[科普中国]-阀当量管长-

阀当量管长即管件的当量长度。

当量长度是物理学名词，英文名：equivalent length。流体流过管件受到的局部(摩擦)阻力时，为方便起见，可将该阻力折算成为相当于流体流过一定长度的该工况下的直管时的摩擦阻力，对应的这个长度称为当量长度。

概述阀门是核电厂管道系统的重要部件，主要控制或调节介质的压力、温度、流向和流量，对压力容器设备起到安全保护作用，是核电厂可靠运行的保证。阀门通常采用流量系数和流阻系数表示其通流性能，而在工艺系统设计中，往往将阀门等效为一个管道阻力部件，利用管道的当量长度L/D表示阀门的流动阻力特性。因此，在阀门采购中，为了核算阀门的流阻系数值是否满足工艺系统设计的要求，需要在流量系数、流阻系数和当量长度间进行换算。为了避免对定义式和换算公式理解的偏差，探讨流量系数、流阻系数和当量长度间的换算，合理使用换算过程中量的单位等问题是必要的。1

流量系数、流阻系数和当量长度间的换算流量系数定义及换算阀门的流量系数(CV或KV)值是衡量阀门流通能力的指标。流量系数越大，说明压力损失越小，阀门的流通能力也就越好。阀门的流量系数CV值及KV值的换算关系为

CV=1.156KV (1)

流阻系数定义和计算流体通过阀门时，其流体阻力损失用阀门前后的流体压力降Δp表示。流阻系数的计算式源自于液体内部深度H的压强计算式与H处位能转化为动能计算式的整合。对于紊流流态的液体，阀门流阻系数的计算为

ΔP = ζ ρu2/2 (2)

式中Δp———阀门的压力损失，Pa

ζ———阀门的流阻系数

ζ = λL/D

λ———沿程阻力系数

L———计算沿程损失的管段长度，m

D———管道的水力直径，m

ρ———流体密度，kg/m3

u———流体在管道内的平均流速，m/s

用管道当量长度表示阀门的流阻系数阀门的流阻系数取决于阀门产品的尺寸、结构和内腔形状等。阀门体腔内的每一个元件，如流体转弯、扩大、缩小、再转弯等，均可以看作为一个产生阻力的元件系统。所以阀门内的压力损失约等于阀门各个元件压力损失的总和，即阀门阻力系数等于阀门各个元件阻力系数的总和。阀门沿程阻力系数可以近似为管路系统的沿程阻力系数，由于阀门的等效长度可以叠加到管子的等效长度上，所以将阀门用等效长度的方法可以简化管路系统的计算。在管道的流阻计算中，管道的阻力系数是沿程阻力系数与管道等效长度L/D的乘积，因此阀门对流体的

阻力用管道等效长度的表达式为ζ = λL/D。1

在阀门采购中的应用应用过程在API规范6D《管线阀门》第22版规定，制造厂( 商) 应为买方提供流量系数值，显然流量系数对管道和阀门设计是一个非常重要的参数。国外工业发达国家的阀门生产厂家大多将不同压力等级、不同类型和不同公称通径阀门的流量系数CV值列入产品样本中，供设计部门和使用单位选用。在我国，用户要求制造方在图纸中说明阀门的流量系数值。在阀门采购过程中，采购方必须核算厂家提供的流量系数值，确保所供阀门满足工艺系统设计的要求。

阀门的流量系数是阀门的固有特性，取决于阀门的结构，不同类型和不同尺寸的阀门都要分别进行试验，才能确定该种阀门的流量系数值。但是工程实际中，不可能每个阀门都进行流量试验，也没有必要每个阀门都进行流量试验。随着有限元数值模拟的发展，利用计算机模拟阀门的流量系数的方法越来越成熟，得到了行业内的认可。1

问题分析某核电厂在系统调试过程中，出现了阀门流量过低、流阻过大的问题。经确认，阀门的流阻超出了工艺系统设计的要求。通过对产品设计文件重新核算，找出主要原因。在出现流阻过大问题后，应通过重新修改设计、制造试验样机、计算机模拟和流阻试验等方式改进设计，以满足流阻的设计要求。

①由于没有注意公式应用的条件和背景，直接套用式(1) 和式(2) 计算流量系数和流阻系数，不分公式中的密度和相对密度，使得计算结果出现较大偏差。

②在计算流动阻力的当量长度L/D时，没有通过管道公称通径对应的管号计算管道内径，误用管道内径造成计算结果偏差。

③没有采用管道公称通径对应的管号确定管道摩擦阻力系数，使得计算结果差异比较大。

结语(1) 在阀门采购中，必须核算阀门的流阻系数或者当量长度以满足工艺系统设计的要求。阀门厂家对流量系数、流阻系数和当量长度理解偏差，会影响采购进度和工程成本。

(2) 采用有限元分析软件模拟阀门的通流性能是可行的。在阀门采购中需要注意，有限元分析方法应通过样机试验验证。阀门的阻力系数试验方法依据BS EN1267－1999 或者JB/T 5296－1991等标准。

(3) 采用换算公式计算流量系数、流阻系数或者当量长度值，必须注意公式中各参数的单位。对参数的单位理解错误，直接套用公式会引起较大的误差。

(4) 阀门采用当量长度L/D表达流阻系数时，应注明管号，通过管道公称通径对应的管号计算管道内径d值，摩擦阻力系数为管道在完全紊流下的数值。

(5) 在阀门技术规范书中应给出管道摩擦阻力系数。避免对于L/D理解的偏差，保证实际供货的阀门流阻满足工艺系统设计要求。2

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学