上海滬工閥門(mén)廠(chǎng)（集團）有限公司

調節閥有兩種基本的流量特性：

線(xiàn)性流量特性

等百分比流量特性 Ф=Ф₀R^h （2）

式中：Ф 為對應某開(kāi)度是的流量系數；R 為可調比；h 為相對開(kāi)度；Ф₀ 為 h=0 是的流量系數。

按照傳統的解釋?zhuān)�可調比 R 是指所能控制最大流量的比值，即

在設計調節閥時(shí)，需先設定一個(gè) R 值，然后計算各開(kāi)度下的流量系數 Ф，以此作為設計閥芯曲線(xiàn)和套簡(jiǎn)窗口的依據。國內調節閥行業(yè)的兩次統一設計，都是在設定 R=30 前提下，計算出了各開(kāi)度對應的流量系數理論值（見(jiàn)表 1）。

從應用角度，希望調節閥的放大倍數 K_D 大一些，而 K_D 與可調節比 R 有關(guān)，

線(xiàn)性特性

等百分比特性

式中：L 為全行程開(kāi)度�？梢钥闯�，增大 K_D，應提高 R 值，因此，制造廠(chǎng)都將可調比大于某一數值作為一項性能指標予以標明。但是調節閥 R 值越大，設計制造難度越大。對單、雙座調節閥，若 R 值過(guò)大，閥芯制造時(shí)會(huì )在 90%~100% 開(kāi)度范圍內產(chǎn)生根切現象；對套筒調節閥，若 R 值太大，在 90%~100% 開(kāi)度范圍內會(huì )因窗口尺寸過(guò)寬而無(wú)法制造。這些都限制了 R 值的提高。

制造廠(chǎng)是在 R=30 前提下設計制造出調節閥產(chǎn)品，但對調節閥產(chǎn)品實(shí)際 R 值是多大、它與 R=30 的偏差等問(wèn)題，目前尚未引起人們的重視。由于，設計人員對 R 值的認識僅局限在 Q_max 和 Q_min 的比上，而 Q_min 只是個(gè)理論上存在的數值，無(wú)法進(jìn)行測量，因此認為實(shí)際可調比也是無(wú)法計算的。在目前見(jiàn)到的有關(guān)調節閥的資料中，尚未看到這方面的論述。國內外調節閥的 標準中，也未提出對 R 值的測量、計算和考核辦法。這是由于對可調比概念的片面理解所造成的，現在有必要從可調比與流量系數的關(guān)系入手作進(jìn)一步探討與研究。

1、可比閥與流量特性曲線(xiàn)的關(guān)系

從流量系數的計算公式可以看出，R 值取決于，但它決定了任意一個(gè)相對行程時(shí)的流量系數值。因此，無(wú)論從調節閥的設計、制造和應用角度講，這一點(diǎn)都具有很重要的實(shí)際意義。因為，任何調節閥都不可能使用在它的最小開(kāi)度，也就是不會(huì )用其 Q_min 來(lái)工作，大量的使用場(chǎng)合是在某一開(kāi)度（一般在全行程的 20%~80%）上對流量進(jìn)行控制。此時(shí)，調節閥的流量系數大小決定了調節閥的工作開(kāi)度，流量系數相對于行程的變化量決定了調節閥的放大倍數，這些均與 R 值有關(guān)。因此，不能簡(jiǎn)單地從 Q_max 和 Q_min 的比去理解 R 值，而應當把 R 值看作是整個(gè)流量特性曲線(xiàn)的一個(gè)特征參數。

分析式（1）、式（2）與式（3）、式（4）可以看出，R 值變化對線(xiàn)性流量特性影響不大，特別在 R＞1 時(shí)，Ф 與 KD 均與 R 值無(wú)關(guān)；對等百分比特性影響則較大，因此本文討論值對流量系數的影響僅限于等百分比特性。

當 R 值作為流量特性曲線(xiàn)的一個(gè)特征參數時(shí)，可以設想將全行程的流量特性曲線(xiàn)看成由幾個(gè)不同 R值決定的幾段流量特性曲線(xiàn)組合而成。在 0~80% 開(kāi)度時(shí)，R 值取大一些，使調節閥在工作行程范圍內有足夠的 R 值，也就是有足夠的放大倍數。在 80%~100% 開(kāi)度范圍，R 值取小一些，使調節閥制造過(guò)程中，閥芯曲線(xiàn)和套筒開(kāi)窗都容易實(shí)現。提高工作開(kāi)度下的 R值，也可以作為在調節閥設計中探索提高流通能力的一個(gè)途徑。分段取不同的 R 值這一思想，已從 IEC534—2—4（草案）和國外一些調節閥流量系數表中體現出來(lái)，這時(shí)可調比的含義已經(jīng)不再是 Q_max 和 Q_min 之比了，它應當作為流量特性曲線(xiàn)的一個(gè)特征參數被認識、被研究。

2 R 值計算方法

調節閥實(shí)際可調比 R 值是可以計算出來(lái)的，根據公式（2）可推導出

lnФ=lnФ₀+hlnR （6）

在 lnФ—h 坐標系中，等百分比流量特性曲線(xiàn)是一直線(xiàn)，R 值實(shí)際上決定了該直線(xiàn)的斜率。實(shí)際測量一臺調節閥的流量特性，可以得到若干組（Ф，h）數據，由于制造和測量誤差，這些測量值在 lnФ—h 坐標系中呈近似直線(xiàn)分布，并認為這條近似直線(xiàn)就是這臺調節閥的實(shí)際流量特性曲線(xiàn)。要得到這樣一條直線(xiàn)，并使其最接近坐標系中的這些點(diǎn)，建議用最小二乘法求解。

在測量一臺調節閥于不同開(kāi)度時(shí)的流量系數時(shí)，可以得到相對行程和流量系數的 K 組數據，代入公式（6）得到方程組

式中：Ф₀，R 為這臺調節閥的實(shí)際值，可從方程組（7）中用最小二乘法求其近似值：

一般情況下取 10 個(gè)開(kāi)度進(jìn)行測量，即 h_i 分別去 0.1，0.2，0.3，…，1.0。此時(shí)有 K=10，=5.5；=3.85，代入式（8）則有

將測量所得流量系數 Ф_i 代入公式（9），即可解出該臺調節閥的實(shí)際可調比 R 值。若將表 1 中等百分比流量系數的理論值代入公式（9），即可反算出 R=30。按式（9）解出的是全行程的可調比，為了準確了解調節閥在工作段的可調比，h_i 可分別取 0.2，0.3，…，0.8，即 k=7，=3.5，=2.03，則有

代入 20%~80% 開(kāi)度時(shí)的各流量系數，可以得到該段流量特性的 R 值。同樣，將表 1 中理論值數據代入式（10），也可反算出 R=30。由于式（9）、式（10）中 Ф 值都是以比值形式出現，無(wú)論用絕對流量系數或相對流量系數計算其結果都是相等的。因此，用來(lái)計算 R 值是很方便的。同樣，當需要計算任意段流量特性曲線(xiàn)的 值時(shí)，都可以推出相應的計算公式。

3 國內外一些調節閥 R 值的比較

依據式（9）用國內統一設計的雙座調節閥和聯(lián)合設計的套筒調節閥，以及 Fisher 公司的 ED 型套筒閥的流量系數計算相應的 R 值，其結果見(jiàn)表 2~表 4。

從表中可以看出，盡管雙座調節閥和套筒調節閥在設計時(shí)預先設定 R=30，但實(shí)際生產(chǎn)的各種規格的調節閥其 R 值是不相同的。

比較表 2、表 3 這兩個(gè)系列調節閥的 R 值可以看出，雙座調節閥各種規格的 R 值偏差較大，套筒調節閥各種規格的 R 值偏差較小。這與兩種閥設計時(shí)對流量特性采用不同誤差判定標準相吻合，雙座調節閥以最大流量值的 10% 作為每個(gè)行程流量值的偏差范圍，而套筒閥采用國際 IEC 標準中的斜率法計算流量特性偏差的方法。顯然，后一種方法較前一種方法更能保證 R 值達到設計要求，這也說(shuō)明了 IEC 標準斜率法的先進(jìn)性。

比較表 2、表 3、表 4 還可以看出，國產(chǎn)調節閥的 R 值比國外調節閥小，國內雙座閥=30.5、套簡(jiǎn)閥=36.2；Fisher 公司 ED 型套簡(jiǎn)閥=45.9。

再按式（10）計算國內套簡(jiǎn)閥和 Fisher 公司 ED 型套簡(jiǎn)閥在工作行程段（h=0.2~0.8）時(shí)的 R 值，并與全行程時(shí)的 R 值相比較，結果見(jiàn)表 5 與表 6�？梢钥闯�，國產(chǎn)套簡(jiǎn)閥工作行程段的 R 值和全行程 R 值接近，無(wú)顯著(zhù)改變，=34.2，而 Fisher 公司套簡(jiǎn)閥在工作行程段的 R 值明顯高于全行程的 R 值，=60.5。

提高工作行程段的 R 值，其優(yōu)越性在于它能更好地滿(mǎn)足自控系統的需要，還能提高 80% 開(kāi)度時(shí)的流量系數值，從而使全開(kāi)時(shí)閥的流通能力有較顯著(zhù)的提高。通過(guò)對 R 值的分析比較，說(shuō)明了國內外調節閥在設計水平上存在一定的差距。

4、對 IEC 534—2—4（草案）的理解

IEC 534—2—4（草案）第 3.3 款對等百分比流量特性做了如下規定：

“在 h=0.2 和 h=0.8 之間，任意兩個(gè)相鄰流量系數發(fā)表值的對數之間的差值應在 0.13 和 0.2 范圍內”。“低于 h=0.2 這兩個(gè)值相應為 0.13 和 0.25；高于 h=0.8，此值應相應為 0.03 和 0.2”。

這里作為流量特性偏差范圍的選取，應當看作是按 R 值的變化范圍決定的，試計算

R=20，0.1×logR=0.13
R=100，0.1×logR=0.20
R=300，0.1×logR=0.25
R=2，0.1×logR=0.03

也就是說(shuō)，流量特性偏差實(shí)際上是分段限制 R 值的變化范圍，即

h=0.2~0.8，R=20~80；
h=0.8~1.0，R=2~100；
h=0~0.2，R=20~300；

IEC 的這一規定正是體現了將 R 值作為流量特性曲線(xiàn)的一個(gè)特征參數，并實(shí)現了在全行程范圍內可以取不同 R 值這一設計思想。而國標 GB 4213—84《氣動(dòng)調節閥通用技術(shù)條件》在這個(gè)問(wèn)題上是和 IEC 標準存在一定差異的。深入討論 R 值及流量系數的關(guān)系，無(wú)論對設計、制造、應用調節閥都有一定的意義，對加強調節閥的基礎理論研究，提高我國調節閥設計制造水平，都是十分必要的。