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，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)高度精確地調(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。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。

    1 流量調(diào)節(jié)

    流量即單位時(shí)間內(nèi)通過閥門的流體質(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選定閥門閥瓣的調(diào)節(jié)特性以滿足工況的需要。*后應(yīng)該考慮流量范圍，閥門必須在整個(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)范圍是用來描述閥門在整個(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)比來表示，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比就是調(diào)節(jié)閥所能控制的流量與*小流量之比。若以R來表示，則R=Qmax/Qmin，*小流量Qmin是指可調(diào)流量的下限值，它與泄漏量是不同的。

    閥門的可調(diào)比取決于閥門類別、閥門增益和閥門調(diào)節(jié)元件的特性。例如：?jiǎn)巫y、雙座閥、蝶閥、或球閥，*小可調(diào)流量系數(shù)被認(rèn)為是，在此系數(shù)下，閥門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，*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，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，需要的話也可選擇兩臺(tái)閥門并聯(lián)。

    但是，在多數(shù)生產(chǎn)過程中，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)閥所能通過的流量減小，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)比無關(guān)，調(diào)節(jié)閥的*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)流過閥門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，通過閥門的流量可能隨壓降而變化。為了便于分析，我們先假定閥門的壓降不變，然后再引申到真實(shí)情況進(jìn)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。

    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

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)。具有此特性的閥門在開度小時(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。在小開度時(shí)，調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和；在大開度時(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)來說此特性應(yīng)用較少。

    快開特性在開度較小時(shí)就有較大的流量，隨開度的增大，流量很快達(dá)到；此后再增加開度，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的一個(gè)主要問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)地挑選閥門調(diào)節(jié)元件。但是這樣既費(fèi)時(shí)、代價(jià)又高。對(duì)于無需精密調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按表1選擇。

表1 閥門特性的典型用途

    3.2 工作流量特性

    在實(shí)際生產(chǎn)過程中，閥門的壓差總是變化的，這時(shí)流量特性稱為工作流量特性，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閥門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

    與常規(guī)閥門相比，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。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動(dòng)化儀表有限公司