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【班尼戈】調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系兩者之間的研究數(shù)據(jù)

調(diào)節(jié)閥有兩種基本的流量特性：

線性流量特性

等百分比流量特性 Ф=Ф0Rh （2）

式中：Ф 為對應(yīng)某開度是的流量系數(shù)；R 為可調(diào)比；h 為相對開度；Ф0 為 h=0 是的流量系數(shù)。

按照傳統(tǒng)的解釋，可調(diào)比 R 是指所能控制最大流量的比值，即

在設(shè)計調(diào)節(jié)閥時，需先設(shè)定一個 R 值，然后計算各開度下的流量系數(shù) Ф，以此作為設(shè)計閥芯曲線和套簡窗口的依據(jù)。國內(nèi)調(diào)節(jié)閥行業(yè)的兩次統(tǒng)一設(shè)計，都是在設(shè)定 R=30 前提下，計算出了各開度對應(yīng)的流量系數(shù)理論值（見表 1）。

從應(yīng)用角度，希望調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù) KD 大一些，而 KD 與可調(diào)節(jié)比 R 有關(guān)，

線性特性

等百分比特性

式中：L 為全行程開度。可以看出，增大 KD，應(yīng)提高 R 值，因此，制造廠都將可調(diào)比大于某一數(shù)值作為一項性能指標(biāo)予以標(biāo)明。但是調(diào)節(jié)閥 R 值越大，設(shè)計制造難度越大。對單、雙座調(diào)節(jié)閥，若 R 值過大，閥芯制造時會在 90%~100% 開度范圍內(nèi)產(chǎn)生根切現(xiàn)象；對套筒調(diào)節(jié)閥，若 R 值太大，在 90%~100% 開度范圍內(nèi)會因窗口尺寸過寬而無法制造。這些都限制了 R 值的提高。

制造廠是在 R=30 前提下設(shè)計制造出調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品，但對調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品實際 R 值是多大、它與 R=30 的偏差等問題，目前尚未引起人們的重視。由于，設(shè)計人員對 R 值的認(rèn)識僅局限在 Qmax 和 Qmin 的比上，而 Qmin 只是個理論上存在的數(shù)值，無法進(jìn)行測量，因此認(rèn)為實際可調(diào)比也是無法計算的。在目前見到的有關(guān)調(diào)節(jié)閥的資料中，尚未看到這方面的論述。國內(nèi)外調(diào)節(jié)閥的 標(biāo)準(zhǔn)中，也未提出對 R 值的測量、計算和考核辦法。這是由于對可調(diào)比概念的片面理解所造成的，現(xiàn)在有必要從可調(diào)比與流量系數(shù)的關(guān)系入手作進(jìn)一步探討與研究。

1、可比閥與流量特性曲線的關(guān)系

從流量系數(shù)的計算公式可以看出，R 值取決于，但它決定了任意一個相對行程時的流量系數(shù)值。因此，無論從調(diào)節(jié)閥的設(shè)計、制造和應(yīng)用角度講，這一點都具有很重要的實際意義。因為，任何調(diào)節(jié)閥都不可能使用在它的最小開度，也就是不會用其 Qmin 來工作，大量的使用場合是在某一開度（一般在全行程的 20%~80%）上對流量進(jìn)行控制。此時，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)大小決定了調(diào)節(jié)閥的工作開度，流量系數(shù)相對于行程的變化量決定了調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)，這些均與 R 值有關(guān)。因此，不能簡單地從 Qmax 和 Qmin 的比去理解 R 值，而應(yīng)當(dāng)把 R 值看作是整個流量特性曲線的一個特征參數(shù)。

分析式（1）、式（2）與式（3）、式（4）可以看出，R 值變化對線性流量特性影響不大，特別在 R＞1 時，Ф 與 KD 均與 R 值無關(guān)；對等百分比特性影響則較大，因此本文討論值對流量系數(shù)的影響僅限于等百分比特性。

當(dāng) R 值作為流量特性曲線的一個特征參數(shù)時，可以設(shè)想將全行程的流量特性曲線看成由幾個不同 R值決定的幾段流量特性曲線組合而成。在 0~80% 開度時，R 值取大一些，使調(diào)節(jié)閥在工作行程范圍內(nèi)有足夠的 R 值，也就是有足夠的放大倍數(shù)。在 80%~100% 開度范圍，R 值取小一些，使調(diào)節(jié)閥制造過程中，閥芯曲線和套筒開窗都容易實現(xiàn)。提高工作開度下的 R值，也可以作為在調(diào)節(jié)閥設(shè)計中探索提高流通能力的一個途徑。分段取不同的 R 值這一思想，已從 IEC534—2—4（草案）和國外一些調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)表中體現(xiàn)出來，這時可調(diào)比的含義已經(jīng)不再是 Qmax 和 Qmin 之比了，它應(yīng)當(dāng)作為流量特性曲線的一個特征參數(shù)被認(rèn)識、被研究。

2 R 值計算方法

調(diào)節(jié)閥實際可調(diào)比 R 值是可以計算出來的，根據(jù)公式（2）可推導(dǎo)出

lnФ=lnФ0+hlnR （6）

在 lnФ—h 坐標(biāo)系中，等百分比流量特性曲線是一直線，R 值實際上決定了該直線的斜率。實際測量一臺調(diào)節(jié)閥的流量特性，可以得到若干組（Ф，h）數(shù)據(jù)，由于制造和測量誤差，這些測量值在 lnФ—h 坐標(biāo)系中呈近似直線分布，并認(rèn)為這條近似直線就是這臺調(diào)節(jié)閥的實際流量特性曲線。要得到這樣一條直線，并使其最接近坐標(biāo)系中的這些點，建議用最小二乘法求解。

在測量一臺調(diào)節(jié)閥于不同開度時的流量系數(shù)時，可以得到相對行程和流量系數(shù)的 K 組數(shù)據(jù)，代入公式（6）得到方程組

式中：Ф0，R 為這臺調(diào)節(jié)閥的實際值，可從方程組（7）中用最小二乘法求其近似值：

一般情況下取 10 個開度進(jìn)行測量，即 hi 分別去 0.1，0.2，0.3，…，1.0。此時有 K=10，=5.5；=3.85，代入式（8）則有

將測量所得流量系數(shù) Фi 代入公式（9），即可解出該臺調(diào)節(jié)閥的實際可調(diào)比 R 值。若將表 1 中等百分比流量系數(shù)的理論值代入公式（9），即可反算出 R=30。按式（9）解出的是全行程的可調(diào)比，為了準(zhǔn)確了解調(diào)節(jié)閥在工作段的可調(diào)比，hi 可分別取 0.2，0.3，…，0.8，即 k=7，=3.5，=2.03，則有

代入 20%~80% 開度時的各流量系數(shù)，可以得到該段流量特性的 R 值。同樣，將表 1 中理論值數(shù)據(jù)代入式（10），也可反算出 R=30。由于式（9）、式（10）中 Ф 值都是以比值形式出現(xiàn)，無論用絕對流量系數(shù)或相對流量系數(shù)計算其結(jié)果都是相等的。因此，用來計算 R 值是很方便的。同樣，當(dāng)需要計算任意段流量特性曲線的 值時，都可以推出相應(yīng)的計算公式。

3 國內(nèi)外一些調(diào)節(jié)閥 R 值的比較

依據(jù)式（9）用國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計的雙座調(diào)節(jié)閥和聯(lián)合設(shè)計的套筒調(diào)節(jié)閥，以及 Fisher 公司的 ED 型套筒閥的流量系數(shù)計算相應(yīng)的 R 值，其結(jié)果見表 2~表 4。

從表中可以看出，盡管雙座調(diào)節(jié)閥和套筒調(diào)節(jié)閥在設(shè)計時預(yù)先設(shè)定 R=30，但實際生產(chǎn)的各種規(guī)格的調(diào)節(jié)閥其 R 值是不相同的。

比較表 2、表 3 這兩個系列調(diào)節(jié)閥的 R 值可以看出，雙座調(diào)節(jié)閥各種規(guī)格的 R 值偏差較大，套筒調(diào)節(jié)閥各種規(guī)格的 R 值偏差較小。這與兩種閥設(shè)計時對流量特性采用不同誤差判定標(biāo)準(zhǔn)相吻合，雙座調(diào)節(jié)閥以最大流量值的 10% 作為每個行程流量值的偏差范圍，而套筒閥采用國際 IEC 標(biāo)準(zhǔn)中的斜率法計算流量特性偏差的方法。顯然，后一種方法較前一種方法更能保證 R 值達(dá)到設(shè)計要求，這也說明了 IEC 標(biāo)準(zhǔn)斜率法的先進(jìn)性。

比較表 2、表 3、表 4 還可以看出，國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥的 R 值比國外調(diào)節(jié)閥小，國內(nèi)雙座閥=30.5、套簡閥=36.2；Fisher 公司 ED 型套簡閥=45.9。

再按式（10）計算國內(nèi)套簡閥和 Fisher 公司 ED 型套簡閥在工作行程段（h=0.2~0.8）時的 R 值，并與全行程時的 R 值相比較，結(jié)果見表 5 與表 6?？梢钥闯?，國產(chǎn)套簡閥工作行程段的 R 值和全行程 R 值接近，無顯著改變，=34.2，而 Fisher 公司套簡閥在工作行程段的 R 值明顯高于全行程的 R 值，=60.5。

提高工作行程段的 R 值，其優(yōu)越性在于它能更好地滿足自控系統(tǒng)的需要，還能提高 80% 開度時的流量系數(shù)值，從而使全開時閥的流通能力有較顯著的提高。通過對 R 值的分析比較，說明了國內(nèi)外調(diào)節(jié)閥在設(shè)計水平上存在一定的差距。

4、對 IEC 534—2—4（草案）的理解

IEC 534—2—4（草案）第 3.3 款對等百分比流量特性做了如下規(guī)定：

“在 h=0.2 和 h=0.8 之間，任意兩個相鄰流量系數(shù)發(fā)表值的對數(shù)之間的差值應(yīng)在 0.13 和 0.2 范圍內(nèi)”?！暗陀?h=0.2 這兩個值相應(yīng)為 0.13 和 0.25；高于 h=0.8，此值應(yīng)相應(yīng)為 0.03 和 0.2”。

這里作為流量特性偏差范圍的選取，應(yīng)當(dāng)看作是按 R 值的變化范圍決定的，試計算

R=20，0.1×logR=0.13
R=100，0.1×logR=0.20
R=300，0.1×logR=0.25
R=2，0.1×logR=0.03

也就是說，流量特性偏差實際上是分段限制 R 值的變化范圍，即

h=0.2~0.8，R=20~80；
h=0.8~1.0，R=2~100；
h=0~0.2，R=20~300；

IEC 的這一規(guī)定正是體現(xiàn)了將 R 值作為流量特性曲線的一個特征參數(shù)，并實現(xiàn)了在全行程范圍內(nèi)可以取不同 R 值這一設(shè)計思想。而國標(biāo) GB 4213—84《氣動調(diào)節(jié)閥通用技術(shù)條件》在這個問題上是和 IEC 標(biāo)準(zhǔn)存在一定差異的。深入討論 R 值及流量系數(shù)的關(guān)系，無論對設(shè)計、制造、應(yīng)用調(diào)節(jié)閥都有一定的意義，對加強調(diào)節(jié)閥的基礎(chǔ)理論研究，提高我國調(diào)節(jié)閥設(shè)計制造水平，都是十分必要的。

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