정되어 있음에도 불구하고 실제로 생산되는 각종 사양의 컨트롤 밸브의 R값이 서로 다른 것을 알 수 있다. 표 2 더블 시트 제어 밸브의 유량 계수 Ф 값 및 R 계산 값 공칭 직경 DN × dN 각 상대 개방의 조정 가능한 비율 Ф 값 R 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 25 2.65 4.57 7.84 12.76 17.96 25.04 35.00 49.11 74.53 103.39 51.5 32 3.09 6.30 9.90 13.99 18.90 24.60 30.10 42.80 74.40 100.00 34.6 40 7.44 10.28 11.52 13.22 16.88 21.92 28.82 52.84 78.92 92.00 17.4 50 7.68 11.89 14.90 18.40 22.90 29.50 37.80 53.50 70.40 98.20 14.6 65 3.95 7.72 11.36 15.53 20.20 26.56 36.51 50.77 77.53 99.58 28.9 80 3.34 7.64 10.49 14.63 19.85 28.00 37.75 50.28 75.49 97.25 32.4 100 4.70 7.68 10.32 14.20 18.81 27.35 37.02 52.82 72.39 97.60 27.1 125 4.14 6.49 9.47 12.89 19.37 27.61 37.34 51.88 66.66 103.63 32.3 150 2.55 5.70 8.50 12.42 18.17 25.45 34.98 48.48 76.74 96.81 45.7 200 12.20 16.10 20.10 25.10 32.00 46.50 75.80 100.50 20.0 표 3 슬리브 조절 밸브 유량 계수 Ф 값 및 R 계산 값 공칭 직경 DN × dN 각 상대 개방 Ф 값 조정 가능한 비율 R 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 25 4.10 7.90 12.10 16.50 20.40 29.60 42.20 61.00 81.50 103.00 30.9 40C=16 2.12 6.06 10.00 14.31 18.75 24.75 34.50 51.06 73.75 96.88 45.3 60 C=25 6.54 9.12 11.76 14.84 20.24 28.16 38.60 56.00 78.00 99.20 21.3 50 3.10 6.45 9.90 15.05 22.48 32.50 46.50 67.50 90.50 97.75 45.2 65 3.25 6.83 10.24 14.63 20.63 27.46 40.32 58.73 86.35 107.94 41.2 80 4.20 7.67 11.10 14.97 21.05 29.70 40.60 60.50 80.10 92.60 29.9 100 3.57 7.37 11.03 15.21 21.80 30.39 44.13 64.90 82.06 93.23 34.9 125 C=250 3.69 7.00 10.80 15.24 21.20 29.80 41.60 59.60 87.60 102.80 36.9 125 C=370 3.34 7.14 10.84 15.19 21.89 31.62 45.95 65.41 82.43 93.24 37.5 200 3.17 6.90 10.79 15.66 22.41 31.90 42.76 60.34 81.21 96.03 37.8 300 3.31 6.92 10.54 14.54 20.23 28.62 43.85 64.23 82.31 94.08 38.3 표 4 Fisher사의 ED형 슬리브 밸브의 유량계수 Ф 값과 R 계산값 공칭 직경 DN×dN 각 상대 개방 Ф 값 조정 비율 R 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1*1/4×1*5/16 0.783 1.54 2.20 2.89 4.21 5.76 7.83 10.9 14.1 17.2 27.4 1*1/2×1*7/8 1.52 2.63 3.87 5.41 7.45 11.2 17.4 24.5 30.8 35.8 36.3 2×2*5/16 1.66 2.93 4.66 6.98 10.8 16.5 25.4 37.3 50.7 59.7 57.6 2*1/2×2*7/8 3.43 7.13 10.8 15.1 22.4 33.7 49.2 71.1 89.5 99.4 41.3 3×3*7/16 4.32 7.53 10.9 17.1 27.2 43.5 66.0 97.0 120 136 54.2 4×4*3/8 5.85 11.6 18.3 30.2 49.7 79.7 125 171 205 224 64.8 6×7 12.9 25.8 43.3 67.4 104 162 239 316 368 394 47.1 8×8L=2 18.5 38.0 58.4 86.7 130 189 268 371 476 567 41.9 8×8L=3 27.0 58.1 105 188 307 478 605 695 761 818 43.1 표 2에서 이 두 제어 밸브 시리즈의 R을 비교하십시오. 및 표 3 값을 보면 더블 시트 제어 밸브의 다양한 사양에 대한 R 값 편차가 더 큰 반면, 슬리브 제어 밸브의 다양한 사양에 대한 R 값 편차가 더 작은 것을 알 수 있습니다.이는 두 밸브를 설계할 때 유량 특성에 대해 서로 다른 오류 기준을 사용하는 것과 일치합니다. 더블 시트 조절 밸브는 스트로크별 유량값의 편차 범위로 최대 유량값의 10%를 사용하고, 슬리브 밸브는 국제 IEC 표준의 기울기 방법을 사용하여 유량 특성 편차를 계산합니다.분명히 후자의 방법은 전자의 방법보다 R값이 설계 요구 사항을 더 잘 충족하는지 확인할 수 있으며, 이는 IEC 표준 경사 방법의 발전을 보여줍니다. Table 2, Table 3, Table 4를 비교하면 국산 컨트롤 밸브의 R값이 외국 컨트롤 밸브의 R값보다 작은 것을 알 수 있다. 국산 더블 시트 밸브의 평균 R 값 = 30.5, 심플 세트 밸브의 평균 R 값 = 36.2；Fisher의 ED형 단순밸브의 R의 평균값은 45.9이다. 그리고 국산 심플 슬리브 밸브와 Fisher사의 ED형 심플 슬리브 밸브의 작동 스트로크 구간(h=0.2~0.8)의 R값을 식 (10)에 따라 계산하고, 이를 풀 스트로크에서의 R값과 비교한다. 결과를 표 5 및 표 6에 나타내었다.국산 심플밸브의 작동행정구간 R값은 큰 변화 없이 풀스트로크의 R값에 가깝고 평균 R=34.2인 반면, 작동행정 구간의 피셔사 심플밸브의 R값은 풀스트로크의 R값인 R=60.5보다 현저히 높은 것을 알 수 있다. 작동 스트로크 섹션의 R 값을 높이면 자동 제어 시스템의 요구 사항을 더 잘 충족할 수 있고 80% 개방 시 유량 계수 값을 높일 수 있어 완전 개방 시 밸브의 유량이 크게 향상된다는 장점이 있습니다.R값의 분석 및 비교를 통해 국내외 컨트롤 밸브의 설계 수준에는 일정한 격차가 있음을 알 수 있다. 표 5 국산 슬리브 조절 밸브 R 값 슬리브 밸브 스트로크 구간 슬리브 밸브 사양 R 값 R 평균 20 40 C=16 40 C=25 50 65 80 100 125 C=250 125 C=370 200 300 풀 스트로크 30.9 45.3 21.3 45.2 41.2 29.9 34.9 36.9 37.5 37.8 38.3 36.2 h=0.2~0.8 26.9 28.9 20.5 49.2 33.4 29.5 35.4 33.0 39.2 35.2 38.4 34.2 표 6 Fisher Company 슬리브 밸브 R 값 슬리브 밸브 스트로크 단면 슬리브 밸브 사양 R 값 R 평균 1*1/4×1*5/1 1*1/2×1*7/8 2×2*5/16 2*1/2×2*7/8 3×3*7/16 4×4*3/8 6×7 8×8L=2 8×8L=3 풀 스트로크 27.4 35.3 57.6 41.3 54.2 64.8 67.1 41.9 43.1 45.9 h=0.2~0.8 25.8 41.5 69.7 46.2 78.1 99.7 69.0 45.0 69.7 60.5 4. IEC 534-2-4(초안)의 이해 IEC 534-2-4(초안)의 섹션 3.3은 등비율 흐름 특성에 대해 다음 조항을 제공합니다.： “h = 0.2와 h = 0.8 사이에서 배출 계수의 인접한 두 공개 값의 로그 차이는 0.13과 0.2” 범위 내에 있어야 합니다.“h=0.2 이하에서는 두 값이 0.13과 0.25에 해당합니다.；h=0.8 이상에서는 이 값은 그에 따라 0.03 및 0.2"여야 합니다. 여기서 유량특성 편차범위의 선택은 R값의 변동범위에 따라 결정되는 것으로 보아야 한다. 시산 R=20, 0.1×logR=0.13 R=100, 0.1×logR=0.20 R=300, 0.1×logR=0.25 R=2, 0.1×logR=0.03 즉, 유동특성 편차는 실제로 분할한계 R 값의 변동범위는 h=0.2~0.8, R=20~80이다.； h=0.8~1.0, R=2~100； h=0~0.2, R=20~300； IEC의 이번 규정은 R 값을 흐름 특성 곡선의 특성 매개변수로 구현하고 전체 스트로크 범위 내에서 다양한 R 값을 취할 수 있다는 설계 아이디어를 실현합니다.국가 표준 GB 4213-84 "공압 제어 밸브의 일반 기술 조건"은 이 문제에 대한 IEC 표준과 다소 다릅니다.R 값과 유량 계수 사이의 관계에 대한 심층적인 논의는 조절 밸브의 설계, 제조 및 적용에 있어 특정한 중요성을 갖습니다. 조절 밸브에 대한 기초 이론 연구를 강화하고 우리나라 조절 밸브의 설계 및 제조 수준을 향상시키는 것이 매우 필요합니다.

조절 밸브의 유량 계수(유럽 및 미국 표준에서는 Cv 값, 국제 표준에서는 KV 값이라고 함)는 표준(테스트) 조건에서의 체적 유량 또는 질량 유량을 나타냅니다.조절 밸브의 최대 유량 계수 Kv는 다음을 나타냅니다.：조절 밸브가 완전히 열렸을 때 밸브 전단과 후단의 압력차 ΔP는 100KPa이고, 유체 중량 r이 1gf/cm3(즉, 20°C의 물)일 때 조절 밸브를 흐르는 시간당 유량의 단위는 m3/h입니다. 제어밸브의 턴다운비(R)는 최대유량계수와 최소유량계수의 비율로 정의되는데, 이는 표준상태에서 밸브를 통과하는 물의 최대 체적유량과 최소(제어 가능한) 체적유량의 비율로 밸브의 유량조절 능력을 나타낸다.