控制閥的理想流量特性

　　控制閥特性

　　可以使用各種類型的流動特性。本教程討論了水和蒸汽流量應用中使用的三種主要類型：快速打開，線性和等百分比流量；它們如何進行比較，以及如何（以及為什么）將它們與使用它們的應用程序進行匹配。

　　流動特性

　　所有控制閥都具有固有的流量特性，該特性定義了恒定壓力條件下“閥的開度”與流量之間的關系。請注意，此處的“閥門打開”是指閥塞相對于其緊靠閥座的關閉位置的相對位置。它不涉及節流孔通過區域。孔口通過面積有時被稱為“閥喉”，是閥塞和閥座之間的最窄點，流體可隨時通過該點。對于任何閥門，無論其特性如何，流量與孔口通過面積之間的關系始終成正比。

　　承受相同體積流量和壓差的任何尺寸或固有流量特性的閥都將具有完全相同的節流孔通過面積。但是，對于相同的通過面積，不同的閥門特性將給出不同的“閥門開口”。比較線性閥和等百分比閥，對于一定的壓降和流量，線性閥可能有25％的閥開度，而在完全相同的條件下，等百分比閥可能有65％的閥開度。孔口通過面積將相同。

　　閥塞和閥座裝置的物理形狀（有時稱為閥門“修邊”）會導致這些閥門之間的閥門開度不同。圖6.5.1對主軸操作的截止閥的典型閥內件形狀進行了比較。

　　在該模塊中，術語“閥升程”用于定義閥的開度，無論閥是截止閥（旋塞相對于閥座的上下運動）還是旋轉閥（旋塞相對于閥座的橫向運動）。座位）。

　　旋轉閥（例如，球閥和蝶閥）均具有基本的特性曲線，但是更改球閥或蝶閥塞的細節可能會對此進行修改。典型的截止閥和旋轉閥的固有流量特性在圖6.5.2中進行了比較。

　　截止閥可以裝有不同形狀的塞子，每個塞子都有其自身固有的流量/開啟特性。通常指定三種主要類型：

　　?快速打開。

　　?線性。

　　?相等百分比。

　　這些示例及其固有特性的示例如圖6.5.1和6.5.2所示。

快速開啟特性

　　快速打開的特性閥芯會在從關閉位置起較小的閥升程中產生較大的流量變化。例如，氣門升程為50％可能會導致節流孔通過面積，流量最高可達其最大電勢的90％。

　　使用這種類型的閥芯的閥有時被稱為具有“開/關”特性。

　　與線性和等百分比特性不同，標準中未定義快速打開曲線的確切形狀。因此，兩個閥，其中一個在50％升程時提供80％的流量，另一個90％升程時提供90％的流量，都可以視為具有快速打開特性。

　　快開閥往往是電動或氣動方式，用于“開/關”控制。

　　自作用式控制閥的閥塞形狀往往類似于圖6.5.1中的快開閥塞。閥芯位置響應控制系統中液體或蒸氣壓力的變化。相對于受控狀態的細微變化，這種類型的閥芯的運動可能非常小，因此，該閥具有固有的高可調節性。因此，閥芯能夠產生較小的流量變化，因此不應視為快速打開的控制閥。

　　線性特性

　　線性閥芯的形狀應使流量在恒定壓差下與閥升程（H）成正比。線性閥通過在氣門升程和節流孔通過面積之間具有線性關系來實現此目的（見圖6.5.3）。

　　例如，在氣門升程為40％時，節流孔尺寸為40％可使40％的全流量通過。

　　等百分比特性（或對數特性）

　　這些閥具有閥塞形狀，因此閥升程的每次增加都會使流量增加前一流量的一定百分比。氣門升程與節流孔尺寸（以及因此的流量）之間的關系不是線性的，而是對數的，并且用數學公式6.5.1表示：

示例6.5.1

　　通過具有相同百分比特性的控制閥的最大流量為10m3/ h。如果閥門的調節比為50：1，并承受恒定的壓差，則通過使用公式6.5.1，將有多少量的閥門分別以40％，50％和60％的升程通過？

　　通過這種類型的控制閥的體積流量的增加，每等量增加閥運動就以相等的百分比增加：

　　閥門開度為50％時，流量為1.414m3/ h，比閥門開度為40％時的0.956m3/ h流量增加48％。

　　當閥門開度為60％時，流量將達到2.091m3/ h，比閥門開度為50％時的流量1.414m3/ h增加48％。

　　可以看出，在氣門升程增加10％的情況下（壓差恒定），通過控制閥的流量增加了48％。對于等百分比的閥門，量程比為50的情況總是如此。有興趣的是，如果閥門的量程比為100，則當閥升程變化10％時，流量的增量增加為58％。

　　表6.5.1顯示了示例6.5.1中的等百分比氣門在量程為50且壓差恒定的情況下，流量變化如何在氣門升程范圍內變化。

　　有時還會使用其他一些固有的閥門特性，例如拋物線形，改進的線性或雙曲線形，但制造中最常見的類型是快速打開，線性和等百分比。

　　使閥門特性與安裝特性相匹配

　　每種應用都有獨特的安裝特性，可將流體流量與熱量需求聯系起來。閥上控制加熱流體流量的壓差也可能會變化：

　　在水系統中，泵的特性曲線意味著，隨著流量的減少，上游閥門的壓力會增加（請參見示例6.5.2和模塊6.3）。

　　在蒸汽溫度控制系統中，故意改變控制閥上的壓降以滿足所需的熱負荷。

　　為某個應用選擇的控制閥的特性應導致閥的開度與流量之間的直接關系，且應盡可能多地通過閥的行程。

　　本節將考慮用于控制水和蒸汽系統的閥門特性的各種選擇。通常，線性閥用于水系統，而蒸汽系統在使用相同百分比的閥時往往會更好地運行。

　　1.帶三通閥的水循環加熱系統

　　在恒定流量的水通過三通閥混合或分流到平衡回路的水系統中，閥上的壓力損失應盡可能穩定，以保持系統平衡。

　　結論

　　-這些應用中的最佳選擇通常是具有線性特性的閥門。因此，安裝特性和固有特性總是相似且線性的，并且控制環路中的增益將受到限制。

　　2.鍋爐水位控制系統–帶兩通閥的水系統雙

　　通閥

　　在這種類型的系統中（圖6.5.6中顯示了一個示例），其中兩通進水控制閥改變水的流量，控制閥上的壓降將隨流量而變化。這種變化是由于：

　　泵的特性。隨著流量的減少，泵和鍋爐之間的壓差增加（此現象在模塊6.3中進行了詳細討論）。

　　管道的摩擦阻力隨流量而變化。失去摩擦頭的速度與速度的平方成正比。（此現象在模塊6.3中有更詳細的討論）。

　　鍋爐內的壓力將根據蒸汽負荷，燃燒器控制系統的類型及其控制方式而變化。

例6.5.2在圖6.5.6中選擇給水閥并確定其尺寸

　　在一個簡化的示例中（假設鍋爐中的壓力恒定且管道中的摩擦損耗恒定），鍋爐每小時額定產生10噸蒸汽。表6.5.2列出了鍋爐給水泵的性能特性，以及在最大流量需求為10m3/ h或更低時，各種流量下通過給水閥的總壓差（ΔP）。

　　注意：閥ΔP是泵的排出壓力與10 bar g的恒定鍋爐壓力之間的差。請注意，隨著給水流量的增加，泵的排放壓力將下降。這意味著給水閥之前的水壓也會隨著流量的增加而下降，這將影響壓降和通過閥的流量之間的關系。

　　從表6.5.2可以確定，從空載到滿載，泵的排放壓力下降約26％，但給水閥上的壓差下降幅度更大，為72％。如果在選型時不考慮閥兩端的下降壓差，則閥可能尺寸過小。

　　如模塊6.2和6.3所述，閥容量通常以Kv表示。更具體地，Kvs涉及在完全打開時閥的通過面積，而Kvr涉及應用程序要求的閥的通過面積。

　　考慮Kvs為10的全開閥的通過面積是否為100％。如果閥門關閉，則通過面積為全開通過面積的60％，則Kvr也是10 = 6的60％。這與閥門固有的特性無關。在每個開口處流經閥門的流量將取決于當時的壓差。

　　使用表6.5.2中的數據，可以使用公式6.5.2得出每個增量流量和閥壓差所需的閥容量Kvr，該公式可從公式6.3.2中得出。表示安裝所需的實際閥門容量，如果將其繪制為所需的流量，則得出的圖表可以稱為“安裝曲線”。

在滿負載條件下，來自表6.5.2：

　　通過閥的所需流量= 10m3/ h

　　穿過閥的ΔP= 1.54 bar

　　來自公式6.5.2：

　　穿過閥的ΔP= 1.54 bar

　　來自公式6.5.2：bar

　　從表6.5.2中獲取閥流量和閥ΔP，可以從公式6.5.2確定每個增量的Kvr；這些都列在表6.5.3中。

繪制安裝曲線

　　對于此示例，8.06的Kvr滿足10 m3 / h的最大流量條件。

　　可以通過將流量與Kvr進行比較來構造安裝曲線，但是通常以百分比形式查看安裝曲線更為方便。這僅表示Kvr對Kvs的百分比，換句話說，就是實際通過區域相對于完全開放通過區域的百分比。

　　對于此示例：通過獲取任何負載下的Kvr與8.06的Kvs之比來構造安裝曲線。Kvs為8.06的閥門將是“尺寸合適的”閥門，并且將描述安裝曲線，如表6.5.4所示，圖6.5.7所示。對于本示例，該安裝曲線可以認為是大小合適的閥門的閥門容量。