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控制閥的相對流量與相對位移（控制閥的相對開度）之間的關(guān)系，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：
   流量特性直線調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度呈直線關(guān)系，即單位相對行程變化引起的相對流量變化是一個常數(shù)①小開度時，流量變化大，而大開度時流量變化小
②小負(fù)荷時，調(diào)節(jié)性能過于靈敏而產(chǎn)生振蕩，大負(fù)荷時調(diào)節(jié)遲緩而不及時
③適應(yīng)能力較差等百分比單位相對行程的變化引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比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)，尤其在大開度時，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)拋物線特性介于直線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在閥行程較小時，流量就有比較大的增加，很快達(dá)大①在小開度時流量已很大，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

在實際系統(tǒng)中，閥門兩側(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方面。一方面，由于泵的特性，當(dāng)系統(tǒng)流量減小時由泵產(chǎn)生的系統(tǒng)壓力增加。另一方面，當(dāng)流量減小時，盤管上的阻力也減小，導(dǎo)致較大的泵壓加于閥門。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)閥相對流量與相對開度之間的關(guān)系。稱為工作流量特性。具體可分為串聯(lián)管道時的工作流量特性和并聯(lián)管道時的工作流量特性。



（1）串聯(lián)管道時的工作流量特性

調(diào)節(jié)閥與管道串聯(lián)時，因調(diào)節(jié)閥開度的變化會引起流量的變化，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)閥全開流量相應(yīng)減小，使理想的直線特性畸變?yōu)榭扉_特性，理想的等百分比特性畸變?yōu)橹本€特性。在實際使用中，當(dāng)調(diào)節(jié)閥選得過大或生產(chǎn)處于非滿負(fù)荷狀態(tài)時，調(diào)節(jié)閥則工作在小開度，有時為了使調(diào)節(jié)閥有一定的開度，而將閥門開度調(diào)小以增加管道阻力，使流過調(diào)節(jié)閥的流量降低，實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)管道時的工作流量特性

調(diào)節(jié)閥與管道并聯(lián)時，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，調(diào)節(jié)閥全開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而減少。此時，盡管調(diào)節(jié)閥本身的流量特性無變化，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，一種是通過數(shù)學(xué)計算的分析法，另一種是在實際工程中總結(jié)的經(jīng)驗法。由于分析法既復(fù)雜又費(fèi)時，所以一般工程上都采用經(jīng)驗法。具體來說，應(yīng)該從調(diào)節(jié)質(zhì)量、工況條件、負(fù)荷及特性幾個方面考慮。

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

根據(jù)自動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)變化來補(bǔ)償對象放大系數(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應(yīng)閥門進(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直線等百分比直線等百分比調(diào)節(jié)不適宜直線等百分比等百分比等百分比

（3）根據(jù)負(fù)荷變化

直線閥在小開度時流量變化大，調(diào)節(jié)過于靈敏，易振蕩。在大開度時，調(diào)節(jié)作用又顯得微弱，造成調(diào)節(jié)不及時，不靈敏。因此在壓降比S較小，負(fù)荷變化大的場合不宜采用直線閥。等百分比閥在接近關(guān)閉時工作緩和平穩(wěn)，而接近全開狀態(tài)時，放大系數(shù)大，工作靈敏有效，因此它適用于負(fù)荷變化幅度大的場合。快開特性閥在行程較小時，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)和程序控制的場合。

（4）根據(jù)調(diào)節(jié)對象的特性

一般有自平衡能力的調(diào)節(jié)對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)對象則選擇直線流量特性的調(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，閥兩端壓差為9.81×104Pa，流體的密度為1g/cm3時，每小時流經(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及閥門口徑的一個重要參數(shù)，通過對調(diào)節(jié)閥流通能力的計算，對比廠家提供的技術(shù)參數(shù)確定閥門口徑的大小。對于自動控制系統(tǒng)來說，水是流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的常見的介質(zhì)之一，所以以水為例介紹調(diào)節(jié)閥的流通能力C：


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

4.3選用注意事項
（1）調(diào)節(jié)閥直接按照接管管徑選取是不合理的。閥門的調(diào)節(jié)品質(zhì)與接管流速或管徑?jīng)]有關(guān)系，閥門的調(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)的閥門只有一種理想的口徑，而不會出現(xiàn)多種選擇。

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

（3）調(diào)節(jié)閥口徑不能過大。選擇的閥門口徑過大，不僅增加工程成本，而且還會引起閥門經(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口徑，使閥門在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中壓力降的變化值盡可能小。閥門全開狀態(tài)下的壓力降占全泵壓百分比越高，則閥門壓力降相對變化值越小，閥門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，因為閥門是否匹配盤管依賴于它的內(nèi)在特性和流量因子，而這些閥門參數(shù)取決于恒定的閥門壓力降。

5結(jié)語
設(shè)計調(diào)節(jié)閥時，要求對調(diào)節(jié)閥的組成、分類和特性有一個清楚的認(rèn)識，并在此基礎(chǔ)上掌握正確的選擇方法。而且，對于一個實際系統(tǒng)配置調(diào)節(jié)閥時，還需要對整個管系環(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——相對流量，控制閥在某一開度時的流量Q與全開時的流量Q…之比；
    L    相對位移，控制閥在某一開度時閥芯位穆Z與全開時的位移L之比。
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥一般來說，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，但實際上，由于多種因素的影響，如在節(jié)流面積變化的同時，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，然后再引伸到真實情況進(jìn)行研究，前者稱為理想流量特性，后者稱為工作流量特性。
    理想流量特性又稱固有流量特性．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、等百分比（對數(shù)）、拋物線及快開等四種。
4.3.1直線流量特性
    直線流量特性是指控制閥的相對流量與相對位移成直線關(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)閥是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。在自動調(diào)節(jié)過程中，許多連續(xù)生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)工作，后都要?dú)w結(jié)在通過調(diào)節(jié)閥上的流量調(diào)節(jié)，也就是說，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)系著整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的成敗。今天我們先來了解調(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。為了說明調(diào)節(jié)閥的流量特性，首先必須弄清楚下列三個特性的含義：

     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）閥芯行程與流過通道口的控制劑流量的關(guān)系。理想特性是指閥在試驗中規(guī)定為1kgf/m²的閥上壓力降用特殊裝置測得的，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，例如直線結(jié)構(gòu)特性的閥，其理想特性則是快開特性的，拋物線結(jié)構(gòu)特性的閥，其理想特性則是直線特性的，等百分比結(jié)構(gòu)特性的閥，其理想特性則近似拋物線的。調(diào)節(jié)閥的理想特性，典型的有直線特性、等百分比（對數(shù)）特性、快開特性和拋物線特性四種。
     2、結(jié)構(gòu)特性或面積特性：閥芯行程與其對應(yīng)的通道口的截面積的關(guān)系。對已定的閥芯其結(jié)構(gòu)特性只決定于閥芯的幾何形狀及尺寸大小；一定的結(jié)構(gòu)特性，又對應(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)，而且和實際使用的外部條件-管道系統(tǒng)的阻力、閥芯位移時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。這是我們在實際使用中關(guān)心的一個問題。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：水輪機(jī)減壓閥