引言

隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，調(diào)節(jié)閥作為工業(yè)過程控制的終端執(zhí)行器，已成為工業(yè)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵設(shè)備。調(diào)節(jié)閥的選擇是否合適，直接關(guān)系到工業(yè)控制的質(zhì)量，甚至關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，根據(jù)工藝條件選擇合適的調(diào)節(jié)閥。

1 介紹調(diào)節(jié)閥

調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。它包括三類：氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)執(zhí)行器。氣動(dòng)執(zhí)行器常用于化工生產(chǎn)，其他兩種執(zhí)行器僅在特殊要求下使用。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動(dòng)部分，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，即閥門本身。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直接接觸調(diào)節(jié)介質(zhì)，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，改變閥芯與閥座之間或阻流部件的循環(huán)面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)和控制介質(zhì)流量的目的。

1.1 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式的選擇

套筒閥一般適用于振動(dòng)大或噪聲大的場(chǎng)合。如果介質(zhì)中有粘度或小顆粒，則更適合選擇偏心旋轉(zhuǎn)閥。通常廣泛使用的閥門有直接單座閥、直接雙座閥、角閥、蝶閥、球閥、隔膜閥等。在選擇閥門的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，還應(yīng)考慮調(diào)整介質(zhì)的工藝條件和流體特性。

1.2 調(diào)節(jié)閥氣開/氣關(guān)的選擇和調(diào)節(jié)器正反作用的確定

必須從工藝生產(chǎn)需要和安全要求中考慮調(diào)節(jié)閥氣開/氣關(guān)的選擇。原則上，當(dāng)信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全，即當(dāng)調(diào)節(jié)閥失去信號(hào)壓力源時(shí)，閥門應(yīng)自動(dòng)進(jìn)入安全狀態(tài)。

在選擇調(diào)節(jié)閥的氣開或氣關(guān)形式后，必須根據(jù)閥門的形式確定調(diào)節(jié)器的正反作用，使調(diào)節(jié)閥和調(diào)節(jié)器形成負(fù)反饋控制系統(tǒng)。即對(duì)于氣開閥，如果控制參數(shù)大于給定參數(shù)，則調(diào)節(jié)器選擇反作用，如果控制參數(shù)大于給定參數(shù)，則調(diào)節(jié)器選擇正作用。

1.3 調(diào)節(jié)閥的流量特性

調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度與通過閥的相對(duì)流量之間的關(guān)系稱為閥的流量特性，即Q/Q_max=f（し/L）。

Q/Q_max相對(duì)流量-調(diào)節(jié)閥在一定開度下的流量Q全開度流量Qmax之比；

し/L相對(duì)開度-調(diào)節(jié)閥在一定開度下的行程し與全行程L之比。

從上表可以看出，閥門的相對(duì)流量Q/Qmax是調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度し/L函數(shù)。通過調(diào)節(jié)閥的流量不僅與閥門的開度有關(guān)，而且與閥門兩端的壓差有關(guān)。閥門前后壓差的流量特性是閥門的理想特性，閥門前后壓差

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理想特性完全取決于閥芯的形狀，典型的四種理想流量特性：

(1)直線流量特性

Q/Qmax=R^{[（し/L）-1]}（R=Qmax/Qmin可調(diào)比調(diào)節(jié)閥)

調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)量特性的閥芯時(shí)，調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)為常數(shù)。其特點(diǎn)是小開度流量變化較大，調(diào)整效果強(qiáng)，易振蕩；開度流量變化較小，調(diào)整效果較弱，調(diào)整速度較慢。

(2)等百分比流量特征(對(duì)數(shù)流量特征)

Q/Qmax=e^{[（し/L）-1]}lnR （R=Qmax/Qmin可調(diào)比調(diào)節(jié)閥)

調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)隨比流量特性的閥芯時(shí)，調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)隨流量的增加而增加，但流量的相對(duì)變化值相等。小開度放大倍數(shù)小，調(diào)整效果緩和穩(wěn)定；大開度放大倍數(shù)大，調(diào)整效果靈敏，常采用。

(3)拋物線流量特征

   （R=Qmax/Qmin可調(diào)比調(diào)節(jié)閥)

采用拋物線流量特性的閥芯時(shí)，小開度時(shí)調(diào)節(jié)性能好，其特性曲線介于直線和等百分比特性曲線之間。

(4)快開流量特性

快速打開的流量特性沒有一定的數(shù)學(xué)表達(dá)。當(dāng)使用具有快速打開流量特性的閥芯時(shí)，當(dāng)開口較小時(shí)，流量較大。隨著開口的增加，流量很快達(dá)到最大值，適用于快速打開和關(guān)閉的切斷閥或兩位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

選擇2 調(diào)節(jié)閥口徑

根據(jù)流體力學(xué)代入伯努力方程獲得不可壓縮流體：

根據(jù)連續(xù)方程Q=A∗V，可以聯(lián)解上述公式：

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調(diào)節(jié)閥的流量方程為：

V₁、V₂——節(jié)流前后流體速度；

V——是平均流速；

P₁、P₂——節(jié)流前后壓力100KPa；

A——節(jié)流面積，cm²；

Q——流量，cm³/s；

C——阻力系數(shù)；

r——重度，Kgf/cm³；

g——981重力加速cm/s²；

若上述公式采用工程單位，Q—m³/h；P₁、P₂—100KPa；r—gf/cm³，調(diào)節(jié)閥的流量方程可以化為：

于是Kv定義為：當(dāng)調(diào)節(jié)閥完全打開時(shí)，閥兩端的壓差ΔP為100KPa，流體重度r為1gf/cm³(常溫水)每小時(shí)通過調(diào)節(jié)閥的流量m³/h或t/h但是國外流量的數(shù)量是常用的。Cv表示：當(dāng)調(diào)節(jié)閥完全打開時(shí)，閥兩端的壓差ΔP為1磅/英寸²（0.07Kgf/cm²），介質(zhì)為600F（15.6℃）用加侖/分計(jì)清水時(shí)，每分鐘流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的美加侖數(shù)。Kv與Cv轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

根據(jù)計(jì)算的流量系數(shù)Kv或Cv然后在調(diào)節(jié)閥手冊(cè)中找到值Kv或Cv額定值，最后選擇合適的調(diào)節(jié)閥口徑。

3 結(jié)語

以上說明如何正確選擇調(diào)節(jié)閥，僅針對(duì)不可壓縮流體流相為湍流，對(duì)其他層流或可壓縮流體，如氣體或水蒸氣，有特殊的理論來推導(dǎo)其流體Kv或Cv調(diào)節(jié)閥的選擇與上述類似，請(qǐng)另行注意。