正确选择调节阀

引言

随着工业自动化水平的不断提高，调节阀作为工业过程控制的终端执行器，已成为工业自动化控制的关键设备。调节阀的选择是否合适，直接关系到工业控制的质量，甚至关系到工业生产系统的安全。因此，在实际生产过程中，根据工艺条件选择合适的调节阀。

1 介绍调节阀

调节阀由执行机构和调节机构组成。它包括三类：气动、电动和液动执行器。气动执行器常用于化工生产，其他两种执行器仅在特殊要求下使用。执行机构是调节阀的驱动部分，调节机构是调节阀的调节部分，即阀门本身。调节机构直接接触调节介质，在执行机构的驱动下，改变阀芯与阀座之间或阻流部件的循环面积，从而达到调节和控制介质流量的目的。

1.1 调节阀结构形式的选择

套筒阀一般适用于振动大或噪声大的场合。如果介质中有粘度或小颗粒，则更适合选择偏心旋转阀。通常广泛使用的阀门有直接单座阀、直接双座阀、角阀、蝶阀、球阀、隔膜阀等。在选择阀门的结构形式时，还应考虑调整介质的工艺条件和流体特性。

1.2 调节阀气开/气关的选择和调节器正反作用的确定

必须从工艺生产需要和安全要求中考虑调节阀气开/气关的选择。原则上，当信号压力中断时，应保证工艺设备和生产的安全，即当调节阀失去信号压力源时，阀门应自动进入安全状态。

在选择调节阀的气开或气关形式后，必须根据阀门的形式确定调节器的正反作用，使调节阀和调节器形成负反馈控制系统。即对于气开阀，如果控制参数大于给定参数，则调节器选择反作用，如果控制参数大于给定参数，则调节器选择正作用。

1.3 调节阀的流量特性

调节阀的相对开度与通过阀的相对流量之间的关系称为阀的流量特性，即Q/Q_max=f（し/L）。

Q/Q_max相对流量-调节阀在一定开度下的流量Q全开度流量Qmax之比；

し/L相对开度-调节阀在一定开度下的行程し与全行程L之比。

从上表可以看出，阀门的相对流量Q/Qmax是调节阀的相对开度し/L函数。通过调节阀的流量不仅与阀门的开度有关，而且与阀门两端的压差有关。阀门前后压差的流量特性是阀门的理想特性，阀门前后压差

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理想特性完全取决于阀芯的形状，典型的四种理想流量特性：

(1)直线流量特性

Q/Qmax=R^{[（し/L）-1]}（R=Qmax/Qmin可调比调节阀)

调节阀的放大倍数量特性的阀芯时，调节阀的放大倍数为常数。其特点是小开度流量变化较大，调整效果强，易振荡；开度流量变化较小，调整效果较弱，调整速度较慢。

(2)等百分比流量特征(对数流量特征)

Q/Qmax=e^{[（し/L）-1]}lnR （R=Qmax/Qmin可调比调节阀)

调节阀的放大倍数随比流量特性的阀芯时，调节阀的放大倍数随流量的增加而增加，但流量的相对变化值相等。小开度放大倍数小，调整效果缓和稳定；大开度放大倍数大，调整效果灵敏，常采用。

(3)抛物线流量特征

   （R=Qmax/Qmin可调比调节阀)

采用抛物线流量特性的阀芯时，小开度时调节性能好，其特性曲线介于直线和等百分比特性曲线之间。

(4)快开流量特性

快速打开的流量特性没有一定的数学表达。当使用具有快速打开流量特性的阀芯时，当开口较小时，流量较大。随着开口的增加，流量很快达到最大值，适用于快速打开和关闭的切断阀或两位调节系统。

选择2 调节阀口径

根据流体力学代入伯努力方程获得不可压缩流体：

根据连续方程Q=A∗V，可以联解上述公式：

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调节阀的流量方程为：

V₁、V₂——节流前后流体速度；

V——是平均流速；

P₁、P₂——节流前后压力100KPa；

A——节流面积，cm²；

Q——流量，cm³/s；

C——阻力系数；

r——重度，Kgf/cm³；

g——981重力加速cm/s²；

若上述公式采用工程单位，Q—m³/h；P₁、P₂—100KPa；r—gf/cm³，调节阀的流量方程可以化为：

于是Kv定义为：当调节阀完全打开时，阀两端的压差ΔP为100KPa，流体重度r为1gf/cm³(常温水)每小时通过调节阀的流量m³/h或t/h但是国外流量的数量是常用的。Cv表示：当调节阀完全打开时，阀两端的压差ΔP为1磅/英寸²（0.07Kgf/cm²），介质为600F（15.6℃）用加仑/分计清水时，每分钟流经调节阀的美加仑数。Kv与Cv转换关系如下：

根据计算的流量系数Kv或Cv然后在调节阀手册中找到值Kv或Cv额定值，最后选择合适的调节阀口径。

3 结语

以上说明如何正确选择调节阀，仅针对不可压缩流体流相为湍流，对其他层流或可压缩流体，如气体或水蒸气，有特殊的理论来推导其流体Kv或Cv调节阀的选择与上述类似，请另行注意。