调节阀流量系数与可调比关系

 调节阀有两种基本的流量特性：

线性流量特性

等百分比流量特性Ф=Ф0Rh （2）

式中：Ф为对应某开度是的流量系数；R为可调比；h为相对开度；Ф0为h=0是的流量系数。

按照传统的解释，可调比 R 是指所能控制最大流量的比值，即

在设计调节阀时，需先设定一个R值，然后计算各开度下的流量系数Ф，以此作为设计阀芯曲线和套简窗口的依据。国内调节阀行业的两次统一设计，都是在设定R=30前提下，计算出了各开度对应的流量系数理论值（见表 1）。

从应用角度，希望调节阀的放大倍数 KD 大一些，而 KD 与可调节比 R 有关，

线性特性

等百分比特性

式中：L为全行程开度。可以看出，增大KD，应提高R值，因此，制造厂都将可调比大于某一数值作为一项性能指标予以标明。但是调节阀R值越大，设计制造难度越大。对单、双座调节阀，若R值过大，阀芯制造时会在90%~100%开度范围内产生根切现象；对套筒调节阀，若R值太大，在90%~100%开度范围内会因窗口尺寸过宽而无法制造。这些都限制了R值的提高。

制造厂是在R=30前提下设计制造出调节阀产品，但对调节阀产品实际R值是多大、它与R=30的偏差等问题，目前尚未引起人们的重视。由于，设计人员对R值的认识仅局限在Qmax和Qmin的比上，而Qmin只是个理论上存在的数值，无法进行测量，因此认为实际可调比也是无法计算的。在目前见到的有关调节阀的资料中，尚未看到这方面的论述。国内外调节阀的 标准中，也未提出对R值的测量、计算和考核办法。这是由于对可调比概念的片面理解所造成的，现在有必要从可调比与流量系数的关系入手作进一步探讨与研究。

1、可比阀与流量特性曲线的关系

从流量系数的计算公式可以看出，R值取决于，但它决定了任意一个相对行程时的流量系数值。因此，无论从调节阀的设计、制造和应用角度讲，这一点都具有很重要的实际意义。因为，任何调节阀都不可能使用在它的最小开度，也就是不会用其Qmin来工作，大量的使用场合是在某一开度（一般在全行程的20%~80%）上对流量进行控制。此时，调节阀的流量系数大小决定了调节阀的工作开度，流量系数相对于行程的变化量决定了调节阀的放大倍数，这些均与R值有关。因此，不能简单地从Qmax和Qmin的比去理解R值，而应当把R值看作是整个流量特性曲线的一个特征参数。

分析式（1）、式（2）与式（3）、式（4）可以看出，R 值变化对线性流量特性影响不大，特别在R＞1时，Ф与KD均与R值无关；对等百分比特性影响则较大，因此本文讨论值对流量系数的影响仅限于等百分比特性。

当R值作为流量特性曲线的一个特征参数时，可以设想将全行程的流量特性曲线看成由几个不同R值决定的几段流量特性曲线组合而成。在0~80%开度时，R值取大一些，使调节阀在工作行程范围内有足够的R值，也就是有足够的放大倍数。在80%~100%开度范围，R值取小一些，使调节阀制造过程中，阀芯曲线和套筒开窗都容易实现。提高工作开度下的R值，也可以作为在调节阀设计中探索提高流通能力的一个途径。分段取不同的R值这一思想，已从IEC534—2—4（草案）和国外一些调节阀流量系数表中体现出来，这时可调比的含义已经不再是Qmax和Qmin之比了，它应当作为流量特性曲线的一个特征参数被认识、被研究。

2 R值计算方法

调节阀实际可调比R值是可以计算出来的，根据公式（2）可推导出

lnФ=lnФ0+hlnR（6）

在lnФ—h坐标系中，等百分比流量特性曲线是一直线，R值实际上决定了该直线的斜率。实际测量一台调节阀的流量特性，可以得到若干组（Ф，h）数据，由于制造和测量误差，这些测量值在lnФ—h坐标系中呈近似直线分布，并认为这条近似直线就是这台调节阀的实际流量特性曲线。要得到这样一条直线，并使其最接近坐标系中的这些点，建议用最小二乘法求解。

在测量一台调节阀于不同开度时的流量系数时，可以得到相对行程和流量系数的K组数据，代入公式（6）得到方程组

式中：Ф0，R为这台调节阀的实际值，可从方程组（7）中用最小二乘法求其近似值：

一般情况下取10个开度进行测量，即hi分别去0.1，0.2，0.3，…，1.0。此时有K=10，=5.5；=3.85，代入式（8）则有

将测量所得流量系数Фi代入公式（9），即可解出该台调节阀的实际可调比R值。若将表 1中等百分比流量系数的理论值代入公式（9），即可反算出R=30。按式（9）解出的是全行程的可调比，为了准确了解调节阀在工作段的可调比，hi可分别取 0.2，0.3，…，0.8，即k=7，=3.5，=2.03，则有

代入20%~80%开度时的各流量系数，可以得到该段流量特性的R值。同样，将表 1中理论值数据代入式（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现，无论用绝对流量系数或相对流量系数计算其结果都是相等的。因此，用来计算 R 值是很方便的。同样，当需要计算任意段流量特性曲线的 值时，都可以推出相应的计算公式。

3 国内外一些调节阀 R 值的比较

依据式（9）用国内统一设计的双座调节阀和联合设计的套筒调节阀，以及Fisher公司的ED型套筒阀的流量系数计算相应的R值，其结果见表 2~表 4。

从表中可以看出，尽管双座调节阀和套筒调节阀在设计时预先设定 R=30，但实际生产的各种规格的调节阀其 R 值是不相同的。

比较表 2、表 3、表 4 还可以看出，国产调节阀的R值比国外调节阀小，国内双座阀=30.5、套简阀R=36.2；Fisher公司ED型套简阀=45.9。

再按式（10）计算国内套简阀和Fisher公司ED型套简阀在工作行程段（h=0.2~0.8）时的R值，并与全行程时的R值相比较，结果见表 5 与表 6。可以看出，国产套简阀工作行程段的R值和全行程R值接近，无显著改变，=34.2，而Fisher公司套简阀在工作行程段的R值明显高于全行程的R值，=60.5。

提高工作行程段的R值，其优越性在于它能更好地满足自控系统的需要，还能提高80%开度时的流量系数值，从而使全开时阀的流通能力有较显著的提高。通过对R值的分析比较，说明了国内外调节阀在设计水平上存在一定的差距。

4、对 IEC 534—2—4（草案）的理解IEC 534—2—4（草案）第3.3款对等百分比流量特性做了如下规定：

“在h=0.2和 h=0.8之间，任意两个相邻流量系数发表值的对数之间的差值应在0.13和0.2范围内”。“低于h=0.2这两个值相应为0.13和0.25；高于h=0.8，此值应相应为0.03 和0.2”。

这里作为流量特性偏差范围的选取，应当看作是按R值的变化范围决定的，试计算

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

也就是说，流量特性偏差实际上是分段限制R值的变化范围，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 的这一规定正是体现了将R值作为流量特性曲线的一个特征参数，并实现了在全行程范围内可以取不同R值这一设计思想。而国标GB 4213—84《气动调节阀通用技术条件》在这个问题上是和IEC标准存在一定差异的。深入讨论R值及流量系数的关系，无论对设计、制造、应用调节阀都有一定的意义，对加强调节阀的基础理论研究，提高我国调节阀设计制造水平，都是十分必要的。