過(guò)程控制 第3章執(zhí)行器

第3章執(zhí)行器目錄3.l氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)3.2調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)3.3調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性3.4氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選型3.5利用MATLAB確定調(diào)節(jié)閥的口徑本章小結(jié)

1在過(guò)程控制系統(tǒng)中，最常用的執(zhí)行器是控制閥，也稱(chēng)調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥兩部分。調(diào)節(jié)閥是按照控制器所給定的信號(hào)大小和方向，改變閥的開(kāi)度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的裝置。調(diào)節(jié)閥按其所用能源可分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)三類(lèi)。它們有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥以壓縮空氣為能源，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、維修方便和價(jià)格低廉且適用于防火防爆場(chǎng)所，因而廣泛應(yīng)用于化工、石油、冶金、電力和輕紡等工業(yè)部門(mén)。23.1氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥(或稱(chēng)閥體組件)兩部分組成。圖3-1是氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)原理圖。執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照控制信號(hào)的大小產(chǎn)生相應(yīng)的輸出力，帶動(dòng)閥桿移動(dòng)。閥直接與介質(zhì)接觸，通過(guò)改變閥芯與閥座間的節(jié)流面積調(diào)節(jié)流體介質(zhì)的流量。有時(shí)為改善調(diào)節(jié)閥的性能，在其執(zhí)行機(jī)構(gòu)上裝有閥門(mén)定位器，見(jiàn)圖3-1左邊部分。閥門(mén)定位器與調(diào)節(jié)閥配套使用，組成閉環(huán)系統(tǒng)，利用反饋原理提高閥的靈敏度，并實(shí)現(xiàn)閥的準(zhǔn)確定位。

343.1.1氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式和活塞式兩種。5氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種型式，其國(guó)產(chǎn)型號(hào)分別為ZMA型和ZMB型。信號(hào)壓力增加時(shí)，推桿向下移動(dòng)的叫正作用。反之，信號(hào)壓力增大時(shí)，推桿向上移動(dòng)的為反作用。如圖3-2所示，稍加改裝就可以把正、反作用倒過(guò)來(lái)。(a)正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)(b)反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖3-2氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正反作用63.1.2閥閥（或稱(chēng)閥體組件）是一個(gè)局部阻力可變的節(jié)流元件。它由閥體、上閥蓋組件、下閥蓋組件和閥內(nèi)件組成。上閥蓋組件包括上閥蓋和填料函。閥內(nèi)件是指閥體內(nèi)部與介質(zhì)接觸的零部件。對(duì)普通閥而言，包括閥芯、閥座和閥桿等。(1)閥的結(jié)構(gòu)形式閥按結(jié)構(gòu)形式分為：普通單座閥、普通雙座閥、角形閥、蝶閥、三通閥和隔膜閥等，如圖3-3所示。如按閥座數(shù)目可分為單座閥和雙座閥，如圖3-3中的(a)，(b)。一般閥為單座閥。雙座閥所需的推動(dòng)力較小，動(dòng)作靈敏。7(a)直通單座閥(b)直通雙座閥(c)角形閥(d)蝶閥(e)三通閥(f)隔膜閥圖3-3常用調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式8(2)閥芯的作用方向根據(jù)流體通過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)對(duì)閥芯作用方向分為流開(kāi)閥和流閉閥，如圖3-4所示。流開(kāi)閥穩(wěn)定性好，有利于調(diào)節(jié)。一般情況，多采用流開(kāi)閥。(a)流開(kāi)閥(b)流閉閥(c)流閉閥(d)流開(kāi)閥圖3-4不同流向的調(diào)節(jié)閥9(3)閥芯的正裝和反裝形式閥芯有正裝和反裝兩種形式。閥芯下移，閥芯與閥座間的流通截面積減小的稱(chēng)為正裝閥；相反，閥芯下移使它與閥座間流通截面積增大者為反裝閥。對(duì)于圖3-1所示的雙導(dǎo)向正裝閥，只要將閥桿與閥芯下端連接處相接，即為反裝閥，如圖3-5所示。公稱(chēng)直徑Dg<25mm的調(diào)節(jié)閥為單導(dǎo)向式，只有正裝閥。(a)正裝閥(b)反裝閥圖3-5調(diào)節(jié)閥的正反裝形式10(4)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)作用方式氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥又可分為氣開(kāi)、氣關(guān)兩種作用方式。所謂氣開(kāi)式，即信號(hào)壓力p>0.02MPa時(shí)，閥開(kāi)始打開(kāi)，也就是說(shuō)“有氣”時(shí)閥開(kāi)；氣關(guān)式則相反，信號(hào)壓力增大閥反而關(guān)小。根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)正、反作用型式以及閥芯的正裝、反裝，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)、氣關(guān)作用方式可有四種不同的組合，如圖3-6所示。(a)氣關(guān)閥(b)氣開(kāi)閥(c)氣開(kāi)閥(d)氣關(guān)閥圖3-6調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)氣關(guān)形式113.3.3閥門(mén)定位器閥門(mén)定位器常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)合如下：(l)提高系統(tǒng)控制精度。如高、低溫或高壓調(diào)節(jié)閥，以及控制易于在閥門(mén)零件掛膠或固結(jié)的工藝流體的調(diào)節(jié)閥等需要克服閥桿摩擦力；如溫度、液位和成分等參數(shù)的緩慢控制過(guò)程需要提高調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)速度；如Dg>25mm單座閥，Dg>100mm雙座閥或者前后壓降Δp>lMPa，閥前壓力p1>10MPa等需要增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力和切斷力。(2)系統(tǒng)需要改變調(diào)節(jié)閥的流量特性。(3)組成分程控制系統(tǒng)。123.2調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)3.2.1調(diào)節(jié)閥的流量方程

調(diào)節(jié)閥是一個(gè)局部阻力可變的節(jié)流元件。對(duì)于不可壓縮流體，由能量守恒原理可知，調(diào)節(jié)閥上的壓力損失為(3-l)式中，為調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)；g為重力加速度；為流體密度；p1，p2為調(diào)節(jié)閥前、后壓力：w為流體平均速度。因?yàn)?3-2)式中，Q為流體體積流量；F為調(diào)節(jié)閥流通截面積。13由式(3-1)和式(3-2)，可得調(diào)節(jié)閥流量方程(3-3)式中，K為與量綱有關(guān)的常數(shù)。式(3-3)表明，當(dāng)不變時(shí)，減小，流量Q增大；反之，增大，Q減小。調(diào)節(jié)閥就是按照輸入信號(hào)通過(guò)改變閥芯行程來(lái)改變阻力系數(shù)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。143.2.2流量系數(shù)的定義國(guó)際上流量系數(shù)通常用符號(hào)C表示。目前國(guó)際上對(duì)流量系數(shù)C的定義略有不同，主要有以下兩種定義。(1)按照我國(guó)法規(guī)計(jì)量單位，流量系數(shù)C的定義為：溫度為5～10℃的水，在給定行程下，閥兩端壓差為100kPa，密度為lg/cm3時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥水量的立方米數(shù)，以符號(hào)Kv表示。國(guó)際上也通用這一定義，采用的單位制稱(chēng)為公制。(2)有些國(guó)家使用英制單位，此時(shí)流量系數(shù)C的定義為：溫度為60℉的水，在給定行程下，閥兩端壓差為1Psi（磅/平方英寸），密度為lg/cm3時(shí)，每分鐘流經(jīng)調(diào)節(jié)閥水量的加侖數(shù)，以符號(hào)Cv表示。15根據(jù)流量系數(shù)C的定義，在式(3-3)中，令，可得因此，對(duì)于其它的閥前后壓降和介質(zhì)密度，則有

(3-4)由此可見(jiàn)，流量系數(shù)C不僅與流通截面積F（或閥公稱(chēng)直徑Dg）有關(guān)，而且還與阻力系數(shù)有關(guān)。同類(lèi)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥在相同的開(kāi)度下具有相近的阻力系數(shù)，因此口徑越大流量系數(shù)也隨之增大；而口徑相同類(lèi)型不同的調(diào)節(jié)閥，阻力系數(shù)不同，因而流量系數(shù)就各不一樣。16閥全開(kāi)時(shí)的流量系數(shù)稱(chēng)為額定流量系數(shù)，以C100表示。C100是表示閥流通能力的參數(shù)。表3-1調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)C10017例如一臺(tái)額定流量系數(shù)為32的調(diào)節(jié)閥，表示閥全開(kāi)且其兩端的壓差為100kPa時(shí)，每小時(shí)最多能通過(guò)32m2的水量。由于采用的單位制有公制和英制之分，國(guó)際上通用兩種不同的流量系數(shù)Kv和Cv。通過(guò)單位制變換它們與C有如下關(guān)系：Kv≈C；Cv=1.167C183.2.3流量系數(shù)計(jì)算流量系數(shù)C的計(jì)算是選定調(diào)節(jié)閥口徑的最主要的理論依據(jù)，但其計(jì)算方法目前國(guó)內(nèi)外尚未統(tǒng)一。近十多年來(lái)，國(guó)外對(duì)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)進(jìn)行了大量研究，并取得重大進(jìn)展。國(guó)外幾家主要調(diào)節(jié)閥制造廠(chǎng)相繼推出各自計(jì)算流量系數(shù)的新公式。表3-2列舉了液體、氣體和蒸汽等常用流體流量系數(shù)C值的計(jì)算公式。對(duì)于兩相混合流體，可采用美國(guó)儀表學(xué)會(huì)推薦的有效比容法計(jì)算流量系數(shù)C值。19非阻塞流：阻塞流：流體流動(dòng)工況及判別式計(jì)算公式液體氣體蒸汽非阻塞流：阻塞流：非阻塞流：阻塞流：表3-2流量系數(shù)C的計(jì)算公式20表3-2中的計(jì)算公式僅適用于牛頓型不可壓縮流體(如低粘度液體)和可壓縮流體(氣體、蒸汽)。所謂牛頓型流體是指其切向速度正比于切應(yīng)力的流體。關(guān)于牛頓型不可壓縮流體和可壓縮流體的均勻混合流體的計(jì)算公式可參看其他有關(guān)文獻(xiàn)。由表3-2可知，對(duì)不同性質(zhì)的流體，以及同一流體在不同的流動(dòng)工況條件下，流量系數(shù)C要采用不同的計(jì)算公式。下面分別介紹表3-2中各種計(jì)算公式的使用范圍和條件。

211．阻塞流對(duì)流量系數(shù)C的影響所謂阻塞流是指，當(dāng)閥前壓力p1保持恒定而逐步降低閥后壓力p2時(shí)，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量會(huì)增加到一個(gè)最大極限值Qmax，此時(shí)若再繼續(xù)降低p2流量也不再增加，此極限流量稱(chēng)為阻塞流。如圖3-7中，當(dāng)閥壓降大于時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)阻塞流。當(dāng)出現(xiàn)阻塞流時(shí)，調(diào)節(jié)閥的流量與閥前后壓降Δp=p1-p2的關(guān)系已不再遵循式(3-4)的規(guī)律。此時(shí)，如再按式(3-4)計(jì)算流量的話(huà)，其值會(huì)大大超過(guò)阻塞流時(shí)的最大流量Qmax。因此，在計(jì)算C值時(shí)首先要確定調(diào)節(jié)閥是否處于阻塞流情況。圖3-7p1恒定時(shí)的Q與的關(guān)系22對(duì)于不可壓縮液體,產(chǎn)生阻塞流的臨界條件為式中，F(xiàn)F為液體臨界壓力比系數(shù)。它是pv與液體臨界壓力pc之比的函數(shù)，可由公式近似確定。FL為壓力恢復(fù)系數(shù),它只與閥結(jié)構(gòu)、流路形式有關(guān)，而與閥口徑大小無(wú)關(guān)。

(2)對(duì)于氣體、蒸汽等可壓縮流體，產(chǎn)生阻塞流的臨界條件為式中，F(xiàn)K為比熱比系數(shù)。其定義為可壓縮流體絕熱指數(shù)k與空氣絕熱指數(shù)kair(=l.4)之比。232．氣體（蒸汽）流量系數(shù)C的修正氣體、蒸汽等可壓縮流體，在調(diào)節(jié)閥內(nèi)其體積由于壓力降低而膨脹，其密度也隨之減小。利用式(3-4)計(jì)算氣體的流量系數(shù)，不論代入閥前氣體密度還是閥后氣體密度，都會(huì)引起較大誤差，必須對(duì)氣體這種可壓縮效應(yīng)作必要的修正。國(guó)際上目前推薦的膨脹系數(shù)修正法，其實(shí)質(zhì)就是引入一個(gè)膨脹系數(shù)Y以修正氣體密度的變化。

此外，在各種壓力、溫度下實(shí)際氣體密度與按理想氣體狀態(tài)方程求得的理想氣體密度存在偏差。為衡量偏差程度大小，引入壓縮系數(shù)Z。

243．低雷諾數(shù)對(duì)流量系數(shù)C的修正流量系數(shù)C是在流體湍流條件下測(cè)得的。雷諾數(shù)Re是判斷流體在管道內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)的一個(gè)無(wú)量綱數(shù)。當(dāng)Re>3500后，流體處于湍流情況，可按式（3-4）計(jì)算C，但當(dāng)Re<2300時(shí)，流體已處于層流狀態(tài)，其流量與閥壓降成線(xiàn)性關(guān)系，而不再遵循式（3-4）。因此，必須對(duì)低雷諾數(shù)流體的C值加以修正。修正后的流量系數(shù)可按下式計(jì)算。(3-12)在工程應(yīng)用中氣體流體的流速一般都比較高，相應(yīng)的雷諾數(shù)也比較大，一般都大于3500。因此，對(duì)于氣體或蒸汽一般都不必考慮進(jìn)行低雷諾數(shù)修正問(wèn)題。

254．管件形狀對(duì)流量系數(shù)C的影響調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)C計(jì)算公式是有一定的前提條件的，即調(diào)節(jié)閥的公稱(chēng)直徑必須與管道直徑相同，而且管道要保證有一定的直管段，如圖3-10所示。如果調(diào)節(jié)閥實(shí)際配管狀況不滿(mǎn)足上述條件，必須對(duì)未考慮附接管件計(jì)算得的流量系數(shù)加以修正。管件形狀修正后的流量系數(shù)按下式計(jì)算：263.3調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性調(diào)節(jié)閥總是安裝在工藝管道上的，其信號(hào)聯(lián)系如圖3-11所示。u(t)：控制器輸出(4~20mA或0~10mADC)；pc：調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)控制信號(hào)（0.02~0.1MPa）；l：閥桿相對(duì)位置；f：相對(duì)流通面積；q：受調(diào)節(jié)閥影響的管路相對(duì)流量。27調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)特性調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)特性Kv＝dq／du其中u是調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，q是被調(diào)介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量。其符號(hào)由調(diào)節(jié)閥的作用方式?jīng)Q定，氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥Kv為“十”，氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥Kv為“一”。

28調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)特性

調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)特性其中Tv為調(diào)節(jié)閥的時(shí)間常數(shù)，一般很小，可以忽略。但在如流量控制這樣的快速過(guò)程中，Tv有時(shí)不能忽略。29因?yàn)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)靜態(tài)時(shí)輸出（閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度）與u成比例關(guān)系，所以調(diào)節(jié)閥靜態(tài)特性又稱(chēng)調(diào)節(jié)閥流量特性，即它主要取決于閥的結(jié)構(gòu)特性和工藝配管情況。下面將分別詳細(xì)論述調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性。

303.3.1調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性是指閥芯與閥座間節(jié)流面積與閥門(mén)開(kāi)度之間的關(guān)系，通常用相對(duì)量表示為(3-15)式中，f=F/F100為相對(duì)節(jié)流面積；為相對(duì)開(kāi)度。

調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性取決于閥芯的形狀，不同的閥芯曲面對(duì)應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)特性。如圖3-12所示，閥芯形狀有快開(kāi)、直線(xiàn)、拋物線(xiàn)和等百分比等四種，其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)特性如圖3-13所示。31(a)快開(kāi)(b)直線(xiàn)(c)拋物線(xiàn)(d)等百分比圖3-12閥芯曲面形狀圖3-13調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性（R=30）1-直線(xiàn)；2-等百分比；3-快開(kāi)；4-拋物線(xiàn)321．線(xiàn)性結(jié)構(gòu)特性線(xiàn)性結(jié)構(gòu)特性是指調(diào)節(jié)閥的節(jié)流面積與閥的開(kāi)度成直線(xiàn)關(guān)系，用相對(duì)量表示即有對(duì)上式積分可得式中，均為常數(shù)。33若已知邊界條件為：L＝0時(shí)，F(xiàn)＝F0；L＝L100時(shí)，F(xiàn)＝Fl00。把邊界條件代入上式可得則34由式(3-18)可知，調(diào)節(jié)閥的相對(duì)節(jié)流面積與相對(duì)開(kāi)度為線(xiàn)性關(guān)系。如圖3-13中直線(xiàn)l所示，這種結(jié)構(gòu)特性的斜率在全行程范圍內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。所以不論閥桿原來(lái)在什么位置，只要閥芯位移變化量相同，則節(jié)流面積變化量也總是相同的。如當(dāng)相對(duì)開(kāi)度變化10%時(shí)，所引起的相對(duì)節(jié)流面積的增量總是9.67%，但相對(duì)節(jié)流面積的相對(duì)變化量卻不同，下面以相對(duì)開(kāi)度分別為10%，50%和80%三點(diǎn)為例進(jìn)行分析。35①當(dāng)時(shí)相對(duì)節(jié)流面積的相對(duì)變化量為②當(dāng)時(shí)③當(dāng)時(shí)相對(duì)節(jié)流面積的相對(duì)變化量為相對(duì)節(jié)流面積的相對(duì)變化量為36由此可見(jiàn)，對(duì)于同樣大的閥芯位移，小開(kāi)度時(shí)的相對(duì)節(jié)流面積的相對(duì)變化量大，這時(shí)靈敏度過(guò)高，控制作用過(guò)強(qiáng)，容易產(chǎn)生振蕩，對(duì)控制不利；大開(kāi)度時(shí)的相對(duì)節(jié)流面積的相對(duì)變化小，這時(shí)靈敏度又太小，控制緩慢，削弱了控制作用。因此這種結(jié)構(gòu)特性的缺點(diǎn)是它在小開(kāi)度時(shí)調(diào)節(jié)靈敏度過(guò)高，而在大開(kāi)度時(shí)調(diào)節(jié)又不夠靈敏。當(dāng)線(xiàn)性結(jié)構(gòu)特性閥工作在小開(kāi)度或大開(kāi)度的情況下，控制性能都較差，不宜在負(fù)荷變化大的場(chǎng)合使用。

372．等百分比(對(duì)數(shù))結(jié)構(gòu)特性等百分比(對(duì)數(shù))結(jié)構(gòu)特性是指，在任意開(kāi)度下，單位行程變化所引起的節(jié)流面積變化都與各該節(jié)流面積本身成正比關(guān)系，用相對(duì)量表示時(shí)即有對(duì)上式積分并代入前述的邊界條件，可得可見(jiàn)，與之間成對(duì)數(shù)關(guān)系。如圖3-13中曲線(xiàn)2，因此這種特性又稱(chēng)為對(duì)數(shù)特性。這種特性的調(diào)節(jié)閥，小開(kāi)度時(shí)節(jié)流面積變化平緩；大開(kāi)度時(shí)節(jié)流面積變化加快，可保證在各種開(kāi)度下的調(diào)節(jié)靈敏度都一樣。

383．快開(kāi)結(jié)構(gòu)特性這種結(jié)構(gòu)特性調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單，閥芯的最大有效行程為dg／4(dg為閥座直徑)。其特性如圖3-13中曲線(xiàn)3所示。特性方程為從調(diào)節(jié)靈敏度看，這種特性比直線(xiàn)結(jié)構(gòu)還要差，因此很少用作調(diào)節(jié)閥。394．拋物線(xiàn)結(jié)構(gòu)特性?huà)佄锞€(xiàn)結(jié)構(gòu)特性是指閥的節(jié)流面積與開(kāi)度成拋物線(xiàn)關(guān)系。其特性方程為它的特性很接近等百分比特性，如圖3-13曲線(xiàn)4所示。403.3.2調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性是指，流體流過(guò)閥門(mén)的流量與閥門(mén)開(kāi)度之間的關(guān)系，可用相對(duì)量表示為式中，為相對(duì)流量，即調(diào)節(jié)閥某一開(kāi)度流量與全開(kāi)流量之比。值得注意的是，調(diào)節(jié)閥一旦制成以后，它的結(jié)構(gòu)特性就確定不變了。但流過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量不僅決定于閥的開(kāi)度，而且也決定于閥前后的壓差和它所在的整個(gè)管路系統(tǒng)的工作情況。為相對(duì)開(kāi)度

411．理想流量特性在調(diào)節(jié)閥前后壓差固定(Δp＝常數(shù))情況下得到的流量特性稱(chēng)為理想流量特性。假設(shè)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與閥節(jié)流面積成線(xiàn)性關(guān)系，即式中C、C100分別為調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)和額定流量系數(shù)。42由式(3-4)可知，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量為調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，f＝l，Q＝Q100，上式變?yōu)楫?dāng)Δp＝常數(shù)時(shí)，由式(3-25)和式(3-26)得式(3-27)表明，若調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與節(jié)流面積成線(xiàn)性關(guān)系，那么調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性就是理想流量特性。

(3-25)

(3-26)

(3-27)

432．工作流量特性調(diào)節(jié)閥在實(shí)際使用的情況下，其流量與開(kāi)度之間的關(guān)系稱(chēng)為調(diào)節(jié)閥工作流量特性。根據(jù)調(diào)節(jié)閥所在的管道情況，可以分串聯(lián)和并聯(lián)管系來(lái)討論。44（1）串聯(lián)管系調(diào)節(jié)閥的工作流量特性圖3-14表示調(diào)節(jié)閥與工藝設(shè)備串聯(lián)工作時(shí)的情況，此時(shí)閥上的壓降只是管道系統(tǒng)總壓降的一部分。由于設(shè)備和管道上的壓力損失ΣΔpe與通過(guò)的流量成平方關(guān)系，當(dāng)總壓降ΣΔp一定時(shí)，隨著閥開(kāi)度增大，管道流量增加，調(diào)節(jié)閥上壓降Δp將逐漸減小，如圖3-15所示。這樣，在相同的閥芯位移下，現(xiàn)在的流量要比調(diào)節(jié)閥上壓降保持不變的理想情況小。45若以S100表示調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的壓降Δp100與系統(tǒng)總壓降ΣΔp之比，并稱(chēng)之為全開(kāi)閥阻比，即式中，ΣΔpe為管道系統(tǒng)中除調(diào)節(jié)閥外其余各部分壓降之和。46串聯(lián)管系中調(diào)節(jié)閥相對(duì)流量為式中，Q100為理想情況下ΣΔpe＝0時(shí)閥全開(kāi)時(shí)流量。以調(diào)節(jié)闊結(jié)構(gòu)特性代入上式，可得如圖3-16所示的以Q100為參比值的調(diào)節(jié)閥工作流量特性。47(a)直線(xiàn)結(jié)構(gòu)特性(b)等百分比結(jié)構(gòu)特性圖3-16串聯(lián)管系中調(diào)節(jié)閥工作流量特性48對(duì)于線(xiàn)性結(jié)構(gòu)特性調(diào)節(jié)閥，由于串聯(lián)管道阻力的影響，線(xiàn)性的理想流量特性畸變成一組斜率愈來(lái)愈小的曲線(xiàn)，如圖3-16(a)所示。隨著S100值的減小，流量特性將畸變?yōu)榭扉_(kāi)特性，以致開(kāi)度到達(dá)50～70％時(shí)，流量已接近其全開(kāi)時(shí)的數(shù)值。對(duì)于等百分比結(jié)構(gòu)特性調(diào)節(jié)閥，情況相似，如圖3-16(b)所示。隨著S100值減小，流量特性將畸變?yōu)橹本€(xiàn)特性。在實(shí)際使用中，S100值一般不希望低于0.3～0.5。S100很小就意味著調(diào)節(jié)閥上的壓降在整個(gè)管道系因壓降中所占比重甚小，無(wú)足輕重，所以它在較大開(kāi)度下調(diào)節(jié)流量的作用也就很不靈敏。一些老的生產(chǎn)設(shè)備，其工藝管道上的調(diào)節(jié)閥往往尺寸失之過(guò)大，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題。

49(2)并聯(lián)管系調(diào)節(jié)閥的工作流量特性

在實(shí)際使用中，調(diào)節(jié)閥一般都裝有旁路閥，以備手動(dòng)操作和維護(hù)調(diào)節(jié)閥之用。生產(chǎn)量提高或其它原因使介質(zhì)流量不能滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)要求時(shí)，可以把旁路打開(kāi)一些，以應(yīng)生產(chǎn)所需。圖3-17表示并聯(lián)管系中調(diào)節(jié)閥的工作情況。圖3-17調(diào)節(jié)閥與管道并聯(lián)管工作

50令為并聯(lián)管系中調(diào)節(jié)閥全開(kāi)流量與總管最大流量之比，稱(chēng)為閥全開(kāi)流量比。即51顯然，并聯(lián)管路的總流量是調(diào)節(jié)閥流量與旁路流量之和，即調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，管路的總流量最大，有52這樣，并聯(lián)管道工作流量特性為以調(diào)節(jié)闊結(jié)構(gòu)特性代入上式，可以得到如圖3-18所示的在不同時(shí)，并聯(lián)管道中調(diào)節(jié)閥的工作流量特性。53(a)直線(xiàn)結(jié)構(gòu)特性(b)等百分比結(jié)構(gòu)特性圖3-18并聯(lián)管系中調(diào)節(jié)閥工作流量特性54由圖可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)，旁路關(guān)閉，并聯(lián)管道工作流量特性就是調(diào)節(jié)閥的理想流量特性。隨著值的減小，即旁路閥逐漸開(kāi)大，盡管調(diào)節(jié)閥本身流量特性無(wú)變化，但管道系統(tǒng)的可調(diào)比卻大大下降，這將使管系中可控的流量減小，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)共⒙?lián)管系中調(diào)節(jié)閥失去控制作用。553.3.3調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比（也稱(chēng)可調(diào)范圍）是反映調(diào)節(jié)閥特性的一個(gè)重要參數(shù)，是選擇調(diào)節(jié)閥是否合適的指標(biāo)之一。1．理想可調(diào)比所謂調(diào)節(jié)閥的理想可調(diào)比R0是指在閥壓降恒定的情況下，它能控制的最大流量Q100與最小流量Q0之比，即

(3-39)式中，Q0是指閥壓降在恒定的情況下可控制流量的下限值，通常是Q100的2～4％。它不同于閥的泄流量。泄流量則是由于閥不能真正關(guān)死造成的，一般為Q100的0.01～0.1％，難以控制。

56在調(diào)節(jié)閥壓降恒定情況下，有

(3-40)式中，C0為閥全關(guān)時(shí)的流量系數(shù)；C100為閥全開(kāi)時(shí)的流量系數(shù)。由式(3-24)可得C0=C100fo=C100(F0／F100)，代