控制阀选型之流量特性的选择

控制阀是管道系统中的重要部件,它的作用是用来切断或接通管路介质、调节介质的流量和压力，改变介质的流动方向，保护管路系统以及设备的安全。控制阀的流量特性是为了在系统运行条件的预期范围内提供一个相对均匀一致的控制回路稳定性。因此在控制阀选型过程中，根据现场提供的条件，正确选择控制阀流量特性是非常重要的。

控制阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与相对行程之间的关系，数学表达式为Q/Qmax = f(l/L),

式中:Q/Qmax—相对流量。指控制阀在某一开度时的流量Q与全开流量Qmax之比；

l/L—相对行程。指控制阀在某一开度时的阀芯行程l与全开行程L之比

一、流量特性分析

理想流量特性是指不考虑压差的影响，介质流过阀门的相对流量与相对行程之间的关系。理想流量特性主要有直线、等百分比、快开等。下面根据我单位生产的GT   —DN100笼式调节阀的实测各点试验数据进行分析。见表1-3

表1  等百分比特性

表2  直线特性

表3  快开特性

由以上数据表分析可知3种理想流量特性的特点见表4

表4

在实际系统中，阀门两侧的压降并不是恒定的，在这种情况下，测得的控制阀相对流量和相对开度之间的关系成为工作流量特性。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

控制阀与管道串联时，因控制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。控制阀一旦动作，流量则改变，系统阻力也相应改变，因此控制阀的压降也相应变化。串联管道时的流量特性与压降比S有关。压降越小，控制阀全开流量相应减小，使理想直线特性畸变成快开特性，理想等百分比特性畸变为直线特性。串联管道时流量与压降比S的关系如图1所示：

2. 并联管道时的工作流量特性

控制阀与管道并联时，一般是控制阀装有旁路，当系统阻力一定时，控制阀全开流量与总流量之比会随着并联管道的旁路阀的逐步打开而减少，此时，尽管控制阀本身的流量特性无变化，但系统的可调范围也大大缩小，控制阀在工作过程中所能控制的流量变化范围也大大减少，甚至起不到调节作用，要使控制阀具有良好的调节性能，一般认为旁路阀的流量最多不超过总流量的20%。并联管道时流量与压降比S的关系如图2所示：

1. 流量特性的选择

控制阀流量特性的选择可以通过理论计算，但所用的方法和方程都很复杂，而且由于干扰的不同，高阶响应方程计算就更复杂了，因此，目前对控制阀的流量特性的选择多采用经验方法。具体应从以下几个方面进行考虑。

1. 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。对于放大系数随负荷的增大而变小的对象，宜选用等百分比特性的阀门，当调节对象的放大系数为线性时，一般采用直线流量特性的阀门，使系统总的放大系数保持不变。

2）从工艺配管情况考虑

控制阀总是与管道、设备等连在一起使用，由于系统配管情况的不同，配管阻力的存在，使控制阀的压降发生变化，因此阀的工作流量特性与阀的理想流量特性不同，必须根据系统的特点来选择相应的工作特性，再考虑工艺配管情况选择相应的理想流量特性。可参见表5选定。

表5  考虑工艺配管情况表

其中S为压降比，定义为控制阀全开时阀前后压差与系统总压差之比。由此可以看出控制阀的流量特性与压降比S有着很大的关系。

1. 从负荷变化方面考虑

  直线特性的调节阀在小开度时流量相对变化值大，过于灵敏，容易振荡，因此在S值小、负荷变化幅度大的场合不宜采用，等百分比特性阀门的放大系数随着行程的增加而增加，流量相对变化值恒定不变，因此在负荷变化幅度大的场合宜选用等百分比特性阀门，快开阀门一般在行程较小时，流量就能达到最大，一般用于两位控制。

2. 根据调节对象的特性

一般有自平衡能力的调节对象都可以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。

流量特性选用的指导原则见表6