调节阀的特性及选择

调节阀是一种在空调控制系统中常见的调节设备，分为两通调节阀和三通调节阀两种。调节阀可以和电动执行机构组成电动调节阀，或者和气动执行机构组成气动调节阀。 电动或气动调节阀安装在工艺管道上直接与被调介质相接触，具有调节、切断和分配流体的作用，因此它的性能好坏将直接影响自动控制系统的控制质量。 本文仅限于讨论在空调控制系统中常用的两通调节阀的特性和选择，暂不涉及三通调节阀。 

1．调节阀工作原理 从流体力学的观点看，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件。对不可压缩的流体，由伯努利方程可推导出调节阀的流量方程式为 

21221242PPDPPAQ 式中：Ｑ——流体流经阀的流量，m3/s； Ｐ1、Ｐ2——进口端和出口端的压力，MPa； Ａ——阀所连接管道的截面面积，m2； Ｄ——阀的公称通径，mm； ρ——流体的密度，kg/m3； ζ——阀的阻力系数。 可见当A一定，(P1-P2)不变时，则流量仅随阻力系数变化。阻力系数主要与流通面积(即阀的开度)有关，也与流体的性质和流动状态有关。调节阀阻力系数的变化是通过阀芯行程的改变来实现的，即改变阀门开度，也就改变了阻力系数，从而达到调节流量的目的。阀开得越大，ζ将越小，则通过的流量将越大。

2．调节阀的流量特性 调节阀的流量特性是指流过调节阀的流体相对流量与调节阀相对开度之间的关系，即 LlfQQmax 式中：Q/Qmax——相对流量，即调节阀在某一开度的流量与最大流量之比； l/L  ——相对开度，即调节阀某一开度的行程与全开时行程之比。 一般说来，改变调节阀的阀芯与阀座之间的节流面积，便可控制流量。但实际上由于各种因素的影响，在节流面积变化的同时，还会引起阀前后压差的变化，从而使流量也发生变化。为了便于分析，先假定阀前后压差固定，然后再引申到实际情况。因此，流量特性有理想流量特性和工作流量特性之分。 

2.1 调节阀的理想流量特性 调节阀在阀前后压差不变的情况下的流量特性为调节阀的理想流量特性。调节阀的理想流量特性仅由阀芯的形状所决定，典型的理想流量特性有直线流量特性、等百分比(或称对数)流量特性、抛物线流量特性和快开流量特性

(1)直线流量特性  直线流量特性是指调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位行程变化所引起的流量变化是常数。由此可见，直线流量特性调节阀在行程变化相同的条件下所引起的相对流量变化也相同，但相对流量变化的相对值不同。即流量小时，相对流量变化的相对值大；而流量大时，相对流量变化的相对值小。也就是说，阀在小开度时控制作用太强，不易控制，易使系统产生振荡；而在大开度时，控制作用太弱，不够灵敏，控制难于及时。 

(2)等百分比(对数)流量特性  等百分比流量特性是指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即该点单位相对行程变化的百分数与相对流量变化的百分数相等，故称为等百分比流量特性。  等百分比流量特性的相对开度与相对流量成对数关系，故又称之为对数流量特性。这种调节阀的放大系数是随行程的增大而递增，即在开度小时，相对流量变化小，工作缓和平稳，易于控制；而开度大时，相对流量变化大，工作灵敏度高，这样有利于控制系统的工作稳定。 

(3)抛物线流量特性  抛物线流量特性的调节阀的相对流量与相对开度的二次方成比例关系。 

(4)快开流量特性  调节阀在开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，故称为快开流量特性。快开流量特性的阀芯是平板形的，适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。 

2.2 工作流量特性  在实际使用时，调节阀总是与具有阻力的表冷器、换热器、管道等相连接，即使能保持供、回水压差不变，也不能始终保持调节阀前后的压差恒定。因此，虽然在同一相对开度下，通过调节阀的实际流量将与理想特性时所对应的流量不同。所谓调节阀的工作流量特性就是指调节阀在前后压差随负荷变化的工作条件下，它的相对流量与相对开度之间的关系。