在
流量特性的选择之前，先需要简单地介绍一下
调节阀流量特性的一些基本理论。
一、调节阀理想流量特性
1）定义
调节阀的流量特性是指介质流过调节阀的相对流量与相对开度的关系。数学表达式为：
（5—1）
或中：
———相对流量（Q———某一开度下的流量）
———相对开度，调节阀阀芯某一位移
与全开位移L之比。
一般来说，改变调节阀阀芯、阀座间的节流面积，便可以调节流量。由于多种因素的影响，改变节流面积，流量改变，导致系统中所有阻力的改变，使调节阀前后压差改变，为了便于分析先假定
阀门前后压差不变，然后再引伸到真实情况进行讨论。前者称为理想流量特性，后者称为工作流量特性。理想特性又称固有流量特性。理想特性主要有直线、对数两种。
A、直线特性
直线特性是指调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位行程变化引起的流量变化是常数，用数学式表达为：
（5－2）
式中：K—常数，即为调节阀的放大系数。
将上式积分得：
式中：C—积分常数。
代入边界条件：
＝0时，Q＝Qmin，
＝L时，Q＝Qmax，从积分式中解出常数项为：
最后得
上式表明，Q/Qmax与
/L之间呈直线关系，在直角座标上得到一条直线。因R＝30，当
/L时，Q/Qmax＝
＝0.033；当
/L＝1，即全开时Q/Qmax＝1。连接上述两点得直线特性曲线，见图5－1之1。从图中看出直线特性调节阀的曲线斜率是常数，即放大系数是一常数。
1-直线 2-等百分 3-快开
图5-1理想流量特性
从公式中看出，当开度
/L变化10％时，所引起的相对流量的增量总是9.67％，但相对流量的变化量却不同。我们以开度10％、50％、80％三点为例，其相对的流量见表5－4，则：
在10％开度时，流量相对变化值为：
在50％开度时，流量相对变化值为：
在80％开度时，流量相对变化值为：
可见，直线特性的阀门在小开度工作时，流量相对变化太大，调节作用太强，易产生超调引起振荡；而在大开度时流量相对变化小调节太弱不够及时。为解决上述问题，希望在任意开度下的流量相对变化不变，产生了对数特性。
B
、对数（又称等百分比）特性
表5－4 流量特性的相对开度和对应流量（R＝30）
 相对流量、相对开度  |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
| 直线流量特性 |
3.3 |
13.0 |
22.7 |
32.3 |
42.0 |
51.7 |
61.3 |
71.0 |
80.6 |
90.3 |
100 |
| 等百分比流量特性 |
3.3 |
4.67 |
6.58 |
9.26 |
13.0 |
18.3 |
25.6 |
36.2 |
50.8 |
71.2 |
100 |
| 快开流量特性 |
3.3 |
21.7 |
38.1 |
52.6 |
65.2 |
75.8 |
84.5 |
91.3 |
96.13 |
99.03 |
100 |
| 抛物线流量特性 |
3.3 |
7.3 |
12 |
18 |
26 |
35 |
45 |
57 |
70 |
84 |
100 |
对数特性是指单位行程变化引起相对流量变化与该点的相对流量成正比，即调节阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增加而增大。用数学式表达为：
经过积分，同直线特性的推导过程一样，将上式代入边界条件，定常数项，最后得：
（5－4）
从上式看出，相对开度与相对流量成对数关系，故称对数特性。在直角座标中，得出一条对数曲线，见图5－1之2。
为了和直线特性比较，同样以开度10％、50％和80％三点为例，当开度变化10％时，从表1－4中得出：
可见，它单位位移变化引起的流量变化与此点的原有流量成正比，而流量相对变化的百分比总是相等的，故又称等百分比特性。
由于对数特性的放大系数K随开度增加而增加，因此有利于系统调节。在小开度时流量小，流量的变化也小，调节阀放大系数小，调节平稳缓和；在大开度时，流量大，流量的变化也大，调节阀放大系数大，调节灵敏有效。从图5－1可知，对数特性始终在直线特性的下方，因此，在同一行程时流量比直线特性小。
二、调节阀的工作流量特性
在实际运行中，调节阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性。
A）
串联管道的工作流量特性 由于阀开度的变化引起流量的变化。在流体力学中我们知道，阻力损失与流速的平方成正比，调节阀一旦动作，流量一改变，系统阻力（如弯头、手动阀门、管理损失等）都相应改变，因此，调节阀上压降也相应变化。其公式为：
进一步推导，得出工作流量特性公式为：
（5－5）
从此可以看出，工作流量特性与压降分配比S有关。调节阀上压降越小，使调节阀全开流量相应减小，曲线越向下移，使理想的直线特性畸变为快开特性，理想的对数特性畸变为直线特性。如图5－2所示。可见，S太小，对调节不利，一般不小于0.3。调节阀补偿这种畸变后，S可达0.05～0.1。对此下面还会重点介绍。
(a)线性 (b)对数
图5-2串联管道时调节阀的工作特性（以Qmin为参数对比值）
(a)线性 (b) 对数
图5-3并联管道时调节阀的工作特性（以Qmin为参数对比值）
B）
并联管道的工作流量特性 在可调比分析中已经知道，调节阀的Qmin为旁通阀流量Q旁。因此，旁通阀流量越大，Qmin越大，Qmin上移，使整个曲线上移，畸变成图5－3所示情况。其中X＝调节阀全开的最大流量／总管最大流量。根据现场经验，一般X≥0.8，即旁通阀流量不应超过总流量的20％。
三、对传统流量特性理论的突破 传统的流量特性设计理论都是按调节阀上压降不变的理想状况来设计定型的，也是用这种方法向用户提供调节阀固有流量特性的。这种调节阀上压降不变，即S＝1的理想流量特性在实际工作中永远不会存在。实际工作中，S＜1，工作特性偏离理想特性，严重地产生畸变。见图5－2，为了保证流量特性有较好的调节品质，人们按传统的流量特性理论，要求实际工作情况向理想情况靠拢，以牺牲能耗来换取，提出S应等于0.3～0.6。S＜0.3，实际工作特性畸变得不好使用。
那么，为什么我们不可以将调节阀的固有特性向实际工作特性来靠拢呢？为什么提供实际工作中不存在的特性，让其在使用中严重畸变呢？为什么不可以按实际工作特性来讨论以减小这种畸变呢？由此可见，传统的理想与实际相脱离的设计与应用理论，从思想方法上看就存在着严重问题。因此，我们应该研究实际工作中具有代表性的，典型的S值，提供在这些S值下的直线和对数流量特性等，使
控制阀固有特性尽可能与工作特性相吻合。作者提出的这种理想与实际相结合的方法将带来如下优点和实用意义：
（1）调节阀提供的固有特性与实际工作特性更加接近，畸变减小，调节性能提高。
（2）按低S来设计调节阀的固有特性，打破传统的牺牲能耗来换取调节品质的高S运行理论，可大大节省系统能耗。据此理论，S可以在0.05～0.15之间，与原高S运行相比，可节省能耗15％～22％。这对于我国能源紧张的今天，有较好的使用价值和社会效益。
（3）随着计算机的应用，研究这种理论可使调节阀特性很容易根据不同S值实现在线整定、补偿，根据系统需要获得较佳的工作特性。这种阀华林公司正在研究之中。
（4）有利于产品制造。目前，调节阀流量特性误差是工厂最难达到的性能指标。然而，使用中因畸变厉害，从来没有用户提出过流量特性误差影响使用和调节的问题。因为即使提供的流量特性误差为0，到实际工作中，畸变得已经一塌糊涂。因此，原流量特性误差的把关是只抓住其次要矛盾，忽视了实际工作中畸变厉害这一主要矛盾。采用常用典型S值下的工作特性为调节阀的固有特性，不但抓住了主要矛盾，保证了调节性能，而且这种试验更简化，也有利于产品制造。
四、节能调节阀流量特性 所谓节能调节阀，其实质就是保证在低S运行下调节阀有较理想的流量特性问题。
能否在低S下运行，传统的讨论都是僵持在阀的固有流量特性这个问题上。S值太小，主要影响两个调节品质指标，一是可调范围减小，二是流量特性畸变。因此，作出结论，为保证调节阀节品质，S应取大一些，一般为0.3～0.6，从而否定了低S运行的问题。
上述争论不休的问题，实际上只要根据前面所谈到的理想与实际相结合的流量特性设计方法，在阀上做文章，也就显得十分简单了。由工作流量特性方式5－5，将S＝0.1代入，即可得到S＝0.1的节能调节阀流量特性。
在我们的试验中，通过修正阀芯曲面或套筒窗口的形状和尺寸，便很方便地解决了所谓的低S流量特性畸变的问题。实际可调比可达30，实际流量特性满足了国标对流量特性误差考核的要求，完全同普通阀一样。于是一种只在理想固有特性上讨论，把S定在0.3以上，通过提高调节阀上压降，牺牲能耗来换取调节品质的传统的方法被打破了。通过对调节阀的小小修正来解决问题，不仅简单易行而且还节约了大量能耗。
五、流量特性的选择 1）工作流量特性的选择
由于选择方法较多，不必一一阐述。这里，推荐表5－5和5－6供选择时参考。其中，表5－5是根据系统的主要干扰来选择；表5－6是根据流量特性的使用特点得出的一种直观选择流量特性的参考表。
2）固有流量特性的确定
（1）根据S值确定阀固有特性
根据表5－5选定的工作特性，再根据S值确定阀固有特性（即理想特性），见表5-7。
（2）根据不平衡力作用方向确定阀固有特性
①不平衡力变化为“－”ft（作用方向将阀芯压开）时，按通常方法即按上述方法确定。
②不平衡力变化为“＋”ft（作用方向将阀芯压闭）时，选用对数特性。
表5－5 工作流量特性选择表
| 系统及被调参数 |
干扰 |
流量特性 |
说明 |
流量控制系统 |
给定值 |
直线 |
变送器带开方器 |
| P1、P2 |
等百分比 |
| 给定值 |
快开 |
变送器不带开方器 |
| P1、P2 |
等百分比 |
温度控制系统 |
给定值T1 |
直线 |
|
| P1、P2、T3、T4、Q1 |
等百分比 |
压力控制系统 |
给定值P1、P3、C0 |
直线 |
液体 |
| 给定值P1、C0 |
等百分比 |
气体 |
| P3 |
快开 |
液位控制系统 |
给定值 |
直线 |
|
| C0 |
直线 |
 液位控制系统 |
给定值 |
等百分比 |
|
| Q |
直线 |
|
表5－6 直观选择流量特性参考表
|
直线特性 |
对数特性 |
| 流量特性的选择 |
具有恒定压降的系统 |
阀前后盖压力变化大的系统 |
| 压降随负荷增加而逐渐下降的系统 |
压降随负荷增加而急剧下降的系统 |
|
调节阀压降在小流量时要求大，大流量时要求小 |
|
介质为液体的压力系统 |
| 介质为气体的压力系统，其阀后管线长于30米 |
介质为气体的压力系统，其阀后管线短于3米 |
|
流量范围窄小的系统 |
|
阀需要加大口径的场合 |
| 工艺参数给得准 |
工艺参数不准 |
| 外界干扰小的系统 |
外界干扰大的系统 |
|
调节阀压降占系统压降小的场合：S＜0.6 |
| 阀口径较大，从经济上考虑时 |
从系统安全角度考虑时 |
表5－7 调节阀固有流量特性选择用
| 调节阀与系统压降之比 |
≥0.6 |
＜0.6 |
| 要求的工作特性 |
平方根 |
直线 |
等百分比 |
平方根 |
直线 |
等百分比 |
| 选用的固有特性 |
平方根 |
直线 |
等百分比 |
等百分比 |
等百分比 |
等百分比 |
