1 引言 
    調(diào)節(jié)閥作為過程控制的終端元件，已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程中，其技術(shù)和使用條件也比較成熟，但由于生產(chǎn)中不確定因素多，對象的特性又多種多樣，使得調(diào)節(jié)閥的選用比較復(fù)雜，并且調(diào)節(jié)閥的性能指標(biāo)如何又直接影響到過程控制的質(zhì)量好壞，尤其是流量特性的確定。在此，就調(diào)節(jié)閥理想流量特性的選擇問題進(jìn)行探討。

    2 調(diào)節(jié)閥的流量特性

    調(diào)節(jié)閥出廠時所標(biāo)明的都是理想流量特性，是按閥兩端壓降固定不變的理想狀況來設(shè)計(jì)的，主要有圖1所示的直線型、對數(shù)型、拋物線型和快開型四種形式。圖中的I/L（%）表示相對開度對Q/Q_max（%）表示相對流量。

    但實(shí)際應(yīng)用過程中，由于多種因素的影響，如管道內(nèi)壁壓降、管件局部阻力壓降等的存在和變化，使得調(diào)節(jié)閥在不同開度下的壓降發(fā)生變化，理想的流量特性會畸變?yōu)楣ぷ髁髁刻匦?。即使相同的調(diào)節(jié)閥，當(dāng)應(yīng)用于不同的管路系統(tǒng)中時，其工作特性一般也是不一樣的。通常用壓降比s來反映流量特性的畸變程度。

    式中：

    Q表示調(diào)節(jié)閥在l/L開度的流量。
    從上式可以看出，調(diào)節(jié)閥的工作流量特性是受壓降比s直接影響的。在s=1時，管道阻力降為零，系統(tǒng)的總壓降全部降落在調(diào)節(jié)閥上，實(shí)際的工作流量特性與理想流量特性一致。但隨著管道阻力降的增加，s值變小，不僅調(diào)節(jié)閥全開時的流量減少，曲線下移，而且流量特性也發(fā)生了很大畸變，成為一系列向上拱的曲線，理想的直線特性畸變?yōu)榭扉_工作特性，理想的對數(shù)特性畸變?yōu)橹本€工作特性，如圖3所示。

    3 調(diào)節(jié)用理想流量特性的選擇方法

    根據(jù)一般對象的特性，調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇問題，實(shí)際上就是如何選擇直線型和對數(shù)型流量特性的問題。應(yīng)首先根據(jù)工藝過程情況確定工作特性，然后根據(jù)工作特性和管路系統(tǒng)的配置等情況選擇合適的調(diào)節(jié)閥理想流量特性。

    3.1 確定調(diào)節(jié)閥的工作流量特性

    關(guān)于工作特性的確定，應(yīng)滿足在整個調(diào)節(jié)過程中，對象特性的變化能通過調(diào)節(jié)閥的特性變化得到補(bǔ)償，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)中廣義對象的特性盡可能穩(wěn)定，保證調(diào)節(jié)質(zhì)量。

    如果忽略對象動態(tài)特性的變化，則調(diào)節(jié)閥的工作特性確定應(yīng)能使廣義對象總的放大系數(shù)為恒定值，即適當(dāng)選擇閥的特性，以閥的放大系數(shù)的變化來補(bǔ)償對象放大系數(shù)的變化，從而保持廣義對象的靜特性呈線性。

    如果對象的動態(tài)特性不能忽略，則不僅要考慮放大系數(shù)的補(bǔ)償，還需要考慮動態(tài)特性的補(bǔ)償，也就是說，還要考慮用閥的放大系數(shù)的變化來補(bǔ)償系統(tǒng)動態(tài)特性的變化，以維持系統(tǒng)應(yīng)有的穩(wěn)定性。如對象的滯后、時間常數(shù)隨著負(fù)荷的增大而減小時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就會降低，此時調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)應(yīng)隨之變小才能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到恢復(fù)。

    實(shí)際應(yīng)用過程中，主要是根據(jù)對象的靜態(tài)特性確定調(diào)節(jié)閥的工作特性。圖4示意的是不同負(fù)荷下的對象特性曲線。

    （1）當(dāng)對象的工作點(diǎn)比較穩(wěn)定、調(diào)節(jié)閥兩端的壓差也比較穩(wěn)定時，閥門的開度基本上保持在一個固定的位置上，閥門的放大系數(shù)Kv變化不大，對象的放大系數(shù)Kv也變化不大，此種情況下，不論是線性特性還是對數(shù)特性都可以。

    （2）控制閥兩端的壓差是主要的干擾時，要確保工作點(diǎn)的穩(wěn)定，則必須通過改變閥門開度來維持調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量穩(wěn)定，并且Kv還不應(yīng)發(fā)生變化。

    對于線性閥，它的流量特性方程是：

    k為常數(shù)。但由于閥門兩端的壓差是主要干擾，導(dǎo)致Q_max發(fā)生變化。因此，Kv也發(fā)生了變化。

    對于對數(shù)閥，流量特性方程是：

    k′為常數(shù)。由于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量Q要求不變，雖然閥門的開度發(fā)生了變化，但Kv并沒有變化。因此，當(dāng)閥兩端的壓差是主要干擾時，應(yīng)該選用工作特性為對數(shù)型的閥門。

    （3）當(dāng)用于隨動系統(tǒng)時，即給定值是主要作用時，應(yīng)比較同一負(fù)荷但不同測量值z下的對象放大系數(shù)K₀值，如圖4中的1、2、3點(diǎn)。如果K₀值比較恒定，則選線性工作特性；如果K₀值是隨調(diào)節(jié)介質(zhì)流量的增加而下降的，則選對數(shù)工作特性。否則選快開特性。

    （4）當(dāng)用于定值系統(tǒng)，且負(fù)荷是主要干擾時，應(yīng)比較在同一測量值z但是不同負(fù)荷下的對象放大系數(shù)K₀值，如圖4中的1、4、5點(diǎn)。閥門特性的選擇如同上述隨動系統(tǒng)的情況一樣。
    由于實(shí)際情況復(fù)雜，影響因素多，調(diào)節(jié)閥選擇時應(yīng)抓住主要矛盾，考慮最主要的外來作用。根據(jù)理論分析，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出調(diào)節(jié)閥工作流量特性的選擇表1。

    3.2 依據(jù)配管情況和工作特性，推斷閥的理想流量特性

    當(dāng)s=0.6-1.0時，理想流量特性的畸變尚不嚴(yán)重，此時，需要什么樣的工作特性就選擇什么樣的理想流量特性。

    當(dāng)s=0.3-0.6時，理想特性有一定程度的畸變，線性的工作特性應(yīng)選擇對數(shù)的理想特性；對數(shù)的工作特性則仍然選擇對數(shù)的理想特性。當(dāng)s<0.3時，理想特性畸變嚴(yán)重，實(shí)際的調(diào)節(jié)閥工作特性對于保證調(diào)節(jié)性能已不合適。但可以通過以下方法進(jìn)行處理：

    （1）修正閥芯曲面，使其理想特性曲線彎曲的更甚，以滿足低s值下對工作特性的要求。

    （2）采用串級控制系統(tǒng)，用一個流量調(diào)節(jié)的副回路代替單一的調(diào)節(jié)閥，只要將副回路整定得可以工作就可以。此時，閥的流量特性對于主被控變量的調(diào)節(jié)不再產(chǎn)生明顯的影響。

    實(shí)際工作過程中，在對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能要求不是很高的情況下，也可以直接依據(jù)被控變量與過程狀態(tài)選擇調(diào)節(jié)閥的理想流量特性，如表2所示。

    4 特性選擇時應(yīng)注意的問題
    （1）由于可供選擇的調(diào)節(jié)閥的理想流量特性的形式有限，因此，對象特性的變化很難達(dá)到完全補(bǔ)償，這時可以考慮通過閥門定位器的反饋凸輪進(jìn)行改善。
    （2）對于操作參數(shù)不能準(zhǔn)確確定的新設(shè)計(jì)工藝裝置，或調(diào)節(jié)閥的計(jì)算數(shù)據(jù)過于保守時，最好選用對數(shù)理想特性的調(diào)節(jié)閥。因?yàn)閷?shù)特性的閥門具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。
    （3）當(dāng)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度時，應(yīng)選用對數(shù)特性的閥；當(dāng)調(diào)節(jié)閥的使用壽命是主要考慮的因素時，應(yīng)選用理想特性為直線的調(diào)節(jié)閥。
    （4）有時，由于流體輸送機(jī)械的能力有限，調(diào)節(jié)閥必須工作在低s值下運(yùn)行。
    （5）由于結(jié)構(gòu)上的原因，閥門兩端的壓降不能超過一定的極限值，因?yàn)楦邏翰钕碌臏p壓閥很容易破損。這時往往允許加限流孔板，適當(dāng)進(jìn)行分壓，此時s值也必須降低。
    （6）近年來，節(jié)能問題越來越受到重視，減小s值有利于節(jié)約能耗。如對于高壓系統(tǒng)，考慮到節(jié)約動力，允許s=0.15。

    5 結(jié)束語

    調(diào)節(jié)閥的流量特性與生產(chǎn)中過程的狀態(tài)密切相關(guān)，合理地選用其理想特性，對于提高過程控制質(zhì)量很有益。隨著控制技術(shù)和控制手段的不斷發(fā)展，調(diào)節(jié)閥特性受過程控制因素的影響可更多地通過在線整定和補(bǔ)償來克服，這一方面降低了對調(diào)節(jié)閥性能指標(biāo)的要求，減小了選型的復(fù)雜程度，使調(diào)節(jié)閥更好地適應(yīng)過程控制的要求；另一方面又降低了能耗，節(jié)約了能源，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。