控制阀的性能

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1、第6章控制硬件：电动/气动自动驱动装置控制阀的性能章节6.56.5控制阀的性能蒸汽和冷凝水系统手册6.5.1509第6章控制硬件：电动/气动自动驱动装置控制阀的性能章节6.5控制阀的性能流量特性所有的控制阀都有一个固有的流量特性，这个特性定义了在一定压力条件下“阀门开度”和流量之间的关系。请注意“阀门开度”在本文中是指阀芯与阀芯关到阀座上位置的相对位置，并不是指阀门的流通面积。阀门的流通面积通常是指“阀门喉口”的面积，在任何时候都是指流体流过阀芯和阀座之间最窄的点。对任何阀门，不管它是哪种特性，流量和流通面积之间的关系总成正比。任何口径、任何固有流量特性的阀门，在相同的体积流量和压差下具有完

2、全相同的流通面积。但是，不同流量特性的阀门在相同的流通面积下的“阀门开度”是不同。比较线性和等百分比阀门，在一定的压降和流量下，线性阀门的开度可能为25%，但等百分比阀门在完全相同的工况下的开度可能为65%。流通面积是相同的。阀芯的物理外形和阀座的布置，有时被称作阀“内件”，会导致这些阀门的开度的不同。图6.5.1所示的是直行程的球形阀的典型的内部件的形状。阀杆阀杆移动方向孔流通孔流通面积面积阀芯阀座流体流向快开线性等百分比图6.5.1阀芯的形状决定了阀门的特性在本节中，术语“阀行程”用来定义阀门的开度。而不管这个阀是球形阀（阀芯相对于阀座上下运动）还是旋转型阀门（阀芯相对于阀座横向运动）。

3、旋转型阀门（例如，球阀和蝶阀）都有一种基本的特性曲线，但是改变球阀或蝶阀的阀芯的具体形状会改变这种特性。典型的球形阀和旋转型阀门的固定流量特性如图6.5.2所示。球形阀的阀芯有各种不同的形状，每一种都有其自身的固有流量/开度特性。三种经常使用的主要形式是：快开线性等百分比图6.5.1和6.5.2所示的是这些阀门的形状和固有特性曲线。6.5.2蒸汽和冷凝水系统手册510第6章控制硬件：电动/气动自动驱动装置控制阀的性能章节6.5100%快开球形阀线性球形阀50%流量蝶阀球阀等百分比球形阀0%0%50%100%阀开度图6.5.2典型的球形阀和旋转型阀门的固有流量特性快开流量特性快开流量特性的阀芯

4、的特点是：在阀门关闭位置处，阀门开度的微小改变会引起很大的流量改变。例如，50%的阀门开度就达到90%的最大阀门流通面积和流量。具有这种形式阀芯的阀门通常被认为具有“开/关”流量特性。同线性和等百分比流量特性不同的是，快开曲线的确切形状没有在标准中定义。因此，两个阀门，一个在50%开度时的流量是80%，也是另一个在60%开度时的流量，这两个阀门都可以看成具有快开特性。快开阀门用电动或气动驱动，用作“开/关”控制。图6.5.1所示的自作用控制阀的阀芯形状同快开阀芯类似。控制系统中液体或气体压力的改变会引起阀芯位置的改变。这种形式的阀芯的运动相对于被控制系统微小改变显得相当小，因此阀门具有很高的

5、固有控制调节比。因此能产生微小的流量改变的阀芯不能认为是快开控制阀。线性流量特性线性特性的阀芯的形状特点：在一定的压差下流量直接同阀门的开度(H)成正比。阀门开度和流通面积之间的线性关系来实现线性阀特性（见图6.5.3）。108/h）364通过阀门的体积2流量（V）（m000.20.40.60.81.0阀行程（H）（0=关闭，1=全开）图6.5.3线性阀门的流量/开度曲线例如，阀门的开度是40%，40%的流通面积允许40%的流量通过。等百分比流量特性（对数流量特性）这些阀门的阀芯形状满足：阀门开度的增加引起的流量增加同前一点的流量的比值一定。阀门开度和流通面积（也就是流量）不是成线性，而是成

6、指数关系，其数学表达式如等式6.5.1所示。蒸汽和冷凝水系统手册6.5.3511第6章控制硬件：电动/气动自动驱动装置控制阀的性能章节6.5公式6.5.1式中：V=在开度H下通过阀门的体积流量；x=(lnτ)H；注：“ln”是一种数学功能称为“自然对数”；τ=阀门的控制调节比（最大和最小的可控制流量的比值，对球形阀来所通常为50）；H=阀门的开度(0=关，1=全开)；Vmax=通过阀门的最大体积流量。例6.5.1等百分比特性的控制阀通过的最大流量是10m3/h。如果阀门的调节比是50:1，压差相同，利用公式6.5.1计算，当阀门的开度分别为40%，50%和60%是通过的阀门的流量是多少？式中

7、：Vmax=通过阀门的最大体积流量=10m3/h；H=阀门开度(0全关至1全开)=0.4、0.5、0.6；τ=阀门的控制调节比=50。公式6.5.140%开度，H=0.450%开度，H=0.560%开度，H=0.6x=(Inτ)×Hx=(Inτ)×Hx=(Inτ)×Hx=(In50)×0.4x=(In50)×0.5x=(In50)×0.6x=3.912×0.4x=3.912×0.5x=3.912×0.6x=1