控制阀的固有流量特性

                        控制阀的固有流量特性

                         上海申弘阀门有限公司

4.3控制阀的固有流量特性
   之前介绍减压阀入口压力小于设定值，现在介绍 控制阀的流量特性是指流体流过控制阀的相对流量与相对位移（控制阀的相对开度）之间的关系，数学表达式如下：
   流量特性直线调节阀的相对流量与相对开度呈直线关系，即单位相对行程变化引起的相对流量变化是一个常数①小开度时，流量变化大，而大开度时流量变化小
②小负荷时，调节性能过于灵敏而产生振荡，大负荷时调节迟缓而不及时
③适应能力较差等百分比单位相对行程的变化引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比①单位行程变化引起流量变化的百分率是相等的
②在全行程范围内工作都较平稳，尤其在大开度时，放大倍数也大。工作更为灵敏有效
③应用广泛，适应性强抛物线特性介于直线特性和等百分比特性之间，使用上常以等百分比特性代之①特性介于直线特性与等百分比特性之间
②调节性能较理想但阀瓣加工较困难快开在阀行程较小时，流量就有比较大的增加，很快达大①在小开度时流量已很大，随着行程的增大，流量很快达到大
②一般用于双位调节和程序控制

在实际系统中，阀门两侧的压力降并不是恒定的，使其发生变化的原因主要有两个方面。一方面，由于泵的特性，当系统流量减小时由泵产生的系统压力增加。另一方面，当流量减小时，盘管上的阻力也减小，导致较大的泵压加于阀门。因此调节阀进出口的压差通常是变化的，在这种情况下，调节阀相对流量与相对开度之间的关系。称为工作流量特性。具体可分为串联管道时的工作流量特性和并联管道时的工作流量特性。



（1）串联管道时的工作流量特性

调节阀与管道串联时，因调节阀开度的变化会引起流量的变化，由流体力学理论可知，管道的阻力损失与流量成平方关系。调节阀一旦动作，流量则改变，系统阻力也相应改变，因此调节阀压降也相应变化。串联管道时的工作流量特性与压降分配比有关。阀上压降越小，调节阀全开流量相应减小，使理想的直线特性畸变为快开特性，理想的等百分比特性畸变为直线特性。在实际使用中，当调节阀选得过大或生产处于非满负荷状态时，调节阀则工作在小开度，有时为了使调节阀有一定的开度，而将阀门开度调小以增加管道阻力，使流过调节阀的流量降低，实际上就是使压降分配比值下降，使流量特性畸变，恶化了调节质量。

（2）控制阀的固有流量特性并联管道时的工作流量特性

调节阀与管道并联时，一般由阀支路和旁通管支路组成，调节阀安装在阀支路管路上。调节阀在并联管道上，在系统阻力一定时，调节阀全开流量与总管大流量之比随着并联管道的旁路阀逐步打开而减少。此时，尽管调节阀本身的流量特性无变化，但系统的可调范围大大缩小，调节阀在工作过程中所能控制的流量变化范围也大大减小，甚至起不到调节作用。要使调节阀有较好的调节性能，一般认为旁路流量多不超过总流量的20%。



4调节阀的选择

4.1流量特性选择
流量特性的选择方法有两种，一种是通过数学计算的分析法，另一种是在实际工程中总结的经验法。由于分析法既复杂又费时，所以一般工程上都采用经验法。具体来说，应该从调节质量、工况条件、负荷及特性几个方面考虑。

（1）根据自动调节系统的调节质量

根据自动控制原理中的特性补偿原理，为了使系统保持良好的调节质量，希望开环总放大系数与各环节放大系数之积保持常数。这样，适当选择阀的特性，以阀的放大系数变化来补偿对象放大系数的变化，从而使系统的总放大系数保持不变。

（2）根据管道系统压降变化情况

调节阀的压降比S定义为该调节阀可控制的大流量所对应阀门进出口差压ΔP1m和系统差压ΔP之比：

调节阀流量特性与压降比S有密切的关系（表2）。管道系统压降比S1~0.60.6~0.30.3~0直线等百分比直线等百分比调节不适宜直线等百分比等百分比等百分比

（3）根据负荷变化

直线阀在小开度时流量变化大，调节过于灵敏，易振荡。在大开度时，调节作用又显得微弱，造成调节不及时，不灵敏。因此在压降比S较小，负荷变化大的场合不宜采用直线阀。等百分比阀在接近关闭时工作缓和平稳，而接近全开状态时，放大系数大，工作灵敏有效，因此它适用于负荷变化幅度大的场合。快开特性阀在行程较小时，流量就较大，随着行程的增大，流量很快达到大，它一般用于双位调节和程序控制的场合。

（4）根据调节对象的特性

一般有自平衡能力的调节对象都可选择等百分比流量特性的调节阀，不具有自平衡能力的调节对象则选择直线流量特性的调节阀。

4.2口径选择
调节阀口径是根据工艺要求的流通能力确定的，要根据提供的工艺条件计算出调节阀的流通能力，再依据其流通能力选择调节阀的口径。流通能力是指当调节阀全开，阀两端压差为9.81×104Pa，流体的密度为1g/cm3时，每小时流经调节阀的流量值，该值以m3/h或kg/h为单位。调节阀的流通能力是合理选择阀门及阀门口径的一个重要参数，通过对调节阀流通能力的计算，对比厂家提供的技术参数确定阀门口径的大小。对于自动控制系统来说，水是流经调节阀的常见的介质之一，所以以水为例介绍调节阀的流通能力C：


实际工程中，阀门口径是分级的，C值通常也不是连续值（公式计算的C值是连续的）。不同厂商的同类型产品有不同的C值与口径对应表。在计算出期望的C值后，就可以查阅生产商的相应产品数据表来决定所需的阀门口径。选取阀门口径的原则应尽可能接近或大于计算结果，不应小于计算结果。

4.3选用注意事项
（1）调节阀直接按照接管管径选取是不合理的。阀门的调节品质与接管流速或管径没有关系，阀门的调节品质仅与水的阻力及流量有关。亦即一旦系统设备确定之后，理论上适合该系统的阀门只有一种理想的口径，而不会出现多种选择。

（2）调节阀口径不能过小。选择的阀门口径过小，一方面会增加系统的阻力，甚至会出现阀门口径99%开启时，系统仍无法达到设定的容量要求，导致严重后果。另一方面阀门将需要通过系统提供较大的压差以维持足够的流量，加重泵的负荷，阀门易受损害，对阀门的寿命影响很大。

（3）调节阀口径不能过大。选择的阀门口径过大，不仅增加工程成本，而且还会引起阀门经常运行在低百分比范围内，引起调节精度降低，使控制性能变差，而且易使系统受冲击和振荡。

（4）为了保证系统控制品质，的方法是在系统允许的范围内选择能获得较大压力降的阀门口径，使阀门在运转过程中压力降的变化值尽可能小。阀门全开状态下的压力降占全泵压百分比越高，则阀门压力降相对变化值越小，阀门的安装特性就越接近其内在特性。

（5）控制系统中调节阀应尽可能工作于恒定的压力降条件下，因为阀门是否匹配盘管依赖于它的内在特性和流量因子，而这些阀门参数取决于恒定的阀门压力降。

5结语
设计调节阀时，要求对调节阀的组成、分类和特性有一个清楚的认识，并在此基础上掌握正确的选择方法。而且，对于一个实际系统配置调节阀时，还需要对整个管系环路进行详尽的分析，综合考虑各种因素。只有这样，才能正确地选择调节阀，保证调节系统的控制质量。
式中：苦兰——相对流量，控制阀在某一开度时的流量Q与全开时的流量Q…之比；
    L    相对位移，控制阀在某一开度时阀芯位穆Z与全开时的位移L之比。
    上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,水减压阀一般来说，改变控制阀的阀芯与阀座之间的流通截面积．便可以控制流量，但实际上，由于多种因素的影响，如在节流面积变化的同时，还发生阀前、阀后的压差变化，而压差的变化又将引起流量的变化，为了便于分析，先假定阀前、阀后的压差不变，然后再引伸到真实情况进行研究，前者称为理想流量特性，后者称为工作流量特性。
    理想流量特性又称固有流量特性．它不同于阀的结构特性，阀的结构特性是指阀芯位移与流体通过的截面积之间的关系，不考虑压差的影响，纯粹由阀芯大小和几何形状所决定；而理想流量特性则是阀前、阀后压差保持不变的特性。
    理想流量特性主要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开等四种。
4.3.1直线流量特性
    直线流量特性是指控制阀的相对流量与相对位移成直线关系，即单位位移的变化所引起流量变化是常数，用数学表达式表示：
调节阀是自动调节系统中的一个重要组成部分。在自动调节过程中，许多连续生产过程的调节工作，后都要归结在通过调节阀上的流量调节，也就是说，调节阀是执行调节指令后完成调节任务的一道总机关。因此，调节阀工作的好坏，直接关系着整个调节系统工作的成败。今天我们先来了解调节阀的流量特性。调节阀的流量特性主要是指阀芯的位移行程变化所引起的被控制流量（被调节阀调节的介质流量）变化的关系。为了说明调节阀的流量特性，首先必须弄清楚下列三个特性的含义：

     1、理想（流量）特性：在阀上压力降不变的条件下（即理想条件下）阀芯行程与流过通道口的控制剂流量的关系。理想特性是指阀在试验中规定为1kgf/m²的阀上压力降用特殊装置测得的，其目的是在比较各种不同阀芯结构的阀。调节阀的理想特性取决于阀芯形状，不同的阀芯曲面可得到不同的理想特性，它是调节阀本身所固有的一种特性。但是应当注意，理想特性与该阀自身的结构特性一般是不一样的，例如直线结构特性的阀，其理想特性则是快开特性的，抛物线结构特性的阀，其理想特性则是直线特性的，等百分比结构特性的阀，其理想特性则近似抛物线的。调节阀的理想特性，典型的有直线特性、等百分比（对数）特性、快开特性和抛物线特性四种。
     2、结构特性或面积特性：阀芯行程与其对应的通道口的截面积的关系。对已定的阀芯其结构特性只决定于阀芯的几何形状及尺寸大小；一定的结构特性，又对应着一定的理想（流量）特性，因此，它是调节阀流量特性的基础。
     3、工作（流量）特性：在实际使用条件下（即阀上压力降变化的条件下），阀芯行程与流过通道口的控制剂流量的关系。工作特性不仅和理想特性有关，而且和实际使用的外部条件-管道系统的阻力、阀芯位移时间上压力降变化诸因素有关。在这些因素的影响下，就使理想特性产生畸变而成工作特性。因此同一个调节阀在不同的使用条件下，具有不同的工作特性。这是我们在实际使用中关心的一个问题。与本产品相关论文：水轮机减压阀