調(diào)節(jié)閥流量特性的控制分析

    調(diào)節(jié)閥是工藝管線中重要的控制元件，對部分工藝參數(shù)的控制起到至關(guān)重要的作用。正確選取調(diào)節(jié)閥的流量特性和產(chǎn)品規(guī)格，對于自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)合理性有十分重要的作用。    

    隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，的結(jié)構(gòu)型式越來越多，主要有蝶閥和座式以及自控球閥三大類，調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)型式的選擇主要是根據(jù)工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量）、介質(zhì)性質(zhì)（粘度、腐蝕性、毒性、雜質(zhì)狀況）以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求（可調(diào)節(jié)比、噪音、泄漏量）綜合考慮來確定。一般情況下，應(yīng)首選普通單、雙座閥和套筒閥。因為此類調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡單，閥芯形狀易于加工，比較經(jīng)濟(jì)；或根據(jù)具體的特殊要求選擇相應(yīng)結(jié)構(gòu)形式的調(diào)節(jié)閥。結(jié)構(gòu)型式確定以后，調(diào)節(jié)閥的具體規(guī)格關(guān)系到閥的流量特性是否與系統(tǒng)特性相匹配，關(guān)系到系統(tǒng)是否穩(wěn)定性高、經(jīng)濟(jì)性好。調(diào)節(jié)閥的流量特性，是指流體流過調(diào)節(jié)閥的相對流量與調(diào)節(jié)閥的相對開度之間的關(guān)系。易推知，相對流量與相對開度成正相關(guān)，即閥門通道越小，相對開度越小，相對流量越小；閥門通道越大，相對開度越大，相對流量越大。閥門通道為零時，這時流量為零，即閥門關(guān)閉。由流體力學(xué)可知，通過閥門的流量與閥門前后的壓差成正相關(guān)的關(guān)系，即：

壓差往往是由閥門開度所形成的流體通道決定，開度越小，相對開度越小，閥門前后壓差越大；開度越大，相對開度越大，閥門前后的壓差越小。可以說，通過調(diào)節(jié)閥的流量大小不僅與閥的開度有關(guān)，而且和閥前后的壓差有關(guān)。工作中的調(diào)節(jié)閥，當(dāng)閥的開度改變時，不僅流量發(fā)生了變化，閥前后壓差也發(fā)生了變化。為了便于討論，

    先假定閥前后壓差一定，即先討論理想流量特性，然后再考慮調(diào)節(jié)閥在管路中的實際情況，即討論工作流量特性。 理想流量特性是在閥前后壓差固定的情況下得到的流量特性，它決定于閥芯的形狀，因此也稱之為結(jié)構(gòu)特性。在理想情況下，流量僅隨閥門開度變化而變化，從控制的角度看，觀察調(diào)節(jié)閥的控制指標(biāo)，研究流量特性，是一種常用的方法。在常用的調(diào)節(jié)閥中，有四種典型的理想流量特性，

    直線特性    調(diào)節(jié)閥流量特性的控制分析調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，曲線所示。曲線斜率不變，即它的放大系數(shù)不變。可以推知，在變化相同行程情況下，閥門相對開度較小時，相對流量變化值大，靈敏度高；相對開度較大時，相流量變化值小，靈敏度低。這往往使直線特性閥門控制性能變壞：在小開度時，放大系數(shù)相對來說很大，調(diào)節(jié)過程往往產(chǎn)生振蕩；在大開度時，放大系數(shù)相對來說不大，靈敏度低，容易使閥門動作遲緩，調(diào)節(jié)時間延長。

    對數(shù)特性  這種調(diào)節(jié)閥相對行程的變化引起的相對流量的變化與此點相對流量成正比例，，可以說其放大系數(shù)隨閥門的開大而增大。因此，這種閥門在小開度時，放大系數(shù)小，工作得緩和平穩(wěn)；在大開度時，放大系數(shù)大，工作得靈敏有效。同樣，各點靈敏度為40%處處相等（也可稱等百分比特性），便于控制?？扉_特性和拋物線特性  在閥門開度小時，流量變化較大，隨著開度增大，流量很快達(dá)到最大值，放大系數(shù)大，靈敏度高。在閥門開度大時，流量變化不大，放大系數(shù)較小，靈敏度也較低。在壓力不太大、調(diào)節(jié)要求不高的場合應(yīng)用，開則快，關(guān)則慢，不易引起管網(wǎng)大的壓力波動。

    拋物線特性  這種閥的單位相對行程的變化所引起的相對流量與此點的相對流量值的平方根成正比關(guān)系。其特性接近對數(shù)閥特性，但由于其閥芯=復(fù)雜，加工要求高，成本增加，所以在實際使用過程較少采用。

    實際使用中的工作流量特性  調(diào)節(jié)閥處于工藝管路系統(tǒng)中工作時，管路系統(tǒng)的阻力變化或旁路閥的開啟程度的閥前后壓差變化，使得在同樣的閥門開度時，不再像理論流量特性那樣流量保持不變，對應(yīng)的流量將有所變化。我們把調(diào)節(jié)閥前后壓差變化的流量特性稱為工作特性。在實際的使用過程中，安裝調(diào)節(jié)閥的管道系統(tǒng)中都是有一定壓力的，調(diào)節(jié)閥的前端和后端介質(zhì)壓力是不一樣的，也就是說兩端存在壓差。這個壓差會隨著流量的增加而減少

隨著閥門開大，閥前后壓差減少，因此，在閥相對開度相同的情況下，此時的實際流量比理論流量要小一些。在閥門開度較大時，調(diào)節(jié)閥前后的壓差減小，實際流量比理論流量要小一些。