试验程序：优化流通能力测试方案

1.流通能力试验中的符号见表9-28。

表9-28 流通能力试验中的符号和单位

（续）

①为确定常数的单位，应使用表9-31给出的单位对相应的公式进行量纲分析。

②1bar=10²kPa=10⁵Pa。

③对可压缩流体，用符号q_V表示的体积流量（m³/h）是指绝对压力为101.325kPa（1.01325bar），温度为0℃或15℃（见表9-31）的标准条件下的值。

④1cSt=10^-6m²/s。

2.试验系统

基本的流量试验系统如图9-4所示。

（1）试验样品 试验样品是要求取得试验数据的任何阀或阀同渐缩管、渐扩管或其他管件的组合体。

虽然最好采用实际尺寸的样品或模型，但GB/T 17213.9—2005也允许采用缩小尺寸的试验样品进行模拟试验。为使模拟试验能取得令人满意的结果，要注意几个因素之间的关系，诸如完全充满管道的流体在流动时的雷诺数，当可压缩性为重要因素时的马赫数以及几何相似性等。

（2）试验段 试验段应由表9-29所示的两个直管段组成。连接试验样品的上、下游管段应与试验样品接头的公称尺寸一致。

图9-4 基本的流量试验系统

对于公称尺寸在DN250以下（包括DN250），压力等级在PN100以下（包括PN100）的阀，管道内径与试验样品端部实际内径的偏差应在±2%以内。对于大于DN250的阀，或压力等级大于PN100的阀，试验样品入口和出口处的内径应与连接管道的内径相匹配。

管道内壁应无铁锈、氧化皮或其他可能引起流体过度扰动的障碍物。

（3）节流阀 上游节流阀用来控制试验段的入口压力，下游节流阀用于试验期间的控制。这两个阀一起用来控制试验段取压口前后的压差，并使下游压力保持一个特定值。对这两个阀的形式无任何限定，只是上游阀宜经过选择且其安装位置要适当，使之不影响流量测量的精确度。下游节流阀的公称尺寸可大于试验样品的公称尺寸，以保证阻塞流发生在试验样品内。当用液体进行试验时，应避免在上游阀处出现汽化。

表9-29 试验段管道要求

注：1.若认为有益，可使用整流导叶，如果使用了整流导叶，则长度l₃可缩短到不小于管道公称尺寸的8倍。

2.取压口的位置是在试验样品的上游和下游。试验样品不仅可以是一个控制阀，也可以是控制阀与附接管件的任意组合。

3.如果上游流体扰动是由位于不同平面上的两个串联的弯头造成的，除非使用整流导叶，否则l₃的长度应大于管道公称尺寸的18倍。

（4）流量的测量 流量测量仪表可位于试验段的上游也可位于试验段的下游，它可以是任何符合规定精确度的装置，并需要经常进行校准，以保持其精确度。流量测量仪表应用来测定时间平均流量，其精确度应为实际值的±2%范围以内。

（5）取压口 应根据表9-29的规定在试验段管道上设置取压口，其结构如图9-5所示。当管道内流动形态不一致时，为达到所需要的测量精确度可能需要设置多个取压口。

取压口b的直径至少应为3mm，但不能超过12mm或管道公称通径的1/10（取其小者）。上、下游取压口的直径应一致。

取压口应为圆形，其边缘应光滑，呈锐角或微带圆角，无毛刺，不形成线状边缘或其他不规则形状。

只要能达到上述要求，可以采用任何适当的方法进行物理连接，但管道内不允许有任何管件突出。

图9-5 推荐的取压口连接

1）对不可压缩流体，取压口中心线应处于水平位置，应与管道中心线成直角相交，以减少取压口处空气逗留和污物聚集的可能性。

2）对可压缩流体，取压口中心线应处于水平位置或垂直于管道上方，并应与管道中心线成直角相交，以减少灰尘滞留的可能性。

（6）压力测量 所有压力和压差测量的精确度都应达到读数的±2%。压力测量装置需要经常进行校准，以保持规定的精确度。

（7）温度测量 流体入口温度测量的精确度应达到±1℃。测温探头必须经过选择，并设置在对流量测量和压力测量的影响为最小的位置上。

（8）控制阀行程 在任何一个特定流量试验的过程中，阀的行程偏差都应控制在额定行程的±0.5%以内。

（9）试验样品安装 试验管道轴线与试验样品入口和出口的轴线的同轴度应在以下范围内：DN15～DN25的为0.8mm；DN32～DN150的为1.6mm；DN200及以上的为管道公称尺寸的0.01倍。

试验样品应进行定位，以避免流体形态在取压口处产生速度头。例如，当进行角行程阀试验时，阀轴应与取压口平行。

每个垫片内径应进行尺寸测量和定位，以免凸出于管道之内。

3.试验精确度

若采用本部分所述试验程序，对于C/d²小于或等于N₂₅的阀，全口径流量系数值的偏差应在±5%以内。

4.试验流体

（1）不可压缩流体 本试验程序使用的基本流体为5～40℃的水。只要试验结果不会受到不利的影响，可以使用防腐剂来防止或延迟腐蚀和防止有机物生长。

（2）可压缩流体 本试验程序使用的基本流体是空气或其他可压缩流体。饱和蒸汽不能用作试验流体。试验过程中应防止内部结冰。

5.不可压缩流体的试验程序

下列条款对各种试验的操作方法作了具体说明。对这些试验所获数据的评估见不可压缩流体的数据评估。

（1）流量系数C的试验程序 确定流量系数C要求采用以下试验程序。试验数据应按流量系数C的计算那节进行评估。

1）按照表9-29的管道要求安装无附接管件的试验样品。

2）流量试验应在紊流、无空化区域内3个间隔较大的压差点（但不低于0.1bar）上进行流量测量。建议压差如下：

①恰好在空化点以下（刚开始空化）或试验设备可获得的最大值，取其中较小值（见GB/T 17213.14—2005）。

②约为①压差的50%。

③约为①压差的10%。

在阀选定行程下，通过试验段两端的取压口测量压力。

对于流通能力很小的阀，在推荐的压差下可能会产生非紊流。在这种情况下应取较大的压差，以保证产生紊流，推荐的阀最小雷诺数Re_v应为10⁵。

应记录与上述指定压差的偏差，并说明偏差原因。

3）为了保持液体充满试验段下游部分，并防止液体汽化，入口压力应保持等于或大于表9-30所列最小值。此最低入口压力取决于试验样品的液体压力恢复系数F_L。如果F_L为未知数，就应该保守地估计一个最低入口压力。

4）应通过流量试验确定以下参数：

①100%额定行程时的额定流量系数C_R。

②5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%额定行程时的固有流量特性（任选）。

注意，为更完整地确定固有流量特性，还可以在小于额定行程5%的行程下进行流量试验。

表9-30 与F_L及Δp有关的最低入口绝对试验压力

注：1.对于大口径调节阀流源达到极限时，只要能保持紊流状态，可以使用较小的压差（但不小于0.1bar）。

2.对于压力未列出的，可以用下式计算上游压力：p_1.min=2Δp/F²_L。

5）记录下列数据：

①调节阀行程。

②入口压力p₁。

③上、下游取压口的压差（p₁-p₂）。

④流体入口温度T₁。

⑤体积流量Q。

⑥大气压力。

⑦试验样品的结构描述（如阀形式、公称尺寸、公称压力、流向）。

（2）液体压力恢复系数F_L和液体压力恢复系数与管道几何形状系数的复合系数F_LP的试验程序 计算系数F_L（指定的无附接管件试验样品）和F_LP（指定的带附接管件试验样品）时，需要用到最大流量q_Vmax（称之为阻塞流）。在入口条件不变的情况下，当增大压差不能使流量增大时就证明是阻塞流。确定q_Vmax应用下列试验程序。数据评估程序见液体压力恢复系数F_L和液体压力恢复系数与管道几何形状系数的复合系数F_LP的计算对F_L和相应的C的试验程序在相同的阀行程上进行。因此，在以任何一种阀行程对这两个系数进行试验时，阀应锁定在某一固定位置上。

1）应当使用本试验系统规定的试验段，试验样品应锁定在要求位置上。

2）下游节流阀应处于全开位置。应在预先选定的入口压力下测量流量并记录入口压力和出口压力。本试验可确定此试验系统中试验样品的最大压差（p₁-p₂）。在相同的入口压力下，将压差降低到第一次试验确定压差的90%，进行第二次试验。如果第二次试验的流量与第一次试验的流量相差不超过2%，则可以将第一次试验测得流量作为q_Vmax。

否则，就在一个较高的入口压力下重复整个试验过程。如果在试验系统的最高入口压力下不能达到q_Vmax，可采用以下程序。计算一个F_L代替在可达到的最高入口压力值和压差值下得到的流量。在报告中注明被试验调节阀的F_L远大于预先计算值。

3）记录下列数据：

①控制阀行程。

②入口压力p₁。

③上、下游取压口的压差（p₁-p₂）。

④流体入口温度T₁。

⑤体积流量Q。

⑥大气压力。

⑦试验样品的结构描述（如阀形式、公称尺寸、公称压力、流向）。

（3）管道几何形状系数F_P的试验程序 对于带附接管件的阀，管道几何形状系数F_P可以改变阀的流量系数C。系数F_P是在相同的工作条件下试验时，带附接管件阀的C与无附接管件阀的额定C之比。为了获得此系数，用要求的阀和附接管件的组合来代替阀。将这个组合作为试验样品按照C的试验程序进行流量试验，以确定试验段的管道公称尺寸。例如，DN100阀安装在附接渐缩管和渐扩管的DN150的管线上，应按DN150管线来确定取压口的位置。

数据评估程序见管道几何形状系数F_P的计算。

（4）液体临界压力比系数F_F的试验程序 液体临界压力比系数F_F只是流体与其温度的一个特征，它是阻塞流条件下明显的“缩流断面”压力与入口温度下液体的蒸汽压力之比。

F_F的数值是通过对已知F_L和C的试验样品进行试验来确定的。无附接管件阀的安装应符合表9-29的要求。应采用52）所述获取Q_max的试验程序并使用所关注的流体做试验流体。

数据评估程序见液体临界压力比系数F_F的计算。

（5）不可压缩流体的雷诺数系数F_R的试验程序 为了得到雷诺数系数F_R的值，应通过试验阀产生非紊流条件。这个条件要求低压差，高黏度的流体，小的C值，若这些条件的组合。除C值很小的阀之外，当进行符合C的试验程序的流量试验时，紊流总是存在的，并且在这些条件下的F_R将为1.0。

用安装在标准试验段且无附接管件的阀进行流量试验确定F_R的值。除了下述情况以外，这些试验应遵循确定C的试验程序：

1）只要试验流体在试验阀内不产生汽化现象，试验压差可以是任意适当值；

2）如果试验流体不是20℃±14℃的淡水，那么表9-30列出的最低入口试验压力值可能不适用；

3）试验流体应为黏度比水高很多的牛顿流体，除非仪表能够精确测量非常低的压差。

在每个选定阀行程下通过改变阀的压差，进行足够次数的试验，以覆盖从紊流到层流的整个条件范围。

数据评估程序见雷诺数系数F_R的计算。

（6）调节阀类型修正系数F_d的试验程序 调节阀类型修正系数F_d考虑的是阀内件几何形状对雷诺数的影响。它被定义为单流路水力直径与节流孔直径之比，其中节流孔的面积等于给定行程下所有相同流路面积的总和。

调节阀类型修正系数F_d应在所需行程下测量。它的值仅能按F_R的试验程序在完全层流的条件下进行测量。

完全层流被定义为保持恒定，允许范围为±5%的条件（典型特征是Re_v值低于50）。

数据评估程序见调节阀类型修正系数F_d的计算。

6.不可压缩流体的数据评估程序

（1）非阻塞流 非阻塞流的不可压缩流体的基本流量方程式为

对于无附接管件的阀，F_P=1，并且在紊流条件下F_R=1。

（2）阻塞流 对于阻塞流应考虑两种情况：

1）当控制阀无附接管件时，有

对无附接管件的阀，在阻塞流条件下足以产生流动的最大压差为

Δp_max（L）=F²_L（p₁-F_Fp_v） （9-7）

2）当控制阀带附接管件时，有

式（9-8）的通用式为

对于带附接管件的控制阀，阻塞流条件下足以产生流动的最大压差为：

（3）流量系数C的计算 流量系数C可按K_V或C_v来计算，N₁的合适值见表9-31它取决于所选系数和压力的测量单位。

用C的试验所得到的数据，代入式（9-11）计算各次流量试验的C：

对于规定温度范围内的水，ρ₁/ρ₀=1。

每次流量试验得到的3个值中，最大值不应比最小值大4%以上。如果差值超过此允许误差，应重复进行流量试验。如果差值较大是由于空化引起的，则应在较高的入口压力下重复试验。

每一行程的流量系数应该是3个试验值的算术平均值，圆整到不多于3位有效数字。

（4）液体压力恢复系数F_L和液体压力恢复系数和管道几何系数的复合系数F_LP的计算

系数F_L和F_LP可用F_L和F_LP的试验所获数据和下式计算。

1）当控制阀无附接管件时，有

对于规定温度范围内的水，ρ₁/ρ₀=1，并且F_F=0.96。(www.xing528.com)

2）当调节阀带附接管件时，有

对于规定温度范围内的水，ρ₁/ρ₀=1，并且F_F=0.96。

（5）管道几何形状系数F_P的计算 用F_P试验所获得的试验数据的平均值，按式（9-14）计算：

对于规定温度范围内的水，ρ₁/ρ₀=1。

（6）液体临界压力比系数F_F的计算 F_F计算式为

这里p_v是入口温度下流体蒸汽的压力。试验样品的CF_L采用F_L试验规定的标准方法确定。

（7）雷诺数系数F_R的计算 用F_R试验程序和式（9-16）得出的试验数据来获得近似C值。这个C相当于CF_R，用近似C除以控制阀在同一行程上按C试验所规定的试验条件进行试验得到的C，获得F_R。

尽管可采用任何一种试验者认为合适的方式使这些数据相互关联，但是被证实能提供令人满意的相互关系的方法都要用到调节阀雷诺数，调节阀雷诺数由式（9-17）计算：

（8）调节阀类型修正系数F_d的计算 用F_R试验所获得的试验数据，按式（9-18）计算F_d：

仅推荐在额定行程下计算F_d。减小行程会发生明显错误。

对于在额定行程时C/d²≤0.016N₁₈的缩径阀内件，F_d计算式为

试验应在Re_v小于100或F_R小于0.26时进行。F_d应由3次试验的最小值的平均值确定。

7.可压缩流体的试验程序

（1）流量系数C的试验程序 确定流量系数C需要以下试验程序。试验数据应采用C计算的程序进行评估。

1）按照表9-29的管道要求安装无附接管件的试验样品。

2）流量试验应包括3种压差下的流量测量。为了接近流动条件，可以假设其为不可压缩的，压差比（x=Δp/p₁）应当小于或等于0.02。另一种程序见x_T、x_TP和C的替代试验程序。

3）应通过流量试验确定以下参数：

①100%额定行程时的额定流量系数C。

②5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%额定行程时的固有流量特性（任选）。

为更完整地确定固有流量特征，还可以在小于额定行程5%的行程下进行流量试验。

4）记录下列数据：

①调节阀行程。

②入口压力p₁。

③上、下游取压口的压差（p₁-p₂）。

④流体入口温度T₁。

⑤体积流量q_V。

⑥大气压力。

⑦试验样品的结构描述（如阀类型、公称尺寸、公称压力、流向）。

（2）压差比系数x_T和x_TP的试验程序 对于F_γ=1（γ=1.4）的流体，x_T和x_TP这两个量是压差与入口绝对压力之比（Δp/p₁）。但当使用F_γ≠1的试验气体时，根据式（9-25）和式（9-26）仍能求得这两个值。在计算x_T（对给定的无附接管件的试验样品）和x_TP（对给定的带附接管件的试验样品）时，还需要最大体积流量q_Vmax（称之为阻塞流）。在固定的入口条件下，如果压差增大而流量不再增加，这就证明是阻塞流。x_T和x_TP的值应当分别用x_T和x_TP计算中所述的程序进行计算。

确定q_Vmax应当采用下列试验程序：

1）用本试验系统中规定的试验段，试验样品的行程为100%额定行程。

2）与试验样品前后的压差一样，只要符合阻塞流的要求便可以采用任何一种足以产生阻塞流的上游压力。

3）下游节流阀应处于全开位置，在预先选定的入口压力下测量流量，并记录入口压力和出口压力。本试验确定试验系统中试验样品的最大压差（p₁-p₂）。在相同的入口压力下，将压差降低到第一次试验确定压差的90%，进行第二次试验。如果第二次试验的流量与第一次试验的流量相差不超过0.5%，那么就可将第一次试验测得的流量作为最大流量。否则，要在较高的入口压力下重复此试验。

尽管测量流量绝对值的误差应在±2%之内，但是为了达到预期的精确度，x_T的试验重复性应优于±0.5%。这一系列试验应在使用相同的仪表并且不改变试验装置的条件下连续进行。

4）记录下列数据

①调节阀行程。

②入口压力p₁。

③出口压力p₂。

④流体入口温度T₁。

⑤体积流量q_V。

⑥大气压力。

⑦试验样品的结构描述（如阀类型、公称尺寸、公称压力、流向）。

5）压差比系数x_T和x_TP及流量系数C的替代试验程序。如果试验室无法用上述程序确定x_T值，可采用此替代试验程序。

用本试验系统规定的试验段，试验样品的行程为100%额定行程。

在预先选定的某个入口压力下，对最少5个间隔恰当的x值（压差与入口绝对压力之比）测量流量（q_V）、流体入口温度（T₁）和下游压力。

根据这些数据点，用式（9-20）计算YC之积的值：

式中，Y为膨胀系数，由式（9-21）确定。

式中，F_γ=γ/1.4。

试验点应始终绘在以（YC）对x的直角坐标上，使线性曲线同数据重合。如果有任何一点与曲线的偏差大于5%，就要用附加数据来确认样品是否确有异常特征。

样品的C₀值从x=0，Y=1的曲线处获取。

至少应有一个试验点（YC）1满足（YC）1≥0.97（YC）0的要求，其中（YC）0对应于x≈0。

至少应有一个试验点（YC）n满足（YC）n≤0.83（YC）0的要求。

样品的x_T应从YC=0.667（YC）0的曲线处获取。

如果采用此法，应加以说明。

（3）管道几何形状系数F_P的试验程序 管道几何形状系数F_P修正带附接管件阀的流量系数C。系数F_P是在相同工作条件下试验时，带附接管件阀的C与无附接管件阀的额定C之比。

为了获得此系数，用要求的阀和附接管件的组合作为试验样品，按照C的试验程序进行流量试验，以确定试验段的管道直径。例如，DN100的阀装在附接渐缩管和渐扩管的DN150的管线上，应按DN150管线来确定取压口的位置。

数据评估见F_P的计算。

（4）雷诺数系数F_R的试验程序 为了确定雷诺数系数F_R的值，应通过试验阀产生非紊流。在使用可压缩流体时，如果C_R值用C_v表示时小于0.5，用K_V表示时小于0.43，只能非常典型地产生这种条件。

当使用x_T和x_TP的试验程序时，对于特定的调节阀，即使x≥x_T，但测得的气体流量数据依然在增加，即不存在阻塞流，则认为存在非紊流条件。

为了获得这种非紊流，试验样品入口压力应小于式（9-22）得出的值：

其单位是bar，但不会低于2bar（绝对压力）。

确定F_R的值要用无附接管件的阀安装在标准试验段进行流量试验。在每个选定阀行程下通过改变入口压力进行足够次数的试验，以覆盖从紊流到层流的整个范围。

数据评估程序见F_R的计算。

（5）调节阀类型修正系数F_d的试验程序 调节阀类型修正系数F_d主要考虑阀内件几何形状对雷诺数的影响。它被定义为特定流路的水力直径与总流路面积等效圆直径之比。

调节阀类型修正系数F_d应在所需行程下测量。其值仅能在采用F_R试验程序达到完全层流的条件下测量。

完全层流被定义为保持恒定，允差范围在±5%的条件（通常Re_v值低于50）。

数据评估程序见F_d的计算

（6）小流量阀内件的试验程序 流量系数C小于0.05（C_V）或0.043（K_V）的阀内件被定为小流量阀内件。要保证小流量阀内件的流量系数是在完全紊流状态下的流量系数，入口压力p₁应该不小于式（9-23）得出的值：

这里出口压力小于0.3p₁。应使用试验系统给出的试验段，试验样品的额定行程为100%。保持入口压力不变，改变出口压力获得3个不同的流量。

数据评估程序见C的计算。

8.可压缩流体的数据评估程序

可压缩流体的基本流量方程式为

其中，

式中，F_γ=γ/1.4。

对无附接管件阀的流量试验，F_P=1。

对于处理不同于空气的气体的调节阀，x的极限值（即F_γx_T）应当在F_γx_T项中修正。在任何一种计算方程式或者与Y的关系式中，尽管实际压差比比较大，x的值仍应保持在这个极限以内。实际上，Y值的范围可以从压差很小时的将近1到阻塞流时的0.667（x=F_γx_T）。

（1）流量系数C的计算 流量系数C可用C_V或K_V来计算。N₉相应值见表9-31，此值取决于所选系数和入口压力的测量单位。

用C的试验中所获得的数据，并假设Y=1，以下式计算各个试验点的流量系数：

对于空气，M=28.97kg/kmol。

在每个试验点取得的3个值中，最大值不应比最小值大4%。如果差值超过允许偏差则该点试验应重复进行。

各行程的流量系数应是3个试验值的算术平均值，圆整到不多于3位有效数字。

（2）压差比系数x_T的计算 用x_T的试验中所获得的数据计算x_T。

当x=F_γx_T时，q_V=q_Vmax（T），且Y=0.667。

如果用空气作为试验介质，则F_γ=1，M=28.97kg/kmol，且Z=1。

（3）压差比系数x_TP的计算 用x_TP的试验中所获得的数据计算x_TP。

当x=F_γx_TP时，则q_V=q_Vmax（TP）且Y=0.667。

如果用空气作为试验介质，则F_γ=1，M=28.97kg/kmol，且Z=1。

（4）管道几何形状系数F_P的计算 用F_P的试验中所获得的平均值计算F_P。

如果用空气作为试验介质，则M=28.97kg/kmol。

（5）可压缩流体的雷诺数系数F_R的计算 用F_R的试验中所获得的试验数据，用式（9-30）获得近似的C。这个C近似等同于CF_R，用近似的C除以在同一行程上的标准试验条件下确定的试验控制阀的C的试验值，获得F_R。

尽管数据与使用的任何一种试验方法都有关联，但是与采用调节阀雷诺数相关的试验方法被证实是令人满意的，调节阀雷诺数由式（9-17）计算。

（6）调节阀类型修正系数F_d的计算 用确定C的试验中获得的数据，用适用的式（9-18）或式（9-19）计算F_d值。

（7）小流量阀内件的流量系数C的计算 用小流量阀内件的试验中所获得的数据，用式（9-31）计算C并对结果进行平均：

表9-31 数字常数N

注：表中的数字常数和表中实际米制单位同时使用就能得出规定单位的流量系数。

9.取压口适当位置的各种试验样品典型实例（图9-6～图9-9）。

图9-6 调节阀

图9-7 带渐缩管和渐扩管的调节阀

图9-8 带弯管的调节阀

图9-9 带旁路的调节阀