調(diào)節(jié)閥流量特性

                        上海申弘閥門(mén)有限公司

1 概述
在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是其常用的執(zhí)行器?？刂七^(guò)程是否平穩(wěn)取決于調(diào)節(jié)閥能否準(zhǔn)確動(dòng)作，使過(guò)程控制體現(xiàn)為物料能量和流量的變化。上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過(guò)濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)閥門(mén)、高壓閥門(mén)、中壓閥門(mén)、低壓閥門(mén)、水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。所以，要根據(jù)不同的需要選擇不同的調(diào)節(jié)閥。選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)閥是管路設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題，也是保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)安全和平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。
2 調(diào)節(jié)閥的組成
調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，接受調(diào)節(jié)器或計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)，用來(lái)改變被控介質(zhì)的流量，使被調(diào)參數(shù)維持在所要求的范圍內(nèi)，從而達(dá)到過(guò)程控制的自動(dòng)化。
2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照驅(qū)動(dòng)形式分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)3種。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，性能穩(wěn)定，價(jià)格低，維護(hù)方便，防火防爆等優(yōu)點(diǎn)，在許多控制系統(tǒng)中獲得了廣泛地應(yīng)用。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)雖然不利于防火防爆，但其驅(qū)動(dòng)電源方便可取，且信號(hào)傳輸速度快，便于遠(yuǎn)距離傳輸，體積小，動(dòng)作可靠，維修方便，價(jià)格便宜。液動(dòng)執(zhí)行器的推力大，調(diào)節(jié)精度高，動(dòng)作速度快，運(yùn)行平穩(wěn)，但由于設(shè)備體積大，工藝復(fù)雜，所以目前使用不多。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)不論是何種類型，其輸出力都是用于克服負(fù)荷的有效力（主要是指不平衡力和不平衡力矩、摩擦力、密封力及重力等有關(guān)力的作用）。因此，為了使調(diào)節(jié)閥正常工作，配用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)要能產(chǎn)生足夠的輸出力來(lái)克服各種阻力，保證高度密封和閥門(mén)的開(kāi)啟。對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力確定后。應(yīng)根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。例如，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)有防爆要求時(shí)，應(yīng)選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，且接線盒為防爆型。如果沒(méi)有防爆要求，則氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都可選用，但從節(jié)能方面考慮，應(yīng)盡量選用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)于要求調(diào)節(jié)精度高，動(dòng)作速度快和運(yùn)行平穩(wěn)的工況，應(yīng)選用液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
綜合各類執(zhí)行器的特點(diǎn)，自動(dòng)控制系統(tǒng)普遍采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小的 ZAZ 直行程類及 ZAJ 角行程類，3610L（R） 型電子式及SKD型多轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。各類執(zhí)行機(jī)構(gòu)盡管在結(jié)構(gòu)上不*相同，但基本結(jié)構(gòu)都包括放大器、可逆電機(jī)、減速裝置、推力機(jī)構(gòu)、機(jī)械限位組件、彈性聯(lián)軸器和位置反饋等部件（圖 1）。
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方框圖
圖1 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方框圖
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般需要與伺服放大器配套，接受調(diào)節(jié)器的信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)伺服放大器放大后轉(zhuǎn)換為三位繼電信號(hào)，控制可逆電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使閥開(kāi)啟或關(guān)閉。
2.2 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
調(diào)節(jié)閥門(mén)是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，它根據(jù)控制信號(hào)的要求而改變閥門(mén)開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)節(jié)流量，是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件。調(diào)節(jié)閥門(mén)主要由上下閥蓋、閥體、閥瓣、閥座、填料及壓板等部件組成。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，閥門(mén)主要的調(diào)節(jié)介質(zhì)為水和蒸汽等。在壓力比較低，使用情況單一的情況下，常用的調(diào)節(jié)閥有直通調(diào)節(jié)閥、三通調(diào)節(jié)閥和蝶閥等。
直通閥有直通單座閥和雙座閥之分。單座閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，關(guān)閉時(shí)泄漏量小，但由于閥座前后存在的壓差對(duì)閥瓣產(chǎn)生的不平衡力較大，所以適用于低壓差的場(chǎng)合，例如供水管或回水管中。雙座閥有兩個(gè)閥瓣閥座，在其關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)閥瓣的受力可部分抵消，閥瓣所受的不平衡力小，但是由于熱脹冷縮效應(yīng)，其同時(shí)關(guān)閉性較差，造價(jià)也較高，只適用于閥前后壓差較高但密閉要求不高的場(chǎng)合，例如供水或回水之間的壓差旁通閥。
三通閥有三個(gè)出入口與管道相連，總進(jìn)水量較恒定，適用于定水量系統(tǒng)中，并要求有固定的安裝方向，不宜反裝，不適于溫差較大場(chǎng)合。三通調(diào)節(jié)閥有合流閥與分流閥之分。合流閥是將來(lái)自兩個(gè)入口的流體混合至一個(gè)出口。分流閥則是將一個(gè)入口的流體分別由兩個(gè)口送出。
蝶閥結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，由閥體、蝶板軸及軸封等部分組成，其行程為 0°~90°。蝶閥有兩位式控制和比例控制 2 種方式。蝶閥的特點(diǎn)是阻力損失小，體積小，質(zhì)量輕，安裝方便，并且開(kāi)啟閥門(mén)和關(guān)閉閥門(mén)的允許壓差較大，但其調(diào)節(jié)性能和關(guān)閥密閉性能較差，通常用于壓差較大但調(diào)節(jié)性能要求不高的場(chǎng)所。除用作兩通閥外，還可以用兩個(gè)蝶閥組合，完成三通閥的功能。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，開(kāi)/關(guān)型電動(dòng)蝶閥常用于冷水和熱水系統(tǒng)中，作為水路的連通和關(guān)斷控制。閥門(mén)/調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)（CV值）與開(kāi)度是兩個(gè)不同的概念，CV值名稱起源于西方的工業(yè)流程控制領(lǐng)域?qū)τ陂y門(mén)流量系數(shù)的定義。在中國(guó)通常稱為：KV值，KV表示的是閥門(mén)的流通能力，其定義是：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，閥門(mén)前、后兩端的壓差ΔP為100KPa，流體重度r為1gf/cm3（即常溫水）時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，以m3/h或t/h計(jì)。
（例如一臺(tái)Kv=50的調(diào)節(jié)閥，則表示當(dāng)閥兩端壓差為100KPa時(shí)，每小時(shí)的水量為50m3/h。）
閥門(mén)開(kāi)度是指閥門(mén)在調(diào)節(jié)的時(shí)候，閥芯（或閥板）改變流道節(jié)流面積時(shí)閥芯（或閥板）運(yùn)動(dòng)的位置，通常用百分比表示，關(guān)閉狀態(tài)為0%，全開(kāi)為99%。
單位換算

Kv與Cv值的換算
國(guó)外，流量系數(shù)常以Cv表示，其定義的條件與國(guó)內(nèi)不同。Cv的定義為：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，閥兩端壓差ΔP為1磅/英寸²，介質(zhì)為60℉清水時(shí)每分鐘流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，以加侖/分計(jì)。由于Kv與Cv定義不同，試驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)值不同，它們之間的換算關(guān)系為：Cv=1.167Kv
試驗(yàn)系統(tǒng)

閥門(mén)的流量系數(shù)是衡量閥門(mén)流通能力的指標(biāo),流量系數(shù)值大,說(shuō)明閥門(mén)的流通能力大,流體流過(guò)閥門(mén)時(shí)的壓力損失小。在用試驗(yàn)進(jìn)行閥門(mén)流量系數(shù)的測(cè)試時(shí),由于測(cè)量裝置和方法的不同,會(huì)使試驗(yàn)結(jié)果相差很大。因此測(cè)定壓降差時(shí),應(yīng)考慮取壓點(diǎn)的位置、閥門(mén)前后的配管狀況、流體的雷諾數(shù)和可壓縮氣體的馬赫數(shù)等因素的影響。本文論述按JB/T 5296- 91進(jìn)行流量試驗(yàn)時(shí)要注意的事項(xiàng),并與BS EN1267 - 1999進(jìn)行比較,以實(shí)例說(shuō)明雷諾數(shù)對(duì)閥門(mén)流量試驗(yàn)結(jié)果的影響。由于國(guó)內(nèi)流量試驗(yàn)裝置的限制,只能進(jìn)行DN600以下閥門(mén)的流量試驗(yàn),更大口徑的閥門(mén)可以采用空氣進(jìn)行試驗(yàn),本文不討論。
流量試驗(yàn)系統(tǒng)(圖1)由流量計(jì)、溫度計(jì)、節(jié)流閥、試驗(yàn)閥和壓差測(cè)量裝置等組成。系統(tǒng)中上游節(jié)流閥用來(lái)控制試驗(yàn)段的入口壓力,其與下游節(jié)流閥一起用來(lái)控制取壓口之間的壓差,并使下游壓力保持穩(wěn)定,下游節(jié)流閥的公稱尺寸可大于試驗(yàn)閥門(mén)的公稱尺寸,以確保產(chǎn)生阻塞流時(shí),阻塞流是發(fā)生在試驗(yàn)閥內(nèi)。
3 性能
3.1 工作原理
根據(jù)流體力學(xué)可知，調(diào)節(jié)閥是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件。對(duì)不可壓縮流體，調(diào)節(jié)閥的流量可表示為：

調(diào)節(jié)閥流量公式
式中：Q–調(diào)節(jié)閥某一開(kāi)度的流量，mm3/s
P1–調(diào)節(jié)閥進(jìn)口壓力，MPa
P2–調(diào)節(jié)閥出口壓力，MPa
A–節(jié)流截面積，mm2
ξ–調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)
ρ–流體密度，kg/mm3
由式（1）可知，當(dāng) A 一定，ΔP=P1-P2 也恒定時(shí)，通過(guò)閥的流量 Q 隨阻力系數(shù) ξ 變化，即阻力系數(shù) ξ 愈大，流量愈小。而阻力系數(shù) ξ 則與閥的結(jié)構(gòu)和開(kāi)度有關(guān)。所以調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制閥門(mén)的開(kāi)或關(guān)，可改變閥的阻力系數(shù)，從而改變被調(diào)介質(zhì)的流量。
3.2 流量特性
調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被調(diào)介質(zhì)流過(guò)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系
式中：Qmax–調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)流量，mm3/s
L—-調(diào)節(jié)閥某一開(kāi)度的行程，mm
Lmax–調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)行程，mm
調(diào)節(jié)閥的流量特性包括理想流量特性和工作流量特性。理想流量特性是指在調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口壓差固定不變情況下的流量特性，有直線、等百分比、拋物線及快開(kāi) 4 種特性（表1）。
表1 調(diào)節(jié)閥 閥門(mén)流量系數(shù)
    流量系數(shù)的概念，對(duì)于閥門(mén)，流量系數(shù)的選擇與口徑的選擇是相對(duì)應(yīng)的，閥門(mén)流量系數(shù)為流量計(jì)算時(shí)使用之系數(shù),現(xiàn)在使用的符號(hào)很雜，其實(shí)美國(guó)、日本多用Cv這個(gè)符號(hào)和概念，歐洲多用Kvs這個(gè)符號(hào)和概念，英國(guó)用fp，單位應(yīng)該是Kv，Kv也是我國(guó)調(diào)節(jié)閥傳統(tǒng)用流量系數(shù)代號(hào)。在標(biāo)準(zhǔn)中，Kv值是這樣定義的：指壓力降為1Bar時(shí)流過(guò)調(diào)節(jié)閥的每小時(shí)立方米，流量系數(shù)的計(jì)算有如下的公式：
   式中：Q—大流量m3/h
G—比重（一般用1）
P1—進(jìn)口壓力bar
P2—出口壓力bar
△P=P1-P2 bar
    而且Cv與Kv的關(guān)系如下：
Cv=1.17Kv，實(shí)際上準(zhǔn)確點(diǎn)說(shuō)Cv=1.167Kv，而Kv和Kvs是相當(dāng)?shù)摹?br />    理論上講，在不同的空調(diào)回路中，ΔP值是不同的，是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的值，對(duì)Cv/Kv計(jì)算影響還是比較大的。當(dāng)閥門(mén)公斤級(jí)不變時(shí)，ΔP選擇的越大，相應(yīng)的口徑就卻小，對(duì)介質(zhì)的可控制能力就越大，但流通能力卻越小，口徑過(guò)小的閥門(mén)一方面達(dá)不到系統(tǒng)的容量要求，另一方面閥門(mén)將需要通過(guò)系統(tǒng)提供較大的壓差以維持足夠的流量，加重泵的負(fù)荷，閥門(mén)易受損害；閥門(mén)口徑過(guò)大會(huì)使控制性能變差，易使系統(tǒng)受沖擊和振蕩，而且投資也會(huì)增加。閥門(mén)過(guò)大過(guò)小都會(huì)帶來(lái)控制閥壽命縮短和維護(hù)不便的后果。
    所以我們選擇閥門(mén)壓力降時(shí)，盡可能選得大一些，而且壓力降的大小在系統(tǒng)運(yùn)行中能恒定，這樣也能保證閥門(mén)的流量特性恒定，能夠保證ＰＩ調(diào)節(jié)有好的效果，當(dāng)壓力降的大小占總供回水壓力降的比重越大時(shí)，壓力的波動(dòng)對(duì)于壓力降的大小影響越小時(shí)。但壓力降不能太大，要考慮到大允許壓力降和允許的泵壓等。因此，有經(jīng)驗(yàn)指出，一般應(yīng)該這樣來(lái)選擇：使閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的壓力降等于或接近供回水之間總壓力降的50%。一般供回水系統(tǒng)的壓差在 2-4Bar。這樣空調(diào)閥門(mén)上的壓力降一般選擇為1-2Bar。
    在有了壓力降后我們還要知道閥門(mén)的額定流量，有的時(shí)候設(shè)計(jì)院會(huì)直接給出，或者我們根據(jù)冷量計(jì)算出來(lái)
    冷量和流量之間可以根據(jù)如下公式計(jì)算：
    冷量或熱量的計(jì)算
    設(shè)備（或裝置）的冷量（或熱量）按如下公式計(jì)算：
Q=G×C×△t/3600
G=L×ρ
    式中：
Q----冷量或熱量，KW；
L----流體的體積流量，m3/h；
G----流體的質(zhì)量流量，T/h；
ρ---流體的容重，T/m3；
C----流體的比熱，J/Kg；
△t----進(jìn)出口流體溫差，℃。
水的比熱是4184 J/Kg.℃
    這樣我們計(jì)算出來(lái)的Cv/Kv值后就可以選擇閥門(mén)了，閥門(mén)的額定值比計(jì)算值稍大即可

4 種理想流量特性
流量特性    性質(zhì)    特點(diǎn)
直線    調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度呈直線關(guān)系，即單位相對(duì)行程變化引起的相對(duì)流量變化是一個(gè)常數(shù)    ① 小開(kāi)度時(shí)，流量變化大，而大開(kāi)度時(shí)流量變化小
② 小負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)性能過(guò)于靈敏而產(chǎn)生振蕩，大負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)遲緩而不及時(shí)
③ 適應(yīng)能力較差
等百分比    單位相對(duì)行程的變化引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比    ① 單位行程變化引起流量變化的百分率是相等的
② 在全行程范圍內(nèi)工作都較平穩(wěn)，尤其在大開(kāi)度時(shí)，放大倍數(shù)也大。工作更為靈敏有效
③ 應(yīng)用廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)
拋物線    特性介于直線特性和等百分比特性之間，使用上常以等百分比特性代之    ① 特性介于直線特性與等百分比特性之間
② 調(diào)節(jié)性能較理想但閥瓣加工較困難
快開(kāi)    在閥行程較小時(shí)，流量就有比較大的增加，很快達(dá)大    ① 在小開(kāi)度時(shí)流量已很大，隨著行程的增大，流量很快達(dá)到大
② 一般用于雙位調(diào)節(jié)和程序控制
在實(shí)際系統(tǒng)中，閥門(mén)兩側(cè)的壓力降并不是恒定的，使其發(fā)生變化的原因主要有兩個(gè)方面。一方面，由于泵的特性，當(dāng)系統(tǒng)流量減小時(shí)由泵產(chǎn)生的系統(tǒng)壓力增加。另一方面，當(dāng)流量減小時(shí)，盤(pán)管上的阻力也減小，導(dǎo)致較大的泵壓加于閥門(mén)。因此調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口的壓差通常是變化的，在這種情況下，調(diào)節(jié)閥相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系。稱為工作流量特性。具體可分為串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性和并聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性。
（1）串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性
調(diào)節(jié)閥與管道串聯(lián)時(shí)，因調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的變化會(huì)引起流量的變化，由流體力學(xué)理論可知，管道的阻力損失與流量成平方關(guān)系。調(diào)節(jié)閥一旦動(dòng)作，流量則改變，系統(tǒng)阻力也相應(yīng)改變，因此調(diào)節(jié)閥壓降也相應(yīng)變化。串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性與壓降分配比有關(guān)。閥上壓降越小，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)流量相應(yīng)減小，使理想的直線特性畸變?yōu)榭扉_(kāi)特性，理想的等百分比特性畸變?yōu)橹本€特性。在實(shí)際使用中，當(dāng)調(diào)節(jié)閥選得過(guò)大或生產(chǎn)處于非滿負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)閥則工作在小開(kāi)度，有時(shí)為了使調(diào)節(jié)閥有一定的開(kāi)度，而將閥門(mén)開(kāi)度調(diào)小以增加管道阻力，使流過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量降低，實(shí)際上就是使壓降分配比值下降，使流量特性畸變，惡化了調(diào)節(jié)質(zhì)量。
（2）并聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性
調(diào)節(jié)閥與管道并聯(lián)時(shí)，一般由閥支路和旁通管支路組成，調(diào)節(jié)閥安裝在閥支路管路上。調(diào)節(jié)閥在并聯(lián)管道上，在系統(tǒng)阻力一定時(shí)，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)流量與總管大流量之比隨著并聯(lián)管道的旁路閥逐步打開(kāi)而減少。此時(shí)，盡管調(diào)節(jié)閥本身的流量特性無(wú)變化，但系統(tǒng)的可調(diào)范圍大大縮小，調(diào)節(jié)閥在工作過(guò)程中所能控制的流量變化范圍也大大減小，甚至起不到調(diào)節(jié)作用。要使調(diào)節(jié)閥有較好的調(diào)節(jié)性能，一般認(rèn)為旁路流量多不超過(guò)總流量的 20%。
4 調(diào)節(jié)閥的選擇
4.1 流量特性選擇
流量特性的選擇方法有兩種，一種是通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算的分析法，另一種是在實(shí)際工程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)法。由于分析法既復(fù)雜又費(fèi)時(shí)，所以一般工程上都采用經(jīng)驗(yàn)法。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)該從調(diào)節(jié)質(zhì)量、工況條件、負(fù)荷及特性幾個(gè)方面考慮。
（1）根據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量
根據(jù)自動(dòng)控制原理中的特性補(bǔ)償原理，為了使系統(tǒng)保持良好的調(diào)節(jié)質(zhì)量，希望開(kāi)環(huán)總放大系數(shù)與各環(huán)節(jié)放大系數(shù)之積保持常數(shù)。這樣，適當(dāng)選擇閥的特性，以閥的放大系數(shù)變化來(lái)補(bǔ)償對(duì)象放大系數(shù)的變化，從而使系統(tǒng)的總放大系數(shù)保持不變。
（2）根據(jù)管道系統(tǒng)壓降變化情況
調(diào)節(jié)閥的壓降比 S 定義為該調(diào)節(jié)閥可控制的大流量所對(duì)應(yīng)閥門(mén)進(jìn)出口差壓 ΔP1m 和系統(tǒng)差壓 ΔP 之比：
調(diào)節(jié)閥的壓降比計(jì)算公式
調(diào)節(jié)閥流量特性與壓降比S有密切的關(guān)系（表2）。
表2 管道系統(tǒng)壓降選擇調(diào)節(jié)閥特性
管道系統(tǒng)壓降比 S    1~0.6    0.6~0.3    0.3~0
實(shí)際工作流量特性    直線 等百分比    直線 等百分比    調(diào)節(jié)不適宜
所選流量特性    直線 等百分比    等百分比 等百分比
（3）根據(jù)負(fù)荷變化
直線閥在小開(kāi)度時(shí)流量變化大，調(diào)節(jié)過(guò)于靈敏，易振蕩。在大開(kāi)度時(shí)，調(diào)節(jié)作用又顯得微弱，造成調(diào)節(jié)不及時(shí)，不靈敏。因此在壓降比S較小，負(fù)荷變化大的場(chǎng)合不宜采用直線閥。等百分比閥在接近關(guān)閉時(shí)工作緩和平穩(wěn)，而接近全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，放大系數(shù)大，工作靈敏有效，因此它適用于負(fù)荷變化幅度大的場(chǎng)合?？扉_(kāi)特性閥在行程較小時(shí)，流量就較大，隨著行程的增大，流量很快達(dá)到大，它一般用于雙位調(diào)節(jié)和程序控制的場(chǎng)合。
（4）根據(jù)調(diào)節(jié)對(duì)象的特性
一般有自平衡能力的調(diào)節(jié)對(duì)象都可選擇等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥，不具有自平衡能力的調(diào)節(jié)對(duì)象則選擇直線流量特性的調(diào)節(jié)閥。

4.2 口徑選擇
調(diào)節(jié)閥口徑是根據(jù)工藝要求的流通能力確定的，要根據(jù)提供的工藝條件計(jì)算出調(diào)節(jié)閥的流通能力，再依據(jù)其流通能力選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。流通能力是指當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，閥兩端壓差為 9.81×104Pa，流體的密度為 1g/cm3 時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量值，該值以 m3/h 或 kg/h 為單位。調(diào)節(jié)閥的流通能力是合理選擇閥門(mén)及閥門(mén)口徑的一個(gè)重要參數(shù)，通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)閥流通能力的計(jì)算，對(duì)比廠家提供的技術(shù)參數(shù)確定閥門(mén)口徑的大小。對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，水是流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的常見(jiàn)的介質(zhì)之一，所以以水為例介紹調(diào)節(jié)閥的流通能力 C：
調(diào)節(jié)閥的流通能力計(jì)算公式
實(shí)際工程中，閥門(mén)口徑是分級(jí)的，C 值通常也不是連續(xù)值（公式計(jì)算的 C 值是連續(xù)的）。不同廠商的同類型產(chǎn)品有不同的 C 值與口徑對(duì)應(yīng)表。在計(jì)算出期望的 C 值后，就可以查閱生產(chǎn)商的相應(yīng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)表來(lái)決定所需的閥門(mén)口徑。選取閥門(mén)口徑的原則應(yīng)盡可能接近或大于計(jì)算結(jié)果，不應(yīng)小于計(jì)算結(jié)果。
4.3 選用注意事項(xiàng)
（1）調(diào)節(jié)閥直接按照接管管徑選取是不合理的。閥門(mén)的調(diào)節(jié)品質(zhì)與接管流速或管徑?jīng)]有關(guān)系，閥門(mén)的調(diào)節(jié)品質(zhì)僅與水的阻力及流量有關(guān)。亦即一旦系統(tǒng)設(shè)備確定之后，理論上適合該系統(tǒng)的閥門(mén)只有一種理想的口徑，而不會(huì)出現(xiàn)多種選擇。
（2）調(diào)節(jié)閥口徑不能過(guò)小。選擇的閥門(mén)口徑過(guò)小，一方面會(huì)增加系統(tǒng)的阻力，甚至?xí)霈F(xiàn)閥門(mén)口徑 99% 開(kāi)啟時(shí)，系統(tǒng)仍無(wú)法達(dá)到設(shè)定的容量要求，導(dǎo)致嚴(yán)重后果。另一方面閥門(mén)將需要通過(guò)系統(tǒng)提供較大的壓差以維持足夠的流量，加重泵的負(fù)荷，閥門(mén)易受損害，對(duì)閥門(mén)的壽命影響很大。
（3）調(diào)節(jié)閥口徑不能過(guò)大。選擇的閥門(mén)口徑過(guò)大，不僅增加工程成本，而且還會(huì)引起閥門(mén)經(jīng)常運(yùn)行在低百分比范圍內(nèi)，引起調(diào)節(jié)精度降低，使控制性能變差，而且易使系統(tǒng)受沖擊和振蕩。
（4）為了保證系統(tǒng)控制品質(zhì)，的方法是在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)選擇能獲得較大壓力降的閥門(mén)口徑，使閥門(mén)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中壓力降的變化值盡可能小。閥門(mén)全開(kāi)狀態(tài)下的壓力降占全泵壓百分比越高，則閥門(mén)壓力降相對(duì)變化值越小，閥門(mén)的安裝特性就越接近其內(nèi)在特性。
（5）控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥應(yīng)盡可能工作于恒定的壓力降條件下，因?yàn)殚y門(mén)是否匹配盤(pán)管依賴于它的內(nèi)在特性和流量因子，而這些閥門(mén)參數(shù)取決于恒定的閥門(mén)壓力降。
5 結(jié)語(yǔ)
設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥時(shí)，要求對(duì)調(diào)節(jié)閥的組成、分類和特性有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，并在此基礎(chǔ)上掌握正確的選擇方法。而且，對(duì)于一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)配置調(diào)節(jié)閥時(shí)，還需要對(duì)整個(gè)管系環(huán)路進(jìn)行詳盡的分析，綜合考慮各種因素。只有這樣，才能正確地選擇調(diào)節(jié)閥，保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制質(zhì)量。與本文相關(guān)的論文有：五陽(yáng)煤礦應(yīng)用閥門(mén)案例