一、理想可調比
調節閥前后壓差保持不變時的可調比,稱為理想可調比,其計算公式為R=Qmax/Qmin=Kvmax/Kvmin。可以看出,理想可調比等于Kvmax(最大流量系數)與Kvmin(最小流量系數)之比。它反映了調節閥調節能力的大小。如果單從自控角度考慮,希望可調比越大越好,但由于受到調節閥閥瓣結構設計和加工工藝的限制,Kvmin不能太小,一般國內設計取R=30或R=50,維遠的控制閥均為R=50。
二、流量特性
控制閥流量特性是流體通過控制閥的相對流量和相對行程(位移)之間的函數關系。
用數學的方式表示q=Q/Qmax=f(L/Lmax)=f(l),式中Q是行程在L時的流量,Qmax是閥門的最大流量; L是某開度時的行程,Lmax是最大流量時的行程;因此,Q/Qmax表示相對流量,無量綱,即調節閥在某一開度時流量Q與全開流量Qmax之比; L/Lmax為相對行程(位移),無量綱,即調節閥在某一開度時閥芯位移L與全開位移Lmax之比。
根據控制閥兩端的壓降,控制閥流量特性分為固有流量特性和工作流量特性。固有流量特性是控制閥兩端壓降恒定時的流量特性,亦稱為理想流量特性。工作流量特性是在工作狀況下(壓降變化)控制閥的流量特性??刂崎y出廠所提供的流量特性指固有流量特性。
控制閥的結構特性是閥芯的位移與流體通過的截面積之間的關系,它不考慮閥兩端的壓降,因此,只與閥芯的形狀、大小等幾何因子有關。但在實際工況中,由于多種因素的影響,通過閥門的流量可能隨壓降而變化。為了便于分析,設定閥門的壓降不變,然后再引申到真實情況進行分析,前者稱為閥門固有流量特性,后者稱為閥門工作流量特性。
固有流量特性是控制閥制造廠商在控制閥出廠時檢查的特性,有線性、等百分比(對數)、拋物線、雙曲線、快開、平方根等不同類型。常用的固有流量特性有線性、等百分比、快開等幾種。
1、線性流量特性:控制閥在不同的行程,如果行程變化量相同,則流量的相對變化量不同。
線性流量特性的控制閥在小開度時,流量小,但流量相對變化量大,靈敏度很高,行程稍有變化就會引起流量的較大變化,因此,在小開度時容易發生振蕩。在大開度時,流量大,但流量相對變化量小,靈敏度很低,行程要有較大變化才能夠使流量有所變化,因此,在大開度時控制呆滯,調節不及時,容易超調,使調節過程變慢。
2、等百分比流量特性:也稱為對數流量特性,因為控制閥相對流量的對數與相對行程成正比。等百分比流量特性的控制閥在不同開度下,相同的行程變化引起流量的相對變化是相等的,因此,稱為百分比流量特性。在全行程范圍內具有相同的控制精度。在小開度時,增益較小,因此,調節平緩,在大開度時,增益較大,能夠有效進行調節,使調節及時。
3、快開流量特性:這種流量特性的控制閥,在小開度時就有較大流量,再增大開度,流量變化已很小,因此稱為理想快開流量特性。通常有效調節的行程在1/4閥座直徑處。對于需要快速切斷或位置控制的場合,常選用快開流量特性。
三、流量特性的選擇原則
生產過程中常用的調節閥的理想流量特性有直線、等百分比和快開三種。拋物線流量特性介于直線與百分比之間,一般可用等百分比來代替,而快開特性主要用于二位調節及程序控制中。因此,調節閥的特性選擇實際上是指如何選擇直線和等百分比流量特性。調節閥流量特性的選擇可以通過理論計算,但使用的方法和方程都很復雜,而且由于干擾的不同,高階響應方程計算就更加繁雜。目前對調節閥流量特性的選擇多采用經驗準則。
1、若用于控制溫度,則選用等百分比特性;
2、若用于控制流量,當負荷變化時,采用等百分比特性;當設定值變化時,采用線性;
3、 若用于控制液位或壓力,當控制閥兩端▽Pv恒定時,選用線性,其他情況選用等百分比。
由此可見,實際工況中,應該絕大部分工況都需要選用等百分比控制閥。