調節閥流量特性的控制分析

    調節閥是工藝管線中重要的控制元件，對部分工藝參數的控制起到至關重要的作用。正確選取調節閥的流量特性和產品規格，對于自控系統的穩定性、經濟合理性有十分重要的作用。    

    隨著生產技術的發展，的結構型式越來越多，主要有蝶閥和座式以及自控球閥三大類，調節閥結構型式的選擇主要是根據工藝參數（溫度、壓力、流量）、介質性質（粘度、腐蝕性、毒性、雜質狀況）以及調節系統的要求（可調節比、噪音、泄漏量）綜合考慮來確定。一般情況下，應首選普通單、雙座閥和套筒閥。因為此類調節閥結構簡單，閥芯形狀易于加工，比較經濟；或根據具體的特殊要求選擇相應結構形式的調節閥。結構型式確定以后，調節閥的具體規格關系到閥的流量特性是否與系統特性相匹配，關系到系統是否穩定性高、經濟性好。調節閥的流量特性，是指流體流過調節閥的相對流量與調節閥的相對開度之間的關系。易推知，相對流量與相對開度成正相關，即閥門通道越小，相對開度越小，相對流量越小；閥門通道越大，相對開度越大，相對流量越大。閥門通道為零時，這時流量為零，即閥門關閉。由流體力學可知，通過閥門的流量與閥門前后的壓差成正相關的關系，即：

壓差往往是由閥門開度所形成的流體通道決定，開度越小，相對開度越小，閥門前后壓差越大；開度越大，相對開度越大，閥門前后的壓差越小。可以說，通過調節閥的流量大小不僅與閥的開度有關，而且和閥前后的壓差有關。工作中的調節閥，當閥的開度改變時，不僅流量發生了變化，閥前后壓差也發生了變化。為了便于討論，

    先假定閥前后壓差一定，即先討論理想流量特性，然后再考慮調節閥在管路中的實際情況，即討論工作流量特性。 理想流量特性是在閥前后壓差固定的情況下得到的流量特性，它決定于閥芯的形狀，因此也稱之為結構特性。在理想情況下，流量僅隨閥門開度變化而變化，從控制的角度看，觀察調節閥的控制指標，研究流量特性，是一種常用的方法。在常用的調節閥中，有四種典型的理想流量特性，

    直線特性    調節閥流量特性的控制分析調節閥的相對流量與相對開度成直線關系，曲線所示。曲線斜率不變，即它的放大系數不變。可以推知，在變化相同行程情況下，閥門相對開度較小時，相對流量變化值大，靈敏度高；相對開度較大時，相流量變化值小，靈敏度低。這往往使直線特性閥門控制性能變壞：在小開度時，放大系數相對來說很大，調節過程往往產生振蕩；在大開度時，放大系數相對來說不大，靈敏度低，容易使閥門動作遲緩，調節時間延長。

    對數特性  這種調節閥相對行程的變化引起的相對流量的變化與此點相對流量成正比例，，可以說其放大系數隨閥門的開大而增大。因此，這種閥門在小開度時，放大系數小，工作得緩和平穩；在大開度時，放大系數大，工作得靈敏有效。同樣，各點靈敏度為40%處處相等（也可稱等百分比特性），便于控制。快開特性和拋物線特性  在閥門開度小時，流量變化較大，隨著開度增大，流量很快達到最大值，放大系數大，靈敏度高。在閥門開度大時，流量變化不大，放大系數較小，靈敏度也較低。在壓力不太大、調節要求不高的場合應用，開則快，關則慢，不易引起管網大的壓力波動。

    拋物線特性  這種閥的單位相對行程的變化所引起的相對流量與此點的相對流量值的平方根成正比關系。其特性接近對數閥特性，但由于其閥芯=復雜，加工要求高，成本增加，所以在實際使用過程較少采用。

    實際使用中的工作流量特性  調節閥處于工藝管路系統中工作時，管路系統的阻力變化或旁路閥的開啟程度的閥前后壓差變化，使得在同樣的閥門開度時，不再像理論流量特性那樣流量保持不變，對應的流量將有所變化。我們把調節閥前后壓差變化的流量特性稱為工作特性。在實際的使用過程中，安裝調節閥的管道系統中都是有一定壓力的，調節閥的前端和后端介質壓力是不一樣的，也就是說兩端存在壓差。這個壓差會隨著流量的增加而減少

隨著閥門開大，閥前后壓差減少，因此，在閥相對開度相同的情況下，此時的實際流量比理論流量要小一些。在閥門開度較大時，調節閥前后的壓差減小，實際流量比理論流量要小一些。