调节阀流量特性
调节阀的特性及选择
调节阀的特性及选择调节阀是一种在空调控制系统中常见的调节设备，分为两通调节阀和三通调节阀两种。
调节阀可以和电动执行机构组成电动调节阀，或者和气动执行机构组成气动调节阀。
电动或气动调节阀安装在工艺管道上直接与被调介质相接触，具有调节、切断和分配流体的作用，因此它的性能好坏将直接影响自动控制系统的控制质量。
本文仅限于讨论在空调控制系统中常用的两通调节阀的特性和选择，暂不涉及三通调节阀。
1．调节阀工作原理从流体力学的观点看，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件。
对不可压缩的流体，由伯努利方程可推导出调节阀的流量方程式为()()21221242P P D P P AQ -=-=ρζπρζ式中：Ｑ——流体流经阀的流量，m 3/s ；Ｐ1、Ｐ2——进口端和出口端的压力，MPa ；Ａ——阀所连接管道的截面面积，m 2； Ｄ——阀的公称通径，mm ；ρ——流体的密度，kg/m 3； ζ——阀的阻力系数。
可见当A 一定，(P 1-P 2)不变时，则流量仅随阻力系数变化。
阻力系数主要与流通面积(即阀的开度)有关，也与流体的性质和流动状态有关。
调节阀阻力系数的变化是通过阀芯行程的改变来实现的，即改变阀门开度，也就改变了阻力系数，从而达到调节流量的目的。
阀开得越大，ζ将越小，则通过的流量将越大。
2．调节阀的流量特性调节阀的流量特性是指流过调节阀的流体相对流量与调节阀相对开度之间的关系，即⎪⎭⎫⎝⎛=L l f Q Q max 式中：Q/Q max ——相对流量，即调节阀在某一开度的流量与最大流量之比； l/L ——相对开度，即调节阀某一开度的行程与全开时行程之比。
一般说来，改变调节阀的阀芯与阀座之间的节流面积，便可控制流量。
但实际上由于各种因素的影响，在节流面积变化的同时，还会引起阀前后压差的变化，从而使流量也发生变化。
为了便于分析，先假定阀前后压差固定，然后再引申到实际情况。
因此，流量特性有理想流量特性和工作流量特性之分。
调节阀流量系数计算公式和选择数据
调节阀流量系数计算公式和选择数据调节阀是工业生产过程中常用的一种流量控制设备，通过改变阀门开度实现流量的调节和控制。
调节阀的流量特性是一个非线性曲线，通常通过流量系数来描述。
流量系数是指，在单位压差下，通过阀门所能流过的液体的流量与阀门的开度之间的关系。
调节阀流量系数计算公式通常包含两个主要参数：阀门的开度和压差。
常见的调节阀流量系数计算公式有两种：流量系数计算公式和修正流量系数计算公式。
1.流量系数计算公式流量系数计算公式通常为以下形式：Cv=Q/√ΔP其中，Cv是调节阀的流量系数，Q是通过调节阀的液体流量，ΔP是压差。
2.修正流量系数计算公式修正流量系数计算公式是对流量系数计算公式进行修正，考虑了液体的特性、密度、黏度等因素，通常为以下形式：Cv=Q/√(SG*ΔP)其中，Cv是修正流量系数，Q是通过调节阀的液体流量，ΔP是压差，SG是液体的相对密度。
选择数据通常包括以下几个方面：1.流量范围根据实际工艺要求和流体特性，确定调节阀的流量范围。
包括最小流量、额定流量和最大流量。
2.压差范围根据实际工艺情况和管路布局，确定调节阀的压差范围。
包括最小压差、额定压差和最大压差。
3.流体特性根据液体的物理、化学特性，选择适合的调节阀型号。
包括液体的温度、压力、粘度、相对密度等参数。
4.调节特性根据实际工艺要求，选择适合的调节阀调节特性。
常见的调节特性有线性、等百分比、快开、快关等。
5.阀门材质根据液体的化学性质，选择适合的阀门材质。
常见的阀门材质有铸钢、不锈钢、铸铁、黄铜等。
调节阀流量特性
控制阀的流量特性:指流过控制阀的被控介质的相 对流量与阀杆的相对行程（即阀门的相对开度）之 间的关系。 数学表达式为
q q max l f L
q qmax 相对流量:是控制阀某一开度时的流量q与全开时
流量qmax 之比。
l/L 相对开度：表示控制阀某一开度下的阀杆行程 与全开时阀杆全行程之比。
控制阀口径的选择是根据流通能力C值进行选择。
流通能力C的定义是： 在控制阀全开时，当阀两端压差为100 kPa、流体 密度为1 g/cm3时，每小时流经控制阀的流体流量 是控制阀的流通能力C（以m3/h表示）。 1．控制阀流量系数CVmax的计算 对不可压缩流体，且阀两端的压差p1－p2不太大 （即流体为非阻塞流）时，其体积流量 p1 - p2 1 1 p q＝ CV ＝ CV 10 10 阻塞流： 当调节阀上的前后差压增大到一定程度，通过阀的 流量达到极限值，再增加压差，流量也不会增加时 的这种极限流量叫阻塞流.
控制阀的口径可根据其在最大工况流量时的流量 系数CVmax值、通过查阅产品手册求得
并且由于流过控制阀的介质不同，可能为液体、气 体、蒸汽、闪蒸水等，其计算的公式都不一样。
2 控制阀口径的确定
（1）根据生产能力、设备负荷决定出最大流量； （2）根据所选的流量特性及系统特点选定S值，计 算出阀门全开时的压差； （3）根据流通能力的计算公式，求得最大流量时的 流量系数CVmax；
② 随着S的减小，管道总阻力增大，控制阀全开 时的最大流量相应减小，使实际可调比 R f 下降。 RS f 之间的关系为 实际可调比 与
Rf » R S
③ 随着S的减小，控制阀的流量特性发生畸变，线 性理想流量特性渐渐接近快开特性；等百分比理 想流量特性趋向于线性特性。 在实际使用中，S值选得过大或过小都有不妥之处。 选得过大，阀上的压降很大，消耗能量过多；选 得过小，则控制阀流量特性畸变严重，对控制不 利。因此，一般希望S值最小不低于0.3。设计中的 S通常为0.3～0.6。
调节阀的4种流量特性
调节阀的4种流量特性
1正逆行阀特性
正逆行阀特性是调节阀中最常见的流量特性，即调节阀的阀板由可调座在正、反两个方位转换。
随着阀板的移动，流量的增减空间是不断在正反之间变化的，最终达到设定的流量值。
正逆行阀的优势是，抗压力能力高，密封性好，动作健壮，结构简单，噪音小，前后行程最大化，但精度低，斜度梯形典型，处理流量噪音变化较大。
2双调节特性
双调节特性是指调节阀内部有两个独立行程空间，根据需要可以任意调节，从而让阀板呈现一个平滑的斜列面，流量曲线是多项式拟合的。
双调节特性的优势是控制的动作精度高，具有优异的空载性能和可控制性，流量响应迅速精准，过程变化具有很好的稳定性，但处理能力不足。
3耦合形态特性
耦合形态特性是指流量及阀板间运动耦合关系，结合正反行程和双调节空间特性，使流量曲线看起来像是拉扯。
耦合形态特性的优势是控制变比更大、流量控制可控性和稳定性更好以及噪音控制更出色，但回归特性较差。
4多阶梯形特性
多阶梯形特性是最复杂的阀板的移动特性，它是不同的阶梯组合在一起，通过多段流量曲线改善流量响应。
多阶梯形特性的优势是具有良好的抗压能力、可适应高温高压的环境，可实现优化的流量控制，控制响应快，精准，但设计和生产难度大，价格略高。
以上就是调节阀的4种流量特性，不同特性有着不同的优势和缺点，可以根据实际需要选择不同的流量特性来满足用户的需要。
调节阀流量特性介绍
调节阀流量特性介绍1. 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。
其数学表达式为式中：Qmax-- 调节阀全开时流量L---- 调节阀某一开度的行程Lmax-- 调节阀全开时行程调节阀的流量特性包括理想流量特性和工作流量特性。
理想流量特性是指在调节阀进出口压差固定不变情况下的流量特性，有直线、等百分比、抛物线及快开4种特性(表1)流量特性性质特点直线调节阀的相对流量与相对开度呈直线关系，即单位相对行程变化引起的相对流量变化是一个常数①小开度时，流量变化大，而大开度时流量变化小②小负荷时，调节性能过于灵敏而产生振荡，大负荷时调节迟缓而不及时③适应能力较差等百分比单位相对行程的变化引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比①单位行程变化引起流量变化的百分率是相等的②在全行程范围内工作都较平稳，尤其在大开度时，放大倍数也大。
工作更为灵敏有效③ 应用广泛，适应性强抛物线特性介于直线特性和等百分比特性之间，使用上常以等百分比特性代之①特性介于直线特性与等百分比特性之间②调节性能较理想但阀瓣加工较困难快开在阀行程较小时，流量就有比较大的增加，很快达最大①在小开度时流量已很大，随着行程的增大，流量很快达到最大②一般用于双位调节和程序控制在实际系统中，阀门两侧的压力降并不是恒定的，使其发生变化的原因主要有两个方面。
一方面，由于泵的特性，当系统流量减小时由泵产生的系统压力增加。
另一方面，当流量减小时，盘管上的阻力也减小，导致较大的泵压加于阀门。
因此调节阀进出口的压差通常是变化的，在这种情况下，调节阀相对流量与相对开度之间的关系。
称为工作流量特性[1]。
具体可分为串联管道时的工作流量特性和并联管道时的工作流量特性。
（1）串联管道时的工作流量特性调节阀与管道串联时，因调节阀开度的变化会引起流量的变化，由流体力学理论可知，管道的阻力损失与流量成平方关系。
调节阀一旦动作，流量则改变，系统阻力也相应改变，因此调节阀压降也相应变化。
调节阀流量特性
② 随着S的减小，管道总阻力增大，控制阀全开 时的最大流量相应减小，使实际可调比 R f 下降。 RS f 之间的关系为 实际可调比 与
Rf » R S
③ 随着S的减小，控制阀的流量特性发生畸变，线 性理想流量特性渐渐接近快开特性；等百分比理 想流量特性趋向于线性特性。 在实际使用中，S值选得过大或过小都有不妥之处。 选得过大，阀上的压降很大，消耗能量过多；选 得过小，则控制阀流量特性畸变严重，对控制不 利。因此，一般希望S值最小不低于0.3。设计中的 S通常为0.3～0.6。
1－永久磁钢；2－导磁体；3－主杠杆（衔铁）；4－平衡弹簧； 5－反馈凸轮支点； 6－反馈凸轮；7－副杠杆；8－副杠杆支点；9－薄膜执行机构； 10－反馈杆；11一滚轮； 12－反馈弹簧；13－调零弹簧；14－挡板；15－喷嘴；16－主杠杆支点； 17－放大器 图2.39 电-气阀门定位器动作原理
系统总压差：
p pV p f
p pV p f
压力比系数S： S的定义为，控制阀全开时，阀两端的压 降占系统总压降的比值。
pv min S＝ p
图2.34
串联管道时控制阀的工作流量特性
在S≤1，串联管道中控制阀特性曲线的畸变规律如下：
① 当系统压降全部损失在控制阀上时（管道阻力 损失为零），S＝1，这时工作流量特性与理想流量 特性相同。
不同流量特性的阀芯曲面形状
1－线性；2－等百分比；3－快开；4－抛物线
（1）线性流量特性 或叫直线流量特性 线性流量特性是指控制阀的相对流量与相对开度 成直线关系。
q d q 其数学表达式为： max K l d L q l
将上式积分得 q ＝K L ＋C max 根据已知边界条件在l＝0时，q=qmin 则C＝qmin/qmax l＝L时，q=qmax 则K＝1－C＝1－(1/R)
调节阀流量特性测试
过程控制系统实验报告实验项目：调节阀流量特性测试学号：1404210114姓名：邱雄专业：自动化班级： 32017年11月28 日一、实验目的1.掌握阀门及对象特性测试的方法。
2.了解S值变化对阀门特性的影响。
3.根据对象特点合理选择特性测试方法。
二、实验内容1.测定不同S值下的调节阀流量特性。
2.测定二阶液位对象的阶跃响应特性。
三、实验系统的P&ID图（管道仪表流程图）、方块图P&ID图：图（1）方块图：四、实验步骤1.接通监控操作站、数据采集站电源预热相关设备。
2.启动监控操作系统设置“采集模式”。
选中“采集模式”中的“模拟采集”。
3.进入调节阀流量测试界面。
4.进入压力调节器操作面板。
设置调节器为反作用，比例、积分、微分参数的参考值分别为50％、4秒、0秒，点击选项“自动”进入自动调节。
设定“给定值”为90％，使泵的出口压力（调节器操作面板的测量值）为90％。
6.测试UV－101气动调节阀流量特性。
在前面已经打开了相应的球阀，并设置为350。
分别记录设定值由0、30、60、75、80、83、86、89、92、95、98、100％增加时和由100、98、95…0％减少时对应的流量（FT－101）。
7.改变S值再测试其流量特性。
保持UV－101全开，调节球阀M10开度，使流量（FT－101）为原来（MV全开时）的50％，即减小S值。
重复第6步。
五、实验数据及结果测试UV-101气动阀的流量特性数据如下：表（1）表（2）图（1）调节球阀M10开度，使流量（FT－101）为原来（MV全开时）的50％，调节阀开度此时为43。
所得数据如下：UV-101 0 30 60 75 80 83 89 92 95 98 100 FT-101 49.71 45.12 34.56 25.71 22.01 20.02 14.66 12.50 9.81 7.12 5.04表（3）图（2）六、结果分析与讨论：由数据结果及其图像可知，随着UV-101的增大，FT-101的流量逐渐减少。
阀门的流量特性百分比与直线的选择
何谓调节阀理想流量特性中的直线流量特性和等百分比流量特性？它们之间有何区别？
答：1、直线流量特性是指调节阀相对流量与相对位移成直线关系。
等百分比流量特性是指单位相对位移变化所引起的相对流量变化与些点的相对流量成正比关系。
2、他们之间的区别如下：
⑴、直线流量特性的阀门在小开度时，流量相对变化值大，在大开度时，流量相对变化值小，而等百分比流量特性的阀门则刚好反之；
⑵、直线流量特性的阀门在小开度时，灵敏度高，不易控制，甚至发生振荡，在大开度时调节缓慢，不够及时，等百分比流量特性阀门在小开度时调节平衡缓和，在大开度时，调节灵敏有效。
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调节阀的流量特性
结论
串、并联管道使理想流量特性发生畸变，串联管道的影响尤为 严重； 串、并联管道式调节阀可调比降低，并联管道更为严重； 串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加； 串联管道调节阀开度小时放大系数增加，开度大时则减少，并 联管道调节阀的放大系数在任何开度下总比原来的减少。
调节阀流量特性
➢5.2.1调节阀的流量特性 调节阀的阀芯位移与流量之间的关系，对控制
系统的调节品质有很大影响。 流量特性的定义： 被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开
度（相对位移）间的关系称为调节阀的流量特性。
Q/Qmax —相对流量 l/L — 相对开度
调节阀的流量特性
相对流量Q/Qmax 是控制阀某一
例：管道串联时的工作流量特性
如图，管道系统总压力ΔP等于管路系统的压降
ΔPG与控制阀的压降ΔPT之和。
P
调节
管路及设备
阀
△P
△P
T
△P
△P
G
△
T
P
△
PG
Q
调节阀的流量特性
从串联管道中调节阀两端压差△PT的变化曲线
可看出，调节阀全关时阀上压力最大，基本等于系
统总压力；调节阀全开时阀上压力降至最小。
为了表示调节阀两端压差△PT的变化范围，以 阀权度s表示调节阀全开时，阀前后最小压差△PTmin 与总压力△ P之比。 s =PTmin / △ P
调节阀的流量特性
❖ 直线阀的流量放大系数在任何一点上都是相同的，但 其对流量的控制力却是不同的。
控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。
例如在不同的开度上，再分别增加10%开度，相对流 量的变化比值为
10％时： [（20-10）/10]×100%=100% 50％时： [（60-50）/50]×100%=20% 80％时： [（90-80）/80]×100%=12.5%
1
2 4
调节阀的流量特性
可调比R为调节阀所能 控制的最大流量与最小流量 的比值。
R = Qmax / Qmin
3
1 2
4
其中Qmin不是指阀门全关时的泄漏量，而是阀门能平稳控 制的最小流量，约为最大流量的2~4%一般阀门的可调比R=30。
在小开度时，流量相对变化值大，灵敏度高，不易控制，甚 至发生震荡；在大开度时，流量相对变化值小，调节缓慢。
开度流量Q与全开时流量Qmax之比；
相对开度l/L 是控制阀某一开
度行程l与全开行程L之比。
L
调节阀的流量特性不仅与阀门 的结构和开度有关，还与阀前后的
Q
压差有关，必须分开讨论。
调节阀的流量特性
为了便于分析，先将阀前后压差固定，然后再引伸到实际工作
情况，于是有固有流量特性与工作流量特性之分。
1、固有（理想）流量特性
1
2 4
调节阀的流量特性
❖ 等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但对 流量的控制力却是相同的。
同样以10％、50％及80％三点为例，分别增加 10%开度，相对流量变化的比值为：
10%处： （6.58%-4.68%）/4.68%≈41% 50%处： （25.7%-18.2%）/18.2%≈41% 80%处： （71.2%-50.6%）/50.6%≈41%
调节阀的流量特性
Q/Q100
s=1 L/Lmax
（2） 等百分比（对数）流量特性 单位相对行程变化所引起的相对流量变化与 此点的相对流量成正比关系：
3
❖ 曲线斜率（放大系数）随行程 的增大而增大。流量小时，流量变化 小；流量大时，流量变化大。 ❖ 等百分比特性在直线特性下方 ，在同一位移时，直线流量特性阀比 等百分比流量特性的调节阀通过的流 量大。
。当生产能力提高或其他原因引起调节阀的最大流 量满足不了工艺生产的要求时，可以把旁路打开一 些，这时调节阀的理想流量特性就成为工作流量特 性。
调节阀的流量特性
在图1-5-30所示的并联管路中， 有
q qmax
=
Xƒ（
l） L
+(1-X)
➢式中 q——并联管道的总流量，即：q= q1+ q2；
➢
qmax——管路总流量的最大值；ƒ——调节阀的理想流量特性；
在将控制阀前后压差固定时得到的流量特性称为固有流量特性
。它取决于阀芯的形状。
（1）直线特性
（2）等百分比特性
33 1
（3）快开
1 2
4
调节阀的流量特性
（1）直线流量特性
控制阀的相对流量与相对开度成直线关系，即 单位位移变化所引起的流量变化是常数。用数学式 表示为：
3
R — 调节阀 的可调比系数。
膜阀的流量特性近于快开特性，蝶阀的流量特性接
近于等百分比特性。选择阀门时应该注意各种阀门
的流量特性。
❖
对隔膜阀和蝶阀，由于它的结构特点，不
可能用改变阀芯的曲面形状来改变其特性。因此，
要改善其流量特性，只能通过改变阀门定位器反馈
凸轮的外形来实现。
调节阀的流量特性
2、调节阀的工作流量特性
实际使用时，调节阀装在具有阻力的管道系统 中。管道对流体的阻力随流量而变化，阀前后压差 也是变化的，这时流量特性会发生畸变。
调节 阀
管路及设备
△P
T
△P
△P
G
P
△ P
△P
T
△
PG
Q
调节阀的流量特性
以Qmax表示串联管道阻力为零时(s=1)，阀全开时达 到的最大流量。可得串联管道在不同s值时，以自身Qmax作 参照的工作流量特性。
❖ 流量特性畸变： s ↓
直线阀变为快开阀 对数阀变为直线阀
调节阀的流量特性
例：管道并联时的工作流量特性 有的调节阀装有旁路，便于手动操作和维护
➢
l/L——阀芯相对位移；
➢
X——调节阀全开时最大流量和总管流量之比，即
X＝ q1max qmax
➢ 上式表示并联管道的工作流量特性。理想流量特性为直线及等百分 比的调节阀，在不同的X值时，工作流量特性如图1-5-31所示。
➢ 由图1-5-31可以看出，并联管道中，阀本身的流量特性变化不大 ，但可调比降低了。实际应用中，为使调节阀有足够的调节能力，旁 路流量不能超过总流量的20％，即X值不能低于0.8。
调节阀的流量特性
Q/Q100
s=1 L/Lmax
（3）快开特性 ❖ 开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流 量很快就达到最大，故称为快开特性。适用于迅速 启闭的切断阀或双位控制系统。
3
（4） 抛物线流量特性
特性曲线为抛物线， 介于直线和对数曲线之间 ，使用较少。
1
2 4
调节阀的流量特性
❖
各种阀门都有自己特定的流量特性，如隔