調(diào)節(jié)閥在流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)和控制流量的作用，它在流量系統(tǒng)中是消耗能量的元件。閥對(duì)流量的調(diào)節(jié)是依其局部阻力的變化來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)節(jié)閥的流量特性決定著調(diào)節(jié)品質(zhì)和特性。本文應(yīng)用流動(dòng)阻力計(jì)算的理論，在總結(jié)已有研究成果的基礎(chǔ)上，建立了一套較完整的調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)理論。

    1 調(diào)節(jié)閥固有閥阻力特性

    當(dāng)調(diào)節(jié)閥前后兩端的總壓差ΔH恒定時(shí)，過閥流量滿足^[1]：

    ΔH=S_vQ²    （1）

    式中S_v－－調(diào)節(jié)閥的阻力模數(shù)
    Q－－過閥流體的體積流量

    如以閥全開作為邊界條件，可得：

   或

    式中q－－無量綱流量
    h－－相對(duì)開度
    S_VM－－閥全開時(shí)的S_V
    ξ_VM－－閥全開時(shí)的ξ_V

    式（2）稱為調(diào)節(jié)閥固有流量關(guān)系式，式（3）、（4）稱為調(diào)節(jié)閥固有阻力關(guān)系式。

    2 調(diào)節(jié)閥安裝特性

    2.1 調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)方程式

    當(dāng)調(diào)節(jié)閥安裝在管路上，管路的沿程阻力應(yīng)用達(dá)西-威斯巴哈公式計(jì)算，管路兩端的總壓差ΔH應(yīng)滿足^[2]：

    ΔH=（S_V+S_H）Q²    （5）

    式中 S_H－－管道阻力模數(shù)

    應(yīng)用閥全開作為邊界條件，式（5）可表示（2）為^[3]：

    式中    D_V－－阻力模數(shù)比，D_V=S_V/S_H

    D_VM－－閥全開阻力模數(shù)比，D_VM=S_VM/S_H

    式（6）為調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)方程式。如在調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，管路內(nèi)的流體流動(dòng)處于紊流阻力平方區(qū)，則管阻模數(shù)S_H為常數(shù)。

    2.2 壓降比

    文獻(xiàn)[4]、[5]中定義壓降比（亦稱閥權(quán)度）P_V為調(diào)節(jié)閥全開時(shí)閥的壓降與系統(tǒng)總壓降之比，其定義式為：

    壓降比與閥全開阻力模數(shù)比的關(guān)系為：

    3 調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)特性

    3.1 流量調(diào)節(jié)強(qiáng)度

    為了衡量調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特性，定義閥的流量調(diào)節(jié)強(qiáng)度為：

    式中 F－－調(diào)節(jié)強(qiáng)度

    3.2 流量調(diào)節(jié)精度

    定義閥桿位置可識(shí)別的*小行程為閥的*小可識(shí)別行程Δl_min。與Δl_min相對(duì)應(yīng)的Δq_min就是閥在相應(yīng)的開度下可識(shí)別的*小流量改變值。定義調(diào)節(jié)閥在某一開度下的流量調(diào)節(jié)精度ε_q為：

    ε_q=Δq_min/q   （10）

    從流量調(diào)節(jié)角度來講，Δq_min和ε_q值越小越有利于流量調(diào)節(jié)。

    3.3 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)參數(shù)

    調(diào)節(jié)閥閥芯的運(yùn)動(dòng)方式影響其調(diào)節(jié)特性，增加閥桿行程的運(yùn)動(dòng)方式有利于流量調(diào)節(jié)。閥的*小可識(shí)別行程Δl_min越小，閥芯的定位性越好，流量調(diào)節(jié)精度就越高。定義閥調(diào)節(jié)系數(shù)Y為閥芯的總行程除以閥的*小可識(shí)別行程，即：

    Y=l/Δl_min    （11）

    閥芯的總行程和可識(shí)別行程構(gòu)成了調(diào)節(jié)閥總的可控制單元數(shù)，Y值越大，閥流量的調(diào)節(jié)特性和可控性就越好，流量調(diào)控精度就越高。由式（10）、（11）可得：

    由式（12）可見，當(dāng)Y值一定時(shí)，調(diào)節(jié)強(qiáng)度F越大，閥流量調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)，而流量調(diào)節(jié)精度越大，流量調(diào)節(jié)性能越差。

    由式（1）、（5）、（12）得調(diào)節(jié)閥安裝流量特性的流量調(diào)節(jié)精度為：

    式中 F_S－－安裝狀態(tài)的流量調(diào)節(jié)強(qiáng)度
         F₁－－固有狀態(tài)的流量調(diào)節(jié)強(qiáng)度

    3.4 調(diào)節(jié)閥開度分區(qū)

    根據(jù)調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特點(diǎn)，將調(diào)節(jié)閥的開度分為強(qiáng)調(diào)節(jié)區(qū)、有效行程區(qū)和無效行程區(qū)。有效行程區(qū)為調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)特性的研究區(qū)域，在該區(qū)，調(diào)節(jié)閥具有良好的流量調(diào)節(jié)特性。在強(qiáng)調(diào)節(jié)區(qū)，流量調(diào)節(jié)能力很大，流量的可控性差，不能滿足要求。無效行程區(qū)是閥結(jié)構(gòu)和裝配的需要，在該區(qū)域內(nèi)，閥開度的改變所引起的流量變化很小。

    定義有效行程區(qū)與強(qiáng)調(diào)節(jié)區(qū)的分界點(diǎn)為調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)界點(diǎn)，簡稱為界點(diǎn)。與界點(diǎn)相應(yīng)的流量是調(diào)節(jié)閥可調(diào)的*小流量。與界點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的相對(duì)開度用h₀表示。

    當(dāng)調(diào)節(jié)閥安裝在管路中，其流量特性、流量調(diào)節(jié)強(qiáng)度和流量調(diào)節(jié)精度等都隨管路的阻力特性而變化。式（13）描述了固有調(diào)節(jié)強(qiáng)度與安裝調(diào)節(jié)強(qiáng)度的關(guān)系，由該式可見，在同一開度下，安裝調(diào)節(jié)強(qiáng)度總是小于固有調(diào)節(jié)強(qiáng)度。如用某一調(diào)節(jié)精度值來定界點(diǎn)，則安裝狀態(tài)的界點(diǎn)開度值總是小于固有狀態(tài)的，稱調(diào)節(jié)閥這一特性為界點(diǎn)下移特性。在流量系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，閥的開度變化范圍要考慮界點(diǎn)下移這個(gè)特點(diǎn)。

    4 調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)特性評(píng)價(jià)

    評(píng)價(jià)調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)性能優(yōu)劣的基本標(biāo)準(zhǔn)是：具有較高的流量調(diào)節(jié)精度，閥芯定位準(zhǔn)確，即在有效行程區(qū)內(nèi)ε_q要��；流量調(diào)節(jié)范圍大；另外，還要求閥全開時(shí)的阻力要小。

    在評(píng)價(jià)調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)特性時(shí)，應(yīng)從下列三方面來綜合考慮：

    （1）管路阻力影響。S_H是管路阻力的特征值，S_H大則管路阻力占的比例大。由式（13）可以看出，S_H值大，ε_q則小，提高了流量調(diào)節(jié)性能。其突出問題是使調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)能力向小開度集中，使得小開度的流量調(diào)節(jié)能力變大，流量調(diào)節(jié)的可控性差。
    （2）閥的固有流量特性影響。調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有良好的固有流量特性。單從固有流量特性上來講，對(duì)數(shù)流量關(guān)系優(yōu)于其它流量關(guān)系，而這在實(shí)際工程中是難以實(shí)現(xiàn)的。
    （3）調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性影響。從結(jié)構(gòu)的角度來講，較大的Y值有利于提高調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)精度。閥的*小可識(shí)別行程Δl_min要小，閥芯的有效總行程l要大。閥芯的行程大，行程的分辨率高，都對(duì)調(diào)節(jié)有利。

    5 并聯(lián)管路特性分析

    并聯(lián)管路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。文獻(xiàn)[4]和[5]都對(duì)并聯(lián)管路的流量特性進(jìn)行了較系統(tǒng)的分析，得到了一系列關(guān)系式。在分析中，設(shè)管支路和閥支路的作用壓力差相等，當(dāng)閥開度變化時(shí)，該作用壓力差不變。

    對(duì)于上述并聯(lián)模型，應(yīng)用流體力學(xué)的阻力計(jì)算理論，可將其分解成兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，即閥支路系統(tǒng)和旁通管系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)：

    （1）管支路和閥支路是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。因?yàn)樵诜治鲋�，假設(shè)作用壓力差不變，當(dāng)在閥的開度變化時(shí)，旁通支路的作用壓力差不變，旁通支路的流量不變。
    （2）在分析和計(jì)算流量時(shí)，可將兩個(gè)支路分開來計(jì)算。當(dāng)閥開度變化時(shí)，旁通支路流量不變，只有閥支路的流量變化。閥支路的流量變化可應(yīng)用串聯(lián)系統(tǒng)的理論計(jì)算。

    對(duì)于傳統(tǒng)的并聯(lián)模型，可將管支路和閥支路分開考慮，分開計(jì)算。*后將計(jì)算結(jié)果合起來。如所建的并聯(lián)模型較復(fù)雜，就要應(yīng)用管網(wǎng)理論來分析計(jì)算。

    6 結(jié)論

    （1）調(diào)節(jié)閥固有流量關(guān)系用式（2）表示。安裝流量關(guān)系用式（8）表示。
    （2）流量調(diào)節(jié)強(qiáng)度是衡量調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)能力的重要參數(shù)。流量調(diào)節(jié)精度是衡量調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)分辨率的一個(gè)參數(shù)。
    （3）將調(diào)節(jié)閥開度分成強(qiáng)調(diào)節(jié)、有效行程和無效行程三個(gè)區(qū)。由調(diào)節(jié)閥的安裝特性可推得調(diào)節(jié)閥在安裝狀態(tài)下界點(diǎn)下移的特性。
    （4）從閥結(jié)構(gòu)特性、固有阻力特性和管路阻力特性三個(gè)方面綜合評(píng)價(jià)調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)特性。
    （5）對(duì)于常用的調(diào)節(jié)閥并聯(lián)模型，可分解成閥支路和旁通支路兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。這樣可簡化并聯(lián)系統(tǒng)的分析。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動(dòng)化儀表有限公司