調(diào)節(jié)閥與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的發(fā)展同時(shí)進(jìn)行。為了提高控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，對(duì)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)提出了更高的要求。例如，檢測(cè)元件和變送器需要更高的檢測(cè)和變送精度、更快的響應(yīng)和更高的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、更小的死區(qū)和摩擦、更好的復(fù)制和更短的響應(yīng)時(shí)間以及補(bǔ)償對(duì)象的非線性流量特性。同時(shí)，由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的大規(guī)模和精細(xì)化，對(duì)調(diào)節(jié)閥也提出了更高的要求。
1 調(diào)節(jié)閥的系統(tǒng)參數(shù)
1.1 調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)
流量系數(shù)表示當(dāng)流體通過(guò)閥門產(chǎn)生單位壓力損失時(shí)，流流量系數(shù)具有不同的代碼和值。
采用國(guó)際單位制時(shí)，流量系數(shù)采用Kv表示。流量系數(shù)Kv定義為：
調(diào)節(jié)閥兩端的壓差為0.1MPa時(shí)，溫度為278K-313K（5℃-40℃）水每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的立方米m3/h表示。流量系數(shù)隨閥門的尺寸、形式和結(jié)構(gòu)而變化，流體流過(guò)閥門時(shí)的壓力損失越小。
調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)Kv值是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)，反映了調(diào)節(jié)閥通過(guò)流體的能力，即調(diào)節(jié)閥的容量。根據(jù)調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)Kv調(diào)節(jié)閥的直徑可以通過(guò)計(jì)算來(lái)確定。1.2 阻力系數(shù)
當(dāng)流體通過(guò)彎頭和截面突變時(shí)，會(huì)有干擾和攪拌，形成氣穴、漩渦和尾流，或使流體質(zhì)量點(diǎn)相互沖擊，產(chǎn)生較大的能量損失。可以認(rèn)為，調(diào)節(jié)閥腔內(nèi)的每個(gè)部件都可以被視為產(chǎn)生阻力的部件系統(tǒng)（流體轉(zhuǎn)彎、擴(kuò)展、縮小、再轉(zhuǎn)彎等）。調(diào)節(jié)閥內(nèi)的阻力損失等于調(diào)節(jié)閥各部件阻力損失的總和。調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)是表示調(diào)節(jié)閥對(duì)流體的阻力損失，這取決于閥門產(chǎn)品的尺寸、結(jié)構(gòu)和內(nèi)腔形狀。當(dāng)流體通過(guò)閥門時(shí)，其流體阻力損失通常會(huì)降低閥門前后的流體壓力△p表示，即△p＝ξρv2/2。
♂
1.3 壓力恢復(fù)系數(shù)
圖1 流體通過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)壓力和流速的變化
在建立流量計(jì)算公式時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將調(diào)節(jié)閥模擬為節(jié)流孔板，不考慮閥結(jié)構(gòu)對(duì)流量的影響，當(dāng)流體通過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)，壓力由閥前壓力p1直接變化到閥后壓力p2.事實(shí)上，當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，壓力變化如圖1所示。從圖1可以看出，閥芯和閥座由于節(jié)流而在附近下游產(chǎn)生縮流，其流體流量最大，但靜壓最小。在遠(yuǎn)離縮流的地方，隨著閥門流量面積的增加，流體流量減小。由于相互摩擦，部分能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)部能量，大部分靜壓恢復(fù)，形成閥門壓差。換句話說(shuō)，節(jié)流處的流體壓力急劇下降，并在隨后的節(jié)流通道中逐漸恢復(fù)，但無(wú)法恢復(fù)到原來(lái)的p1值。這就是壓力恢復(fù)現(xiàn)象。
壓力恢復(fù)系數(shù)FL表示調(diào)節(jié)閥內(nèi)流體流經(jīng)縮流處后，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓的恢復(fù)能力。FL值是閥體內(nèi)幾何形狀的函數(shù)。由于結(jié)構(gòu)不同，各種閥門的壓力恢復(fù)能力和壓力恢復(fù)系數(shù)也不同。一般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)L=0.5-0.98.壓力恢復(fù)系數(shù)FL調(diào)節(jié)閥流路設(shè)計(jì)越小，流動(dòng)阻力越小，壓力恢復(fù)能力越好，即收縮后，靜壓可恢復(fù)接近進(jìn)口壓力，稱為球閥、蝶閥等高壓恢復(fù)閥。壓力恢復(fù)系數(shù)FL調(diào)節(jié)閥越大，說(shuō)明閥門流路復(fù)雜，流阻大，摩擦損失大，調(diào)節(jié)閥后進(jìn)口壓力降低大。因此，壓力恢復(fù)能力差，稱為單座閥、雙座閥等低壓恢復(fù)閥。
2 閃蒸、空化及其影響
在調(diào)節(jié)閥中流動(dòng)的液體通常有閃蒸和空化。如圖1所示，當(dāng)壓力為時(shí)P當(dāng)1的液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的節(jié)流時(shí)，流量突然急劇增加，靜壓突然下降。P當(dāng)2達(dá)到或低于流體所在條件下的飽和蒸汽壓力時(shí)，部分液體蒸發(fā)成氣體，形成氣體和液體的共存現(xiàn)象，稱為閃蒸。閃蒸導(dǎo)致氣體和液體兩相流動(dòng)，氣體和液體同時(shí)流過(guò)閥芯和下游管道，導(dǎo)致沖刷，其特點(diǎn)是閥芯光滑拋光形狀。可以看出，當(dāng)產(chǎn)生閃蒸時(shí)，它開(kāi)始侵蝕和損壞閥芯和閥座材料；閃蒸也影響液體流量計(jì)算公式的正確性，使計(jì)算復(fù)雜。
若產(chǎn)生閃蒸，P2不是保持在飽和蒸汽壓力以下，而是在離開(kāi)節(jié)流后突然上升，當(dāng)氣泡破裂并轉(zhuǎn)化為液體時(shí)，這個(gè)過(guò)程就是空化?？梢钥闯?，空化是一種兩階段的現(xiàn)象，第一階段，破裂，即空化階段。空化會(huì)使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生堵塞流和蒸汽腐蝕。許多氣泡集中在閥門的節(jié)流孔中，阻礙流體的流動(dòng)，自然影響流量的增加，產(chǎn)生堵塞。
3 調(diào)節(jié)閥的流量特性
3.1 理想可調(diào)比
當(dāng)調(diào)節(jié)閥前后壓差保持不變時(shí)，可調(diào)比稱為理想可調(diào)比，其計(jì)算公式為R=Qmax/Qmin=Kvmax/Kvmin。可以看出，理想的可調(diào)比等于Kvmax(最大流量系數(shù))和Kvmin(最小流量系數(shù))的比例。它反映了調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)能力。如果只從自控的角度考慮，可調(diào)比越大越好，但由于調(diào)節(jié)閥閥瓣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝的限制，Kvmin不能太小，一般國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)R=30或R=50。
♂
3.2 流量特性
調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移（閥的相對(duì)開(kāi)度）之間的關(guān)系。用數(shù)學(xué)表達(dá)表示Q/Qmin=f（l/L），式中Q/Qmax是相對(duì)流量，即調(diào)節(jié)閥在一定開(kāi)度時(shí)流量Q與全開(kāi)流量Qmax之比；l/L是相對(duì)位移，即調(diào)節(jié)閥在一定開(kāi)度時(shí)的閥芯位移l與全開(kāi)位移L之比。
一般來(lái)說(shuō)，流量可以通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥芯與閥座之間的循環(huán)截面積來(lái)控制。但在實(shí)際情況下，由于各種因素的影響，通過(guò)閥門的流量可能會(huì)隨著壓降而變化。為便于分析，設(shè)置閥壓降，然后延伸到實(shí)際情況進(jìn)行分析，前者稱為閥固有流量特性，后者稱為閥工作流量特性。
3.2.1 固有流量特性
閥門的固有流量特性是指介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與相對(duì)位移（閥門的相對(duì)開(kāi)度）之間的關(guān)系。閥門的固有流量特性不同于結(jié)構(gòu)特性（閥門的結(jié)構(gòu)特性是指閥芯位移與流體通過(guò)截面積之間的關(guān)系，純粹由閥芯的大小和幾何形狀決定）。
3.2.2 工作流特性
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，閥門的壓差總是變化的，這時(shí)流量特性稱為工作流量特性。因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥往往和工藝設(shè)備、管道等串聯(lián)或并聯(lián)適用，流量因阻力損失的變化而變化，在實(shí)際工作中因閥門前后壓差的變化而使理想流量特性畸變成工作特性。
3.2.3 流量特性選擇標(biāo)準(zhǔn)
生產(chǎn)過(guò)程中常用的調(diào)節(jié)閥的理想流量特性包括直線、等百分比和快速打開(kāi)。拋物線的流量特性介于直線和百分比之間，通常可以用等百分比代替，而快速打開(kāi)特性主要用于二位調(diào)節(jié)和程序控制。因此，調(diào)節(jié)閥的特性選擇實(shí)際上是指如何選擇直線和等百分比的流量特性。
調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇可以通過(guò)理論計(jì)算，但使用的方法和方程非常復(fù)雜，由于干擾的不同，高級(jí)響應(yīng)方程的計(jì)算更加復(fù)雜。因此，調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇主要采用經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)?？蓮囊韵聨讉€(gè)方面考慮：
(1)分析和選擇調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量；
(2)考慮和選擇工藝配管；
(3)分析和選擇負(fù)載變化。
4 結(jié)束語(yǔ)
調(diào)節(jié)閥作為一種常用閥，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。其性能的提高對(duì)工藝效率的提高和能耗的降低起著重要的作用。因此，調(diào)節(jié)閥的流量特性具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
咨詢需求
