調節閥的流量特性的選擇和口徑選擇

一、 調節閥流量特性的選擇

目前，調節閥的流量特性有直線、等百分比、快開和拋物線4種。拋物線的流量特性介于直線與等百分比特性之間，一般用等百分比流量特性來代替拋物線流量特性。這樣，在生產中，考慮調節閥的流量特性常用的是直線、等百分比和快開3種。而快開特性主要用于兩位式控制及程序控制中，因此，在考慮調節閥流量特性選擇時通常是指如何合理選擇直線和等百分比流量特性。

調節閥流量特性的選擇有數學分析法和經驗法。目前較多采用經驗法。調節閥的流量特性選擇一般可以從以下幾個方面考慮。

(1) 考慮系統的控制品質

一個過程控制系統，在負荷變動的情況下，要使系統保持預定的控制品質，則必須要求系統總的開環放大系數在整個操作范圍內保持不變。一般變送器、控制器（己整定好)、執行機構等放大系數基本上是不變的，但過程的特性往往是非線性的。為此，必須合理選擇調節閥的特性，以補償過程的非線性，達到系統總的放大系數近似為線性的目的，從而得到較好的控制質量?？梢?，調節閥流量特性的選擇原則，應符合：KVK0=常數。

式中，表示調節閥的放大系數；表示過程控制的放大系數。

當過程控制的特性為線性時，應選擇直線特性的調節閥，使系統總的放大系數保持不變。

當過程控制的特性為非線性時，應選擇放大系數隨負荷干擾增大而變大的等百分比特性的調節閥。這樣合成的結果使系統總的放大系數保持不變。

(2) 考慮工藝管道情況

調節閥在串聯管道時的工作流量特性與S值的大小有關，即與工藝配管情況有關。因此， 在選擇其特性時，還必須考慮工藝配管情況。

具體做法是先根據系統的特點選擇所需要的工作流量特性，再考慮工藝配管情況確定相應的理想流量特性。選擇原則可參照表4-5進行。

從表4-5可以看出，當S=1?0.6時，即調節閥兩端的壓差變化較小，由于此時理想流量特性畸變較小，因而，要求的工作特性就是理想流量特性。當S=0.6?0.3時，即調節閥兩端的壓差變化較大，不論要求的工作特性是什么，都選用等百分比理想流量特性。這是因為若要求的工作特性是線性的，理想特性為等百分比特性的調節閥，當S=0.6?0.3時，經畸變后的工作特性已接近于線性了。當要求的工作特性為等百分比特性時，那么其理想特性曲線應比它更凹一些，此時可通過閥門定位器的凸輪外廓曲線來補償。當S＜0.3時，已不適于調節閥工作，因而必須從管路上想辦法，使S值增大再選用合適的流量特性的調節閥。因為當 S＜0.3時，直線特性己嚴重畸變為快開特性，不利于調節，即使是等百分比理想特性，工作特性也已嚴重偏離理想特性，接近于直線特性，雖然S能調節，但它的調節范圍已大大減少， 所以一般不希望S值小于0.3。確定S的大小應從兩方面考慮，首先應考慮保證調節性能，S值越大，工作特性畸變越小，對調節有利。但S值越大說明調節閥上的壓差損失越大，造成不必要的動力消耗。一般設計時取S=0.3?0.5。對于氣體介質，因阻力損失小，一般S值都大于0.5。

(3)考慮負荷變化情況

直線特性調節閥在小開度時流量相對變化值大，控訇過于靈敏，易引起振蕩，且閥芯、 閥座也易受到破壞，因此在S值小、負荷變化大的場合，不宜采吊。等百分比特性調節閥的 放大系數隨調節閥行程增加而增大，流量相對變化值是恒定不變的，因此它對負荷變化有較強的適應性。無論在全負荷或半負荷生產時都能很好的調節，從制造的角度來看也并不困難， 在生產過程自動化中，等百分比流量特性的調節閥是應用最廣泛的一種。

在負荷變化較大的場合，應選用對數（等百分比）流量特性的調節閥。因為等百分比流量特性的調節閥放大系數是隨閥芯位移的變化而變化的，其相對流量變化率是不變的，因而能適應負荷變化情況。

另外，當調節閥經常工作在小開度時，也應選用對數（等百分比）流量特性的調節閥。 因為直線流量特性的調節閥在小開度時，相對流量變化率很大，不宜進行微調。

當介質有固體懸浮物時，為了不至于引起閥芯曲面的磨損應選用直線流量特性的調節閥。

二、 調節閥的口徑選擇

調節閥的口徑選擇對控制系統的正常運行影響很大，調節閥口徑選擇的主要依據是流量系數。流量系數的大小決定于閥門全開時的最大流量和壓差的數值。為了能正確計算流量系數，首先必須要合理確定調節閥流量和壓差的數據。通常把代入計算公式中的流量和壓差分別稱為計算流量和計算壓差。選擇調節閥口徑的步驟如下。

(1)確定計算流量

最大計算流量是指通過調節閥的最大流量，其值應根據工藝設備的生產能力、對象負荷的變化、操作條件變化以及系統的控制質量等因素綜合考慮，合理確定。但應避免兩種傾向： 一是過多考慮余量，使閥門口徑選得過大，這不但造成經濟上的浪費，而且將使閥門經常處于小開度工作，從而使可調比減小，調節性能變壞，嚴重時甚至會引起振蕩，從而大大降低了調節閥的壽命；二是只考慮眼前生產，片面強調控制質量，以致當生產力略有提高時，調節閥就不能適應，被迫更換。

計算流量也可以參考泵和壓縮機等流體輸送機械的能力來確定。有時，綜合多種方法來確定。

(2)確定計算壓差

計算壓差是指最大流量時調節閥上的壓差，即調節閥全開時的壓差。確定計算壓差時必須兼顧調節性能和動力消耗兩方面，即應合理選定S值。閥上的壓差占整個系統壓差的比值越大，調節閥流量特性的畸變越小，控制性能就越能得到保證。但閥前后壓差越大，所消耗的動力越多。

計算壓差主要是根據工藝管路、設備等組成的系統壓降大小及變化情況來選擇，其步驟如下。

(3) 選擇調節閥前后最近的壓力基本穩定的兩個設備作為系統的計算范圍。

(4) 在最大流量的條件下，分別計算系統內調節閥之外的各項局部阻力所引起的壓力損失△pF，再求出它們的總和∑△pF。

(5) 選取S值。S值應為調節閥全開時閥上壓差△PV和系統的壓力損失之比，即

如前所述，S值一般希望不小于0.3，常選S=0.3?0.5。

4)求取調節閥計算壓差△PV

考慮到系統設備中靜壓經常波動會影響閥門上壓差的變化，使S值進一步下降。如鍋爐給水控制系統中，計算壓差應增加系統設備靜壓的5%?10%，即

在確定計算壓差時，還應考慮不產生汽蝕。

(3)計算流量系數

選擇合適的計算公式，根據已決定的計算流量和計算壓差，求得最大流量時的流量系數Cmax。

(4)選取流量系數

根據已求得的Cmax，在所選用的產品型式的標準系列中，選取大于Cmax并與其最接近的那一擋C值。

(5)驗算調節閥開度

一般最大計算流量時調節閥的開度在90%左右，最小計算流量時的開度不小于10%。 開度驗算時必須考慮調節閥的理想流量特性和工作條件下面給出兩種常用流量特性調節閥在工作條件下（串聯管道）的開度驗算公式如下。

直線特性調節閥

等百分比特性的調節閥

式中，K表示流量為Qi時的閥門開度；S表示調節閥全開時的壓差與系統總壓差之比；C表示調節閥的流通能力；△P表示調節閥全開時的壓差；y表示介質的重度；Qi表示被驗算開度處的流量。

(6) 驗算調節閥實際可調比

一般來講，調節閥的理想可調比R=30左右。但實際上，由于受工作流量特性的影響、 最大開度和最小開度的限制以及選用調節閥口徑時對C值按標準中的系列數據進行選取和放大，會使可調比下降，一般只能達到R=10左右。因此，可調比驗算時應按R實=10$來進行。

從公式可知，當S≥0.3時，則R實≥5.5，說明調節閥實際可調的最大流量等于或大于最小流量的5.5倍，一般生產中Qmax/Qmin≥3已能滿足要求了。

當選用的調節閥不能同時滿足工藝上最大流量和最小流量的調節要求時，除增加系統壓力外，可采用兩個調節閥進行分程控制來滿足可調比的要求。

(7) 確定調節閥口徑

驗算合格后，根據流量系數C值決定調節閥的公稱直徑Dg和閥座直徑dg。