?? 1 前言

      調節(jié)閥是生產過程自動化系統(tǒng)中最常見的一種執(zhí)行器，一般的自動控制系統(tǒng)是由對象、檢測儀表、控制器、執(zhí)型器等所組成。調節(jié)閥直接與流體接觸，控制流體的壓力或流量。人們常把測量儀表稱之為生產過程自動化的“眼睛”；把控制器稱之為“大腦”；把執(zhí)行器稱之為“手腳”。自動控制系統(tǒng)一切先進的控制理論，巧秒的控制思想，復雜的控制策略都是通過執(zhí)行器對被控對象進行作用的。正確選取調節(jié)閥的結構型式、流量特性、流通能力；正確選取執(zhí)行機構的輸出力矩或推力與行程；對于自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、經濟合理性起著十分重要的作用。如果計算錯誤，選擇不當，將直接影響控制系統(tǒng)的性能，甚至無法實現(xiàn)自動控制。控制系統(tǒng)中因為調節(jié)閥選取不當，使得自動控制系統(tǒng)產生震蕩不能正常運行的事例很多很多。因此，在自動控制系統(tǒng)的設計過程中，調節(jié)閥的設計選型計算是必須認真考慮、將設計的重要環(huán)節(jié)。

      正確選取符合某一具體的控制系統(tǒng)要求的調節(jié)閥，必須掌握流體力學的基本理論。充分了解各種類型閥的結構型式及其特性，深入了解控制對象和控制系統(tǒng)組成的特征。選取調節(jié)閥的重點是閥徑選擇，而閥徑選擇在于流通能力的計算。流通能力計算公式已經比較成熟，而且可借助于計算機，然而各種參數(shù)的選取很有學問，最后的拍板定案更需要深思熟慮。

      2 調節(jié)閥的結構型式及其選擇

      常用的調節(jié)閥有座式閥和蝶閥兩類。隨著生產技術的發(fā)展，調節(jié)閥結構型式越來越多，以適應不同工藝流程，不同工藝介質的特殊要求。按照調節(jié)閥結構型式的不同，逐步發(fā)展產生了單座閥、雙座閥、角型閥、套筒閥（籠型閥）、三通分流閥、三通合流閥、隔膜閥、波紋管閥、O型球閥、V型球閥、偏心旋轉閥（凸輪繞曲閥）、普通蝶閥、多偏心蝶閥等等。

      如何選擇調節(jié)閥的結構型式？主要是根據(jù)工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量），介質性質（粘度、腐蝕性、毒性、雜質狀況），以及調節(jié)系統(tǒng)的要求（可調比、噪音、泄漏量）綜合考慮來確定。一般情況下，應首選普通單、雙座調節(jié)閥和套筒閥，因為此類閥結構簡單，閥芯形狀易于加工，比較經濟。如果此類閥不能滿足工藝的綜合要求，可根據(jù)具體的特殊要求選擇相應結構型式的調節(jié)閥。現(xiàn)將各種型式常用調節(jié)閥的特點及適用場合介紹如：

     （1）單座閥（VP，JP）：泄漏量?。~定K_v值的0.01%）允許壓差小，JP型閥并且有體積小、重量輕等特點，適用于一般流體，壓差小、要求泄漏量小的場合。

     （2）雙座閥（VN）：不平衡力小，允許壓差大，流量系數(shù)大，泄漏量大（額定K 值的0.1%），適用于要求流通能力大、壓差大，對泄漏量要求不嚴格的場合。

     （3）套簡閥（VM.JM）：穩(wěn)定性好、允許壓差大，容易更換、維修閥內部件，通用性強，更換套筒閥即可改變流通能力和流量特性，適用于壓差大要求工作平穩(wěn)、噪音低的場合。

     （4）角型閥（VS）：流路簡單，便于自潔和清洗，受高速流體沖蝕較小，適用于高粘度，含顆粒等物質及閃蒸、汽蝕的介質；特別適用于直角連接的場合。

     （5）偏心旋轉閥（VZ）：體積小，密封性好，泄漏量小，流通能力大，可調比寬R=100，允許壓差大，適用于要求調節(jié)范圍寬，流通能力大，穩(wěn)定性好的場合。

     （6）V型球閥（VV）：流通能力大、可調比寬R=200~300，流量特性近似等百分比，v型口與閥座有剪切作用，適應用于紙漿、污水和含纖維、顆粒物的介質的控制。

     （7）O型球閥（VO）：結構緊湊，重量輕，流通能力大，密封性好，泄漏量近似零，調節(jié)范圍寬R=100~200，流量特性為快開，適用于紙漿、污水和高粘度、含纖維、顆粒物的介質，要求嚴密切斷的場合。

     （8）隔膜閥（VT）：流路簡單，阻力小，采用耐腐蝕襯里和隔膜有很好的防腐性能，流量特性近似為快開，適用于常溫、低壓、高粘度、帶懸浮顆粒的介質。

     （9）蝶閥（VW）：結構簡單，體積小、重量輕，易于制成大口徑，流路暢通，有自潔作用，流量特性近似等百分比，適用于大口徑、大流量含懸浮顆粒的流體控制。

      3 調節(jié)閥的流量特性及其選擇

      調節(jié)閥流量特性分固有特性和工作特性兩種。固有特性又稱調節(jié)閥的結構特性，是由生產廠制造時決定的。調節(jié)閥在管路中工作，管路系統(tǒng)阻力分配情況隨流量變化，調節(jié)閥的前后差壓也發(fā)生變化，這樣就產生了調節(jié)閥的工作特性。

      3.1 結構特性

      調節(jié)閥是通過行程的變化，改變閥芯與閥座間的節(jié)流面積，來達到控制流量的目的。因此閥芯與閥座的節(jié)流面積跟著行程怎樣變化，對調節(jié)閥的工作特性能有很大影響。通常把閥門的相對節(jié)流面積與閥門的相對開度之間的關系稱為調節(jié)閥的結構特性。所謂閥門的相對開度是指調節(jié)閥某一開度行程與全開行程之比（角行程與直行程道理相同），用l=L/L_max來表示。所謂閥門的相對節(jié)流面積是指調節(jié)閥某一開度下的節(jié)流面積與全開時的節(jié)流面積之比，用f=F/F_max來表示。

      調節(jié)閥結構特性的數(shù)學表達式為：

      f=Φ（l）                  （3-1）

      上式的函數(shù)關系取決于閥芯及相關閥門組件的形狀和結構。不同的結構就形成了幾種典型的結構特性。

      3.1.1 直線結構特性

      閥門的相對節(jié)流面積與相對開度成直線關系。即：

      df/dl=c                     （3-2）

      式中：c為常數(shù)

      設邊界條件為：當L=0時，F(xiàn)=F_max ；L=L_max時，F(xiàn)=F_max：解上述微分方程，并帶入邊界條件得出數(shù)學表達式為：

                   （3-3）

      式中：R=F_max/F_min為調節(jié)閥節(jié)流面積的變化范圍。

      3.1.2 等百分比結構特性

      閥門的相對節(jié)面積隨行程的變化率與此點的節(jié)流成正比關系。即：

      df/dl=cf                       （3-4）

      解上述微分方程，并代入前述相同邊界條件，得出數(shù)學式為：

      f=R^（l-1）                     （3-5）

      式中：R=F_max/F_min

      3.1.3 快開結構特性

      閥門的節(jié)流面積隨行程變化，很快達到最大（飽和），此閥適用于迅速開閉。

      3.1.4 拋物線結構特性

      閥門的相對節(jié)流面積與相對開度成拋物線關系。即：

                              （3-6）

      解上述微分方程，并代入前述相同的邊界條件，得出數(shù)學式為：

                  （3-7）

      式中：R=F_max/F_min

      3.2 工作流量特性

      調節(jié)閥的流量特性是指介質流過閥門的相對流量與閥門的相對開度之間的關系相對流量用q=Q/Q_max來表示。

      調節(jié)閥的流量特性的數(shù)學表示式為：

      q=Φ（l）                                    （3-8）

      一般說來，改變調節(jié)閥的節(jié)流面積，便可控制流量；但實際上由于各種因素的影響，如節(jié)流面積變化的同時，還發(fā)生閥前后壓差的變化，而壓差ΔPv的變化引起流量的變化。為了分析問題方便，先假定閥前后壓差是固定的。

      3.2.1 理想流量特性

      在調節(jié)閥前后壓差一定的情況下（ΔP_v=常數(shù)）得到的流量特性，稱為理想流量特性。假設調節(jié)閥各開度下的流通能力與節(jié)流面積成線性關系，即：

      C_i=Cf                                   （3-9）

      式中：C：閥全開時的流通能力
               C_i：閥在某一開度下的流通能力
               f：相對節(jié)流面積

      由流體力學得知，伯努利方程可以推導出調節(jié)閥流量方程為：

             （3-10）

      式中：F：調節(jié)閥節(jié)流面積
               ε：調節(jié)閥阻力系數(shù)，隨開度變化
               g：重力加速度
                r：流體重度
                P₁，P₂：調節(jié)閥前、閥后壓力

      調節(jié)閥的流量方程也可以簡化寫為：

                              （3-11）

      當f=1時，Q=Q_max則可得到：

                         （3-12）

      考慮到△P為常數(shù)，將式（3-11）和（3-12）相比即得：

      q=f                 （3-13）

      綜上可知，當閥門各開度下的流通能力C與節(jié)流面積F成線性關系時，即假定閥前后壓差固定，ΔP為常數(shù)時，調節(jié)閥的理想流量特性與調節(jié)閥的結構特性完全相同，這樣一來，調節(jié)閥的理想流量特性，也就有直線、等百分比、快開、拋物線等4種形式

      3.2.2 實際工作流量特性

      在調節(jié)閥前后壓差變化的情況下，得到的流量特性，稱為工作流量特性。在實際的工藝裝置中，調節(jié)閥安裝在工藝管道系統(tǒng)中，由于除調節(jié)閥以外的管道、裝置、設備等存在阻力，并且該阻力損失隨通過管道的流量成平方關系變化。因此，當系統(tǒng)兩端壓差ΔP一定時，調節(jié)閥上的壓差ΔP_v就會隨著流量的增加而減小，如圖1所示。這個壓差的變化也會引起通過調節(jié)閥的流量發(fā)生變化，因此這時調節(jié)閥的理想流量生就會產生畸變而成為工作特性。

     管道系統(tǒng)的總壓差△P_s是管道系統(tǒng)（除調節(jié)閥外的閥門、設備和管道）的壓差與調節(jié)閥前后壓差之和，即：

      ΔP_s=△P₂+∑ΔP₁              （3-14）

      圖1（b）中△P_vm 是最大流量時調節(jié)閥前后的壓差，∑△P_im是最大流量時管路系統(tǒng)的壓差，令：

                             （3-15）

      這就是工藝管道系統(tǒng)的阻損比S，也就是調節(jié)閥全開時，閥上的壓降△Pv與管路系統(tǒng)各局部阻力件之和∑P_im加閥上的壓降△P_v，兩者之間的比根據(jù)式（3-11），則調節(jié)閥通過的流量即：

                     （3-16）

      當調節(jié)閥開度達到100%時，即f=1時則有：

                 （3-17）

      如果工藝管道系統(tǒng)的阻力損失全部由調節(jié)閥決定，即管道設備阻力等于零時（ΔP_v=ΔP_s），此時的系統(tǒng)阻損比S=1，則調節(jié)閥前后壓差就是管道系統(tǒng)的總壓降△P_s。此時調節(jié)閥工作特性就成為理想特性，此時的最大流量為：

                              （3-18）

      如果將式（3-16）和（3-18）相比就可以得到Q作參此量的相對流量特性：

                                                （3-19）

      如果將式（3-16）和（3-17）相比就可以得到以Q₁₀₀作參比量的相對流量特性：

                                               （3-20）

      進一步推導，考慮管道系統(tǒng)的節(jié)流面積恒定不變其相對面積總是1，則其管道流量表達式如下：

                                               （3- 21）

      式中：Q：管道流量
               C_g：管道流通能力
               ∑ΔP_i：管道阻力
               γ：流體密度

      式（3-16）和（3-21）流量相等，并根據(jù)式（3-14）則推導出

                                       （3-22）

      當調節(jié)閥全開時f=1，于是調節(jié)閥最大開度時的前后差壓（實際是調節(jié)閥前后壓差的最小值）為：

      則：
      
                                     （3-23）

      將式（3-23）和（3-22）聯(lián)豆解方程組則有

                                       （3-24）

      將式（3-24）代入式（3.19）則得到
 
                              （3- 25）

      將上式中代入相應的結構特性，就可以得出Q_max作為參比值的工作特性如圖2。

      由于實際上S<1，因此工作特性中Q和Q₁₀₀都將相對減小。隨著調節(jié)閥開度的增加，管道系統(tǒng)的流量也隨之增加，則管道系統(tǒng)的壓降∑ΔP_i從最?。ń频扔诹悖┲鸩皆龃蟮健芇_im。這樣一來，隨著調節(jié)閥開度的增加，調節(jié)閥前后壓差ΔP_v將由于∑ΔP_i的增加而減少，參看圖1。因此實際上管道系統(tǒng)的最大流量Q₁₀₀必然小于理想情況（S=1）時的最大流量Q_max也就使得直線和等百分此兩種調節(jié)閥的特性曲線都隨S的減小而下垂，如圖2。

     將式（3-24）和△Pm=S?ΔPs代入式（3-20）則得到：

                              （3- 26）

      將上式中代入相應的結構特性，就可以得出Q₁₀₀作為參比值的工作特性，如圖3。

      對于一個流量調節(jié)閥的管道系統(tǒng)，阻損比S值（又稱壓降比）越大，則說明調節(jié)閥的壓降占整個系統(tǒng)比重越大，調節(jié)閥控流能力越大；如果S=1.0，則△P_v=△P_s是不變的，則調節(jié)閥工作特性就是理想特性。反之S值越小，則說明調節(jié)閥的壓降占整個系統(tǒng)的比重越小；也就是調節(jié)閥的控制能力越差，也就是當流量增加時，調節(jié)閥前后壓降逐步減少。因此調節(jié)閥的節(jié)流面積雖然增大了但由于ΔP_v減小，流量并沒有按理想特性增大，而使流量增大速率變緩。隨著S值的減小，即管道阻力增加，則帶來兩個不利的后果：一是調節(jié)閥的流量特性發(fā)生越來越大的畸變；直線特性漸漸趨于快開特性，等百分比特性漸漸趨于直線特性，這樣一來使小開度時放大系數(shù)增加、大開度時放大系數(shù)減小，造成小開度時控制不穩(wěn)定和大開度時控制遲鈍。因此在實際使用中，通常要求S值不低于0.3~0.5。二是調節(jié)閥的可調節(jié)閥的可調范圍隨之減小，實際可調比R'隨S減小而減?。?/span>

                  （3-27）

      式中：R：調節(jié)閥的固有可調比
               R‘：調節(jié)閥的實際可調比

      3.3 流量特性的選擇

      直線結構特性調節(jié)閥的特性曲線的斜率在全行程是一個定值以相對行程l 等于10%、50%、80%三點為例；當行程變化10%時，所引起節(jié)流面積變化總是10%，我們再看它的節(jié)流面積相對變化值分別為：

      由此可見，直線結構特性在變化相同行程情況下，閥門開度小時，節(jié)流面積相對變化值大；閥門開度大時，節(jié)流面積相對變化值小。這個特點，往住使直線結構特性閥門在小開度情況下的靈敏度過高而導致控制性能變壞。

      再看等百分比結構特性的調節(jié)閥，其特性曲線的斜率是隨行程的增大而遞增的。以同樣的相對行程等于10%、50%、80%三點為例，當行程變化成10%，（假設R=30）所引起的節(jié)流面積變化分別是1.91%、7.3%和20.4%；因此這種閥在接近關閉時工作得緩和平穩(wěn)，而在接進全開啟狀態(tài)時工作的靈敏有效。同樣再看它的節(jié)流面積相對變化率分4為：

      由此可見行程變化成10%，所I起節(jié)流面積變化的相對值總是40%，具有等比率特性、等百分比結構特性即由此得名。

      實際市場上調節(jié)閥，有直線、等百分比和快開三種基本特性。對于陜開特性，一般用于兩位式調節(jié)和開關控制。對于調節(jié)系統(tǒng)選擇調節(jié)閥特性，則指的是如何選擇直線和等百分比特性在設計選用中主要依據(jù)以下兩個原則。

      （1）從控制系統(tǒng)的控制品質出發(fā)，選擇閥的工作特性

      理想的控制回路，希望它的總放大系數(shù)在控制系統(tǒng)的整個操作范圍內保持不變，但在實際生產過程中控制對象的特性往往是非線性的，它的放大系數(shù)要隨其外部條件而變化。因此，適當選擇調節(jié)閥特性，以調節(jié)閥的放大系數(shù)變化來補償對象放大系數(shù)的變化，可將系統(tǒng)的總放大系數(shù)整定不變，從而保證控制質量在整個操作范圍內保持一定。若控制對象為線性時，調節(jié)閥可以采用直線工作特性。但許多的控制對象，其放大系數(shù)隨負荷加大而趨小，假如我們選用放大系數(shù)隨負荷加大而趨大的調節(jié)閥，正好補償。等百分比特性閥具有這種性能，因此它得到廣泛應用。

      （2）從配管情況出發(fā)，根據(jù)調節(jié)閥的希望工作特性選擇閥的結構特性。

      必須說明，按第一原則選出的是閥的工作流量特性。由于流量調節(jié)閥的管道系統(tǒng)各不相同，S值的大小直接引起閥的工作流量特性偏離其結構特性而發(fā)生畸變。因此，當我們根據(jù)已定的希望工作特性來選取調節(jié)閥的結構特性時，就必須考慮配管情況。S值大計時，調節(jié)閥的工作特性畸變?。环粗甋值小，調節(jié)閥的工作特性畸變大?？紤]配管情況可以參考表i進行選擇。

表1 閥的結構特性選擇

      選擇閥的結構特性與S值很有關系，S值大則工作特性畸變小，對控制有利。但是，S值大說明調節(jié)閥的壓力損失大，這樣不經濟。因此必須綜合考慮，工程設中普遍認為壓降比S為0.3~0.6是比較合適的。 

4 調節(jié)閥口徑計算和選擇

      4.1 選擇調節(jié)閥口徑的步驟

      在已知工藝生產流程，確定閥的控制對象和使用條件，按調節(jié)閥選型原則選定閥的種類型號和結構特性以后，就可以進行下一步選擇調節(jié)閥的口徑。調節(jié)閥口徑的選擇步驟如下：

      （1）根據(jù)工藝的生產能力設備負荷，確定計算調節(jié)閥流通能力的最大流量、常用流量、最小流量、計算壓差等參數(shù)。

      （2） 根據(jù)被控介質及其工作條件選用計算公式，確定流體介質密度、溫度、粘度等已知條件井換算到工作狀態(tài)下，然后代入公式計算出流通能力K_v。而后按閥的流通能力應大于計算流通能力的原則，查閱生產廠提供的資料，選取調節(jié)閥的口徑。

      （3）根據(jù)需要驗算開度或開度范圍、可調比R等。

      （4 ）計算結果若滿意，則調節(jié)閥口徑選定工作完畢。否則重新計算、驗算。

      調節(jié)閥的流通能力，是指調節(jié)閥上的壓頭損失一個單位時，流體通過閥門的能力。閥門的流通能力也稱流量系數(shù)K_v。如今國際規(guī)定：溫度為5℃至40℃的水，在105P△壓降下，1小時內流過調節(jié)閥的立方米數(shù)。

      關于流量系數(shù)即調節(jié)閥流通能力的計算，各類書刊介紹頗多.上海工業(yè)自動化儀表研究所編寫的《調節(jié)閥口徑計算指南》（以下簡稱《指南》）已有詳細的論述。《指南》是我國調節(jié)閥口徑計算的準標準，很有權威性，它將介質流體分為不可壓縮流體可壓縮流體和兩相流3種對象，根據(jù)不同介質選用不同的計算公式。《指南》給出了詳細的計算步驟，并提供了各種流體介質的計算實例，甚至實現(xiàn)了計算機程序化計算，本文不再贅述。選擇正確的計算公式，合理確定計算流量和計算差壓是很重要的，不然將導致調節(jié)閥口徑選擇不當。

      4.2 確定計算流量

      調節(jié)閥口徑計算的流量，應是系統(tǒng)工作的最大流量Q_max，也就是調節(jié)閥最大開度時的流量Q₁₀₀，該值是由工藝設計人根據(jù)設備的生產能力、物料平衡、控制對象的極限負荷變化，以及預測的可能擴大的生產能力與操作條件變化等因素，綜合考慮后確定的。

      通常，取正常操作流量的1.3~1.5倍作為計算的最大流量較為合適。過大，勢必使閥徑選擇過大，這將使得調節(jié)閥經常處于小開度工作狀態(tài)。可調節(jié)范圍顯著減小，動作頻繁，閥的調節(jié)特性變環(huán)，嚴重時則影響調節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和閥的壽命；過小則形成瓶徑，不能滿足生產上對流量的需要。

      設計中如果必須考慮富裕量時，閥徑可以選得稍大一點，但在近期時應使閥的開度不小于40%~60%。對分期建成的工程，不能用最終規(guī)模的流量作為計算流量。因此，在設計中應積極協(xié)助工藝合理確定計算流量，為正確計算，合理選定閥徑創(chuàng)造條件。據(jù)調查，設計中選定的閥徑，偏大的情況占多數(shù)，由此造成調節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至失靈的后果履見不鮮。設計者應該反復推敲，合理確定計算流量，這一點很重要。

      4.3 確定計算差壓

      進行調節(jié)閥口徑計算時要確定最大流量時閥前壓力P₁和閥后壓力P₂，這樣P₁- P₂=△P就是計算差壓?！鱌這個參數(shù)選定直接影響計算結果，工藝專業(yè)往往未經深思熟慮就給出P₁和P₂。當然，這也是一個較難確定的參數(shù)，在設計時應該積極配合工藝專業(yè)，合理確定計算差壓，閥前后壓差選定極大地影響調節(jié)閥的工作特性。調節(jié)閥的工作特性實際上取決于調節(jié)閥的壓降與管路系統(tǒng)總阻力損失的比，這個比值S越大，閥的特性就越接近F理想；但是S值過大時將會使閥上阻損過大，增加能量的損耗，因此，確定調節(jié)閥壓降是十分重要的。壓降△P_v的選定方法，根據(jù)不同的已知條件有多種，現(xiàn)介紹常用的幾種方法如下：

      （1）按管路系統(tǒng)的阻損比來確定△P_v

      所謂阻損比S，就是在調節(jié)閥全開時，閥上的壓降△P_v與管路系統(tǒng)各局部阻力件壓降之和∑△P₁加閥的壓降△P_v的總和的比S，其數(shù)學表達式：

                        （4-1）

      整理后，得計算差壓為：

                                     （4- 2）

      所謂鑄路系統(tǒng)的局部阻力件，即管段、彎頭、三通、手動閥門、節(jié)流裝置等等?！啤鱌₁一般由工藝專業(yè)提供，也可以按下式求得：

                                          （4-3）

      式中：ε為阻力系數(shù)，可查閱管道專業(yè)的阻力系數(shù)圖表；
               v為流速m/s；
               ρ為流體密度g/m³；
               △P₁為阻力損失kPa。

      s值的大小與調節(jié)閥的工作特性有密切關系，當S=1時系統(tǒng)總阻損幾乎全部集中到閥上，隨著S值的減小，不僅閥在全開時流量減少，而且流量特性也發(fā)生變化，可參考表1。因此，—般工程設計中，不希望S＜0.3，常用范圍S=0.3~0.7，最好在0.5左右。對于密閉容器有靜壓波動的場臺，考慮到系統(tǒng)背壓波動會直接影響閥上壓降的變化，使S進一步減小，如鍋爐給水自動調節(jié)系統(tǒng)，在計算壓降△P_v時，還直增加5%~10%的系統(tǒng)背壓，即：

                 （4-4）

      關于管路系統(tǒng)的選定，一般取調節(jié)閥前后最靠近闊的兩個定壓點之間的一段管路作為系統(tǒng)的管路。所謂定壓點，即該點壓力不隨流量變化而變化。例如，閥前的介質總管、車間總管、風機出口等，閥后的爐膛壓力、噴嘴前壓力等一般來說是不變的。

      （2）按定壓點的壓差選取閥的壓降

      在初步設計時，由于工藝管路尚未具體確定，這時局部阻力形式還不知道，按上述公式（4-2）、（4-3）計算是有困難的，但閥前后的定壓點一般是可以確定的。

      設P₁為閥前定壓點壓力，P₂為閥后定壓點的壓力，則：

      ∑△P_j+△P_v=P₁- P₂             （4-5）

      代入上述公式（5-1），得：

      △P_v=S（P_1-P₂）                （4-6）

      （3）如果已知原動機（風機，泵等）的特性和管道系統(tǒng)的阻力變化特性，如圖（4.1）。

      如上圖調節(jié)閥前后壓降可由F式求得：

      ΔP_v=P_Amin- P_Bmax            （4-7）

      式中：
      P_Amin為原動機在給定流量時的最小壓力；
      P_Bmax為管路系統(tǒng)在給定流量的最大壓力損失。

      （4）對f要求閥后保持恒壓的系統(tǒng)，如已知管路中可能的最小壓力P_1min和調節(jié)器的壓力整定范圍P_Tmin~P_Tmax則可取：
 
      ΔP_v=P_1min- P_Tmax            （4-8）

      （5）對于放空調節(jié)閥壓降的選取

      對于氣體管道中的放空調節(jié)閥，在正常情況下，放空是全閉的，閥前的壓力為P₁，它與管網(wǎng)的壓力一樣。閥后的壓力P₂是大氣壓。但閥全開后，閥后的壓力P2就與放散的流量有關。放散量隨閥后閥前的壓力比P₂/P₁的大小而變化。當P₂/P₁=1時，放散流量等于零，隨此比值的減小，流量增大。當達到某一所謂臨界壓力比時，流量將達到最大值，繼續(xù)減小壓力比時，流量將保持此最大值不再改變。放空調節(jié)閥多數(shù)用于保護性裝置，希望在短時間內達到最大的放空量。同時還要使所選的閥能起到調節(jié)作用，并且尺寸的大小還要符合經濟的原則。因此，在選取計算壓降△P_v時，根據(jù)臨界壓力比來確定是比較合理的。

      臨界壓力比對于不同的氣體有不同的值，對于空氣或雙原子氣體，臨界壓力（P₂/P₁）L=0.528 其它氣體的臨界壓力比，可以參考表2。

      表2 氣體的臨界壓力比值表

     根據(jù)臨界壓力比計算選取閥的壓降，可按下列公式計算：

                   （4-9）

      這時閥后的壓力P₂=P₁（P₂/P₁）L，用以克服放散管的阻力和氣流沖向大氣的動力。其裝置的原理如圖（4-2）。

      （6）對于現(xiàn)成的管路系統(tǒng)，如果需要設計安裝調節(jié)閥，在計算調節(jié)閥徑時，最好先測出最大負荷。手動球型閥前后的壓力P₁和P₂。計算壓降則如下式求得：

      △P_v=P₁- P₂ （4-10）

      以上是幾種常用的確定計算差壓的方法，當然對于不同的工藝對象還有其它的確定計算差壓的方法，請設計者參考有關書刊的經驗介紹，也可以參照上述情況舉一反三。

      當合理確定計算流量和計算差壓之后，則還要仔細查閱一些流體介質的物理性質圖表。選擇一些輔助參數(shù)。而后按步驟進行閥徑計算來確定調節(jié)閥的選型。

      5 結束語

      調節(jié)閥設計選型計算是技術性很強的工作，要想使調節(jié)閥設計選型的結果符合現(xiàn)場的實際需要，必須做許多深入細致的工作。特別強調的一點是，調節(jié)閥的設計選型不僅是自動化儀表專業(yè)的事，設計選型是否合理與工藝專業(yè)關系極大，因此設計選型時，要主動積極地取得工藝專業(yè)的配合，這樣才能有比較好的設計。作為自動化儀表專業(yè)在工程設計中需盡可能地了解工藝流程，掌握各種生產流程對控制系統(tǒng)調節(jié)閥的具體要求，要判斷其是否切實可行，要變被動設計為主動設計。通過科學的分析，合理選擇計算參數(shù)，而后精心設計計算，并驗算調節(jié)閥的選型。有時，還要進行力矩或推力的計算。當設計完成之后，在施工調試時要進行技術跟蹤，通過實踐來檢驗設計選型的結果是否合理。要密切與現(xiàn)場工人相結合，了解調節(jié)閥的運行情況，不斷總結經驗和教訓，提高我們的設計水平。

      參考文獻

      1 清華大學工業(yè)儀表及自動化教研室編制.過程控制系統(tǒng)講義
      2 上海工業(yè)自動化儀表研究所.奚文群，謝海維.調節(jié)閥口徑計算指南

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