调节阀的流量特性

调节阀的流量特性、流通能力的计算与选择

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

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，即：

式中：

Q/Q max：相对流量，即调节阀某一开度下的流量与全开流量之比；

L/L max：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；ρ：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；ρ：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ρ2=ρ2KP也保持不变，P2KP、ρ2KP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。