调节阀流量系数与可调比关系的研究

等百分比流量特性 ! D!# ! "
式中： ! 为可调比； " ! 为对应某开度时的流量系数； 为相对开度； !# 为 " D # 时的流量系数。 按照传统的解释， 可调比 ! 是指所能控制的最大 流量和最小流量的比值， 即 $ ;-B 最大控制流量 ! # 最小控制流量 # $ ;/1 （G）
在设计调节阀时， 需先设定一个 ! 值， 然后计算各开 度下的流量系数 !， 以此作为设计阀芯曲线或套筒窗 口的依据。国内调节阀行业的两次统一设计， 都是在 设定 ! D G# 前提下， 计算出了各开度对应的流量系数 理论值 （见表 !） 。
调节阀其 ! 值是不相同的。
双座调节阀流量系数! 值及 ! 计算值
相 对 开 #&+ (* & #) () & +# (’ & .( (. & *# (+ & *+ (- & ## (, & "* (, & +’ (* & )* (* & ’# 度
!
#&, "* & ## "# & ’# (- & -( ", & -# "+ & *’ ", & ,* ", & #(
)5+ )5+ +% +%
代入式 （(） 则有 , 6 (1， +# ! % % + 1-1・+# % + ,%,・+# % + %2+・+#
!+% !7 & % + -$-・+# & !+ !$ !( !4 & % + +($・+# & !, !-
!2 （7） !1 将测量所得流量系数 !) 代入公式 （ 7） ， 即可解出该台
"
! 值计算方法
调节阀实际可调比 ! 值是可以计算出来的。根 据公式 （$） 可推导出 （2） +# ! % +# !% & ’ +# ! 在 +# 等百分比流量特性曲线是一直 !— ’ 坐标系中， 线， ! 值实际上决定了该直线的斜率。实际测量一台 调节阀的流量特性， 可以得到若干组 （ 数据， 由于 ’） !， 制造和测量误差， 这些测量值在 3# !— ’ 坐标系中呈近 似直线分布， 并认为这条近似直线就是这台调节阀的 实际流量特性曲线。要得到这样一条直线， 并使其最 接近坐标系中的这些点， 建议用最小二乘法求解。
调节阀的实际可调比 ! 值。若将表 + 中等百分比流 量系数的理论值代入公式 （7） ， 即可反算出 ! 5 ,%。按 解出的是全行程的可调比， 为了准确了解调节阀 式 （7） …， 即 在工作段的可调比， ’) 可分别取 % 6 $， % 6 ,， % 6 (，
$ 则有 # 5 4， " ’) 5 , + 1； " ’ ) 5 $ + %,，
调节阀流量系数与可调比关系的研究
程怀济
从表中可以看出， 尽管双座调节阀和套筒调节阀 在设计时预先设定 ! ! "#， 但实际生产的各种规格的
表!
各 公称通径 $% #&’ (* "( )# *# +* -# ’## ’(* ’*# (## ( & +* " & #. , & )) , & +" & .* " & ") ) & ,# ) & ’) ( & ** #&( ) & *, + & "# ’# & (’’ & -. , & ,( , & +) , & ++ & ). * & ,# #&" , & -) . & .# ’’ & *( ’) & .# ’’ & "+ ’# & ). ’# & "( . & ), - & *# ’( & (# #&) ’( & ,+ ’" & .. ’" & (( ’- & )# ’* & *" ’) & +" ’) & (# ’( & -. ’( & )( ’+ & ’# #&* ’, & .+ ’- & .# ’+ & -(( & .# (# & (# ’. & -* ’- & -’ ’. & ", ’- & ’, (# & ’#
!+ % +# !% & ’ ++# ! +# +# % +# & ’ +# ! !% $ !$ ……………………… +# !( % +# !% & ’( +# !
（4）
式中， 可从方程组 （ 4） 中 ! 为这台调节阀的实际值， !% ， 用最小二乘法求其近似解：
( ( (
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（ ’) ・+# #" !) ）*
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一般情况下取 +% 个开度进行测量， 即 ’) 分别取 % + +，
$ …， % + $， % + ,， + + %。此时有 # 5 +%， " ’) 5 1 + 1； "’) 5
制造厂是在 ! D G# 前提下设计制造出调节阀产 品， 但对调节阀产品实际 ! 值是多大、 它与 ! D G# 的 偏差等问题， 目前尚未引起人们的重视。由于， 设计人 员对 ! 值的认识仅局限在 $ ;-B 和 $ ;/1 的比上， 而 $ ;/1 只是个理论上存在的数值， 无法进行测量， 因此认为实 际可调比也是无法计算的。在目前见到的有关调节阀 的资料中， 尚未看到这方面的论述。国内外调节阀的 标准中， 也未提出对 ! 值的测量、 计算和考核办法。 这是由于对可调比概念的片面理解所造成的， 现在有 必要从可调比与流量系数的关系入手作进一步探讨与 研究。
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#
国内外一些调节阀 ! 值的比较
依据式 （7） 用国内统一设计的双座调节阀和联合
设计的套筒调节阀， 以及 8"9:;< 公司的 /= 型套筒阀的 流量系数计算相应的 ! 值， 其结果见表 $ ’ 表 -。
万方数据
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调节阀流量系数与可调比关系的研究
程怀济
调节阀流量系数与可调比关系的研究
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代入 $%& ’ (%& 开度时的各流量系数， 可以得到该段 流量特性的 ! 值。同样， 将表 + 中理论值数据代入式 ， 也可反算出 ! 5 ,%。由于式 （ 7） 、 式 （+%） 中! 值 （+%） 都是以比值形式出现， 无论用绝对流量系数或相对流 量系数计算其结果都是相等的。因此， 用来计算 ! 值 是很方便的。同样， 当需要计算任意段流量特性曲线 的 ! 值时， 都可以推出相应的计算公式。
万方数据
!!
《自动化仪表》 第 $+ 卷第 + 期
$%%% 年 关系
在测量一台调节阀于不同开度时的流量系数时， 代入公式 可以得到相对行程和流量系数的 # 组数据， （2） 得到方程组
从流量 系 数 的 计 算 公 式 可 以 看 出， ! 值取决于 ， 但它决定了任意一个相对行程时的流量系数值。 " !"# 因此， 无论从调节阀的设计、 制造和应用角度讲， 这一 点都具有很重要的实际意义。因为， 任何调节阀都不 可能使用在它的最小开度， 也就是不会用其 " !"# 来工 作， 大量的使用场合是在某一开度 （一般在全行程的 上对流量进行控制。此时， 调节阀的流量 $%& ’ (%& ） 系数大小决定了调节阀的工作开度， 流量系数相对于 行程的变化量决定了调节阀的放大倍数， 这些均与 ! 值有关。因此， 不能简单地从 " !)* 和 " !"# 的比去理解 而应当把 ! 值看作是整个流量特性曲线的一个 ! 值， 特征参数。 分析式 （+） 、 式 （ $） 与式 （ ,） 、 式 （ -） 可以看出， !值 变化对线性流量特性影响不大， 特别在 ! ! + 时， !与 对等百分比特性影响则较大， 因此 #$ 均与 ! 值无关； 本文讨论 ! 值对流量系数的影响仅限于等百分比特 性。 当 ! 值作为流量特性曲线的一个特征参数时， 可 以设想将全行程的流量特性曲线看成由几个不同 ! 值决定的几段流量特性曲线组合而成。在 % ’ (%& 开 度时， 使调节阀在工作行程范围内有足 ! 值取大一些， 也 就 是 有 足 够 的 放 大 倍 数。在 (%& ’ 够的 ! 值， 使调节阀制造过程中， ! 值取小一些， +%%& 开度范围， 阀芯曲线和套筒开窗都容易实现。提高工作开度下的 也可以作为在调节阀设计中探索提高流通能力 ! 值， 的一个途径。分段取不同的 ! 值这一思想， 已从 ./0 和国外一些调节阀流量系数表中体 1,-—$—（ - 草案） 现出来， 这时可调比的含义已经不再是 " !)* 和 " !"# 之 比了， 它应当作为流量特性曲线的一个特征参数被认 识、 被研究。
值 可调比 ! #&). & ’’ )( & -# *( & -) *" & *# *# & ,, *# & (*( & -( *’ & -)- & ))+ & *# #&. ,) & *" ,) & )# ,- & .( ,# & )# ,, & *" ,* & ). ,( & ". ++ & ++ ,+ & ,) ,* & -# ’&# ’#" & ". ’## & ## .( & ## .- & (# .. & *., & (* ., & +# ’#" & +" .+ & -’ ’## & *# *’ & * ") & + ’, & ) ’) & + (- & . "( & ) (, & ’ "( & " )* & , (# & #
调节阀有两种基本的流量特性：
表7
流量特性
! 8 9: 调节阀各相对开度的流量系数!
各相对开度! 值
!#
#<! #<$ $$ < IJ I < HK #<G G$ < GG L < $H #<" "$ < ## !$ < LL #<H H! < IJ !K < $I #<I I! < GG $H < IH #<J J! < ## GI < #H #<K K# < IJ H# < IH #<L L# < GG J! < !J !<# !## < ## !## < ##
线
性
G < GG G < GG
!G < ## " < IK
等百分比
从应用角度， 希望调节阀的放大倍数 %& 大一些， 而 %& 与可调节比 ! 有关， $ ;-B !F! ・ （"） ’ ! $ （H） 等百分比特性 %& D ;-B ・ !1 !・! " F ! ’ 式中：’ 为全行程开度。可以看出，增大 %& ， 应提高 值。因此， 制造厂都将可调比大于某一数值作为一 ! 线性特性 %& D 项性能指标予以标明。但是调节阀 ! 值越大， 设计制 造难度越大。对单、双座调节阀，若 ! 值过大，阀芯 制造时会在 L#( M !##( 开度范围内产生根切现象； 对套筒调节阀，若 ! 值太大，在 L#( M !##( 开度范 围内会因窗口尺寸过宽而无法制造。这些都限制了 ! 值的提高。
关键词：调节阀 摘 要 流量系数 可调比 /,%$ 0%"11202"*+ 34&*’%$* &.+2%
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线性流量特性 ! D!# E
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（!） （$）
从实际使用要求出发， 讨论了调节阀流量系数与可调
比关系， 提出把可调比看作流量特性曲线的特征参数。在此基 础上， 指出国家标准和 %&’ 标准对流量系数偏差规定的区别， 并 通过相应计算得出国内现有标准及产品设计中存在的不足之 处。 56(+&.0+ ()* +*,-./012)/3 4*.5**1 6,05 70*66/7/*1. -18 .9+18051 +-./0 /2 8/27922*8 4-2*8 01 .)* +*:9/+*;*1.2 06 3+-7./7-, -33,/7-./012< ()92 /. /2 2.-.*8 .)-. .)* .9+18051 +-./0 ;/=). 4* 7012/8*+*8 -2 .)* 7)-+-7.*+/2./7 3-+-;*.*+ 06 .)* 6,05 7)-+-7.*+/2./7 79+>*< ?1 .)/2 4-2/2 .)* 8/66*+*17* 4*.5**1 .)* @-./01-, A.-18-+8 -18 %1.*+1-./01-, A.-18-+8 /1 +*=9,-./012 06 .)* 8*>/-./01 06 6,05 70*66/7/*1. /2 2.-.*8< ()+09=) +*,*>-1. 7-,79,-./012， .)* 8*;*+/.2 *B/2./1= /1 @-./01-, A.-18-+8 -18 3+0897. 8*2/=1 -+* +*C >*-,*8<