调节阀的流量特性是指介质流过阀的相对流量 Q 与阀芯相对行程(阀门的相对开度)之间的函数关系:
Q=f(L)
当调节阀两端压差 △P 保持不变时,阀的流量特性称为固有流量特性。固有流量特性主要有直线、等百分比(对数)、抛物线和快开等 4 种类型。
在生产中阀的固有流量特性有直线、等百分比和快开 3 种。抛物线特性介于直线和等百比之间,一般用等百特性来代替。快开特性主要用于二位式控制。
在一般情况下,阀两端压差不可能永远保持不变,这时阀的固有流量特性就会发生畸变,阀在实际工作条件下的特性称之为工作流量特性。这时在确定流量特性时要引人一个称为阀阻比的系数 S。
S=△P/Σ△P
Σ△P 为系统总压差,是阀、全部工艺设备和管路系统上的各压差之和。
从以下 3 个方面内容对阀的工作流量特性进行分析:
(1)从控制系统的控制质量方面分析对于一个简单的控制系统,它是由控制对象、变送器、调节器和调节阀几个基本环节组成的,系统的总放大系数 K=K1K2K3K4K5。
K1~K5 分别表示变送器、调节器、执行机构、阀、控制对象的放大系数。在负荷变动的情况下,要使控制系统能保持预定的控制指标,希望总放大系数在控制系统的整个操作范围内保持不变。一般来说,在一个确定的系统里,K1~K3 的系数是固定不变的,只有对象的放大系数 K5 随负荷的变化而变化,为此选择适当的流量特性来补偿对象特性的变化,保证 K4K5 的乘积是个常数就保证了系统的总放大系数 K 是个稳定值。
(2)从工艺配管情况分析调节阀总是与管道、设备连在一起使用的,管道阻力的存在必然会使阀的工作特性与固有特性不同。所以,应根据对象的特性,选择合适的工作特性,再根据配管情况选择相应阀的固有流量特性。考虑工艺配管情况时,可参照表 1 来选择阀的固有特性。
表 1 配管状况表
配管状况 S=1~0.6 S=0.6~0.3 S<0.3
阀的工作特性 直线 等百分比 直线 等百分比 不宜控制
阀的固有特性 直线 等百分比 等百分比 等百分比 不宜控制
从表 1 上看,当 S=1~0.6 时,所选固有流量特性和工作流量特性一致。当 S < 0.3 时,特性曲线畸变严重不宜控制。
(3)从负荷变化情况分析直线特性调节阀在小开度时流量相对变化量大,过于灵敏,容易引起振荡,阀芯阀座易损坏,故在 S 值小、负荷变化幅度大的场合不宜采用。等百分比阀的放大系数随阀门行程增大而增大,流量相对变化量恒定不变。
3 调节阀的口径
调节阀口径的确定是在计算阀流量系数 CV 的基础上进行的。流量系数的定义是指在阀门全开条件下,阀两端压差 △P 为 100kPa,流体密度 ρ=1g/cm3 时,通过阀的流体体积流量为 Q(m3/h),其节流公式为:
C 是一个比例系数,它与流量系数的关系是 m 倍,即 CV=mC。当流量特性为直线型时 m=1.63,当流量特性为等百分比型时 m=1.97。式(1)是当测量介质为液体时的计算方法,当测量介质为气体时应考虑温度和压力对介质体积的影响,其 C 值的计算分 2 种情况:当阀前后压差 △P < 0.5 倍的阀前压力 P1,即 △P < 0.5P1 时:
式(2)中 P2 为阀后压力。
△P ≥ 0.5P1 时:
另外,当介质为过热蒸汽时,计算 C 值要考虑蒸汽的过热度。确定完 CV 值以后,要对调节阀的开度进行验算,要求最大流量时阀开度 ≯ 90%,最小流量时开度 ≮ 10%。在正常工况下,阀门开度应在 15%~85% 之间。最后根据 CV 值确定调节阀口径。