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調(diào)節(jié)閥線性流量曲線
上海申弘閥門(mén)有限公司
調(diào)節(jié)閥被廣泛的應(yīng)用于電站行業(yè)，尤其是在鍋爐系統(tǒng)中更為常見(jiàn)，例如：鍋爐主給水系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、減溫水系統(tǒng)等。并且調(diào)節(jié)閥性能的好壞直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，合理的設(shè)計(jì)及選取調(diào)節(jié)閥對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性有著十分重要的作用。隨著電站行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)調(diào)節(jié)閥的要求也越來(lái)越高，調(diào)節(jié)閥往往要在一個(gè)較大的流量范圍內(nèi)高度地調(diào)節(jié)或控制流體的流動(dòng)，并且能根據(jù)閥桿的規(guī)定運(yùn)動(dòng)方式預(yù)計(jì)流量。上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥,電動(dòng)球閥,氣動(dòng)球閥,電動(dòng)閘閥,氣動(dòng)閘閥,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。因此，流量調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)范圍及調(diào)節(jié)特性是設(shè)計(jì)及選取調(diào)節(jié)閥時(shí)所必須考慮的因素。調(diào)節(jié)閥有四種流量特性:等百分比、直線性、快開(kāi)性、拋物線性。線性流量調(diào)節(jié)是其中的一種，意思簡(jiǎn)單說(shuō)就是調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度變化和流量變化之間呈直線的比例關(guān)系，閥門(mén)開(kāi)度越大則流量變化越大，這種流量特性的調(diào)節(jié)閥在應(yīng)用中是相當(dāng)廣泛的!調(diào)節(jié)閥的流量特性，是在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與它的開(kāi)度之間關(guān)系。調(diào)節(jié)閥的流量特性有線性特性，等百分比特性、拋物線特性及快開(kāi)性四種。四種注量特性的意義如下：
（1）等百分比特性（對(duì)數(shù)）等百分比特性的相對(duì)行程和相對(duì)流量不成直線關(guān)系，在行程的每一點(diǎn)上單位行程變化所引起的流量的變化與此點(diǎn)的流量成正比，流量變化的百分比是相等的。所以它的優(yōu)點(diǎn)是流量小時(shí)，流量變化小，流量大時(shí)，則流量變化大，也就是在不同開(kāi)度上，具有相同的調(diào)節(jié)精度。
（2）線性特性（線性）線性特性的相對(duì)行程和相對(duì)流量成直線關(guān)系。單位行程的變化所引起的流量變化是不變的。流量大時(shí)，流量相對(duì)值變化小，流量小時(shí)，則流量相對(duì)值變化大。
（3）拋物線特性流量按行程的二方成比例變化，大體具有線性和等百分比特性的中間特性。
（4）快開(kāi)性多見(jiàn)于球閥，主要用于切斷工作。
從上述三種特性的分析可以看出，就其調(diào)節(jié)性能上講，以等百分比特性為*，其調(diào)節(jié)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)性能好。而拋物線特性又比線性特性的調(diào)節(jié)性能好，可根據(jù)使用場(chǎng)合的要求不同，挑選其中任何一種流量特性。1、 本閥應(yīng)存放在干燥的室內(nèi)，通路兩端必須堵塞。不準(zhǔn)堆置存放
2、 長(zhǎng)期存放的調(diào)節(jié)閥應(yīng)定期檢查，清除污垢，在各運(yùn)動(dòng)部分及加工面上應(yīng)涂以防銹油，防止生銹。
3、 本閥應(yīng)安裝在水平管道上，必修垂直安裝。閥桿向上。
4、 必修按圖示箭頭所指士介質(zhì)進(jìn)行安裝。
1 流量調(diào)節(jié)
流量即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)閥門(mén)的流體質(zhì)量或體積；調(diào)節(jié)的流量即按照某一規(guī)定的規(guī)律隨時(shí)間變化的流量，即使進(jìn)口端有適當(dāng)?shù)膲毫ψ兓?，也可以要求流量在有限的范圍?nèi)變化。例如：在鍋爐主給水及旁路系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)鍋爐的給水量，在鍋爐噴水減溫器的噴水管道上調(diào)節(jié)噴水量以達(dá)到調(diào)節(jié)鍋爐介質(zhì)溫度的目的。
為了在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)流量，①在設(shè)計(jì)或選型調(diào)節(jié)閥時(shí)，流量系數(shù)應(yīng)該留有一定的裕量，以便在流量發(fā)生波動(dòng)或比預(yù)期的流量大時(shí)，流量仍有可調(diào)性。一般具有直線調(diào)節(jié)特性的閥門(mén)推薦取計(jì)算流量系數(shù)的1.15～1.66倍，具有等百分比調(diào)節(jié)特性的閥門(mén)推薦取計(jì)算流量系數(shù)的1.22～2倍。②考慮調(diào)節(jié)閥必需的或規(guī)定的壓降值，系統(tǒng)壓降的分配需要根據(jù)具體情況而定。③選定閥門(mén)閥瓣的調(diào)節(jié)特性以滿(mǎn)足工況的需要。zui后應(yīng)該考慮流量范圍，閥門(mén)必須在整個(gè)流量范圍內(nèi)保持有效調(diào)節(jié)。
2 調(diào)節(jié)范圍
調(diào)節(jié)范圍是用來(lái)描述閥門(mén)在整個(gè)流量范圍保持必要調(diào)節(jié)的能力的一個(gè)參數(shù)，調(diào)節(jié)范圍的大小也可用可調(diào)比來(lái)表示，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比就是調(diào)節(jié)閥所能控制的zui大流量與zui小流量之比。若以R來(lái)表示，則R=Qmax/Qmin，zui小流量Qmin是指可調(diào)流量的下限值，它與泄漏量是不同的。
閥門(mén)的可調(diào)比取決于閥門(mén)類(lèi)別、閥門(mén)增益和閥門(mén)調(diào)節(jié)元件的特性。例如：?jiǎn)巫y、雙座閥、蝶閥、或球閥，zui小可調(diào)流量系數(shù)被認(rèn)為是，在此系數(shù)下，閥門(mén)的增益顯著地大于由閥瓣特性決定的值。因此，調(diào)節(jié)范圍取決于閥門(mén)的增益（增益即為流量的變化除以閥瓣升程的變化）。一般認(rèn)為具有良好調(diào)節(jié)作用的閥門(mén)可調(diào)比應(yīng)該大于50，但由于閥瓣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工方面的限制，zui小可調(diào)流量Qmin不能太小，因此，理想可調(diào)比一般均小于50。目前我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)是時(shí)取R=30。
選擇合適的調(diào)節(jié)閥，以便產(chǎn)生需要的調(diào)節(jié)范圍。首先，計(jì)算出工況所需要的調(diào)節(jié)范圍。其次，選取需要的閥門(mén)，查看閥瓣升程90%的流量系數(shù)與閥瓣升程10%的流量系數(shù)之比，是否等于或大于需要的調(diào)節(jié)范圍，如果小于所需要的調(diào)節(jié)范圍可重新選擇另外的閥門(mén)，需要的話(huà)也可選擇兩臺(tái)閥門(mén)并聯(lián)。
但是，在多數(shù)生產(chǎn)過(guò)程中，調(diào)節(jié)閥不是與管路串聯(lián)就是與旁路閥并聯(lián)，隨管路系統(tǒng)的阻力變化或旁路閥開(kāi)啟程度的不同，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，這時(shí)的可調(diào)比就成為實(shí)際可調(diào)比R’。
圖1 調(diào)節(jié)閥與管道串聯(lián)
圖2 調(diào)節(jié)閥與管道并聯(lián)
當(dāng)調(diào)節(jié)閥與管道串聯(lián)時(shí)如圖1，由于流量的增加，管道的阻力損失也增加。若系統(tǒng)的總壓差△PS不變，則分配到調(diào)節(jié)閥的壓差△P就相應(yīng)的減小，這就使調(diào)節(jié)閥所能通過(guò)的zui大流量減小，這時(shí)實(shí)際可調(diào)比，s=△P/△Ps。由此式可以看出，串聯(lián)管道時(shí)調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比會(huì)降低。當(dāng)調(diào)節(jié)閥與管道并聯(lián)時(shí)如圖2，實(shí)際可調(diào)比R’=Qmax/Q2，可以看出并聯(lián)實(shí)際可調(diào)比與調(diào)節(jié)閥固有的可調(diào)比無(wú)關(guān)，調(diào)節(jié)閥的zui小流量一般比旁路流量小得多，故其可調(diào)比實(shí)際是總管zui大流量與旁路流量的比值。由此得出，串聯(lián)或并聯(lián)管道都使實(shí)際可調(diào)比下降，所以在選擇調(diào)節(jié)閥和組成系統(tǒng)時(shí)不應(yīng)使S值太小，并且盡量避免打開(kāi)并聯(lián)管路的旁路閥，以保證調(diào)節(jié)閥有足夠的可調(diào)比。
3 流量特性
調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的流量與閥瓣升程值之間的關(guān)系。通常用流量與閥桿位置或升程的關(guān)系曲線表示。在實(shí)際工況中，由于多種因素的影響，通過(guò)閥門(mén)的流量可能隨壓降而變化。為了便于分析，我們先假定閥門(mén)的壓降不變，然后再引申到真實(shí)情況進(jìn)行分析，前者稱(chēng)為閥門(mén)固有流量特性，后者稱(chēng)為閥門(mén)工作流量特性。
3.1 固有流量特性
我們經(jīng)常用到的固有流量特性主要有直線、等百分比（對(duì)數(shù)）、拋物線及快開(kāi)特性。圖3為這4種流量特性的關(guān)系曲線圖，圖4為不同流量特性的閥瓣形狀。
圖3 理想的固有流量特性
| 開(kāi)度 | 總壓 | 總流量 | 1# | 2# | 3# | 4# | |||
| 0 | 0.5 | 324.29 | 0.3 | 0.3 | 94.9 | 0.3 | |||
| 5 | 0.54 | 410.7 | 121.5 | 119.3 | 178.8 | 80.9 | |||
| 10 | 0.55 | 416.96 | 125.01 | 121.4 | 180 | 85.2 | |||
| 15 | 0.56 | 469.23 | 148.1 | 138.6 | 187.8 | 110.5 | |||
| 20 | 0.57 | 519.97 | 164.2 | 151.2 | 193.7 | 132.4 | |||
| 25 | 0.57 | 537.78 | 169.5 | 156 | 196.8 | 139.9 | |||
| 30 | 0.57 | 541.97 | 170.8 | 157 | 197.6 | 141.8 | |||
| 35 | 0.57 | 535.16 | 168.7 | 155.2 | 196.7 | 139.3 | |||
| 40 | 0.57 | 546.57 | 170.6 | 156.9 | 197.8 | 140.9 | |||
| 45 | 0.59 | 613.12 | 188.6 | 170.7 | 212.8 | 164.7 | |||
| 50 | 0.62 | 736.39 | 231.3 | 189.9 | 236.2 | 193.6 | |||
| 55 | 0.64 | 817.31 | 257.4 | 208.8 | 256.9 | 214.5 | |||
| 60 | 0.67 | 817.31 | 257.4 | 241.8 | 257.4 | 253.7 | |||
| 65 | 0.71 | 817.31 | 257.4 | 257.4 | 257.4 | 257.4 | |||
| 257.4為流量計(jì)的滿(mǎn)量程 | |||||||||
圖4 不同流量特性的閥瓣形狀
直線流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與閥桿相對(duì)位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。具有此特性的閥門(mén)在開(kāi)度小時(shí)流量相對(duì)變化大，靈敏度高，不易控制，甚至發(fā)生振蕩；而在開(kāi)度大時(shí)，流量相對(duì)變化值小，調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時(shí)。
等百分比流量特性也稱(chēng)為對(duì)數(shù)流量特性，它是指閥桿單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。在小開(kāi)度時(shí)，調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和；在大開(kāi)度時(shí)，調(diào)節(jié)靈敏有效，從圖3可看出，等百分比特性在直線特性下方，因此，在同一位移時(shí)，直線閥通過(guò)的流量要比等百分比大。
拋物線流量特性是指閥桿單位位移的變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量值的平方根成正比關(guān)系，它介于直線特性與等百分比特性之間，相對(duì)來(lái)說(shuō)此特性應(yīng)用較少。
快開(kāi)特性在開(kāi)度較小時(shí)就有較大的流量，隨開(kāi)度的增大，流量很快達(dá)到zui大；此后再增加開(kāi)度，流量變化很小。它的閥瓣形式是平板型的，如圖4所示，它的有效位移一般為閥座直徑的1/4，當(dāng)位移在增大時(shí)，閥的流通面積不變，失去調(diào)節(jié)作用。
為特定功用選擇閥門(mén)的一個(gè)主要問(wèn)題是挑選適合于工況的特性。理論上，每一種情況都應(yīng)做透徹的分析，并相應(yīng)地挑選閥門(mén)調(diào)節(jié)元件。但是這樣既費(fèi)時(shí)、代價(jià)又高。對(duì)于無(wú)需精密調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按表1選擇。
表1 閥門(mén)特性的典型用途
3.2 工作流量特性
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，閥門(mén)的壓差總是變化的，這時(shí)流量特性稱(chēng)為工作流量特性，為了描述這一特性我們引進(jìn)了壓降比k（壓降比被定義為通過(guò)閥門(mén)的壓降除以總的系統(tǒng)動(dòng)壓降）。工作流量特性就是在恒定壓降比下，流量與閥桿升程之間的關(guān)系。圖5和圖6為直線特性和等百分比特性的工作流量特性，從圖可以看出當(dāng)K值越小時(shí)，工作流量特性與固有流量特性偏差越大，因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)把系統(tǒng)壓降盡可能大的部分分配給調(diào)節(jié)閥。
圖5 具有線性固有流量特性的工作流量特性
圖6 具有等百分比流量特性的工作流量特性
4 結(jié)束語(yǔ)
與常規(guī)閥門(mén)相比，調(diào)節(jié)閥的選型及設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。要使調(diào)節(jié)閥能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的目的，在設(shè)計(jì)及選型時(shí)不僅要考慮上述三方面的因素，工況對(duì)泄露量等級(jí)的要求、介質(zhì)對(duì)材料的腐蝕及汽蝕和閃蒸現(xiàn)象對(duì)材料的破壞等都是不可忽視的。與本文相關(guān)的論文有：礦山電動(dòng)插板閥
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