控制閥的固有流量特性

                        控制閥的固有流量特性

                         上海申弘閥門(mén)有限公司

4.3控制閥的固有流量特性
   之前介紹減壓閥入口壓力小于設(shè)定值，現(xiàn)在介紹 控制閥的流量特性是指流體流過(guò)控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移（控制閥的相對(duì)開(kāi)度）之間的關(guān)系，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：
   流量特性直線(xiàn)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度呈直線(xiàn)關(guān)系，即單位相對(duì)行程變化引起的相對(duì)流量變化是一個(gè)常數(shù)①小開(kāi)度時(shí)，流量變化大，而大開(kāi)度時(shí)流量變化小
②小負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)性能過(guò)于靈敏而產(chǎn)生振蕩，大負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)遲緩而不及時(shí)
③適應(yīng)能力較差等百分比單位相對(duì)行程的變化引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比①單位行程變化引起流量變化的百分率是相等的
②在全行程范圍內(nèi)工作都較平穩(wěn)，尤其在大開(kāi)度時(shí)，放大倍數(shù)也大。工作更為靈敏有效
③應(yīng)用廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)拋物線(xiàn)特性介于直線(xiàn)特性和等百分比特性之間，使用上常以等百分比特性代之①特性介于直線(xiàn)特性與等百分比特性之間
②調(diào)節(jié)性能較理想但閥瓣加工較困難快開(kāi)在閥行程較小時(shí)，流量就有比較大的增加，很快達(dá)大①在小開(kāi)度時(shí)流量已很大，隨著行程的增大，流量很快達(dá)到大
②一般用于雙位調(diào)節(jié)和程序控制

在實(shí)際系統(tǒng)中，閥門(mén)兩側(cè)的壓力降并不是恒定的，使其發(fā)生變化的原因主要有兩個(gè)方面。一方面，由于泵的特性，當(dāng)系統(tǒng)流量減小時(shí)由泵產(chǎn)生的系統(tǒng)壓力增加。另一方面，當(dāng)流量減小時(shí)，盤(pán)管上的阻力也減小，導(dǎo)致較大的泵壓加于閥門(mén)。因此調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口的壓差通常是變化的，在這種情況下，調(diào)節(jié)閥相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系。稱(chēng)為工作流量特性。具體可分為串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性和并聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性。



（1）串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性

調(diào)節(jié)閥與管道串聯(lián)時(shí)，因調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的變化會(huì)引起流量的變化，由流體力學(xué)理論可知，管道的阻力損失與流量成平方關(guān)系。調(diào)節(jié)閥一旦動(dòng)作，流量則改變，系統(tǒng)阻力也相應(yīng)改變，因此調(diào)節(jié)閥壓降也相應(yīng)變化。串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性與壓降分配比有關(guān)。閥上壓降越小，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)流量相應(yīng)減小，使理想的直線(xiàn)特性畸變?yōu)榭扉_(kāi)特性，理想的等百分比特性畸變?yōu)橹本€(xiàn)特性。在實(shí)際使用中，當(dāng)調(diào)節(jié)閥選得過(guò)大或生產(chǎn)處于非滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)閥則工作在小開(kāi)度，有時(shí)為了使調(diào)節(jié)閥有一定的開(kāi)度，而將閥門(mén)開(kāi)度調(diào)小以增加管道阻力，使流過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量降低，實(shí)際上就是使壓降分配比值下降，使流量特性畸變，惡化了調(diào)節(jié)質(zhì)量。

（2）控制閥的固有流量特性并聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性

調(diào)節(jié)閥與管道并聯(lián)時(shí)，一般由閥支路和旁通管支路組成，調(diào)節(jié)閥安裝在閥支路管路上。調(diào)節(jié)閥在并聯(lián)管道上，在系統(tǒng)阻力一定時(shí)，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)流量與總管大流量之比隨著并聯(lián)管道的旁路閥逐步打開(kāi)而減少。此時(shí)，盡管調(diào)節(jié)閥本身的流量特性無(wú)變化，但系統(tǒng)的可調(diào)范圍大大縮小，調(diào)節(jié)閥在工作過(guò)程中所能控制的流量變化范圍也大大減小，甚至起不到調(diào)節(jié)作用。要使調(diào)節(jié)閥有較好的調(diào)節(jié)性能，一般認(rèn)為旁路流量多不超過(guò)總流量的20%。



4調(diào)節(jié)閥的選擇

4.1流量特性選擇
流量特性的選擇方法有兩種，一種是通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算的分析法，另一種是在實(shí)際工程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)法。由于分析法既復(fù)雜又費(fèi)時(shí)，所以一般工程上都采用經(jīng)驗(yàn)法。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)該從調(diào)節(jié)質(zhì)量、工況條件、負(fù)荷及特性幾個(gè)方面考慮。

（1）根據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量

根據(jù)自動(dòng)控制原理中的特性補(bǔ)償原理，為了使系統(tǒng)保持良好的調(diào)節(jié)質(zhì)量，希望開(kāi)環(huán)總放大系數(shù)與各環(huán)節(jié)放大系數(shù)之積保持常數(shù)。這樣，適當(dāng)選擇閥的特性，以閥的放大系數(shù)變化來(lái)補(bǔ)償對(duì)象放大系數(shù)的變化，從而使系統(tǒng)的總放大系數(shù)保持不變。

（2）根據(jù)管道系統(tǒng)壓降變化情況

調(diào)節(jié)閥的壓降比S定義為該調(diào)節(jié)閥可控制的大流量所對(duì)應(yīng)閥門(mén)進(jìn)出口差壓ΔP1m和系統(tǒng)差壓ΔP之比：

調(diào)節(jié)閥流量特性與壓降比S有密切的關(guān)系（表2）。管道系統(tǒng)壓降比S1~0.60.6~0.30.3~0直線(xiàn)等百分比直線(xiàn)等百分比調(diào)節(jié)不適宜直線(xiàn)等百分比等百分比等百分比

（3）根據(jù)負(fù)荷變化

直線(xiàn)閥在小開(kāi)度時(shí)流量變化大，調(diào)節(jié)過(guò)于靈敏，易振蕩。在大開(kāi)度時(shí)，調(diào)節(jié)作用又顯得微弱，造成調(diào)節(jié)不及時(shí)，不靈敏。因此在壓降比S較小，負(fù)荷變化大的場(chǎng)合不宜采用直線(xiàn)閥。等百分比閥在接近關(guān)閉時(shí)工作緩和平穩(wěn)，而接近全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，放大系數(shù)大，工作靈敏有效，因此它適用于負(fù)荷變化幅度大的場(chǎng)合?？扉_(kāi)特性閥在行程較小時(shí)，流量就較大，隨著行程的增大，流量很快達(dá)到大，它一般用于雙位調(diào)節(jié)和程序控制的場(chǎng)合。

（4）根據(jù)調(diào)節(jié)對(duì)象的特性

一般有自平衡能力的調(diào)節(jié)對(duì)象都可選擇等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥，不具有自平衡能力的調(diào)節(jié)對(duì)象則選擇直線(xiàn)流量特性的調(diào)節(jié)閥。

4.2口徑選擇
調(diào)節(jié)閥口徑是根據(jù)工藝要求的流通能力確定的，要根據(jù)提供的工藝條件計(jì)算出調(diào)節(jié)閥的流通能力，再依據(jù)其流通能力選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。流通能力是指當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，閥兩端壓差為9.81×104Pa，流體的密度為1g/cm3時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量值，該值以m3/h或kg/h為單位。調(diào)節(jié)閥的流通能力是合理選擇閥門(mén)及閥門(mén)口徑的一個(gè)重要參數(shù)，通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)閥流通能力的計(jì)算，對(duì)比廠家提供的技術(shù)參數(shù)確定閥門(mén)口徑的大小。對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，水是流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的常見(jiàn)的介質(zhì)之一，所以以水為例介紹調(diào)節(jié)閥的流通能力C：


實(shí)際工程中，閥門(mén)口徑是分級(jí)的，C值通常也不是連續(xù)值（公式計(jì)算的C值是連續(xù)的）。不同廠商的同類(lèi)型產(chǎn)品有不同的C值與口徑對(duì)應(yīng)表。在計(jì)算出期望的C值后，就可以查閱生產(chǎn)商的相應(yīng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)表來(lái)決定所需的閥門(mén)口徑。選取閥門(mén)口徑的原則應(yīng)盡可能接近或大于計(jì)算結(jié)果，不應(yīng)小于計(jì)算結(jié)果。

4.3選用注意事項(xiàng)
（1）調(diào)節(jié)閥直接按照接管管徑選取是不合理的。閥門(mén)的調(diào)節(jié)品質(zhì)與接管流速或管徑?jīng)]有關(guān)系，閥門(mén)的調(diào)節(jié)品質(zhì)僅與水的阻力及流量有關(guān)。亦即一旦系統(tǒng)設(shè)備確定之后，理論上適合該系統(tǒng)的閥門(mén)只有一種理想的口徑，而不會(huì)出現(xiàn)多種選擇。

（2）調(diào)節(jié)閥口徑不能過(guò)小。選擇的閥門(mén)口徑過(guò)小，一方面會(huì)增加系統(tǒng)的阻力，甚至?xí)霈F(xiàn)閥門(mén)口徑99%開(kāi)啟時(shí)，系統(tǒng)仍無(wú)法達(dá)到設(shè)定的容量要求，導(dǎo)致嚴(yán)重后果。另一方面閥門(mén)將需要通過(guò)系統(tǒng)提供較大的壓差以維持足夠的流量，加重泵的負(fù)荷，閥門(mén)易受損害，對(duì)閥門(mén)的壽命影響很大。

（3）調(diào)節(jié)閥口徑不能過(guò)大。選擇的閥門(mén)口徑過(guò)大，不僅增加工程成本，而且還會(huì)引起閥門(mén)經(jīng)常運(yùn)行在低百分比范圍內(nèi)，引起調(diào)節(jié)精度降低，使控制性能變差，而且易使系統(tǒng)受沖擊和振蕩。

（4）為了保證系統(tǒng)控制品質(zhì)，的方法是在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)選擇能獲得較大壓力降的閥門(mén)口徑，使閥門(mén)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中壓力降的變化值盡可能小。閥門(mén)全開(kāi)狀態(tài)下的壓力降占全泵壓百分比越高，則閥門(mén)壓力降相對(duì)變化值越小，閥門(mén)的安裝特性就越接近其內(nèi)在特性。

（5）控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥應(yīng)盡可能工作于恒定的壓力降條件下，因?yàn)殚y門(mén)是否匹配盤(pán)管依賴(lài)于它的內(nèi)在特性和流量因子，而這些閥門(mén)參數(shù)取決于恒定的閥門(mén)壓力降。

5結(jié)語(yǔ)
設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥時(shí)，要求對(duì)調(diào)節(jié)閥的組成、分類(lèi)和特性有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，并在此基礎(chǔ)上掌握正確的選擇方法。而且，對(duì)于一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)配置調(diào)節(jié)閥時(shí)，還需要對(duì)整個(gè)管系環(huán)路進(jìn)行詳盡的分析，綜合考慮各種因素。只有這樣，才能正確地選擇調(diào)節(jié)閥，保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制質(zhì)量。
式中：苦蘭——相對(duì)流量，控制閥在某一開(kāi)度時(shí)的流量Q與全開(kāi)時(shí)的流量Q…之比；
    L    相對(duì)位移，控制閥在某一開(kāi)度時(shí)閥芯位穆Z與全開(kāi)時(shí)的位移L之比。
    上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥一般來(lái)說(shuō)，改變控制閥的閥芯與閥座之間的流通截面積．便可以控制流量，但實(shí)際上，由于多種因素的影響，如在節(jié)流面積變化的同時(shí)，還發(fā)生閥前、閥后的壓差變化，而壓差的變化又將引起流量的變化，為了便于分析，先假定閥前、閥后的壓差不變，然后再引伸到真實(shí)情況進(jìn)行研究，前者稱(chēng)為理想流量特性，后者稱(chēng)為工作流量特性。
    理想流量特性又稱(chēng)固有流量特性．它不同于閥的結(jié)構(gòu)特性，閥的結(jié)構(gòu)特性是指閥芯位移與流體通過(guò)的截面積之間的關(guān)系，不考慮壓差的影響，純粹由閥芯大小和幾何形狀所決定；而理想流量特性則是閥前、閥后壓差保持不變的特性。
    理想流量特性主要有直線(xiàn)、等百分比（對(duì)數(shù)）、拋物線(xiàn)及快開(kāi)等四種。
4.3.1直線(xiàn)流量特性
    直線(xiàn)流量特性是指控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移成直線(xiàn)關(guān)系，即單位位移的變化所引起流量變化是常數(shù)，用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示：
調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。在自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程中，許多連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)節(jié)工作，后都要?dú)w結(jié)在通過(guò)調(diào)節(jié)閥上的流量調(diào)節(jié)，也就是說(shuō)，調(diào)節(jié)閥是執(zhí)行調(diào)節(jié)指令后完成調(diào)節(jié)任務(wù)的一道總機(jī)關(guān)。因此，調(diào)節(jié)閥工作的好壞，直接關(guān)系著整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的成敗。今天我們先來(lái)了解調(diào)節(jié)閥的流量特性。調(diào)節(jié)閥的流量特性主要是指閥芯的位移行程變化所引起的被控制流量（被調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的介質(zhì)流量）變化的關(guān)系。為了說(shuō)明調(diào)節(jié)閥的流量特性，首先必須弄清楚下列三個(gè)特性的含義：

     1、理想（流量）特性：在閥上壓力降不變的條件下（即理想條件下）閥芯行程與流過(guò)通道口的控制劑流量的關(guān)系。理想特性是指閥在試驗(yàn)中規(guī)定為1kgf/m²的閥上壓力降用特殊裝置測(cè)得的，其目的是在比較各種不同閥芯結(jié)構(gòu)的閥。調(diào)節(jié)閥的理想特性取決于閥芯形狀，不同的閥芯曲面可得到不同的理想特性，它是調(diào)節(jié)閥本身所固有的一種特性。但是應(yīng)當(dāng)注意，理想特性與該閥自身的結(jié)構(gòu)特性一般是不一樣的，例如直線(xiàn)結(jié)構(gòu)特性的閥，其理想特性則是快開(kāi)特性的，拋物線(xiàn)結(jié)構(gòu)特性的閥，其理想特性則是直線(xiàn)特性的，等百分比結(jié)構(gòu)特性的閥，其理想特性則近似拋物線(xiàn)的。調(diào)節(jié)閥的理想特性，典型的有直線(xiàn)特性、等百分比（對(duì)數(shù)）特性、快開(kāi)特性和拋物線(xiàn)特性四種。
     2、結(jié)構(gòu)特性或面積特性：閥芯行程與其對(duì)應(yīng)的通道口的截面積的關(guān)系。對(duì)已定的閥芯其結(jié)構(gòu)特性只決定于閥芯的幾何形狀及尺寸大??；一定的結(jié)構(gòu)特性，又對(duì)應(yīng)著一定的理想（流量）特性，因此，它是調(diào)節(jié)閥流量特性的基礎(chǔ)。
     3、工作（流量）特性：在實(shí)際使用條件下（即閥上壓力降變化的條件下），閥芯行程與流過(guò)通道口的控制劑流量的關(guān)系。工作特性不僅和理想特性有關(guān)，而且和實(shí)際使用的外部條件-管道系統(tǒng)的阻力、閥芯位移時(shí)間上壓力降變化諸因素有關(guān)。在這些因素的影響下，就使理想特性產(chǎn)生畸變而成工作特性。因此同一個(gè)調(diào)節(jié)閥在不同的使用條件下，具有不同的工作特性。這是我們?cè)趯?shí)際使用中關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：水輪機(jī)減壓閥