调节阀流量特性控制分析

     1 调节阀的流量特性

    *，调节阀是自动控制中直接与流体相接触的执行器。对热工对象来说，其控制流体（往往是水）的流量和压力，关系着生产过程、空气调节等自动化的技术目标的实现。正确选取调节阀的结构形式、流量特性和产品规格，对于自控系统的稳定性、经济合理性有十分重要的作用。

    常用的调节阀有座式和蝶阀两类。随着生产技术的发展，调节阀的结构型式越来越多，调节阀结构型式的选择主要是根据工艺参数（温度、压力、流量）、介质性质（粘度、腐蚀性、毒性、杂质状况）以及调节系统的要求（可调节比、噪音、泄漏量）综合考虑来确定。一般情况下，应普通单、双座阀和套筒阀。因为此类调节阀结构简单，阀芯形状易于加工，比较经济；或根据具体的特殊要求选择相应结构形式的调节阀。结构型式确定以后，调节阀的具体规格关系到阀的流量特性是否与系统特性相匹配，关系到系统是否稳定性高、经济性好。调节阀的流量特性，是指流体流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系。易推知，相对流量与相对开度成正相关，即阀门通道越小，相对开度越小，相对流量越小；阀门通道越大，相对开度越大，相对流量越大。阀门通道为零时，这时流量为零，即阀门关闭。由流体力学可知，通过阀门的流量与阀门前后的压差成正相关的关系，即：

    式中：Q指通过阀门的流量；ΔP是指阀门前后形成的压差；K是指系数。

    压差往往是由阀门开度（阀芯的位移L）所形成的流体通道决定，开度越小，相对开度越小，阀门前后压差越大；开度越大，相对开度越大，阀门前后的压差越小。可以说，通过调节阀的流量大小不仅与阀的开度有关，而且和阀前后的压差有关。工作中的调节阀，当阀的开度改变时，不仅流量发生了变化，阀前后压差也发生了变化。为了便于讨论，先假定阀前后压差一定，即先讨论理想流量特性，然后再考虑调节阀在管路中的实际情况，即讨论工作流量特性。

    2 理想流量特性

    理想流量特性是在阀前后压差固定的情况下得到的流量特性，它决定于阀芯的形状，因此也称之为结构特性。在理想情况下，流量仅随阀门开度变化而变化，从控制的角度看，观察调节阀的控制指标，研究流量特性，是一种常用的方法。在常用的调节阀中，有四种典型的理想流量特性，如图1^[1]所示。

    2.1 直线特性

    调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，如图1中（1）曲线所示。曲线斜率不变，即它的放大系数不变。以相对行程等于10%、50%、80%三点为例，当行程变化10%时，所引起相对流量变化10%，而它的相对变化值（即灵敏度）分别为*、20%、12.5%。

    可以推知，在变化相同行程情况下，阀门相对开度较小时，相对流量变化值大，灵敏度高；相对开度较大时，相对流量变化值小，灵敏度低。这往往使直线特性阀门控制性能变坏：在小开度时，放大系数相对来说很大，调节过程往往产生振荡；在大开度时，放大系数相对来说不大，灵敏度低，容易使阀门动作迟缓，调节时间延长。