調節閥用于調節操縱變量的流量，從控制系統整體看，一個控制系統控制得好不好，都通過調節閥來實現。

調節閥的特點

控制閥是節流裝置，屬于動部件，與檢測元件和變送器、控制器比較，在控制過程中，調節閥需要不斷改變流件的流通面積，使操縱變量變化，以適應負荷變化或操作條件的改變，因此，對調節閥組件的密封、耐壓、腐蝕等提出很高要求。例如，密封會使調節閥摩擦力增加，調節閥死區加大，造成控制系統控制的品質變差等。

調節閥的閥內件與過程介質直接接觸，和檢測元件與過程介質的接觸不同，例如：對調節閥的耐腐蝕性、強度、剛度、材料等有更高的要求；檢測元件可采用隔離液等方法與過程介質隔離，但調節閥與過程介質直接接觸，很難采用隔離液的方法與過程介質隔離。

調節閥的節流使能量在閥內件內部被消耗，因此降低能耗，降低調節閥的壓力損失和保證較好的控制品質之間要合理選擇和兼顧。

調節閥對流體進行節流的同時也產生噪聲。例如：當閥出口壓力低于液體的蒸汽壓力時，造成閃蒸；當閥下游壓力高于液體蒸汽壓力時，造成汽蝕。調節閥造成的噪聲和調節閥流路的設計、操作壓力、被控介質特性等有關系，因此，降低噪聲、降低壓力損失等對調節閥提出了更高的要求。

單座調節閥

調節閥的選型

1 調節閥額定流量系數的選擇

對一臺調節閥來說，額定流量系數Kv的大小，直接反映了流體通過調節閥的*大能力，所以額定流量系數Kv值是一個重要參數。

1.1 額定流量系數的定義

流量系數是指在調節閥全開的條件下，閥兩端的壓差為1kgf/cm²，流體重度為1g/cm²時，每小時流經調節閥的流量數。

1.2 流量系數的計算

1.2.1 一般液體流量系數的計算

一般液體流量系數的計算公式為

    （1）

其中：

Kv——流量系數；

p1——閥前壓力；

Q——流體體積流量，m³/h；

p2——閥后壓力；

G——流體重量流量，t/h；

r——流體重度。

1.2.2 高黏度液體流量系數的計算

當液體黏度過高時，由于雷諾數下降，改變了流動狀態，在雷諾數Re<2300時，液體處于層流低速流動，流量與差壓不再是平方關系，此時須對Kv值進行黏度修正。黏度修正系數曲線如圖1所示。

圖1 黏度修正系數曲線

Kv’=ΨKv     （2）

其中：

Kv’——黏度修正后的流量系數；

Ψ——黏度修正系數，其值與雷諾數有關。

調節閥閥芯處雷諾數的計算：

（雙座閥）    （3）

    （4）

r——流體在工作狀態下的運動黏度。

1.2.3 氣體流量系數的計算

一般氣體根據壓差關系，可分為p2>0.5p1和p2≤0.5p1，如果p2>0.5p1，則

    （5）

如果p2≤0.5p1，則

    （6）

這只是針對一般壓力較低的氣體而言，若pg≥100kgf/cm²，則

    （7）

式中：

Kv——額定流量系數；

QN——氣體體積流量（Nm³/h）（20℃、760mmHg狀態下）；

rN——氣體重度（kgf/Nm³）（20℃、760mmHg狀態下）；

Kv’——考慮壓縮系數的額定流量系數；

t——氣體溫度；

p1——閥前絕對壓力；

p2——閥后絕對壓力；

K——氣體壓縮系數。

1.2.4 一般水蒸氣流量系數的計算

一般水蒸氣包括飽和水蒸氣和過熱水蒸氣，水蒸氣流量系數的計算也是根據前后壓差的關系分為p2>0.5p1和p2≤0.5p1。

若壓差p2>0.5p1，則

    （8）

若壓差p2≤0.5p1，則

    （9）

式中：Kv——額定流量系數；

G——飽和水蒸氣重量流量；

P1——閥前壓力；

P2——閥后壓力；

Δt——過熱度（相同壓力下，過熱水蒸氣比飽和水蒸氣過熱的溫度。飽和水蒸氣t=0）。

2 調節閥口徑的選擇

在工程計算中，為了正確計算額定流量系數，即合理地選擇調節閥的口徑，首先必須合理確定調節閥的流量與壓差數值，同時還應對閥門的開度和可調比進行驗算，以保證所選調節閥既能滿足工藝上*大流量的需要，又有適應*小流量的調節。

表1 直線與對數特性

對調節閥的口徑進行選擇的步驟：

（1）確定*大流量，應考慮到工藝生產能力、對象負荷變化、擴大生產因素，一般選*大流量應當為工藝流量的1.25～2倍。

（2）確定閥上壓降。閥上壓降占系統總壓降的比例越大，管理系統阻力損失占系統總壓降比例越小，則閥的控制能力越大。若閥上壓降占系統總壓降比例太小，則調節質量就差。一般閥全開時，應大于0.3；在管路系統損失特別大時，閥上壓降占系統總壓降的比例也應大0.15。

假如無法事先知道閥全開時的壓降，在決定閥上壓降占系統總壓降的比例時，可采用假定值。方法如下：假定*大流量時，閥門開度為80%，則閥上壓降占系統總壓降的比例取0.5；假定工藝正常流量時，線性調節閥的開度為50%，對數調節閥的開度為60%，則閥上壓降占系統總壓降的比例取0.75。

有了*大流量與閥上壓降后，則可計算閥的額定流量系數。根據額定流量系數選擇閥門時，若按正常工藝流量或*大流量及對應的壓差計算的Kv值選閥門，則閥門經常處于全開狀態，缺少調節余地，因此筆者希望流量波動范圍內閥門開度為20%～90%，所以Kv值要擴大。一般原則是通過*大流量時，線性調節閥的Kv值要擴大1.24倍，對數調節閥要擴大2倍；通過工藝正常流量時線性調節閥應擴大1.9倍，對數調節閥應擴大3.9倍。

3 調節閥流量特性的選擇

在自動調節系統中，調節閥的流量特性將直接影響自動調節系統的調節質量和穩定，所以在使用時必須引起重視，應合理選擇，正確使用。

3.1 調節閥的可調比

可調比是指調節閥所能控制的*大流量與*小流量之比，用R表示。可調比的作用是在負荷變化較大的情況下，可根據可調比來復核調節閥能否滿足工藝流程的需要。

可調比的計算公式為

R=F_max/F_min        （10）

式中：

F_max——調節閥控制的*大流量；

F_min——調節閥控制的*小流量。

這里需要指出的是，F_min為調節閥可調量程的下限值，不是調節閥全關時的泄漏量，為*大流量的2%～4%；而閥的泄漏量為*大流量的0.1%～0.01%。

筆者期望的理想可調比是指調節閥上壓差恒定時的可調比，表征了調節閥的調節能力。從自動控制的角度看，可調比應越大越好，但由于受閥芯結構的限制，可調比一般取30～40。

3.2 流量特性

流量特性是指當調節閥前后壓差一定時，閥門的相對開度和相對流量之間的關系。

流量特性有直線特性、對數特性、快開特性等數種。快開特性的調節閥基本上是二位調節用，因此閥的流量特性選擇一般是指如何選擇直線特性和對數特性。

3.2.1 直線流量特性

直線流量特性是指調節閥的相對流量與相對位移成直線關系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數，用數學表達式表示：

    （11）

式中：Q——流量，m³/h；

Qmax——*大流量，m³/h；

R——可調比；

L——額定行程；

I——行程。

直線流量特性的特點是在閥的行程相同情況下，閥門在開度小時流量相對變化值大，靈敏度高，不易控制，甚至發生震蕩；而在大開度時，流量相對變化值小，調節緩慢，不夠及時。

3.2.2 對數流量特性

對數流量特性即閥門的相對行程的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關系。即流量變化的百分比是相等的，用數學表達式表示：

    （12）

對數流量特性的放大系數是隨行程增大而遞增的。閥門在小開度時，調節閥放大系數小，調節平穩緩慢；在大開度時，放大系數大，調節靈敏有效。因此，在同一位移時，直線閥通過的流量要比等百分比大，如圖2所示。

圖2 直線與對數（等百分比）特性比較

3.2.3 流量特性的選擇原則

流量特性的選擇應考慮用閥的放大系數的變化來補償調節對象放大系數的變化，使系統的放大系數保持不變，從而得到較好的調節質量，此外應考慮到工藝配管與系統的負荷波動情況。一般選擇方法為：

一般溫度、流量調節系統主要干擾為閥前壓力波動的壓力調節系統應適用對數特性調節閥。

液位調節系統及主要干擾為閥后壓力波動的壓力調節系統及泵的旁路調節系統應選用直線特性調節閥。

給定值變化為主要干擾，則特性選擇與上述相反，即a選擇直線特性調節閥；b選用對數特性調節閥。

若調節閥經常工作狀態為小開度時，宜選用對數特性調節閥；若調節系統很穩定，閥的工作區域較窄（即閥的位移變化很小），閥的特性對調節質量影響極微，可任意選用。

常用調節閥的特點及使用場合

常用的調節閥有不同的特點，使用場合也存在差異，見表2。

表2 常用調節閥特點及使用場合

結束語

根據不同的工藝要求，在選用調節閥時可以選配一些附件，如定位器、電磁閥、氣動繼電器、轉換器、過濾減壓閥等。在現代工業生產過程中，如何選擇適用的調節閥，對工藝指標參數的調節控制起著至關重要的作用，能夠優化生產工藝，從而大大提高生產效率。