调节阀的直线特性及工作流量特性

直线特性是指调节阀的相对流量与相对开度呈直线关系，即单位行程变化引起的流量变化是常数，用数学式表达为

从图15-15中看出直线特性调节阀的曲线斜率是常数，即放大系数是常数。

从式（15-28）中看出，当开度Z/L变化10%时， 所引起的相对流量的增量总是9. 67%，但相对流量的变化量却不同。以幵度10%、50%、80%三点为例，其相对的流量见表15-12。

在10%开度时，流量相对变化值为

可见，直线特性的阀门在小开度工作时，流量相对变化太大，调节作用太强，易产生超调引起振荡； 而在大开度时，流量相对变化小，调节太弱，不够及时。为解决上述问题，希望在任意开度下的流量相对变化不变，产生了对数特性。

③对数（又称等百分比）特性是指单位行程变化引起相对流量变化与该点的相对流量成正比，即调节阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增加而增大。用数学式表达为

可见，单位位移变化引起的流量变化与此点的原有流量成正比，而流量相对变化的百分比总是相等的，故又称等百分比特性。

由于对数特性的放大系数K随开度增加而增加， 因此有利于系统调节。在小开度时，流量小，流量的变化也小，调节阀放大系数小，调节平稳缓和；在大开度时，流量大，流量的变化也大，调节阀放大系数大，调节灵敏有效。从图15-15可知，对数特性始终 在直线特性的下方，因此，在同一行程时流量比直线特性小。

（2）调节阀的工作流量特性

在实际运行中，调节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。

①串联管道的工作流量特性由于阀开度的变化引起流量的变化，在流体力学中，阻力损失与流速 的平方成正比，调节阀一旦动作，流量一改变，系统阻力（如弯头、手动阀门、管理损失等）都相应改变，因此，调节阀上压降也相应变化。其公式为

从式（15-32）可以看出，工作流量特性与压降分配比S有关。阀上压降越小，调节阀全开流量相应越小，曲线越向下移，使理想的直线特性畸变为快开特性，理想的对数特性畸变为直线特性（图15- 16）。可见，S太小，对调节不利，一般不小于0.3。 阀补偿这种畸变后，S可达0.05?0.1。对此下面还会重点介绍。

②并联管道的工作流量特性在可调比分析中已经知道，调节阀的Qnm为旁通阀流量Q旁。因此，旁通阀流量越大，Qmin越大，Qmin上移，使整个曲线上移（图15-17），其中调节阀全幵的zui大流量/ 总管zui大流量。根据现场经验，一般X>0.8，即旁通阀流量不应超过总流量的20%。

对传统流量特性理论的突破

传统的流量特性设计理论都是按阀上压降不变的理想状况来设计定型的，也是用这种方法向用户提供调节阀固有流量特性的。这种阀上压降不变，即S= 1的理想流量特性在实际工作中永远不会存在。实际工作中，S<1，工作特性偏离理想特性，严重地产生畸变。为了保证流量特性有较好的调节品质，人们按传统的流量特性理论，要求实际工作情况向理想情况靠拢，以牺牲能耗来换取，提出S应等于0.3? 0.6。S<0. 3，实际工作特性畸变得不好使用。那么，为什么不可以将阀的固有特性向实际工作特性来靠拢呢？为什么提供实际工作中不存在的特性，让其 在使用中严重畸变呢？为什么不可以按实际工作特性来讨论以减小这种畸变呢？由此可见，传统的理想与实际相脱离的设计与应用理论，从思想方法上看就存在着严重问题。因此，应该研究实际工作中具有代表性的、典型的S值，提供在这些S值下的直线和对数流量特性等，使阀固有特性尽可能与工作特性相吻合。作者提出的这种理想.与实际相结合的方法将带来如下优点和实用意义：

a.阀提供的固有特性与实际工作特性更加接近，畸变减小，调节性能提髙。

b. 按低S来设计阀的固有特性，打破传统的牺牲能耗来换取调节品质的高S运行理论，可大大节省系统能耗。据此理论，S可以在0.05?0.15之间， 与原高S运行相比，可节省能耗15%?22%。这对于我国能源紧张的状况，有较好的使用价值和社会效益。

c. 随着计算机的应用，研究这种理论可使调节阀特性很容易根据不同S值实现在线整定、补偿， 根据系统需要获得较佳的工作特性。这种阀华林公司正在研究之中。

d. 有利于产品制造。目前，调节阀流量特性误差是工厂zui难达到的性能指标。然而，使用中因畸变厉害，从来没有用户提出过流量特性误差影响使用和调节的问题，因为即使提供的流量特性误差为0，到实际工作中，也畸变得一塌糊涂。因此，原流量特性误差的把关是只抓住其次要矛盾，忽视了实际工作中畸变厉害这一主要矛盾。采用常用典型S值下的工作特性为阀的固有特性，不但抓住了主要矛盾，保证了调节性能，而且这种试验更简化，也有利于产品制造。

（4）节能调节阀流量特性

节能调节阀其实质就是保证在低S运行下调节阀有较理想的流量特性问题。

能否在低S下运行，传统的讨论都是僵持在阀的固有流量特性这个问题上。S值太小，主要影响两个调节品质指标，一是可调范围减小，二是流量特性畸变。因此，得出结论，为保证调节阀调节品质，S 应取大一些，一般为0.3?0.6，从而否定了低S运行的问题。

上述争论不休的问题，实际上只要根据前面所谈到的理想与实际相结合的流量特性设计方法，在阀上做文章，也就显得十分简单了。由工作流量特性方式，将S=0.1代入，即可得到S = 0.1的节能调节阀流量特性。

在试验中，通过修正阀芯曲面或套筒窗口的形状和尺寸，便很方便地解决了低S流量特性畸变的问题。实际可调比可达30，实际流量特性满足了国标对流量特性误差考核的要求，*同普通阀一样。于是一种只在理想固有特性上讨论，把S定在0.3以上，通过提高阀上压降，牺牲能耗来换取调节品质的传统的方法被打破了。通过对阀的小小修正来解决问题，不仅简单易行，而且还节约了大量能耗。

（5） 流量特性的选择 .

①工作流量特性的选择由于选择方法较多， 不必一一阐述。这里，推荐根据流量特性的使用特点得出的一种直观选择流量特性的参考表见表15-13; 推荐根据系统的主要干扰来选择的参考表见表15-14。

②固有流量特性的确定

a. 根据S值确定阀固有特性。根据表15-15选定工作特性，再根据S值确定阀固有特性（即理想特性）。

b. 根据不平衡力作用方向确定阀固有特性。不平衡力变化为“一/t”（作用方向将阀芯压开）时， 按通常方法即按上述方法确定；不平衡力变化为 “+/\”（作用方向将阀芯压闭）时，选用对数特性。