调节阀的正确选型

    引言

    调节阀作为工业过程控制的终端执行器件，它随着工业自动化水平的不断提高，已成为工业自动化控制的关键设备。调节阀选择的是否合适直接关系到工业控制品质的好坏，甚至关系到工业生产系统的安全。因此在实际生产过程中，根据工艺条件选择合适的调节阀是非常必要的。

    1 简介调节阀

    调节阀由执行机构和调节机构两部分共同组成。它包括气动、电动和液动执行器三大类。在化工生产中常用气动执行器，其它两种执行器只在特殊要求下采用。执行机构是调节阀的推动部分，调节机构是调节阀的调节部分，即阀门本身。调节机构与调节介质直接接触，在执行机构的推动下，改变阀芯与阀座之间或阻流件的流通面积，从而达到调节控制介质流量的目的。

    1.1 调节阀的结构形式的选择

    一般在振动大或噪声大的场合应选用套筒阀较为合适，如在介质中带有粘性或有微小颗粒时，选择偏心旋转阀较为合适。通常应用较广泛的阀有直通单座阀、直通双座阀、角型阀、蝶阀、球阀、隔膜阀等。在选择阀的结构形式时，还需考虑调节介质的工艺条件和流体特性。

    1.2 调节阀气开/气关的选择和调节器正反作用的确定

    调节阀气开/气关的选择必须从工艺生产需要和安全要求方面考虑确定。原则是当信号压力中断时，应保证工艺设备和生产的安全，即保证调节阀失去信号压力源时阀自动进入安全状态。

    选定调节阀气开或气关形式后，必须根据阀的这一形式确定调节器的正作用和反作用，使调节阀和调节器构成一个负反馈的控制系统。即对于气开阀，如果被控参数大于给定参数时，要求阀关小，那么调节器选用反作用；对于气关阀，如果被控参数大于给定参数时，要求阀关小，那么调节器就选用正作用。

    1.3 调节阀的流量特性

    调节阀相对开度和通过阀的相对流量之间的关系称为阀的流量特性，即Q/Q_max=f（し/L）。

    Q/Q_max相对流量——调节阀在某一开度下的流量Q与全开度流量Qmax之比；

    し/L相对开度——调节阀的某一开度下的行程し与全行程L之比。

    由上式看出：通过阀的相对流量Q/Qmax是调节阀相对开度し/L的函数。通过调节阀的流量不仅与阀门的开度有关，还与阀门两端的压差有关，阀门前后压差一定时的流量特性为阀门的理想特性，阀门前后压差随时变化的流量特性为阀门的工作特性。

 ♂

    理想特性完全取决于阀芯的形状，典型的四种理想流量特性：

    （1）直线流量特性

    Q/Qmax=R^{[（し/L）-1]}     （R=Qmax/Qmin为调节阀的可调比）

    采用直线流量特性的阀芯时，调节阀的放大倍数是常数。它的特点是在小开度处流量相对变化较大，调节作用强，易产生振荡；在打开度处流量相对变化较小，调节作用弱，调节缓慢。

    （2）等百分比流量特性（对数流量特性）

    Q/Qmax=e^{[（し/L）-1]}lnR   （R=Qmax/Qmin为调节阀的可调比）

    采用等百分比流量特性的阀芯时，调节阀的放大倍数随流量增大而增大，但流量的相对变化值是相等的。它在小开度处放大倍数小，调节作用缓和平稳；它在大开度处放大倍数大，调节作用灵敏，为此常被采用。

    （3）抛物线流量特性

        （R=Qmax/Qmin为调节阀的可调比）

    采用抛物线流量特性的阀芯时，在小开度时调节性能好，它的特性曲线介于直线与等百分比特性曲线之间。

    （4）快开流量特性

    快开流量特性没有一定的数学表达式。采用具有快开流量特性的阀芯时，在开度较小时有较大的流量，随着开度的增大，流量很快就达到最大值，适用于迅速启闭的切断阀或两位式调节系统。

    2 调节阀口径的选取

    对不可压缩性流体，根据流体力学代入伯努力方程得：

    根据连续方程Q=A∗V，上面公式联解可得：

 ♂

    这就是调节阀的流量方程，其代号及单位为：

    V₁、V₂——节流前后的流体速度；

    V——是平均流速；

    P₁、P₂——节流前后的压力，100KPa；

    A——节流面积，cm²；

    Q——流量，cm³/s；

    C——阻力系数；

    r——重度，Kgf/cm³；

    g——重力加速度，981cm/s²；

    如果上述公式采用工程单位，Q—m³/h；P₁、P₂—100KPa；r—gf/cm³，那么调节阀的流量方程可化为：

    于是Kv定义为：当调节阀全开，阀两端压差ΔP为100KPa，流体重度r为1gf/cm³（常温水）时，每小时流经调节阀的流量数，以m³/h或t/h计。但国外流量数常用Cv表示，其定义为：当调节阀全开，阀两端压差ΔP为1磅/英寸²（0.07Kgf/cm²），介质为600F（15.6℃）清水时，每分钟流经调节阀的美加仑数，以加仑/分计。Kv与Cv之间换算关系为：

    根据计算出的流量系数Kv或Cv值，然后在调节阀手册中查找出Kv或Cv额定值，最终选取合适的调节阀口径。

    3 结语

    上述阐述如何正确选择调节阀，只是针对不可压缩流体流相为紊流而言的，对于其它层流或可压缩的流体，如气体或水蒸汽等，有专门的理论加以推导其流体的Kv或Cv的计算方法，其调节阀的选取与上述类同，请另行关注。