调节阀的流量特性、流通能力的计算与选择 - 上海沪工阀门厂（集团）有限公司
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摘要：企业的能源计量已成为节能减排的重要方式，而流量调节阀作为流量控制中的重要方法，文章详细介绍了调节阀的流量特性，直线特性、等百分比特性及介于两者之间的抛物线特性的流量调节阀的作用及如何选型。
关键词：调节阀；流量特性；流通能力；等百分比特性；直线特性
作为一个执行器将来自控制器的信号，变成控制量作用在对象上。它是控制系统的重要组成部分，在选择使用时，应和选用传感器、变送器一样，从现有的商品中，选择能满足要求的产品。
下面介绍调节阀的流量特性和口径的计算。
1 调节阀的流量特性及其选择
1.1 调节阀的流量特性
调节阀的流量特性是指流过调节阀介质的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系，即：
Q/Qmax：相对流量，即调节阀某一开度下的流量与全开流量之比；
L/Lmax：相对开度，即调节阀某一开度下的行程与全开行程之比。
调节阀流量特性是由调节阀阀芯形状决定的。阀芯形状有柱塞阀和开口阀两类，而每一类都分为直线特性、等百分比特性和抛物线特性。此外还有平板形的快开特性。图 1 是阀芯形状示意图，图 2 是理想流量特性图。
图 1 阀芯形状
图 2 理想流量特性 （1）直线特性；（2）等百分比特性；（3）快开特性；（4）抛物线特性
所谓理想流量特性是指阀前后压差在流量改变时保持不变条件下，所得到的流量特性，这自然应在实验条件下才能形成恒定的压差。
从图 2 可以看出，各流量特性线，当开度为零时，相对流量为 3.3%，可知在相对开度为零时为最小流量，且此最小流量与最大流量之比为 3.3%，或者说最大流量与最小流量之比为 30。直线流量特性的斜率等于常数，与相对流量值无关；等百分比流量特性的斜率与相对流量成正比；抛物线特性介于直线和等百分比特性之间。
1.2 调节阀流量特性的选择
工程所用调节阀的特性有直线特性、等百分比特性及介于两者之间的抛物线特性，此外还有快开特性。对于直通调节阀可用等百分比特性阀代替抛物线特性阀，而快开特性阀只应用于双位控制和程序控制中。因此，在选择特性时，更多的是指如何选择等百分比特性阀和直线特性阀。
（1）等百分比特性阀应用场合：① 管道阻力大时，或者阀前后压差变化比较大的情况，使用等百分比特性阀；② 当系统负荷大幅度变化时，且各开度处的流量相对值变化为一定值，因此选用等百分比特性阀具有较强的适应性。
（2）直线特性阀应用场合：① 阀前后压差一定；② 阀上压差大；③ 负荷变化小。（因为直线特性阀在小流量时不稳定）。
2 调节阀的流通能力及其口径的选择
调节阀的口径是根据工艺要求的流通能力来确定的。调节阀的流通能力直接反映调节阀的容量，是设计、使用部门选用调节阀的主要参数。在工程计算中为了合理选取调节阀的尺寸．就应正确计算流通能力，否则就会造成调节阀尺寸选得过大或过小。调节阀过大，将使阀门工作在小开度位置，造成调节质量不好或经济效果差；如选得过小，即使处于全开位置也不能适应最大负荷的需要．使调节系统失调。因此必须掌握调节阀在各种流体时的流通能力的计算公式。
2.1 调节阀的流通能力
2.1.1 流通能力的定义
当调节阀全开．阀两端差压为 105Pa、流体密度为 1g/cm3 时，每小时流经调节阀的流量定义为调节阀的流通能力，用 C 表示。据此可知一台 C 为 20 的调节阀，当阀两端差压为 105Pa 时，流过阀门的水流量为 20m3/h。
2.1.2 流通能力 C 值的计算公式
液体 C 值的计算：
式中 Q：体积流量，m3/h；G：质最流量，t/h；P1、P2：阀前、阀后绝对压力，Pa；&：液体密度，g/cm3。
2.1.3 气体、蒸汽 C 值的计算
各种气体、蒸气与液体不同，它们具有可压缩性，因此通过调节阀的气体或热气的密度小于阀前密度，如果仍用液体 C 值的计算公式，必将产生较大误差，应按发后密度法。其计算公式如下：
式中，G：蒸汽流最，kg/h；P1、P2：阀前、阀后绝对压力；&：阀后出口断面上的蒸汽密度 kg/m3。
上式只适用于 P2 & P1/2 的情况，此称亚临界状态。当蒸汽处于超临界状态，P2/P1 & 1/2 时，不管阀后蒸汽压力 P2 多少，阀出口截面上的气体压力 P2 保持不变，即 P2=P2KP=P1/2，阀出口断面上的蒸汽密度 &2=&2KP 也保持不变，P2KP、&2KP 均为临界状态下的参数。C 值应按下式计算：
2.2 调节阀口径的选择
由以上分析在所提供的的标准系列中，应选取大于 C 并接近 C 的值来决定调节阀的口径，以满足所用流量的需要。
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调节阀串联管道时的工作流量特性
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调节阀的理想流量特性是在调节阀前后压差不变的情况下得到的。在实际使用中，调节阀是安装在工艺管道上，除了阀门外还串联有其它设备及管道阻力，在并联管道中一般装有旁路。因此，调节阀前后压差是变化的，在这种情况下，调节阀的相对开度与相对流量之间的关系称为工作流量特性。
由于串联管道存在压力，其阻力损失与通过管道的流量成平方关系，因此，当系统两端总压差一定时，随着通过管道流量的增大，串联管道的阻力损失也增大，这样使调节阀上的压差就减小，引起流量特性变化，理想流量特性就成为工作流量特性。调节阀全开时压差与系统总压差的比值，用S值表示。
1.当S=1时，即管道阻力损失为零，系统的总压差全部降落在调节阀上，实际工作特性与理想特性是一致的。
2.随着S的减小，即管道阻力损失增加，使系统的总压差降落在管道上的压差增加，调节阀全开时的流量减小，调节阀的可调比缩小。
3.随着S的减小，流量特性曲线发生很大的畸变，成为一系列向上拱的曲线。理想直线特性趋向于快开特性，理想等百分比特性趋向于直线特性，使小开度放大系数增加，大开度时放大系数减少，造成小开度时调节不稳定，大开度时调节迟钝，严重影响自动调节系统的调节质量。
因此，在实际使用中，一般希望S值最小不低于0.3～0.5.在现场使用中，当调节阀选的过大时，或生产处于非满负荷状态时，必然使调节阀工作在小开度。有时，为了提高工作点位置，使调节阀有一定的开度，往往就把工艺阀门关小一些，以增加管道阻力，使调节阀的流量降低，从表面看，调节阀有较大位移，但实际上由于管道阻力的增加使S值下降，使流量特性发生畸变，从而造成调节质量的恶化。
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调节阀的流量特性、流通能力的计算与选择
调节阀的流量特性、流通能力的计算与选择
发布时间:14-04-16
调节阀作为一个执行器将来自控制器的信号，变成控制量作用在对象上。它是控制系统的重要组成部分，在选择使用时，应和选用传感器、变送器一样，从现有的商品中，选择能满足要求的产品。
下面介绍调节阀的流量特性和口径的计算。
1 调节阀的流量特性及其选择
1.1 调节阀的流量特性
调节阀的流量特性是指流过调节阀介质的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系，Q/Qmax：相对流量，即调节阀某一开度下的流量与全开流量之比；
L/Lmax：相对开度，即调节阀某一开度下的行程与全开行程之比。
调节阀流量特性是由调节阀阀芯形状决定的。阀芯形状有柱塞阀和开口阀两类，而每一类都分为直线特性、等百分比特性和抛物线特性。此外还有平板形的快开特性。图 1 是阀芯形状示意图，图 2 是理想流量特性图。
&理想流量特性 （1）直线特性；（2）等百分比特性；（3）快开特性；（4）抛物线特性
所谓理想流量特性是指阀前后压差在流量改变时保持不变条件下，所得到的流量特性，这自然应在实验条件下才能形成恒定的压差。
从图 2 可以看出，各流量特性线，当开度为零时，相对流量为 3.3%，可知在相对开度为零时为最小流量，且此最小流量与最大流量之比为 3.3%，或者说最大流量与最小流量之比为 30。直线流量特性的斜率等于常数，与相对流量值无关；等百分比流量特性的斜率与相对流量成正比；抛物线特性介于直线和等百分比特性之间。
1.2 调节阀流量特性的选择
工程所用调节阀的特性有直线特性、等百分比特性及介于两者之间的抛物线特性，此外还有快开特性。对于直通调节阀可用等百分比特性阀代替抛物线特性阀，而快开特性阀只应用于双位控制和程序控制中。因此，在选择阀门特性时，更多的是指如何选择等百分比特性阀和直线特性阀。
（1）等百分比特性阀应用场合：① 管道阻力大时，或者阀前后压差变化比较大的情况，使用等百分比特性阀；② 当系统负荷大幅度变化时，且各开度处的流量相对值变化为一定值，因此选用等百分比特性阀具有较强的适应性。
（2）直线特性阀应用场合：① 阀前后压差一定；② 阀上压差大；③ 负荷变化小。（因为直线特性阀在小流量时不稳定）。
2 调节阀的流通能力及其口径的选择
调节阀的口径是根据工艺要求的流通能力来确定的。调节阀的流通能力直接反映调节阀的容量，是设计、使用部门选用调节阀的主要参数。在工程计算中为了合理选取调节阀的尺寸．就应正确计算流通能力，否则就会造成调节阀尺寸选得过大或过小。调节阀过大，将使阀门工作在小开度位置，造成调节质量不好或经济效果差；如选得过小，即使处于全开位置也不能适应最大负荷的需要．使调节系统失调。因此必须掌握调节阀在各种流体时的流通能力的计算公式。
2.1 调节阀的流通能力
2.1.1 流通能力的定义
当调节阀全开．阀两端差压为 105Pa、流体密度为 1g/cm3 时，每小时流经调节阀的流量定义为调节阀的流通能力，用 C 表示。据此可知一台 C 为 20 的调节阀，当阀两端差压为 105Pa 时，流过阀门的水流量为 20m3/h。
2.1.2 流通能力 C 值的计算公式
液体 C 值的计算：
式中 Q：体积流量，m3/h；G：质最流量，t/h；P1、P2：阀前、阀后绝对压力，Pa；&：液体密度，g/cm3。
2.1.3 气体、蒸汽 C 值的计算
各种气体、蒸气与液体不同，它们具有可压缩性，因此通过调节阀的气体或热气的密度小于阀前密度，如果仍用液体 C 值的计算公式，必将产生较大误差，应按发后密度法。
式中，G：蒸汽流最，kg/h；P1、P2：阀前、阀后绝对压力；&：阀后出口断面上的蒸汽密度 kg/m3。
上式只适用于 P2 & P1/2 的情况，此称亚临界状态。当蒸汽处于超临界状态，P2/P1 & 1/2 时，不管阀后蒸汽压力 P2 多少，阀出口截面上的气体压力 P2 保持不变，即 P2=P2KP=P1/2，阀出口断面上的蒸汽密度 &2=&2KP 也保持不变，P2KP、&2KP 均为临界状态下的参数。
2.2 调节阀口径的选择
由以上分析在调节阀厂家所提供的的标准系列中，应选取大于 C 并接近 C 的值来决定调节阀的口径，以满足所用流量的需要。
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Copyright&永嘉阿斯塔自动化仪表有限公司&&地址：浙江永嘉县瓯北镇五星工业区（销售部）&&电话：3&&传真：5　　调节阀流量特性有直线特性、等百分比特性和快开持性。流量特性的选择可以从以下几方面考虑：
　　1.从改善控制系统的调节品质分析
　　一个理想的控制系统，希望它的放大系数在系统的整个操作范围内保持不变。但在实际生产过程中，操作条件的改变，负荷变化等原因都会造成调节对象特性改变，系统的放大系数随着外部条件的变化而变化。此时，适当地选择调节闽的特性，以阀的放大系数的变化来补偿调节对象放大系数的变化，可使控制系统总的放大系数保持不变或近似不变，从而达到较好的控制效果。例如，调节对象的放大系数随负荷的增加而减小时，如果选用具有等百分比流量特性的调节阀，它的放大系数随负荷增加而增大，那么，就可使控制系统的总放大系数保持不变，近似为线性。
　　2.从工艺管道情况(S值大小)分析
　　如前所述，调节阀的公称流量特性是在阀门前后压力差不变时的特性，即理想流量特性。但是调节阀总是与工艺管道和设备中联或并联使用，并将引起阀门前后的压差发生变化。这时调节阀表现出来的流量特性称为工作流量特性。工作流量特性不同于理想流量特性。
　　调节阀装在串联管道时的工作流量特性与分压比S值的大小有关，即与工艺配管状况有关：
　　式中，△PV为阀门前后的压力差.△P为包括阀门印上艺管道设备在内的系统总压力差。当 S=1时阀门的上作流量特性与理想流量特性相等 当S&1时由于管路阻力影响，阀门的工作流量持件偏离理想流量特性，发生畸变。随着S值的减小，理想直线流星特性渐渐趋于快开特性，理想对数特性逐渐趋于直线特性，特性交环。
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