1、調節閥選型原則自動控制系統是通過執行器對被控對象進行作用的。調節閥是生產過程自動化控制系統中常見的一種執行器。調節閥直接與流體接觸控制流體的壓力或流量。正確選取調節閥的結構型式、流量特性、流通能力；正確選取執行機構的輸出力矩或推力與行程對于自動控制系統的穩定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的性能，使得自動控制系統產生震蕩甚至不能正常運行。因此，在自動控制系統的設計過程中，調節閥的設計選型計算是必須認真考慮的重要環節。1調節閥結構形式的選擇常用的調節閥結構形式有 直通單座閥、直通雙座閥、套筒閥、偏心旋轉閥、蝶閥、全功能超輕型調節閥、球閥，應當根據不同的使用情況，結

2、合不同結構形式閥門各自的特點，從調節性能、適用溫度、適用口徑、耐壓、適用介質條件、切斷差壓、泄流量、壓力損失、重量、外觀、成本等方面對調節閥的結構形式進行選擇。結構類型流量調節性能適用溫度適用口徑適用壓力等級適用介質情況壓力損失耐受差壓及密封性外觀、尺寸、重量、價格全功能超輕型調節閥調節性能好，其流量特性曲線接近等百分比特性，也可做成直線特性；調節精度高， R=100200，是蝶閥、球閥、單座閥、雙座閥、套筒閥的37倍；小開度調節性能好，小流量微調功能強；流通能力是單座閥、雙座閥、套筒閥的23倍；調節速度快全功能調節閥的溫度適應范圍較寬，-60600其適用口徑范圍在20mm至400mm超輕型全

3、功能調節閥可以承受較高的管道介質壓力，其公稱壓力值可以達到32Mpa全功能超輕型調節閥具有極好的抗腐蝕和抗沖蝕功能，可適用于各種氣體及液體介質相對于其他調節閥，全功能調節閥的壓力損失較大其耐受閥門前后差壓值較大，可以接近其公稱壓力PN的水平，pPN；密閉性好，泄流量極小，約為1×10-61×10-7 倍的C值重量輕、尺寸小，結構緊湊、重量輕、外型美觀、性能穩定可靠，具有蝶閥、球閥、偏心旋轉閥的共同優點蝶閥三偏心蝶閥具有等百分比的調節特性，調節死區特性好，調節精度高，可調比可以達到100左右，調節速度快，適于對管路流量進行調節。但在小開度下流量調節性能較差，不適于用做小流量的

4、微調節蝶閥一般不適于用在高溫的場合，其使用溫度一般在80以下蝶閥的使用口徑范圍可從50mm到2200mm，一般在口徑較大的場合（DN600mm），宜采用蝶閥蝶閥一般不用于高壓管路之中，其一般用于壓力小于1.0MPa 的管路之中適用于水、油、壓縮空氣、蒸汽、含固體顆粒的介質如污水等蝶閥相對于閘閥、球閥壓力損失比較大，故蝶閥適用于壓力損失要求不嚴的管路系統中蝶閥耐受的截斷差壓值較低，不適用于高壓截斷的情況重量輕、尺寸小、成本較低球閥V形球閥的流量特性曲線近似對數型，流量調節性能較好， 小開度下調節性能較好，可實現小流量下的微調功能；O型球閥可調比R的范圍為：100-200V型球閥可調比R的范圍為2

5、00-300球閥一般適用于低溫介質，在溫度小于160的情況下使用球閥的公稱通徑范圍可從8mm到1200mm球閥適用于壓力較高的場合，從真空到40MPa都可以選用球閥對于粘度較大的介質，適宜使用球閥。球閥是石油和天然氣的理想閥門，并可用于帶固體顆粒的介質，是自潔性能最好的閥門球閥全開時具有最小的流體阻力，且密封性能良好球閥可以承受較高的截斷差壓，適用于高壓截斷的情況，泄流量小，密封性能較好可靠性差、體積較大、結構笨重、成本較高套筒閥調節穩定性好，調節精度較高，可調比R值在50左右；其可選公稱通徑從15mm到250mm套筒式調節閥可承受的最大介質壓力從1.0Mpa到40Mpa左右對于不干凈介質和易

6、結晶、結巴、結垢介質不應選用此閥套筒調節閥可承受較大的閥門前后差壓值，相同配置的條件下，其承受差壓值為為單座調節閥的2倍；但套筒式調節閥的泄流量較大體積較大，結構笨重直通單座閥直通單座閥的調節精度較高，其公稱通徑可在20mm到200mm的范圍內進行選擇，高壓差、大口徑的應用場合，不宜采用單座調節閥的使用壓力范圍一般在1.6Mpa到6.4Mpa之間不適用于含固體顆粒、含纖維介質和高黏度流體的控制直通單座閥可承受的閥前后差壓值較小，DN100單座調節閥的允許壓差僅120kPa，但密閉性較好，泄流量小，標準泄漏量為0.01%C體積大、結構笨重直通雙座閥流通能力強，相同口徑下，其流通能力比單座調節閥強

7、20%50%不適用于含固體顆粒、含纖維介質和高黏度流體的控制直通雙座調節閥可以承受較高的閥前后差壓值，DN100雙座調節閥允許壓差280kPa，密閉性較差，泄流量較大，標準泄漏量為0.1%C體積大，結構笨重偏心旋轉閥可調比R值可以達到100左右；其流量特性曲線為近似直線型，配備閥門定位器后可以做成直線型和等百分比型，小流量時具有較好的微調特性。對于金屬閥座調節閥，其使用溫度范圍為-195到400；對于軟閥座，其使用溫度范圍約為-73到200其公稱通徑范圍較寬，約為25mm至300mm左右其公稱壓力值可以從1.6Mpa到10Mpa左右適用于粘度較大的介質，并可用于帶固體顆粒雜質的介質，是自潔性能

8、較好的閥門偏心旋轉閥是一種壓力損失較小的閥門，其處于全開位置時，流通截面面積基本上等于其安裝管道的截面積偏心旋轉閥可以承受較高的截斷差壓，適用于高壓截斷的情況，泄流量小，密封性能較好體積較大，結構笨重對調節閥進行結構的選擇時，要根據相應的管路及介質條件，按照如下優選順序進行選擇全功能超輕型調節閥蝶閥套筒閥單座閥雙座閥偏心旋轉閥球閥，只有當前一優選級別的閥門再某一方面不合適時，才考慮選擇下一級類型的閥門。2 調節閥執行機構的選擇2.1 調節閥執行機構的分類1、執行機構按所使用能源的不同，可分為氣動、電動和液動三類：氣動類執行機構具有價格低、結構簡單、性能穩定、維護方便和本質安全性等特點，因此在需

9、要考慮防爆處理的場合應用應用十分廣泛。電動類執行機構可直接連接電動儀表或計算機，不需要電氣轉換環節，但價格昂貴、結構復雜，應用時需考慮防爆等問題，一般在無可燃氣體，不需要考慮防爆處理的場合下使用。液動類執行機構具有推力(或推力矩)大的優點，但裝置的體積大，流路復雜，通常采用電液組合的方式應用于要求大推力(力矩)的應用場合。2、按執行機構輸出位移的類型，執行機構分為直行程執行機構、角行程執行機構和多轉式執行機構直行程執行機構輸出直線位移。角行程執行機構輸出角位移，角位移小于360°例如，轉動角度為90°或60°蝶閥的執行機構。多轉式執行機構與角行程執行機構類似，但轉

10、動的角注：關于調節閥的調節特性的評定調節閥的流量調節性能一般通過流量特性、可調比、小開度工作性能、Kv值和動作速度進行綜合評價。調節性能以其流量特性曲線進行衡定，一般認為等百分比特性為最優，其調節穩定，調節性能好，最利于流量壓力調節。而拋物線特性又比線性特性的調節性能好，快開特性為最不利于流量調節的流量特性。因此在選用調節閥時，一般希望調節閥流量特性曲線為等百分比型。可調比反映了調節閥的可調節流量范圍，調節閥的可調比就是調節閥所能控制的最大流量與最小流量之比。可調比也稱可調范圍，以R來表示，即R=Qmax/Qmin，Qmax為調節閥的最大可控流量，Qmin為調節閥的最小可控流量。一般認為R的值

11、越大，則調節閥的可調節范圍越。此外，對調節閥的調節性能進行評價時，還應當對其小流量下的調節能力、流通能力、調節速度進行考察位移可以達多圈。3、按執行機構輸入信號的類型，執行機構分為模擬式執行機構和數字式執行機構。模擬式執行機構接收模擬信號，例如420mA的標準電流信號等。數字式執行機構接收數字信號，通常是一串二進制信號，用于開閉相應的數字閥。2.2調節閥執行機構的選擇方法2.2.1 執行機構選擇的主要考慮因素 執行機構選擇的主要考慮因素是：可靠性；經濟性；動作平穩、足夠的輸出力；重量外觀；結構簡單、維護方便。 2.2.2電動執行機構與氣動執行機構的選擇比較 1）可靠性方面 氣動執行機構簡單可靠

12、，在可靠性上，氣動執行機構略優于電動執行機構。而電動執行機構可直接連接電動儀表或計算機，不需要電氣轉換環節，可通過4-20mA模擬信號或數字信號進行開度的調節。2）驅動源 氣動執行機構需另設置氣源站，而電動調節閥的驅動源隨地可取。3）價格方面 氣動執行機構必須附加調節閥定位器，再加上氣源，其費用與電動調節閥大致相當4）推力和剛度 在推力上，氣動執行機構和電動執行機構大致相當5）防火防爆 氣動執行機構在防火和防爆方面要優于電動執行機構，因此在存在可燃性危險氣體的場合，一般要首先考慮選用氣動執行機構。2.2.3調節閥執行機構的確定裝置實驗管路環境無可燃性危險氣體，而且希望采用工控機輸出4-20mA

13、電流的方式對調節閥的開度值進行控制，因此選擇電動執行機構，要求閥門的開度能夠隨工控機輸出電流的增大而增大，隨輸出電流的減小而減小。此外調節閥的死區特性是影響調節閥調節性能的重要因素。死區特性指的就是當閥門的輸入信號發生正反方向的變化時，執行機構并未產生相應的動作，而當輸入信號繼續增大到一定值之后，執行機構才產生相應的動作，但此時執行器的動作往往過位而導致過量偏差。調節閥死區特性的計算可表示為調節器行程控制器輸出（mA）0反行程正行程正行程死區反行程死區´100%-LS OII IS I -使調節閥執行機構發生動作的輸入電流值O I -調節閥的起始輸入電流值L I -調節閥輸入電流值得

14、范圍為提高實驗管路的流量壓力調節能力，要求閥門組件的總的死區應該等于或小于1%（對于4-20mA 電流控制的閥門，要求其電動執行器能夠對0.16mA 的電流值該變量做出反應動作），理想地，應該低到0.25%（對于4-20mA 電流控制的閥門，要求其電動執行器能夠對0.04mA 的電流值該變量做出反應動作）3 調節閥流量特性的選擇調節閥的流量特性是指被調介質流過調節閥的相對流量與調節閥相對開度之間的函數關系，其數學表達式為( )max max LLfQQ=Q-調節閥某一開度下的流量值max Q -調節閥全開時的流量值L -調節閥某一開度下的形程max L -調節閥全開時的行程值調節閥流量特性分固

15、有特性和工作特性兩種。固有特性又稱調節閥的結構特性，是由生產廠制造時決定的，其特性曲線的測定是在閥門前后差壓保持不變的條件下測定的。但調節閥在工作管路中使用時，由于管路系統阻力分配情況隨流量變化，調節閥的前后差壓也發生變化，這樣就使調節閥的流量特性曲線相對于其固有特性曲線發生了畸變，此時的流量特性即為調節閥的工作流量特性。調節閥常見的流量特性曲線有快開、等百分比、直線三種形式。相對流量值%相對開度值%0100%100%等百分比直線快開3.1 調節閥固有流量特性曲線及其特點流量特性曲線性質（令max QQF = ,max LLS = ）流量特性說明 備注快開FkdSdF 1= ,其中k 為常數，

16、邊界條件：S=0, F=Fmin;S=1,F= Fmax解微分方程可得R SRF 1 ( 1)1 2 = + - ，其中minmaxQQR =當在閥門的相對開度值為20%時，其相對流量值就已經達到80%左右。在小開度時，閥門的靈敏度高，放大系數大；而在大開度時，其靈敏度低，放大系數小。具有開則快、關則慢的流量特性，不易引起管路內大的壓力波動，一般用于快速切斷的情況，在對流量及壓力進行精確調節的場合，不宜采用具有快開特性的閥門。直線 閥門的相對節流面積與閥門相對開度呈直線關系kdSdF= ,其中k 為常數，邊界條件：S=0, F=Fmin;S=1,F= Fmax解微分方程可得SRRRF1 -1=

17、 + ，其中minmaxQQR =由kdSdF= 可得，FkdSFdF= ，當dS 為固定值時，其流量值的相對變化量將隨開度變化之前的流量值變大而減小。閥門單位開度變化所引起的流量變化量為一個固定值，則其流量值的相對變化量則隨著流量值的增大而減小。閥門在小開度工作時，其流量相對變化值較大，調節作用過強，易產生超調及震蕩；而在大開度時流量相對變化較小，調節能力較弱，及時性較差。等百分比 閥門的相對節流面積與閥門相對開度呈對數關系kFdSdF= ,其中k 為常數，邊界條件：S=0, F=Fmin;S=1,F= Fmax解微分方程可得-1 = S F R ，其中minmaxQQR =由kFdSdF=

18、 可得kdSFdF= ，當dS 為固定值時，流量值的相對變化量FdF即為固定值，也就是說閥門單位開度變化所引起流量的變化與開度變化前的流量值成正比，而流量相對變化的百分比總是相等的。調節閥的放大系數隨閥門開度的增加而增加，在小開度時流量值較小，調節閥放大系數較小，單位開度變化所引起的流量變化量也小，調節平穩緩和；大開度時流量值較大，調節閥放大系數較大，單位開度變化所引起的流量變化量也大，調節靈敏有效。3.2 調節閥工作流量特性曲線在實際的工藝裝置中，調節閥安裝在工藝管道系統中，由于除調節閥以外的管道、裝置、設備等存在阻力損失，而且該阻力損失隨通過管道的流量呈平方變化關系，當系統兩端的差壓DP一

19、定時，流量值越大，則除調節閥之外的阻力損失也就越大，調節閥上的差壓值V DP 就會隨流量的增加而減小，這個差壓的變化也會引起通過調節閥的流量值相對于差壓不變的情況相應開度下的流量值有所減小，造成調節閥的流量特性曲線發生下移。因此調節閥實際工作中的流量特性曲線會相對于其理想特性曲線產生一定的畸變。調節閥其它阻力部件Pv PiQ0PPs Pv PvminPiPimax調節閥工作特性的畸變程度，可以通過閥阻比S 值進行衡量，其中S 值的定義式為D +åDD=min maxminV iVP PPS式中， V min DP 為調節閥調至最大開度，管路中流量達到最大之時，調節閥前后的差壓值。&#

20、229;D max i P為調節閥調至最大開度時，管路系統的總壓降。在一個由調節閥及其它阻力部件所構成的管路系統中，閥阻比S 的值越大，則說明調節閥的壓降占整個系統比重越大，調節閥控流能力越大反之S 值越小，則說明調節閥的壓降占整個系統的比重越小，調節閥的控制能力越差，將產生兩個不利的后果：一是調節閥的流量特性發生越來越大的畸變，使直線特性漸漸趨于快開特性，使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增加、大開度時放大系數減小，造成小開度時控制不穩定和大開度時控制遲鈍。二是調節閥的可調節閥的可調范圍隨之減小，實際可調比R'隨S 減小而減小。因此在實際使用中，通常要求S 值

21、不低于0.30.5。3.3 調節閥工作流量特性的經驗性選擇方法（1） 快開特性一般用于開關控制和兩位式調節（在閥門的兩個開度之間切換調節），在對流量進行連續調節的場合，一般不會選用快開特性。因此控制系統中調節閥流量特性的選擇其實就是等百分比特性和線性特性的選擇。（2） 在對流量、溫度、壓力（尤其是在閥前后壓力存在較大波動或閥后直管線短于3 米的氣體壓力自動調節系統中）進行自動調節控制的場合，應當采用等百分比特性；當調節閥經常工作在小開度時，應當選用等百分比特性；對蒸汽壓力、流量進行調節時，宜采用等百分比特性調節閥。（3） 手動流量調節控制中，一般選用線性特性；液位自動調節控制系統一般選用線性特

22、性；兩個調節閥并聯使用的情況下，適宜采用線性特性；在水泵最小流量保護時，適宜采用線性特性；壓縮機反喘振時，宜采用線性特性3.4 根據希望的工作流量特性及閥阻比選擇相應的理想流量特性調節閥首先對閥阻比進行估算，而后根據閥阻比的值選擇相應的理想流量特性的調節閥。（1） 當閥阻比介于0.6 和1 之間時，可以按照所希望的工作流量特性選擇理想流量特性閥門（2） 當閥阻比介于0.1 和0.6 之間時，一般均選用理想流量特性為等百分比的調節閥3.5 調節閥工作流量特性的確定裝置的自動調節控制對象為實驗管路內飽和蒸汽的流量值及其壓力值，因此選用等百分比特性調節閥。調節閥的放大系數隨閥門開度的增加而增加，在小

23、開度時流量值較小，調節閥放大系數較小，單位開度變化所引起的流量變化量也小，調節平穩緩和；大開度時流量值較大，調節閥放大系數較大，單位開度變化所引起的流量變化量也大，調節靈敏有效。4 調節閥口徑的計算與選擇一般情況下，所選用調節閥的最佳口徑值并一定是安裝管道的口徑值，直接按照調節閥所在連接管道的口徑選取調節閥的口徑是不合理的。4.1 計算流量的確定根據裝置的工作狀況，決定調節閥最大計算流量max Q 和最小計算流量min Q 。取原實驗管路中穩態的最大流量的1.151.5 倍作為調節閥的最大計算流量max Q ；取原實驗管路的穩態的最小流量的0.870.67 倍作為調節閥的最小計算流量min Q

24、 。4.2 計算壓差的決定進行調節閥口徑計算時要首先確定最大流量時（調節閥全開）閥前壓力與閥后壓力的差值DPV ，即計算差壓。合理確定計算差壓極大地影響調節閥的工作特性。調節閥的工作特性實際上取決于調節閥的壓降與管路系統總阻力損失的比值，S 值越大,越接近理想特性,調節性能越好；S 值越小,畸變越厲害,因而可調比減小,調節性能變壞。但從裝置的經濟性考慮時,S小,調節閥上壓降變小,系統壓降相應變小,這樣從節約能耗上考慮S 值越小越好。因此在實際應用中,對于總體壓力損失較低的管路系統，可以選擇S0.30.6 或S0.61；對于總體壓力損失較高的管路系統，一般取S0.150.3；對高壓系統可小至S0

25、.05。壓降V DP 的選定方法，根據不同的已知條件，用于確定調節閥計算差壓的方法有以下兩種：（1）按管路系統的阻損比來確定Pv在確定調節閥的計算差壓時，可以根據閥阻比S 的值確定計算差壓的值。由閥阻比的計算公式D +åDD=V iVP PPSV DP -實驗管路達到最大流量時調節閥前后的差壓值åD i P -實驗管路到到最大流量時，管路系統的總壓降可得SS PP S iV 1-åDD =因此，當管路系統的各局部阻力件，即彎頭、管段、三通、手動閥門、節流裝置等在實驗管路最大流量時的總壓力損失計算出后及閥阻比S 確定的情況下，可以由上述公式計算調節閥的計算差壓。（2

26、）按定壓點的壓差選取閥的壓降當實驗管路的入口壓力和出口壓力已知且在實驗使用過程中能夠基本維持恒定時，可以按照定壓點差壓來確定調節閥的計算差壓值。當實驗管路入口壓力和出口壓力的差值DP固定時，在最大流量時的D +åD V i P P 值就等于DP，這樣在S值提前選定的情況下，就可以根據公式D +åDD=V iVP PPS 來確定調節閥的計算差壓值。當調節閥的計算差壓值V DP 確定之后，再結合管路情況，初步估算出調節閥前后的壓力值（絕壓）。當實驗管段內達到最大流量時，設試驗管段入口壓力值約為0.9Mpa，出口壓力為大氣壓力值，則實驗管路D +åD V i P P 的

27、值為0.9Mpa，取兩個調節閥的S 值均為0.1，則調節閥的計算差壓V DP 為0.09Mpa 。對于調節閥1 ，估算其閥前與閥后的絕對壓力值分別為1.0Mpa 和0.91Mpa；對于調節閥2，估算其閥前與閥后的絕對壓力值分別為0.91Mpa 和0.82Mpa4.3 Kv 值計算流量系數Kv 的定義為：當調節閥全開，閥兩端壓差P 為100KPa，流體重度r 為lgf/cm(即常溫水)時，每小時流經調節閥的流量數，以m3/h 或 th 計。根據已決定的最大計算流量、計算壓差及其它有關參數，求出最大工作流量時的V max K（1）當介質為飽和蒸汽時，流量系數的計算方法當2 P >0.5 1

28、P 時( )( )120 11 2 1 2 P P P PGKK V S + -=當2 P 0.5 1 P 時V S GKPK1140=式中： S G -蒸汽的質量流量，Kg/h1 P -相應流量下的閥前壓力（絕對壓力）, Kpa 。2 P -相應流量下的閥后壓力（絕對壓力），Kpa 。K -蒸汽修正系數，對于水蒸氣該系數取值為19.4（2）當介質為一般氣體時，流量系數的計算方法當P2>0.5P1 時，mgV P PQ G tKD ×+=(273 )4.73當P20.5P1 時，(273 )2.90 1G tPQK gV +×=式中： g Q 標準狀態下氣體體積流量，

29、m / h 31 P 閥前壓力（絕對壓力）， KPa2 P 閥后壓力（絕對壓力）， KPa1 2 DP = P - P ，KPa21 2 P PPm+= ， KPaG 氣體比重。氣體的比重是指該氣體的密度與標準狀況下空氣密度的比值。取G =1t 氣體溫度， .（3）當介質為一般液體的Kv 值計算方法當( ) 12L F V DP < F P - F ×P 時1 210P PK QV L -= ´r當( ) 12L F V DP > F P - F ×P( )1012L F VV L F P F PK Q- ×= ´r式中： F F

30、流體臨界壓力比系數,CVF PPF = 0.96 - 0.28 。L F 壓力恢復系數。V P 閥入口溫度下，介質的飽和蒸汽壓（絕對壓力）,Kpa。C P 物質熱力學臨界壓力,Kpa。L Q 液體流量m / h 3 。r 液體密度3 g / cm 。1 P 閥前壓力（絕對壓力）KPa。2 P 閥后壓力（絕對壓力）KPa。4.4 初步決定調節閥口徑根據已計算的V max K ，在所選用的產品型式系列中，選取大于V max K 并與其接近的一檔V K值，得出口徑，一般所選用調節閥口徑不應大于所安裝管道的口徑。4.5 開度驗算要求就小流量時，開度值不小于10%；最大流量時，開度值不大于90%（1）

31、最大流量開度驗算公式（對數特性調節閥）VVKKK maxmax lg1.481= 1+（2） 最小流量開度驗算公式（對數特性調節閥）VVKKK minmin lg1.481= 1+式中： max K -閥門最大流量時的開度值m i n K -閥門最小流量時的開度值V m a x K -閥門最大流量時的流量系數V min K -閥門最小流量時的流量系數V K -閥門的額定流量系數4.6 實際可調比驗算調節閥在實際運行中，受工作特性的影響，S 值越小，最大流量相應減小。同時工作開度也不是從0 至全開，而是在1090左右的開度范圍內工作，使實際可調比進一步下降。一般希望調節閥的實際可調比能夠滿足裝置實驗流量調節的要求。調節閥實際可調比的驗算公式為R R S r =式中： r R -調節閥實際可調比S -調節閥的壓降比R -調節閥的理想可調比4.7 壓差校核4.8 閥門口徑的確定開度、可調比、差壓均驗算合格之后，即可確定調節閥的口徑值5 調節閥選型訂貨必須提供的性能參數（1）產品名稱（2）型號（型號中包括作用方式、溫度范圍）；（3）公稱壓力；（4）公稱通徑；（5）流量系數；（6）流量特性；（7）泄漏率；（8）閥關閉時的壓差；（9）閥體材質；（10）芯座材質；（11）附件（附件型號、信號、規格、防爆否等）。6 調節閥執行機構的主要性能