1 前言

    http://.的作用是按照調(diào)節(jié)器發(fā)出的控制信號的大小和方向，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)來改變閥門的開度以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的功能，使生產(chǎn)過程中被調(diào)參數(shù)控制在工藝所要求的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。調(diào)節(jié)閥是調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，可以看成是廣義調(diào)節(jié)對象中的組成部分之一，是受調(diào)節(jié)設(shè)備的控制去影響被調(diào)量的工具。調(diào)節(jié)閥包括電動調(diào)節(jié)閥和氣動調(diào)節(jié)閥等。正確的選擇和使用調(diào)節(jié)閥，直接關(guān)系到整個自動控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，直接影響生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。自動控制系統(tǒng)不能正常投入運(yùn)行的，有許多是由于調(diào)節(jié)閥的選型不當(dāng)造成的，因此，必須正確選擇合適的調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥所反映出來的問題大多集中在調(diào)節(jié)閥的工作特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)上，如流通能力、公稱通徑及流量特性等。在這些參數(shù)中，流通能力更重要，其大小直接反映調(diào)節(jié)閥的特性，是設(shè)計(jì)選型中的主要參數(shù)。在一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，即使設(shè)計(jì)方案非常合理，調(diào)節(jié)設(shè)備很先進(jìn)，但http://.的流量特性不一致或者是沒有足夠的可調(diào)范圍，調(diào)節(jié)系統(tǒng)也不能正常運(yùn)行的，也就是說，http://.的特性應(yīng)與被控對象的特性相對應(yīng)互補(bǔ)的。

    2 調(diào)節(jié)閥的流量特性

    調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被調(diào)介質(zhì)流過調(diào)節(jié)閥的相對流量與調(diào)節(jié)閥的相對開度之間的關(guān)系，也就是調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)特性。相對流量是指調(diào)節(jié)閥在某一開度下的流量與全開度下{zd0}流量之比；相對開度是指調(diào)節(jié)閥在某一開度下的行程與全行程之比，調(diào)節(jié)閥的流量特性就是相對流量與相對開度成函數(shù)關(guān)系。調(diào)節(jié)閥的流量特性有理想流量特性和工作流量特性之分，理想特性是指假定調(diào)節(jié)閥前后壓差不變的情況下的流量特性（即調(diào)節(jié)閥開度變化調(diào)節(jié)閥前后壓差不變），但是，實(shí)際上由于各種因素的影響，在調(diào)節(jié)的閥芯和閥座間的節(jié)流面積改變的同時，會發(fā)生閥前后壓差的變化，而壓差的變化也會引起流量的變化。

    2.1 理想流量特性

    常用的調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有如下4種。

    （1）等百分比特性

    等百分比特性也稱為對數(shù)特性，是指閥門的開度增加同樣的值時，通過的調(diào)節(jié)閥的流最按照等百分比增加。調(diào)節(jié)閥在同樣開度變化值下，流量小時，流量的變化也小，調(diào)節(jié)作用緩和平穩(wěn)；流量大時．流量的變化也大，調(diào)節(jié)作用靈敏而有效。等百分比特性的閥門在全行程閥門內(nèi)的控制精度是不變的。

    （2）直線特性

    直線特性是指調(diào)節(jié)閥的相對流量和相對開度的比值，為常數(shù)。調(diào)節(jié)閥在同樣開度變化值下，流量小時，流量的變化值相對較大，凋節(jié)作用較強(qiáng)，容易產(chǎn)生超調(diào)和引起振蕩；流量大時，流量的變化值相對較小，調(diào)節(jié)作用不夠靈敏。

    （3）拋物線特性

    拋物線特性是指調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度的二次方根成正比。拋物線特性介于直線特性和等百分比特性之間，改善了直線特性在小開度時調(diào)節(jié)性能差的缺點(diǎn)。

    （4）快開特性

    快開特性是指調(diào)節(jié)閥在開度很小時流量就已經(jīng)較大，隨著開度增加，流量很快達(dá)到{zd0}值。

    從調(diào)節(jié)閥的流量特性可以看出，調(diào)節(jié)閥的流量特性對選用調(diào)節(jié)閥有非常重要的意義，直接影響到自動控制系統(tǒng)的質(zhì)量和穩(wěn)定性，因此，必須正確合理選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性。在工程應(yīng)用中，選用最多的是等百分比特性，對于壓差變化小、可調(diào)范圍小、開度變化小的場合，也可以選用直線特性的調(diào)節(jié)閥，V型球閥一般選用拋物線特性。

    在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中被控對象的變化特別是其放大系數(shù)的變化一般是由調(diào)節(jié)設(shè)備和調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)變化的特性來補(bǔ)償?shù)模ㄔ诔Ｒ?guī)儀表調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，是由DCS系統(tǒng)和調(diào)節(jié)閥共同補(bǔ)償被調(diào)對象的特性變化的），調(diào)節(jié)閥的流量特性即是由調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)所體現(xiàn)它的特性。http://.的理想流量特性，當(dāng)調(diào)節(jié)閥前后壓差不變時，即為一個常數(shù)。因此流量特性的改變是其放大系數(shù)的特性變化。

    調(diào)節(jié)閥相對開度的變化引起相對流量變化，等百分比流量特性的放大系數(shù)與流量成正比，流量越大，放大系數(shù)也越大；快開特性的放大系數(shù)隨閥門開度的增加而減小，成反比，這類調(diào)節(jié)閥在接近全關(guān)點(diǎn)時放大系數(shù)小，工作得很緩和平穩(wěn)，而在接近全開時放大系數(shù)大，工作得靈敏有效；直線調(diào)節(jié)閥在全行程范圍內(nèi)具有不變的放大系數(shù)值，這種調(diào)節(jié)閥在小開度時放大系數(shù)大，使調(diào)節(jié)性能不穩(wěn)定，不容易控制，往往會產(chǎn)生振蕩，而在大開度時，放大系數(shù)又不夠大，使調(diào)節(jié)過于遲鈍；對于快開對特調(diào)節(jié)閥，其調(diào)節(jié)性能更差，它的放大系數(shù)與調(diào)節(jié)閥的開度成反比，在實(shí)際工作中，這種調(diào)節(jié)閥不常用，一般只用在兩位式調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。

    從控制系統(tǒng)的角度看，希望在調(diào)節(jié)閥全行程范圍內(nèi)有相同的變化流量，來保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)在各種負(fù)荷下有相同的調(diào)節(jié)品質(zhì)精度。否則，調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定，品質(zhì)精度不能保證。在調(diào)節(jié)閥的4種特性中，等百分比調(diào)節(jié)閥具有這種特性，拋物線閥次之，直線閥要差一些，快開閥最差，不能應(yīng)用到連續(xù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，只能適用于斷續(xù)的位式調(diào)節(jié)。

    2.2 工作流量特性

    通常，調(diào)節(jié)閥前后的壓差會隨輔助設(shè)備的影響而變化。在這種情況下，調(diào)節(jié)閥相對流量與相對開度之間的關(guān)系就不是理想狀態(tài)而是工作狀態(tài)下的流量特性，被稱為“工作流量特性”。在實(shí)際應(yīng)用中，人們所關(guān)心和難掌握的是工作流量特性。雖然我們根據(jù)具體被控對象具體要求選擇閥門的工作流量特性，然后再按配管情況由所需的工作流量特性來選擇調(diào)節(jié)閥的理想流量特性和理想的調(diào)節(jié)設(shè)備而組成一套完整的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但是，在運(yùn)行中往往不能得到很好的品質(zhì)精度，有的調(diào)節(jié)系統(tǒng)區(qū)間性的品質(zhì)精度不能達(dá)到要求，有時，在生產(chǎn)過程中，為了調(diào)節(jié)的品質(zhì)來改變調(diào)節(jié)閥的并聯(lián)閥或是串聯(lián)閥的開度來修補(bǔ)調(diào)節(jié)精度。

    調(diào)節(jié)閥安裝在管道系統(tǒng)中，由于管道系統(tǒng)的壓力損失隨流過管道的流量平方值成正比，當(dāng)該系統(tǒng)兩端總壓差一定時，調(diào)節(jié)閥上的壓差就會隨著流量的增加而減少，此時，調(diào)節(jié)閥的流量特性就會發(fā)生變化，調(diào)節(jié)閥前后的壓差與管道的壓差比，也就是壓降比數(shù)，其值越大，說明串聯(lián)于管道的調(diào)節(jié)閥前后壓差占管道系統(tǒng)總壓的比例越大，當(dāng)調(diào)節(jié)閥前后壓差等于管道系統(tǒng)總壓差時，調(diào)節(jié)閥的工作流量特性和理想流量特性相似，這也是所需的最重要的條件，對于調(diào)節(jié)系統(tǒng)來講，這時的品質(zhì)因數(shù)（調(diào)節(jié)精度）{zh0}。但在日常的工作中，因人為或設(shè)備故障造成調(diào)節(jié)閥前后壓差小于管道系統(tǒng)壓差時，串聯(lián)于管道的調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)范圍下降，即調(diào)節(jié)閥的全開流量減小，可調(diào)比下降，隨著調(diào)節(jié)閥前后壓差值減小，調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線將發(fā)生很大畸變，直線閥特性趨近于快開特性，等百分比閥特性逐漸接近于直線閥特性，也就是說，隨著串聯(lián)管道阻力的增加，不但調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍越來越小，并且與理想的流量特性偏離也越來越大，從而使調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥在小開度時，放大系數(shù)增加，在大開度時，放大系數(shù)減少，造成小開度時調(diào)節(jié)不穩(wěn)定，大開度時調(diào)節(jié)很遲鈍，嚴(yán)重影響了調(diào)節(jié)精度。調(diào)節(jié)閥并聯(lián)在管道和設(shè)備上時，或是調(diào)節(jié)閥上裝有旁路時（有泄漏狀態(tài)），則管道的總流量是流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量與流經(jīng)旁路的流量之和。旁路閥全關(guān)閉時調(diào)節(jié)閥流經(jīng)的流量就是總閥的{zd0}流量，隨著旁路流量的增大，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量將減小，使調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍減小，放大倍數(shù)下降和可調(diào)節(jié)的流量急劇降低。

    綜上所述，在實(shí)際工作和日常維修使用中，無論串聯(lián)管道或并聯(lián)大管道，有人為或設(shè)備故障時，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍放大系數(shù)都會下降，給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的精度帶來影響，因此，在http://.串聯(lián)管道使用時，壓降比不小于0.3~0.5，調(diào)節(jié)閥的旁路閥應(yīng)盡量避免打開或泄漏，另外，在維修中應(yīng)注意到調(diào)節(jié)閥在長期使用后由于腐蝕沖刷或氣蝕對閥芯閥座的磨損造成泄漏也會使可調(diào)比減小影響其工作性能，調(diào)節(jié)不穩(wěn)定甚至無法調(diào)節(jié)，嚴(yán)重影響了調(diào)節(jié)精度。

    3 調(diào)節(jié)閥流量特性的補(bǔ)償

    調(diào)節(jié)閥流量特性往往是根據(jù)調(diào)節(jié)對象的特性如溫度、壓力、流量等和調(diào)節(jié)系統(tǒng)所要求的調(diào)節(jié)閥的工作流量特性來選擇的，然后再按被調(diào)介質(zhì)的特性等來選擇相對應(yīng)的調(diào)節(jié)閥的閥型，在使用時，調(diào)節(jié)閥的工作流量特性和理想流量特性可能相差甚遠(yuǎn)，有時，甚至沒有可用的調(diào)節(jié)閥流量特性，在這種情況下，只能用試驗(yàn)的方法來求取調(diào)節(jié)閥的工作流量特性，用輔助設(shè)備來修正現(xiàn)有的調(diào)節(jié)工作流量特性來達(dá)到能使用的目的。有2種方法供選擇。

    （1）由智能調(diào)節(jié)閥或是DCS系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)學(xué)模型計(jì)算修正后的DCS的輸出具有調(diào)節(jié)閥的修正能力來改變調(diào)節(jié)閥的工作流量特性，達(dá)到補(bǔ)償調(diào)節(jié)控制的要求。例如在熱冷卻系統(tǒng)，需要對放熱溫度進(jìn)行控制，用常規(guī)儀表以放熱溫度為控制點(diǎn)，冷卻溫度為輔助點(diǎn)，冷卻劑作為調(diào)節(jié)量，組成了1套串級控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)按設(shè)計(jì)來講是比較合理的，但是系統(tǒng)極不穩(wěn)定，前期自控系統(tǒng)放大倍數(shù)過高，超調(diào)量大，后期系統(tǒng)放大倍數(shù)過小滯后，為此對該系統(tǒng)進(jìn)行了多次測試后，發(fā)現(xiàn)被控對象的特性是前期放熱緩慢，后期放熱速度快，我們選擇的調(diào)節(jié)閥是對數(shù)閥，其流量特性，兩者差距大，調(diào)節(jié)閥的工作流量特性wq不能實(shí)現(xiàn)對該系統(tǒng)的穩(wěn)定控制精度要求。我們把常規(guī)調(diào)節(jié)器換為可編程控制器，輸出采取了折線處理，使輸出近似控制對象的放熱特性，經(jīng)過處理后，該系統(tǒng)較為穩(wěn)定，前后期都較穩(wěn)定。

    （2）是由調(diào)節(jié)閥的輔助設(shè)備閥門定位器來修正調(diào)節(jié)閥的工作流量特性。其方法是改變反饋凸輪的反饋量來達(dá)到補(bǔ)償調(diào)節(jié)控制的要求。有時，調(diào)節(jié)閥超出控制精度，此時，只要對調(diào)節(jié)閥的輔助設(shè)備閥門定位器的反饋機(jī)構(gòu)進(jìn)行修改，使調(diào)節(jié)閥的流量特性和對象特性相一致，調(diào)節(jié)精度滿足工藝上的要求。

    通過該自動控制系統(tǒng)說明，既使一個好的設(shè)計(jì)方案有套較為先進(jìn)的設(shè)備，但其特性也就是調(diào)節(jié)閥的工作流量特性不符合對象特性要求，也得不到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，需要修正補(bǔ)償調(diào)節(jié)閥的流量特性，才能達(dá)到工藝上的控制精度要求。

    4 選用注意事項(xiàng)

    （1）直接按照接管管徑選取調(diào)節(jié)閥是不合理的。閥門的調(diào)節(jié)品質(zhì)與接管流速或管徑?jīng)]有關(guān)系，閥門的調(diào)節(jié)品質(zhì)僅與水的阻力及流量有關(guān)。亦即，一旦系統(tǒng)設(shè)備確定之后，理論上適合該系統(tǒng)的閥門只有一種理想的口徑，而不會出現(xiàn)多種選擇。

    （2）調(diào)節(jié)閥口徑不能過小。選擇的閥門口徑過小，一方面，會增加系統(tǒng)的阻力，甚至?xí)霈F(xiàn)閥門口徑{bfb}開啟時，系統(tǒng)仍無法達(dá)到設(shè)定的容量要求，導(dǎo)致嚴(yán)重后果；另一方面，閥門將需要通過系統(tǒng)提供較大的壓差以維持足夠的流量，加重泵的負(fù)荷，閥門易受損害，對閥門的壽命影響很大。

    （3）調(diào)節(jié)閥口徑不能過大。選擇的閥門口徑過大，不僅增加工程成本，而且還會閥門經(jīng)常運(yùn)行在低百分比范圍內(nèi)，引起調(diào)節(jié)精度降低，使控制性能變差，而且易使系統(tǒng)受沖擊和振蕩。

    （4）為了保證系統(tǒng)控制品質(zhì)，{zh0}的方法是在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)選擇能獲得較大壓力降的閥門口徑，使閥門在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中壓力降的變化值盡可能小。閥門全開狀態(tài)下的壓力降占全泵壓百分比越高，則閥門壓力降相對變化值越小，閥門的安裝特性就越接近其內(nèi)在特性。

    （5）控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥應(yīng)盡可能工作于恒定的壓力降條件下，因?yàn)殚y門是否匹配盤管依賴于它的內(nèi)在特性和流量因子，而這些閥門參數(shù)取決于恒定的閥門壓力降。

    5 結(jié)語

    在一個控制系統(tǒng)中http://.的理想流量特性或是工作流量特性都應(yīng)與調(diào)節(jié)對象的特性相符合。這樣，可使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的綜合特性接近于線性，并根據(jù)調(diào)節(jié)閥的特性使控制系統(tǒng)總體放大倍數(shù)小于1，這個控制系統(tǒng)才能有很好的控制精度，最終達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定的目的。設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥時，要求對http://.的組成、分類和特性有清楚的認(rèn)識，并在此基礎(chǔ)上，掌握正確的選擇方法。而且，對于實(shí)際系統(tǒng)配置調(diào)節(jié)閥時，還需要對整個管系環(huán)路進(jìn)行詳盡的分析，綜合考慮各種因素。只有這樣，才能正確地選擇http://.，保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制質(zhì)量。