2控制阀流量特性解析.docx

1、2控制阀流量特性解析控制阀流量特性解析性。使用单且应用较少，控制阀的流量特性是控制阀重要技术指标之一，流量 特性的偏差大小直接影响自动控制系统的稳定， 位希望所选用的控制阀具有标准的固有流量特性，而控制 阀生产企业要想制造出完全符合标准的固有流量特性控制 阀是非常困难的，因直线流量特性相对简单， 所以本文重点对等百分比流量特性进行讨论。控制阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与相 对行程之间的关系，数学表达式为 Q/Qmax = f（l/L）,式中:Q/Qmax相对流量。指控制阀在某一开度时的流 量Q与全开流量Qmax之比；l/L 相对行程。指控制阀在某一开度时的阀芯行 程l与全开行程L之比

2、生阀前、阀后压力的变化，而压差的变化又将性。一般来讲，改变控制阀的流通面积便可以控制流量。 但实际上由于多种因素的影响，在节流面积发生变化的同 时，还会产 引起流量的变化，为了便于分析，先假定阀前、阀后压差 不变，此时的流量特性称为理想流量特，理想流量特性主要有等百分比（也称对数）、直线两种 常用特性，理想等百分比流量特性定义为：相对行程的等 值增量产生相对流量系数的等百分比增加的流量特性，数 学表达式为Q/Qmax = Rl/L-1）。理想直线流量特性定义为：相对行程的等值增量产生 相对流量系数的等值增量的流量特性，数学表达式为 Q/Qmax=1/R1+( R-1) I/L式中F固有可调比，

3、定义为在规定偏差内的最大流 量系数与最小流量系数之比。常见的控制阀固有可调比有 30、50两种当可调比R=30和 R=50时，直线、等百分比的流量特 性在相对行程10%-100%寸各流量值见表一表一可调比相对行程%R170809010030等百分比4.68 (6.58 9251318.3 :25.73650.671.2 100502.96 -4.37 647 9.5；6 14.11 20.930.9 45.7 67.6 10()30直线1322.732.44251.7 (51.37180.690.3 1005011.8 :21.6 31.4 41.25160.870.6 80.4 90.2 1

4、00性。由上表可以看出，直线流量特性在小开度时，流量相对变 化大，调节作用强，容易产生超调，可引起震荡，在大开 度时调节作用弱，及时性差。而等百分比流量特性小开度 时流量小，流量变化也小，在大开度时流量大，流量变化 也大，调节作用灵敏有效。由于上述原因，在实际工况中 多数场合优选等百分比流量特，GB/T4213-2008气动调节阀标准 5.11.2条规定， 等百分比流量特性的斜率偏差：在相对行程h=0.10.9之 间，任意相邻流量系数测量值的十进对数（Ig ）差值应符 合表二规定。表可调比RIgKvn - IgKvn-1h=0.2 0.8h0.8斜率偏差 30%斜率偏差+80%-30%斜率偏差

5、30%-80%300.19 0.100.26 0.100.19 0.03500.22 0.120.30 0.120.22 0.0380%30% ?30%80% ?由表二可以看出当相对行程 h0.8不在遵守 斜率偏差必须在 30%围内，而是扩大到了当相对行程 h0.8时，斜率偏 差可达30%，这样在不影响自动控制系统调节功能的前提下， 为控制阀生产制造单位的设计制造提供了方便。天津精通控制仪表技术有限公司的前身是天津市自动 化仪表四厂，在1985年将原JB17901795-76气动薄膜 调节阀标准中的流量特性偏差“单、双座阀实际流量特性与理论流量特性之间偏差应不超过 10% （按1976年气动薄

6、膜调节阀标准执行时会出现当相对行程增加 10%时，相对流量不增加也定为合格产品的现象）改为流量特性严格按照斜率偏差 30%勺要求执行，历时两年多的阀芯修正也只能保证理想直线特性各点合格率为 98%理想等百分比特性各点合格率在 90%右。GB/T4213-2008气动调 节阀引用了 GB/T 17213工业过程控制阀部分内容，GB/T 17213工业过程控制阀又全部引用了 IEC60534工 业过程控制阀的内容，也就是说我们控制阀行业执行的 GB/T4213-2008气动调节阀就是在执行 IEC60534工 业过程控制阀的部分内容。控制阀生产企业凡真正具有流量试验室并进行流量试 验的单位都知道，

7、理想等百分比流量控制阀达到斜率偏差 30%是非常困难的，特别是当相对行程h0.8时， 几乎是不可能的，所以IEC60534工业过程控制阀对相 对行程h0.8进行了放宽偏差处理，当 相对行程h0.8 时允许相对流量适当减小。为了检测方便，GB/T4213-2008气动调节阀标准中 将原斜率偏差换算成了对数数值IgKvn - IgKvn-1，具体 数字转换见表三：表二相对行程%1708090100流量系数Kv2.964.376.469.5614.1220.930.945.767.610CigKv0.470.640.810.981.151.321.491.661.832标准IgKvn-IgKv n-

8、10.170.170.170.170.170.170.170.170.17斜率偏差+80%-30% 30%+30%-80%实际IgKvn-IgKv n-10.30 0.120.22 0.120.22 0.03美国艾默生过程管理公司的Fisher公司就充分利用 了 IEC60534工业过程控制阀标准中关于固有流量特性 的基本要求，也可以说IEC60534工业过程控制阀标准 是以Fisher公司产品为基型编制而成的。下面我们以 Fisher公司生产的DN100 ET型笼式阀为例，看一下 Fisher公司是如何利用IEC60534工业过程控制阀标准 的。实际流量系数具体数值见表四表四相对行程1708

9、090100理论流量系数Cv6.639.814.521.431.646.869.2102.4151.4 224实际流量系数Cv5.8511.618.330.249.779.7125171205224gKvn TgKv n-10.2930.20.220.220.200.200.130.080.04Fisher公司DN100 ET笼式阀等百分比流量系数与标准等百分比流量系数对比，见图相对流量我们根据Fisher产品选型软件上发布的相对行程与相对流量数值，计算ETEZ两大系列十多种控制阀的曲线，也基本遵守这个原则。所以各控制阀生产企业不要刻意追 求理想等百分比流量特性各点均符合斜率偏差 30%而应8

10、0%30% ?在不影响用户使用前提下，充分利用标准规定的相对行程 h0.8斜率偏差30%的要求，可使设计 和生产制造过程大大简化。目前，国内各大、中型项目的采购普遍采取招标的方式 进行。在招投标过程中技术分又占有绝对比重，各控制阀 生产厂经常遇到设计单位、使用单位与生产制造单位核对 控制阀开度情况，核对过程都是按照标准理想流量特性核 对的。由于各个控制阀生产制造企业所生产的控制阀的实 际流量特性曲线非常不一致，与理想流量特性相差甚远。 还以Fisher公司生产的DN100 ET型笼式阀为例，在相对 流量为100、125、150时，相对行程都有15注右的误差 （见图一）。因此核对控制阀开度即不科

11、学又无任何实质意 义。设计、使用单位要想得到实际控制阀开度，就要根据 控制阀生产企业实际流量特性曲线进行核对。控制阀的合理选用是一门综合性科学；需要控制阀设计 单位、使用单位和生产企业边学习、边实践以达到满意的 使用效果。蒸八、判别条件闪蒸及空P PtX V FkXtX FkXtX V FkXtX FkXt液体与非液化气体液体与蒸流量系数计算公式汇总表计算公式Kv 10QJ-pKv 10Ql2Pv Fl（P1 FfPv）Kv 5.19p1y V/ _g NZKv 2.9pKXt3.16yYxp1 sKv WS冷Wg WlKV 3.147Wg Wl/ 2 / 3Wg/ gy Wl/ l10符号及

12、单位QL-液体体积流量，rm/h，Qg -气体标准状态体积流量,W液体质量流量，w蒸汽质量流量,W气体质量流量,Pi-阀前绝对压力,Nrr/hkg/hkg/hkg/hkPaP2-阀后绝对压力， P-阀前后压差，pv-饱和蒸汽压，kPaP l-液体密度，g/cm3P g-气体密度（p 1、T1条件下）P N-气体标准状态密度，kg/Nm p 1-蒸汽阀前密度kg/m3 p e-两相流的有效密度P m-两相流的入口密度Z-压缩系数y-膨胀系数X-压差比 X=Xt-临界压差比kPakPakg/m3kg/m31歳 p/p 1KvWg Wl3.16FJ mP/1 Ff）Wg Wl/ M 3Wg S Wl

13、， l10Fl-压力恢复系数Fk-比热比系数 FK=k/1.4k-气体绝热指数（对空气k=1.4）Ff-临界压力比系数气液两相流流量系数的计算流量系数Kv是指温度为540C温度范围内的水在105Pa （1 bar ）压降下，在规定行程下每小时内流过阀的立方米数。现在也有很多厂家习惯使用 Cv值表示，流量系数Cv是指用40-100 F的水，保持阀门两端压差为1psi情况下，阀全开状态下每分钟通过阀的美加仑数。Cv与Kv的换算公式为：Cv=1.156 Kv 。在对控制阀进行选型时，最关键的是根据所给工况条件正确计算流量系数，根据计 算的流量系数合理选用阀门口径.介质为单纯液体、气体、蒸汽时都有正确的计算公式, 在这里就不再叙述了，计算时只要区分是否为阻塞流的情况，按照公式很容易计算。当介质为气液两相流时，各个控制阀制造厂家也有不同的计算方法，过去一般都采用分别 计算液体和气体（蒸汽）的Kv值，然后相加作为阀门总的流量系数值，这种分别计算 液体及气体的流量系数，然后相加的方法是基于两种流体单独流动的观点，没有考虑到 他们的相互影响。实际上，当气相大大多于液相时，液相成为雾状，具有近似于气相的 性质；当液相大大多于气相时，气相成为气泡夹杂在液相中间，这时具有液相性质，此 时用上述方法计算误差就很大