流量特性可用阀门不同开度下通过的流量与相对应的阀杆位置的曲线图来表示。很明显,通过阀门的流量受阀门压降的影响,或者更具体说,是受阀门压力降变化的影响。于是,必须把压力降确定为流量特性的一部分。阀门的产品样本中所表示的流量特性为阀门在打开的过程中保持恒定压降的特性,因为阀门制造厂无法知道阀门在使用场合下的系统压降的变化情况。在恒定压降下的特性称之为“固有流量特性”。几种较常见的流量特性表示在图1中。
图1中表示了五种基本类型的阀门特性。其中只有快开、线性和等百分比这三种特性的阀门在市场上可以买到。
固有流量特性的类型
如果把阀门增益即灵敏度定义为:
显然,流量特性曲线的斜率就是阀门增益。参看图1。快开特性是只要阀门行程有小的变化,流量变化却很大。由于其阀门增益太大,以至于在一般的调节控制中不能使用,而只局限于开—关场合作用。例如间断或半连续式过程的程序操作中使用。由于这个原因,快开特性有时又称之为“开—关”特性[1]。
大多数的调节过程都是使用线性、等百分比或者改良的流量特性阀门。改良的流量特性一般是图1所示的介于线性和等百分比特性之间。线性的固定流量特性是指流量变化与阀杆行程也即是与加到阀门的讯号成线性关系的特性。这种线性关系表面上看来似乎是最理想的调节特性,因为它在恒压降下的整个行程中产生一个恒定的阀门增益,然而,阀门包含到连结有配管、设备和控制回路的系统中就导致考虑通常最广泛使用的等百分比特性。等百分比特性是行程变化所引起的流量变化,它是变化前流量的一个恒定的百分数。
很显然,所有阀门都有流量特性,图2表示了几种固有的流量特性。与墨菲定律相反,此图表明,许多阀门结构都具有介于线性和等百分比之间的特性。因此,在概念上,它们在调节过程中都是有用的。蝶阀特性属于此范围内。隔膜阀特性位于线性与快开特性之间,在控制阀上也是有用的。
图1 阀门的固有特性 图2 各种类型阀门的最大流量百分数与阀杆行程的关系
安装流量特性
固有流量特性用来描述制造厂供应的阀门是有价值的。然而,很显然,实际上没有什么阀门是在恒定压降下操作的。这样,安装在管路中的阀门流量特才是正确使用阀门的基础。这种流量特性很合理地称之为“安装流量特性”。对于每一种阀门,其安装流量特性也是不同的。但是某些一般原则值得考虑。康尼松[6]描述了在石油化学工业中具有代表性的安装系统,如供给泵压头的离心泵、配管和其它设备与阀门串联安装在一起,它反映动压头损失。这种配置如3所示,阀门的压力降随通过的流量而变化。
图3 在石油化工装置中流量相对于压力的曲线 其中(a)高于设计流量时没有调节余系统调节能力薄弱 (b)增大流量也有足够的调节阀压降
离心泵的泵头压头随着流量的增加而下降,如图3(a)所示。在系统中的配管和设备两端产生的压力降由静压头(高度)部分(它是不变的)和动压头损失(与流量的平方成正比变化)所组成。这种相应于流量的动力压头损失曲线图有时称之为系统阻力曲线。图3(a)所示,泵压头和动压头损失的流量在正常设计流量这点上相当接近。因而,可以预料这个系统是不满意的,因为当要求增加少量的流量时,调节阀上没有压力降。这个系统将会是不可调节的系统。图3(b)表示了泵压头与动压头损失之间的关系,在这个设计流量下,有一个阀门压力降的余量可供利用。如果需要,之将适应较大的流量调节。
洛维特[7]利用图4所示的系统研究过阀门安装特性与系统压力分配之间的关系。有关泵压头和动压头损失的参数表示在图5中。这些参数都结合到阀门压降比PR上,它是阀门压力降与总的系统动压头损失的比
图6和图7表示了固有线性和等百分比阀门特性的畸变,这是与安装特性及阀门压降比的变化有关。特性变形随着压降比的减小而变得严重,而洛维特认为0.05的压降比是可接受的性能极限。
图4 泵输送液体流量的系统[7] 图5 系统压力分配[7]
穆尔[15]研究得出调节阀压降分配的几个导则,认为“压力降的选择是一个复杂的问题,不能用一套数学法则来确定”。于是以这些导则作为标准,比使用设计准则的还要多。这些导则是:
1) 在装有泵的回路里,分配到调节阀上的压力降必须等于系统在额定流量下动压头损失的33%,或者15磅/英寸2,取较大的那个值。
2) 在离心压缩机吸入段或排出管线上的调节阀的压力降,要占吸入段绝对压力的5%或者50%系统动压头损失,取较大的那个值。
3) 在静压力作用下,液体从一个压力容器流向另一个容器的系统里,分配到调节阀上的压力降必须为低压端容器压力的10%,或者为系统动力压头损失的50%,取较大的那个值/
4) 进透平、再沸器和工艺容器的蒸汽管线上的阀门,其压力降需为蒸汽系统设计绝对压力的10%或者5磅/英寸2,取较大的那个值。

(来源:未知)
