GB/T 17213.2-2005 工业过程控制阀 第2-1部分：流通能力安装条件下流体流量的计算公式

ICS23.060.01

N16

中华人民共和国国家标准

GB/T17213.2-2005八EC60534-2-1:1998

工业过程控制阀第2-1部分:流通能力

安装条件下流体流量的计算公式

Industrial-processcontrolvalves-Part2-1:Flowcapacity-Sizingequationsfor

fluidflowunderinstalledconditions

(IEC60534-2-1:1998，IDT)

2005-09-09发布2006-04-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

中国国家标准化管理委员会发布

GB/T17213.2-2005/IEC60534-2-1;1998

目次

前言··················································································································……I

1范围··································································································，··············一1

2规范性引用文件································································································……1

3定义···············································································································……1

4安装···············································································································……1

5符号························································，·····，···············，·，······························……2

6不可压缩流体的计算公式················，·············，·····，···，··················，·······················…·…3

7可压缩流体的计算公式，，，，··，···，·，··，··，··，·············，········，·，，，····，·，，········，····，，···········，···一·4

8修正系数的确定································································································……6

附录A(资料性附录)控制阀类型修正系数Fd的推导，·····················，·························……16

附录B(资料性附录)控制阀流量计算流程图·········，·····，，，，，，·，················，·，·，··，·，···········……19

附录C(资料性附录)物理常数，，，，，，，··，··，······，，，，，··，········，，，，，，，··，，，，················，，，···········，·，…23

附录D(资料性附录)尺寸计算示例···，···········。。。。。。·。。·。····，·····。，，，。。。。···。。，，，，。一25

参考文献，，，·，··········。··.,..,,，·。。·····················。···，。，········。。。34

GB/T17213.2-2005/IEC60534-2-1:1998

月U舀

GB/T17213工《业过程控制阀》分为如下部分:

—控制阀术语和总则(eqvIEC60534-1;1987)

—流通能力安装条件下流体流量的计算公式((IEC60534-2-1:1998,IDT)

—流通能力试验程序(IEC60534-2-3:1997,IDT)

—流通能力固有流量特性和可调比(IEC60534-2-4:1989,IDT)

一一尺寸两通球形直通控制阀法兰端面距和两通球形角形控制阀法兰中心至法兰端面的间距

(IEC60534-3-1;2000,IDT

—尺寸角行程控制阀(蝶阀除外)的端面距GEC60534-3-2;2001,IDT)

—尺寸对焊式两通球形直通控制阀的端距((IEC60534-3-3:1998,IDT)

—检验和例行试验(IEC60534-4:1999,IDT)

—标志(eqvIEC60534-5;1982)

—定位器与控制阀执行机构连接的安装细节定位器在直行程执行机构上的安装(IEC60534-

6-1:1997,IDT)

—定位器与控制阀执行机构连接的安装细节定位器在角行程执行机构上的安装(IEC60534-

6-2:2000,IDT)

—控制阀数据单(eqvIEC60534-7;1989)

—噪声的考虑实验室内测量空气动力流流经控制阀产生的噪声((eqvIEC60534-8-1:1986)

—噪声的考虑实验室内测量液动流流经控制阀产生的噪声(IEC60534-8-2,1991,IDT)

—噪声的考虑空气动力流流经控制阀产生的噪声的预测方法((IEC60534-8-3;2000,IDT)

—噪声的考虑液动流流经控制阀产生的噪声的预测方法(IEC60534-8-4:1994,IDT)

本部分为GB/T17213的第2部分

本部分等同采用IEC60534-2-1:1998工《业过程控制阀第2-I部分:流通能力安装条件下流体

流量的计算公式》(英文版)

本部分等同翻译IEC60534-2-1:1998

为便于使用，本部分作了下列编辑性修改，

a)“本国际标准”一词改为“GB/T17213的本部分”;

b)用小数点“.”代替作为小数点的“，”;

。)删除国际标准的前言;

d)已将IEC60534-2-1;1998的技术勘误并人文本中，在改动内容的页边空白处用垂直双线(I})标识;

e)资料性附录中仅对所涉及的IEC60534-2-111998的技术勘误和同一已知数据出现不相符的差

错作了相应更正，但对示例中计算过程取得数据的差错未作更改

本部分的附录A、附录B、附录C、附录D均为资料性附录。

本部分由中国机械工业联合会提出。

本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会第一分技术委员会归口。

本部分由天津市自动化仪表四厂负责起草。参加起草的单位:机械工业仪器仪表综合技术经济研

究所、上海工业自动化仪表研究所、上海自动化仪表股份有限公司自动化仪表七厂、重庆川仪十一厂有

限公司、吴忠仪表股份有限公司。

本部分主要起草人:王群增、郑秋萍、王燕、冯晓升、王凌霄、范萍、陈蒙南、李元涛、高强。

GB/T17213.2-2005/IEC60534-2-1:1998

工业过程控制阀第2-1部分:流通能力

安装条件下流体流量的计算公式

范围

GB/T17213的本部分包括预测流经控制阀的可压缩流体和不可压缩流体流量的计算公式。

不可压缩流体的公式是根据牛顿不可压缩流体的标准流体动力学方程导出的，它不能扩展到非牛

顿流体、混合流体、悬浮液或两相流体

在压差与人口压力之比(,Ip/p,)很低时，可压缩流体的性质与不可压缩流体相似。在这种情况下，

本部分给出的公式可以从牛顿不可压缩流体的基本伯努利方程中导出。但OP/p，的硫增大时。就会引

起可压缩效应，这就需妥用适当的修正系数对基本方程进行修正。本部分提出的公式适用于气体或蒸

汽，不适用于气体一液体、蒸汽一液体或气体一固体混合物的多相流。

对可压缩流体的应用，本部分对XT镇0.84(见表2)的控制阀是正确的。对ZT>0.84的控制阀(一

些多级阀)，有较大的误差。

仅当K,/dl<0.04(C,/dl<0.047)时，才能保持合理的精确度

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过GB/T17213的本部分的引用而成为本部分的条款凡是注日期的引用文

件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成

协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本

部分。

GB/T17213.1-1998T业过程控制阀第1部分:控制阀术语和总则(eyvIEC60534-1:1987)

GB/T17213.9--2005工业过程控制阀第2-3部分:流通能力试验程序(IEC60534-2-3;

1997,ID丁)

定义

GB/T17213.1给出的定义以及下列定义适用于本部分。

3.1

控制阀类型修正系数valvestylemodifier

凡

单流路的水力直径与节流孔直径的比值，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。它是由制造商给出的行程的函数参见附录A

4安装

在许多工业应用中，控制阀上附接有渐缩管或其他管件。这些管件通常会明显影响控制阀的额定

流量系数。所以必须用一个修正系数来计算这些影响，并利用其他一些系数来考虑流体特性对控制阀

流通能力的影响。

采用本文提出的公式和关系曲线计算控制阀尺寸时，计算出的流量系数被假定包括A,B两点之间

的全部压头损失，见图1

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流向

取压口取压口

有或无附接管件的控制阀

l,=两倍的管道公称通径

L=六倍的管道公称通径

图1计算用参考管段

5符号

符号说明单位

C流量系数(K、C)各不相同(见GB/T17213.1)

(见注4)

Cl用于反复计算的假定流量系数各不相同(见GB/T17213.1)

(见注4)

d控制阀公称通径(DN)1幻nl

D管道内径nInl

Dl上游管道内径mnl

D2下游管道内径mnl

D,节流孔直径mm

F,控制阀类型修正系数(见附录A)无量纲(见注4)

FF液体临界压力比系数无量纲

F,无附接管件控制阀的液体压力恢复系数无量纲(见注4)

带附接管件控制阀的液体压力恢复系数和管道几

F.,.无量纲(见注4)

何形状系数的复合系数

F,.管道几何形状系数无量纲

F,雷诺数系数无量纲

F,比热比系数无t纲

M流体分子量kg/kmol

N数字常数(见表1)各不相同(见注1)

P,上游取压口测得的人口绝对神压力(见图1)kPa或bar(见注2)

P,下游取压口测得的出口绝对静压力(见图1)kPa或bar

P,绝对热力学临界压力kPa或ber

P,对比压力(P,/P),无量纲

P人口温度下液休蒸汽的绝对压力kPa或6n,

么p上、下游取压C]的压力差(P}一P)kPn或bar

Q体积流量(见注5)m'/h

尺e控制阀的霄诺数无量纲

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表(续)

符号说明单位

T,人口绝对温度K

T,绝对热力学临界温度K

T,对比温度(T/T})无量纲

几标准条件下的绝对参比温度K

w质量流量kg/h

x压差与人口绝对压力之比(AP/P:)无量纲

工T阻塞流条件下无附接管件控制阀的压差比系数无量纲(见注4)

压TP阻塞流条件下带附接管件控制阀的压差比系数无量纲(见注4)

Y膨胀系数无量纲

Z压缩系数无量纲

F运动枯度m'/s(见注3)

P:在P，和T，时的流体密度kg/m'

P:lPo相对密度(对于15℃的水'R/P.-1，的无最纲

Y比热比无t纲

控制阀或阀内件附接渐缩管、渐扩管或其他管件

爹无量纲

时的速度头损失系数

氛管件上游速度头损失系数无量纲

姚管件下游速度头损失系数无量纲

氨l人口的伯努利系数无孟纲

如出口的伯努利系数无量纲

注1:为确定常数的单位，应使用表1给出的单位对相应的公式进行量纲分析。

注2:1bar-10'kPa=10'Pa

注3:1厘斯=10-,-,/,,.

注4:这些值与行程有关，由制造商发布。

注5:体积流量以立方米每小时为单位，由符号Q表示指的是标准条件，标准立方米每小时是在101.325kPa

(1013.25mbar)和273K或288K下的值(见表1)

6不可压缩流体的计算公式

以下所列公式可确定控制阀不可压缩流体的流量、流量系数、相关安装系数和相应工作条件的关

系。流量系数可以在下列公式中选择一个合适的公式来计算，附录B提供了不可压缩流体计算流

程图。

6.1紊流

控制阀在非阻塞流条件下工作时，计算流经控制阀的牛顿流体流量的公式由GB/T17213.1的基

本公式导出。

6.1.1非阻塞紊流

6.1.1.，无附接管件的非阻塞紊流

应用条件:Op<F,,'(p一Frp)

流量系数应由下式确定:

。_QPi/Po

t.一r;二产一一丁一一一(1)

iv,N△户

注1数字常数N.取决于一般计算公式中使用的单位和流量系数的类型K丫或C

注2在附录D中提供了无附接管件的控制阀在非阻塞紊流条件下的计算示例

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1.2带附接管件的非阻塞紊流

应用条件:op<[(FLP/FP)'(p，一Frp)〕

流量系数应由下式确定:

二_-.QPI/,a··········。。··。····。。。。。。·…(2)

N凡-vOp

注:管道几何形状系数F.在8.1中提出

2阻塞紊流

在阻塞流条件下，流体流经控制阀的最大流量应由下式计算.

2.1无附接管件的阻塞紊流

应用条件:Op姿F,'(p,-Fep.)

流量系数应由下式确定:

。_Q{P,/P,

、了一屯石--二二-子石(3)

1VIPI勺p,一户,p}

注:附录n中提供了无附接管件的控制阀在阻塞流条件下的计算示例。

2.2带附接管件的阻塞紊流

应用条件:,IP)(Fw/F,,)'(p，一Ftp)

流量系数应由下式确定:

c一NQIFLI'V}/p万1P-,/FP}PP.(4)

6.2非紊流(层流和过渡流)

当在非紊流条件下工作时，通过控制阀的牛顿流体流量计算公式由GB/T17213.1中的基本公式

导出。这个公式适用于Re}<10000的条件(见式(28))

6.2，1无附接管件的非紊流

流量系数应由下式确定:

C_一Q了PI/P0“去…亩‘亩官·.…“···.·……(5)

入11,R丫Ap

6.2.2带附接管件的非紊流

对非紊流，近连式渐缩管或其他管件的影响是未知的口尽管没有安装在渐缩管之间的控制阀内的

层流或过渡流状态的信息，还是要建议使用这些控制阀的用户用与管道同口径控制阀的适当计算公式

来计算FR。这样，可以得到一个保守的流量系数.这是由于渐缩管和渐扩管产生的涡流，推迟了层流的

产生。因此它将提高给定控制阀雷诺数系数尸、

7可压缩流体的计算公式

以下所列公式可确定控制阀可压缩流体的流量、流量系数、相关安装系数和相关工作条件的关系

可压缩流体的流量可分为质量流量和体积流量两种单位因此公式必须能处理这两种情况。流量系数

可在下列公式中选择合适的公式来计算。附录B提供了可压缩流体计算流程图

71紊流

7.1.1非阻塞紊流

无附接管件的非阻塞紊流

应用条件:二<F，二T

流量系数应按下式计算:

C_一Vi(6)

N,Y办p}P,

GB/T17213.2-2005/IEc60534-2-1:1998

。WjT,Z

七片丁甲~--二弋血Zee二~丁(7)

刊eplYVxM

Q

N,P,Y勺MTx,Z(8)

注1:膨胀系数Y的详细说明见8.5

注2:流体分子量M的值见附录C

带附接管件的非阻塞紊流

应用条件:二<F,xTY

流量系数应按下式计算:

L_一一二1二一一..……(9)

N6F,YVxp,p,

W

NsF,PIYT7xMZ(10)

Q

Ns凡PlyMTx,Z(11)

注1;管道几何形状系数F，见8.1

注2:带附接管件的非阻塞紊流控制阀计算举例见附录Uo

7.1.2阻塞紊流

在阻塞流条件下通过控制阀的最大流量应按下列公式计算。

2.1无附接管件的阻塞紊流

应用条件:x>F，二丁

流量系数应按下式计算;

C一一一一一45牲===

0.667N,、厄不不万

W

13)

0.667N8p,VF,Tx,TZM

Q

毛户—:，-:二，二二甲万---(14)

U.b)6111piMFT>XITZ

带附接管件的阻塞紊流

应用条件:x>F，二下尸

流量系数应按下式计算:

C=”

0.667N6F,,丫瓦srpPi(

W

0.667N,F,p勺F-,Tz.rz,M

C_Q.…，，，.···……(17)

0.667NsNrpMFT,zr,Z,.

7.2非紊流(层流和过渡流)

当在非紊流条件下操作时，通过控制阀的牛顿流体流量公式由GB/T17213.1中的基本公式导出。

5

GB/T17213.2-2005/IEC60534-2-1:1998

这些公式适用于Re,<10000(见式((28))的条件。在下列条款中，由于是不等嫡膨胀，所以用(p干P,)/2

对气体的密度进行修正。

7.2.1无附接管件的非紊流

流量系数应按下式计算:

c一WFe尸寸op(p}}pz)M(18)

c_NzQzFR丫AP-Mp(T++,pz)

注小流量阀内件控制阀的计算举例见附录D

7.2.2带附接管件的非紊流

对非紊流，近连式渐缩管或其他管件的影响是未知的。尽管没有安装在渐缩管之间的控制阀内的

层流或过渡流状态的信息，还是要建议使用这些控制阀的用户用与管道同口径控制阀的适当计算公式

来计算FR。这样，可以得到一个保守的流量系数，这是由于渐缩管和渐扩管产生的涡流，推迟了层流的

产生。因此它将提高给定控制阀雷诺数系数FRe

8修正系数的确定

8.1管道几何形状系数凡

控制阀阀体上、下游装有附接管件时。必须考虑管道几何形状系数F,F。是流经带有附接管件控

制阀的流量与无附接管件的流量之比。两种安装情况(见图1)的流量均在不产生阻塞流的同一试验条

件下测得。为满足系数F，的精确度为士5%的要求，系数F，应该按GB/T17213.9规定的试验确定。

在允许估算时，应采用下式计算:

Fp=了礴I+N}Cd('I1z，尽尽尽，，”.·······。······……(20)

在此式中E5是控制阀仁所有附接管件的全部有效速度头损失系数的代数和。控制阀自身的速度

头损失系数不包括在内。

E夸=爹1十姚+巍1一S6z(21

当控制阀的出人口处管道直径不同时，系数蜘以下式计算:

r.，:_(dl

1D)

如果人口与出口的管件是市场上供应的较短的同轴渐缩管，系数互，和姚用下式估算

人口渐缩管:一。5·1，一D(d,I1J1“'

出口渐缩管(渐扩管):一，，。〔卜D),1」

人口和出。尺寸相同的渐缩管:;，十姚一1.5厂;一(奥””一‘25

L\t少

用上述夸系数计算出的FP值，一般将导致选出的控制阀容量比所需要的稍大一些。这一计算需要

叠代，通过计算非阻塞紊流的流量系数C来进行计算

注:阻塞流公式和包含F,的公式都不适用

下一步枕下式确宁C，

C二L3C

GB/T17213.2-2005八EC60534-2-1:1998

用式(26)得出C，由式(20)确定F,。如果控制阀两端的尺寸相同，则F。可用图2确定的结果来替

代。然后，确定是否有:

C，。

:二一七卜L4··。，”…““‘，，二(27)

rp

如果满足式(27)的条件，那么，式(26)估算的C可用。如果不能满足式((27)的条件，那么，将C再

增加30写，再重复上述计算步骤，这样就可能需要多次重复.直至能够满足式(27)要求的条件。附录B

中有一种更适合于计算的迭代法。

F,的近似值可查阅图2a)和图2b),

8.2甘诺数系数FR

当通过控制阀的介质压差低、粘度高、流量系数小或者是这几个条件的组合，形成非紊流状态时，就

需要雷诺数系数FR.

雷诺数系数FR可以用非紊流状态下的流量除以同一安装条件在紊流状态下测得的流量来确定。

试验表明F，可用下式计算的控制阀雷诺数通过图3中的曲线确定。

/只ZC}，、’/4

Re、二巡p-,Q{-Z--十I](28)

，v艺李,、IN,L)-

这一计算需要迭代。通过计算紊流的流量系数C来进行计算控制阀类型修正系数Fd把节流孔

的儿何形状转换成等效圆形的单流路。典型值见表2，具体细节见附录A。为满足凡的偏差为士5%

的要求，凡应由GB/T17213.9规定的试验来确定。

注含有F的公式不适用.

下一步按式(26)确定C

按式(26)应用C;并且通过式((30)和式(31)确定全口径型阀内件的Feo或用式(32)和式(33)确定

缩径型阀内件的FR。在两种情况下都采用两个FR值中较小的值确定是否:

C，。

二犷一毛之七i

户R

如果满足式(29)的条件，那么使用由式<26)确定的C。如果不能满足式(29)的条件，那么，要将公

再增加30，再重复上述计算步骤，这样就可能需要多次反复，直至能够满足式(29)要求的条件

对于C,ld">0.016N。且Re,.>10的全口径型阀内件，由下式计算FR:

对于过渡流状态:

+一喘、，_/Re.、(30)

叭FL'/2

)'1}l而n丽)

式中:

从

C一

万“·····················……(30a)

澎一

对于层流状态:

厂*0.026」n,Re.(FR不能超过1)一

往1用式((30)或式3〔1)中数值较小的凡如果Re,.<10只使用式(31)

注2:式(3n适用于完全的层流(见图3中的直线少，式(30)和式(3扮表示的关系基于控制阀额定行程内的试验数

据在控制阀行程下限值时可能不完全准确

注3在式((30x)和式(31)中，当便用K时C,ld'必须小于。0‘4使用C。时C/子必须小于。_047

对于额定行程下Cldz<0.016从，且Re.>10的缩径型阀内件。由下式计算FR:

对于过渡流状态:

0,33F,、/Re,、，_。

FR一1+)'叭1o000)””””’..‘“..”‘””.’、JG

GB/T71213,2-2005/IEC60534-2-1:1998

式中:

n,=1+N。:默···……，·，……。(32a

对于层流状态:

FR甲偏1瓦只(F。不能超过1)

_0.F0,26

注1选择式(32)或式(33)中数值较小者，如果Re.<10仅使用式(33)

注2式(33)适用于完全的层流(见图3中的直线〕.

8.3液体压力恢复系数F,或F,,.

8,3.1无附接管件的液体压力恢复系数F,

F,是无附接管件的液体压力恢复系数。该系数表示阻塞流条件下阀体内几何形状对阀容量的影

响。它定义为阻塞流条件下的实际最大流量与理论上非阻塞流条件下的流量之比。如果压差是阻塞流

条件下的阀人口压力与明显的“缩流断面”压力之差，就要算出理论非阻塞流条件下的流量。系数F,

可以由符合GB/T17213.9的试验来确定。F,的典型值与流量系数百分比的关系曲线见图4

8.3.2带附接管件的液体压力恢复系数与管道几何形状系数的复合系数妈，

凡，是带附接管件的控制阀的液体压力恢复系数和管道几何形状系数的复合系数。它可以用与F,,

相同的方式获得。

为满足F,.。的偏差士5%,F,,p必须由试验来确定。在允许估算时，应使用下式:

FL

Fit··················……(34)

产一z百丁万万下

.I1一二-l乙StJ{~片I

Vrv2ka-

式中:E},是上游取压口与控制阀阀体人口之间测得的控制阀上游附接管