标题调节阀通流面积设计

1 概述

    调节阀是控制电厂机组安全和经济运行的重要设备。主要用在生产系统中进行介质的流量控制和压力控制. 以及这两种控制过程的组合。如过热器减温水调节阀，就是通过控制减温水流量来调节过热蒸汽的温度。而给水泵再循环阀既能控制流量，又能降压，起双重作用。调节阀是在接收控制单元的模拟信号后（0~10mA或4~20mA），按模拟信号成比例地调节阀门的行程（阀位），进而调节流经其中的介质流量或压力，以满足系统的需要。对调节阀来说，流量特性是至关重要的，而流量特性是由通流面积来保证的。因此，调节阀通流面积的设计是调节阀设计的关键点。

    2 基础理论的论述及推导

    对于自动调节技术来说，对数（等百分比）和线性特性（图1）的调节阀能较好地满足控制的需要。

    对于线性特性曲线，有公式

        （1）

    对于对数（等百分比）特性曲线，有公式

    式中    KV－－对应某一行程H时的流量系数
    KV₁₀₀－－在全开度（H₁₀₀）时的公称流量系数
    kv－－对应某一KV值的比流量系数
    －－理论可调比
    H－－调节阀的实际行程，mm
    h－－全行程的百分数
    H₁₀₀－－额定行程（常数），mm

    在式（1）和式（2） 中，h是自变量，kv是因变量，其余为常数。

    对于线性特性曲线

    说明行程和流量成线性关系，给出每一行程，可求出对应的流量（KV）值。

    对于对数特性曲线

    由于n是常数，当dh=常数（即行程增幅相同）时，dkv/kv=常数，此式说明，每一等增量的行程，使对应于某点的kv值以相同的百分数增加，即阀塞行程的等量变化，相应行程的流量变化的比率也相同。其特点是开始时，原始流量小，流量增加的绝对值也小.接近全开时，流量增加的绝对值也大。

    对应每一行程，可求出相应的kv值。对于给定工况，可以很容易地选定其流量特性并计算其KV值，公式为

        （3）

    式中    Q－－流量，m³/h
    ρ－－特定流体的相对密度
    ΔP－－阀门进出口处的压力差，MPa

    3 通流面积分析计算

    图2是某一开度下的通流面积，图3阴影部分是孔的最小通流面积。理论上通流面积计算公式为

    在给定条件下（l一定），解此方程，可求得交点x₁和x₂。此时一孔通流面积

    在一定行程下，分别计算各孔通流面积，将其相加，即得总通流面积。

    实际情况下，阀芯各孔位置不同，求每一对应行程的通流面积必须解很多方程。所以，在工程设计中，常采用一种近似的算法（图4）。用直线上方的阴影面积代替原来的阴影面积，并转化成便于求解的图形。可取得满意的效果。如已知阀塞钻孔直径为2Rmm，倾角为，节流面距孔的低部距离为lmm，求孔的虽小通流面积S则

    这时求出的仅是对应某一行程的一个孔的通流面积。但由于一阀塞上通常有十几个孔，且孔的高低位置不同，即l不同。为了求某一行程的总通流面积，就得将不同的l值代入上式，然后将其相加，过程十分繁锁。另外，设计的通流面积应符台理论通流面积，为此，要进行大量的试算，因此，必须借助计算机才能完成上述工作（图5）。

    4 结论

    调节阀通流面积的设计，为调节阀的整体设计奠定了基础，这项工作在我国才刚刚起步。要赶上国际先进水平，需要在理论及实践上做艰苦的努力和探索。