基于LABVIEW的调节阀口径选型软件开发

    引言

    自动控制专业工程设计中，调节阀选型计算是非常重要的工作，其计算比较复杂，选型需要的参数较多，特别在中、大型工程中，阀门数量较多，阀门参数的计算需要花费大量精力。利用LABVIEW软件开发的阀门选型参数计算程序，能够迅速地进行阀门参数计算，且方便工程师根据个人设计习惯修改相关逻辑和计算参数，高效率完成工程设计任务。

    1 调节阀口径的计算原理

    调节阀口径确定的关键是要计算出两个重要参数—流量系数Cv和调节阀最大/最小开度。Cv计算出后，根据圆整后的值，在选型样本中初选对应公称口径中的额定Cv，由此可以计算出对应额定Cv值时，调节阀的最大/最小开度。相对行程的标准规定范围：线性阀10～80%，等百分比阀30～90%，检验计算所得出的最大/最小开度结果是否在范围内，并最终确定阀门的额定Cv值、口径及阀芯尺寸。

    1.1 流量系数Cv的计算

    由流体力学中节流原理和调节阀流量方程式，得出流量系数Cv的计算公式：

    Q：流量，m³/h；γ：密度，g/cm³；△p：压差，kgf/cm²。

    推导公式过程不再赘述，计算时应注意使用正确的单位。

    1.2 调节阀最大/最小开度计算

    由阀阻比、流量系数比值和开度的关系推导出开度计算公式：

    R：阀阻比；Cmin：流量系数最小值；Cmax：流量系数最大值；额定Cv：选择阀门口径下的额定流量系数。

    2 调节阀计算程序的图形语言

    LABVIEW的图形语言编程易上手，有数学、逻辑、测量、信号处理、仿真等全面的功能，软件开发分为程序和操作界面两部分。参照上述公式和设计要求，进行了选型计算程序编写，编写过程中对输入、输出参数都作了注释，易于读懂和修改，程序见图1。

图1 调节阀口径选型计算图形程序

    3 调节阀口径选型计算的操作界面

    LABVIEW软件的界面简约直观，适合工程应用。如图2，前两行为输入量，包括：最大/正常/最小流量Q、密度γ、压差△p、可调比R、圆整系数、Cv选择值。后两行为输出量，包括：最大/正常/最小流量时Cv、最大/正常/最小开度、圆整后的Cv。界面最下方有4点常用说明，便于使用人员理解和操作。

    图1、图2中，程序面板和界面上注释一致的变量是一一对应，动态关联的，可以结合起来阅读。

图2 调节阀口径选型计算操作界面

    4 阀门选型参数计算应用

    以某实际工程设计中，“进设备的液氨调节阀”的选型参数计算为例。主要操作条件：最大流量，40.0m³/h；正常流量，30.0m³/h，最小流量，10.0m³/h；设计压力，1.3MPa；密度，0.604g/cm³；压差，0.1MPa；可调比：50。将以上参数输入操作界面中，运行程序，计算出圆整后的Cv=53.601。

    工艺管道尺寸为DN125，参照某调节阀样本，选择值Cv为135较为满足实际需要。对应的阀门口径为80mm，阀芯尺寸也为80mm。检验开度41.3～66.4%在30～90%的范围内。

    LABVIEW的程序中带有打印功能，可以直接打印出来，作为工程设计的计算书。

    5 结论

    对于进口阀门的计算均采用Cv值，如果是国产阀门采用Kv值，可根据公式Cv=1.167×Kv换算。对于阻塞流动和气体介质还可以通过FL和膨胀系数法可在此程序的基础上修正，并结合LABVIEW的逻辑结构语言实现。

    LABVIEW是一款非常适合工程设计人员的自主程序开发软件，编写程序易于上手，耗时较短；根据需求，还可以定制个性化功能，不断完善和补充，辅助工程师更好地完成设计工作，也是一种省时、低成本的工程计算软件开发的方法。