调节阀流量特性介绍
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。
调节阀的三个流量特性
调节阀的流量特性
调节阀的流量特性，是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经调节阀的相对流量与它的开度之间关系。
理想流量特性有：
1、等百分比特性
等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的。
所以它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。
2、线性特性线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。
单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。
流量大时，流量相对值变化小，流量小时，则流量相对值变化大。
3、抛物线特性
流量按行程的二方成比例变化，大体具有线性和等百分比特性的中间特性。
三种理想流量特性各有优缺点，不多说了。
阀门的流量特性，一般在特定开度比如30Q70%,会更加接近理想流量特性。
所以在调节阀计算时，要多和厂家沟通，必要时相应的做变径。
阀的流量特性
（5）调节阀前、后两端压力差为
p p1 p2 0.09MPa
（6）蒸汽的压缩系数ε为
p2 0.2 0.5 p1 0.29
故调节阀的蒸汽流动为亚临界流动。
制 冷 装 置 及 其 自 动 化 课 件 设 计
p 1 0.46 0.802 p1
制 冷 装 置 及 其 自 动 化 课 件 设 计
调节阀流量特性及其选择计算 调节阀和调节蝶阀与风门是制冷空调系 统中的两种调节机关。 在自动调节系统中如何选择调节机关， 是一个很重要的问题。必须根据整个调节系 统慎重选择调节机关。 在选择调节阀时，必须考虑下列两个因 素： 第一为调节阀的调节范围； 第二为调节阀的工作流流量特性指介质流过阀门的相 对流量与阀门的相对开度之间的关系，即
q q max l f L
制 冷 装 置 及 其 自 动 化 课 件 设 计
调节阀的流量特性分为理想流量特性和 工作流量特性。
理想流量特性
调节阀在前后两端压差一定的情况下， 得到的流量特性，称为理想流量特性。调节 阀的理想流量特性取决于阀心形状，见图2－ 84。
（7）按最大流量计算流通能力Cmax为
Cmax qmax 31 100 p1
式中ρ1=1.57——阀前p1状态的饱和蒸汽密度。 （8）按最小流量计算流通能力Cmin为
Cmin qmin 6.96 100 p1
制 冷 装 置 及 其 自 动 化 课 件 设 计
查调节阀产品目录资料，选择直通单座， 通径Dg=0.05m，口径dg=0.05m，行程 S=0.025m，阀的流通能力C=32。 （9）验算
q’min=210kg/h，调节阀阀前压力约0.19MPa（表
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)
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。
调节阀流量特性选择
调节阀的流量特性如何选择控制阀的流量特性是介质流过控制阀的相对流量与相对位移（控制阀的相对开度）间的关系，一般来说改变控制阀的阀芯与阀座的流通截面，便可控制流量。
但实际上由于多种因素的影响，如在截流面积变化的同时，还发生阀前后压差的变化，而压差的变化又将引起流量的变化。
在阀前后压差保持不变时，控制阀的流量特性称为理想流量特性；控制阀的结构特性是指阀芯位移与流体流通截面积之间的关系，它纯粹由阀芯大小和几何形状决定，与控制阀几何形状有关外，还考虑了在压差不变的情况下流量系数的影响，因此，控制阀的理想流量特性与结构特性是不同的。
理性流量特性主要由线性、等百分比、抛物线及快开四种。
在实际生产应用过程中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性，因为控制阀往往和工艺设备串联或并联使用，流量因阻力损失的变化而变化，在实际工作中因阀前后压差的变化而使理想流量特性畸变成工作特性。
控制阀的理想流量特性，在生产中常用的是直线、等百分比、快开三种，抛物线流量特性介于直线与等百分比之间，一般可用等百分比来代替，而快开特性主要用于二位式调节及程序控制中。
因此，控制阀的特性选择是指如何选择直线和等百分比流量特性。
目前控制阀流量特性的选择多采用经验准则，可从下述几个方面考虑：1、从调节系统的质量分析下图是一个热交换器的自动调节系统，它是由调节对象、变送器、调节仪表和控制阀等环节组成。
K1变送器的放大系数，K2调节仪表的放大系数，K3执行机构的放大系数，K4控制阀的放大系数，K5调节对象的放大系数。
很明显，系统的总放大系数K为：K=K1*K2*K3*K4*K5K1、K2、K3、K4、K5分别为变送器、调节仪表、执行机构、控制阀、调节对象的放大系数，在负荷变动的情况下，为使调节系统仍能保持预定的品质指标；则希望总的放大系数在调节系统的整个操作范围内保持不变。
通常，变送器、调节器（已整定好）和执行机构的放大系数是一个常数，但调节对象的放大系数却总是随着操作条件变化而变化，所以对象的特性往往是非线性的。
阀门流量特性曲线图结构
h
15
驱动方式
手动： 借助手轮、手柄、杠杆或链轮等，由人力来操纵的阀门。
电动： 用电动机、电磁或其他电气装置操纵的阀门。
液压或气压传动： 借助液体（水、油等液体介质）或空气操纵的阀门。
h
5
各种参数—压力
1.公称压力 阀门的公称压力PN是一个用数字表示的与压力有关的标示代号，是仅供参考用的一个 方便的圆整数。
2.试验压力 ⅰ阀门的壳体试验压力是指对阀门的阀体和阀盖等联结而成的整个阀门外壳进行试验 的压力，其目的是检验阀体和阀盖的致密性及包括阀体与阀盖联结处在内的整个壳体的耐 压能力。 ⅱ阀门的密封和上密封试验压力是检验启闭件和阀体密封副密封性能和阀杆与阀盖密 封副密封性能的试验压力。
阀杆的密封通常用压缩填料。压缩填料是指压入填料 函内使阀杆周围密封的软质材料。
h
13
材质
1.壳体：铜（黄铜、青铜）、铸铁、球墨铸铁、铸钢 2.内件：铜、不锈钢 3.密封：EPDM、NBR、PTFE
h
14
驱动方式
阀门依靠自动或驱动机构使启闭件作升降、滑移、旋摆或回转运动， 从而改变其流道面积的大小，以实现启闭、控制的功能。
期望的阀门控制信号—热量输出曲线图
h
24
实际的换热器/风机盘管流量—热量输出特性曲线
h
25
期望的阀门开度/信号—流量特性曲线
h
26
在一个闭环控制回路中， 最终热量输出近似为控制信号的线性函数
h
27
调节阀的可调比
调节阀的调节阀的可调比就是调节阀所能控制的最 大流量与最小流量之比。可调比也称可调范围，若以Ｒ 表示，则：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
串联管道时的工作流量特性与压降分配比有关。
阀上压降越小，调节阀全开流量相应减小，使理想的直线特性畸变为快开特性，理想的等百分比特性畸变为直线特性。
在实际使用中，当调节阀选得过大或生产处于非满负荷状态时，调节阀则工作在小开度，有时为了使调节阀有一定的开度，而将阀门开度调小以增加管道阻力，使流过调节阀的流量降低，实际上就是使压降分配比值下降，使流量特性畸变，恶化了调节质量。
（2）并联管道时的工作流量特性
调节阀与管道并联时，一般由阀支路和旁通管支路组成，调节阀安装在阀支路管路上。
调节阀在并联管道上，在系统阻力一定时，调节阀全开流量与总管最大流量之比随着并联管道的旁路阀逐步打开而减少。
此时，尽管调节阀本身的流量特性无变化，但系统的可调范围大大缩小，调节阀在工作过程中所能控制的流量变化范围也大大减小，甚至起不到调节作用。
要使调节阀有较好的调节性能，一般认为旁路流量最多不超过总流量的20%。
2. 调节阀的选择
2.1 流量特性选择
流量特性[2]的选择方法有两种，一种是通过数学计算的分析法，另一种是在实际工程中总结的经验法。
由于分析法既复杂又费时，所以一般工程上都采用经验法。
具体来说，应该从调节质量、工况条件、负荷及特性几个方面考虑。
（1）根据自动调节系统的调节质量
根据自动控制原理中的特性补偿原理，为了使系统保持良好的调节质量，希望开环总放大系数与各环节放大系数之积保持常数。
这样，适当选择阀的特性，以阀的放大系数变化来补偿对象放大系数的变化，从而使系统的总放大系数保持不变。
（2）根据管道系统压降变化情况
调节阀的压降比S定义为该调节阀可控制的最大流量所对应阀门进出口差压ΔP1m和系统差压ΔP之比
调节阀流量特性与压降比S有密切的关系(表2)。
管道系统压降比S 1~0.6 0.6~0.3 0.3~0
实际工作流量特性直线等百分比直线等百分比
调节不适宜
所选流量特性直线等百分比等百分比等百分比
（3）根据负荷变化
直线阀在小开度时流量变化大，调节过于灵敏，易振荡。
在大开度时，调节作用又显得微弱，造成调节不及时，不灵敏。
因此在压降比S较小，负荷变化大的场合不宜采用直线阀。
等百分比阀在接近关闭时工作缓和平稳，而接近全开状态时，放大系数大，工作灵敏有效，因此它适用于负荷变化幅度大的场合。
快开特性阀在行程较小时，流量就较大，随着行程的增大，流量很快达到最大，它一般用于双位调节和程序控制的场合。
（4）根据调节对象的特性
一般有自平衡能力的调节对象都可选择等百分比流量特性的调节阀，不具有自平衡能力的调节对象则选择直线流量特性的调节阀。
2.2 口径选择
调节阀口径是根据工艺要求的流通能力确定的，要根据提供的工艺条件计算出调节阀的流通能力，再依据其流通能力选择调节阀的口径。
流通能力是指当调节阀全开，阀两端压差为9.81×104Pa，流体的密度为1g/cm3时，每小时流经调节阀的流量值，该值以m3/h 或kg/h为单位。
调节阀的流通能力是合理选择阀门及阀门口径的一个重要参数，通过对调节阀流通能力的计算，对比厂家提供的技术参数确定阀门口径的大小。
对于自动控制系统来说，水是流经调节阀的常见的介质之一，所以以水为例介绍调节阀的流通能力C
实际工程中，阀门口径是分级的，C值通常也不是连续值(公式计算的C值是连续的)。
不同厂商的同类型产品有不同的C值与口径对应表。
在计算出期望的C值后，就可以查阅生产商的相应产品数据表来决定所需的阀门口径。
选取阀门口径的原则应尽可能接近或大于计算结果，不应小于计算结果。
2.3 选用注意事项
（1）调节阀直接按照接管管径选取是不合理的
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，而且还会引起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。
3. 结语
设计调节阀时，要求对调节阀的组成、分类和特性有一个清楚的认识，并在此基础上掌握正确的选择方法。
而且，对于一个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。