1 前言
调节阀的作用是按照调节器发出的控制信号的大小和方向，通过执行机构来改变阀门的开度以实现调节流体流量的功能，使生产过程中被调参数控制在工艺所要求的范围内，从而实现生产过程自动化。调节阀是调节系统中的一个重要环节，可以看成是广义调节对象中的组成部分之一，是受调节设备的控制去影响被调量的工具。调节阀包括电动调节阀和气动调节阀等。正确的选择和使用调节阀，直接关系到整个自动控制系统的控制质量，直接影响生产产品的质量。自动控制系统不能正常投入运行的，有许多是由于调节阀的选型不当造成的，因此，必须正确选择合适的调节阀。调节阀所反映出来的问题大多集中在调节阀的工作特性和结构参数上，如流通能力、公称通径及流量特性等。在这些参数中，流通能力更重要，其大小直接反映调节阀的特性，是设计选型中的主要参数。在一个自动调节系统中，即使设计方案非常合理，调节设备很先进，但调节阀的流量特性不一致或者是没有足够的可调范围，调节系统也不能正常运行的，也就是说，调节阀的特性应与被控对象的特性相对应互补的。
2 调节阀的流量特性
调节阀的流量特性是指被调介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系，也就是调节阀的静态特性。相对流量是指调节阀在某一开度下的流量与全开度下最大流量之比；相对开度是指调节阀在某一开度下的行程与全行程之比，调节阀的流量特性就是相对流量与相对开度成函数关系。调节阀的流量特性有理想流量特性和工作流量特性之分，理想特性是指假定调节阀前后压差不变的情况下的流量特性（即调节阀开度变化调节阀前后压差不变），但是，实际上由于各种因素的影响，在调节的阀芯和阀座间的节流面积改变的同时，会发生阀前后压差的变化，而压差的变化也会引起流量的变化。
2.1 理想流量特性
常用的调节阀的理想流量特性有如下4种。
（1）等百分比特性
等百分比特性也称为对数特性，是指阀门的开度增加同样的值时，通过的调节阀的流最按照等百分比增加。调节阀在同样开度变化值下，流量小时，流量的变化也小，调节作用缓和平稳；流量大时．流量的变化也大，调节作用灵敏而有效。等百分比特性的阀门在全行程阀门内的控制精度是不变的。
（2）直线特性
直线特性是指调节阀的相对流量和相对开度的比值，为常数。调节阀在同样开度变化值下，流量小时，流量的变化值相对较大，凋节作用较强，容易产生超调和引起振荡；流量大时，流量的变化值相对较小，调节作用不够灵敏。
（3）抛物线特性
抛物线特性是指调节阀的相对流量与相对开度的二次方根成正比。抛物线特性介于直线特性和等百分比特性之间，改善了直线特性在小开度时调节性能差的缺点。
（4）快开特性
快开特性是指调节阀在开度很小时流量就已经较大，随着开度增加，流量很快达到最大值。
从调节阀的流量特性可以看出，调节阀的流量特性对选用调节阀有非常重要的意义，直接影响到自动控制系统的质量和稳定性，因此，必须正确合理选择调节阀的流量特性。在工程应用中，选用最多的是等百分比特性，对于压差变化小、可调范围小、开度变化小的场合，也可以选用直线特性的调节阀，V型球阀一般选用抛物线特性。
在调节系统中被控对象的变化特别是其放大系数的变化一般是由调节设备和调节阀的放大系数变化的特性来补偿的（在常规仪表调节系统中，是由DCS系统和调节阀共同补偿被调对象的特性变化的），调节阀的流量特性即是由调节阀放大系数所体现它的特性。调节阀的理想流量特性，当调节阀前后压差不变时，即为一个常数。因此流量特性的改变是其放大系数的特性变化。
调节阀相对开度的变化引起相对流量变化，等百分比流量特性的放大系数与流量成正比，流量越大，放大系数也越大；快开特性的放大系数随阀门开度的增加而减小，成反比，这类调节阀在接近全关点时放大系数小，工作得很缓和平稳，而在接近全开时放大系数大，工作得灵敏有效；直线调节阀在全行程范围内具有不变的放大系数值，这种调节阀在小开度时放大系数大，使调节性能不稳定，不容易控制，往往会产生振荡，而在大开度时，放大系数又不够大，使调节过于迟钝；对于快开对特调节阀，其调节性能更差，它的放大系数与调节阀的开度成反比，在实际工作中，这种调节阀不常用，一般只用在两位式调节系统中。
从控制系统的角度看，希望在调节阀全行程范围内有相同的变化流量，来保证调节系统在各种负荷下有相同的调节品质精度。否则，调节系统不稳定，品质精度不能保证。在调节阀的4种特性中，等百分比调节阀具有这种特性，抛物线阀次之，直线阀要差一些，快开阀最差，不能应用到连续调节系统中，只能适用于断续的位式调节。
2.2 工作流量特性
通常，调节阀前后的压差会随辅助设备的影响而变化。在这种情况下，调节阀相对流量与相对开度之间的关系就不是理想状态而是工作状态下的流量特性，被称为“工作流量特性”。在实际应用中，人们所关心和难掌握的是工作流量特性。虽然我们根据具体被控对象具体要求选择阀门的工作流量特性，然后再按配管情况由所需的工作流量特性来选择调节阀的理想流量特性和理想的调节设备而组成一套完整的调节系统，但是，在运行中往往不能得到很好的品质精度，有的调节系统区间性的品质精度不能达到要求，有时，在生产过程中，为了调节的品质来改变调节阀的并联阀或是串联阀的开度来修补调节精度。
调节阀安装在管道系统中，由于管道系统的压力损失随流过管道的流量平方值成正比，当该系统两端总压差一定时，调节阀上的压差就会随着流量的增加而减少，此时，调节阀的流量特性就会发生变化，调节阀前后的压差与管道的压差比，也就是压降比数，其值越大，说明串联于管道的调节阀前后压差占管道系统总压的比例越大，当调节阀前后压差等于管道系统总压差时，调节阀的工作流量特性和理想流量特性相似，这也是所需的最重要的条件，对于调节系统来讲，这时的品质因数（调节精度）最好。但在日常的工作中，因人为或设备故障造成调节阀前后压差小于管道系统压差时，串联于管道的调节阀的实际可调范围下降，即调节阀的全开流量减小，可调比下降，随着调节阀前后压差值减小，调节阀的流量特性曲线将发生很大畸变，直线阀特性趋近于快开特性，等百分比阀特性逐渐接近于直线阀特性，也就是说，随着串联管道阻力的增加，不但调节阀的可调范围越来越小，并且与理想的流量特性偏离也越来越大，从而使调节系统中调节阀在小开度时，放大系数增加，在大开度时，放大系数减少，造成小开度时调节不稳定，大开度时调节很迟钝，严重影响了调节精度。调节阀并联在管道和设备上时，或是调节阀上装有旁路时（有泄漏状态），则管道的总流量是流经调节阀的流量与流经旁路的流量之和。旁路阀全关闭时调节阀流经的流量就是总阀的最大流量，随着旁路流量的增大，流经调节阀的流量将减小，使调节阀的可调范围减小，放大倍数下降和可调节的流量急剧降低。
综上所述，在实际工作和日常维修使用中，无论串联管道或并联大管道，有人为或设备故障时，调节阀的可调范围放大系数都会下降，给调节系统的精度带来影响，因此，在调节阀串联管道使用时，压降比不小于0.3~0.5，调节阀的旁路阀应尽量避免打开或泄漏，另外，在维修中应注意到调节阀在长期使用后由于腐蚀冲刷或气蚀对阀芯阀座的磨损造成泄漏也会使可调比减小影响其工作性能，调节不稳定甚至无法调节，严重影响了调节精度。
3 调节阀流量特性的补偿
调节阀流量特性往往是根据调节对象的特性如温度、压力、流量等和调节系统所要求的调节阀的工作流量特性来选择的，然后再按被调介质的特性等来选择相对应的调节阀的阀型，在使用时，调节阀的工作流量特性和理想流量特性可能相差甚远，有时，甚至没有可用的调节阀流量特性，在这种情况下，只能用试验的方法来求取调节阀的工作流量特性，用辅助设备来修正现有的调节工作流量特性来达到能使用的目的。有2种方法供选择。
（1）由智能调节阀或是DCS系统，经过数学模型计算修正后的DCS的输出具有调节阀的修正能力来改变调节阀的工作流量特性，达到补偿调节控制的要求。例如在热冷却系统，需要对放热温度进行控制，用常规仪表以放热温度为控制点，冷却温度为辅助点，冷却剂作为调节量，组成了1套串级控制系统，该系统按设计来讲是比较合理的，但是系统极不稳定，前期自控系统放大倍数过高，超调量大，后期系统放大倍数过小滞后，为此对该系统进行了多次测试后，发现被控对象的特性是前期放热缓慢，后期放热速度快，我们选择的调节阀是对数阀，其流量特性，两者差距大，调节阀的工作流量特性完全不能实现对该系统的稳定控制精度要求。我们把常规调节器换为可编程控制器，输出采取了折线处理，使输出近似控制对象的放热特性，经过处理后，该系统较为稳定，前后期都较稳定。
（2）是由调节阀的辅助设备阀门定位器来修正调节阀的工作流量特性。其方法是改变反馈凸轮的反馈量来达到补偿调节控制的要求。有时，调节阀超出控制精度，此时，只要对调节阀的辅助设备阀门定位器的反馈机构进行修改，使调节阀的流量特性和对象特性相一致，调节精度满足工艺上的要求。
通过该自动控制系统说明，既使一个好的设计方案有套较为先进的设备，但其特性也就是调节阀的工作流量特性不符合对象特性要求，也得不到稳定的工作状态，需要修正补偿调节阀的流量特性，才能达到工艺上的控制精度要求。
4 选用注意事项
（1）直接按照接管管径选取调节阀是不合理的。阀门的调节品质与接管流速或管径没有关系，阀门的调节品质仅与水的阻力及流量有关。亦即，一旦系统设备确定之后，理论上适合该系统的阀门只有一种理想的口径，而不会出现多种选择。
（2）调节阀口径不能过小。选择的阀门口径过小，一方面，会增加系统的阻力，甚至会出现阀门口径100%开启时，系统仍无法达到设定的容量要求，导致严重后果；另一方面，阀门将需要通过系统提供较大的压差以维持足够的流量，加重泵的负荷，阀门易受损害，对阀门的寿命影响很大。
（3）调节阀口径不能过大。选择的阀门口径过大，不仅增加工程成本，而且还会阀门经常运行在低百分比范围内，引起调节精度降低，使控制性能变差，而且易使系统受冲击和振荡。
（4）为了保证系统控制品质，最好的方法是在系统允许的范围内选择能获得较大压力降的阀门口径，使阀门在运转过程中压力降的变化值尽可能小。阀门全开状态下的压力降占全泵压百分比越高，则阀门压力降相对变化值越小，阀门的安装特性就越接近其内在特性。
（5）控制系统中调节阀应尽可能工作于恒定的压力降条件下，因为阀门是否匹配盘管依赖于它的内在特性和流量因子，而这些阀门参数取决于恒定的阀门压力降。
5 结语
在一个控制系统中调节阀的理想流量特性或是工作流量特性都应与调节对象的特性相符合。这样，可使调节系统的综合特性接近于线性，并根据调节阀的特性使控制系统总体放大倍数小于1，这个控制系统才能有很好的控制精度，最终达到系统稳定的目的。设计调节阀时，要求对调节阀的组成、分类和特性有清楚的认识，并在此基础上，掌握正确的选择方法。而且，对于实际系统配置调节阀时，还需要对整个管系环路进行详尽的分析，综合考虑各种因素。只有这样，才能正确地选择调节阀，保证调节系统的控制质量。
