調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系
調(diào)節(jié)閥有兩種基本的流量特性：
線性流量特性
等百分比流量特性Ф=Ф0Rh （2）
式中：Ф為對(duì)應(yīng)某開度是的流量系數(shù)；R為可調(diào)比；h為相對(duì)開度；Ф0為h=0是的流量系數(shù)。
按照傳統(tǒng)的解釋，可調(diào)比 R 是指所能控制最大流量的比值，即
在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥時(shí)，需先設(shè)定一個(gè)R值，然后計(jì)算各開度下的流量系數(shù)Ф，以此作為設(shè)計(jì)閥芯曲線和套簡(jiǎn)窗口的依據(jù)。國(guó)內(nèi)調(diào)節(jié)閥行業(yè)的兩次統(tǒng)一設(shè)計(jì)，都是在設(shè)定R=30前提下，計(jì)算出了各開度對(duì)應(yīng)的流量系數(shù)理論值（見表 1）。
| 流量特性 | Ф0 | 各相對(duì)開度 Ф 值 | |||||||||
| 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.0 | ||
| 線性 | 3.33 | 13.00 | 22.67 | 32.33 | 42.00 | 51.67 | 61.33 | 71.00 | 80.67 | 90.33 | 100.00 |
| 等百分比 | 3.33 | 4.68 | 6.58 | 9.25 | 12.99 | 18.26 | 25.65 | 36.05 | 50.65 | 71.17 | 100.00 |
從應(yīng)用角度，希望調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù) KD 大一些，而 KD 與可調(diào)節(jié)比 R 有關(guān)，
線性特性
等百分比特性
式中：L為全行程開度。可以看出，增大KD，應(yīng)提高R值，因此，制造廠都將可調(diào)比大于某一數(shù)值作為一項(xiàng)性能指標(biāo)予以標(biāo)明。但是調(diào)節(jié)閥R值越大，設(shè)計(jì)制造難度越大。對(duì)單、雙座調(diào)節(jié)閥，若R值過大，閥芯制造時(shí)會(huì)在90%~100%開度范圍內(nèi)產(chǎn)生根切現(xiàn)象；對(duì)套筒調(diào)節(jié)閥，若R值太大，在90%~100%開度范圍內(nèi)會(huì)因窗口尺寸過寬而無(wú)法制造。這些都限制了R值的提高。
制造廠是在R=30前提下設(shè)計(jì)制造出調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品，但對(duì)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品實(shí)際R值是多大、它與R=30的偏差等問題，目前尚未引起人們的重視。由于，設(shè)計(jì)人員對(duì)R值的認(rèn)識(shí)僅局限在Qmax和Qmin的比上，而Qmin只是個(gè)理論上存在的數(shù)值，無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，因此認(rèn)為實(shí)際可調(diào)比也是無(wú)法計(jì)算的。在目前見到的有關(guān)調(diào)節(jié)閥的資料中，尚未看到這方面的論述。國(guó)內(nèi)外調(diào)節(jié)閥的 標(biāo)準(zhǔn)中，也未提出對(duì)R值的測(cè)量、計(jì)算和考核辦法。這是由于對(duì)可調(diào)比概念的片面理解所造成的，現(xiàn)在有必要從可調(diào)比與流量系數(shù)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的關(guān)系
從流量系數(shù)的計(jì)算公式可以看出，R值取決于，但它決定了任意一個(gè)相對(duì)行程時(shí)的流量系數(shù)值。因此，無(wú)論從調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用角度講，這一點(diǎn)都具有很重要的實(shí)際意義。因?yàn)椋魏握{(diào)節(jié)閥都不可能使用在它的最小開度，也就是不會(huì)用其Qmin來工作，大量的使用場(chǎng)合是在某一開度（一般在全行程的20%~80%）上對(duì)流量進(jìn)行控制。此時(shí)，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)大小決定了調(diào)節(jié)閥的工作開度，流量系數(shù)相對(duì)于行程的變化量決定了調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)，這些均與R值有關(guān)。因此，不能簡(jiǎn)單地從Qmax和Qmin的比去理解R值，而應(yīng)當(dāng)把R值看作是整個(gè)流量特性曲線的一個(gè)特征參數(shù)。
分析式（1）、式（2）與式（3）、式（4）可以看出，R 值變化對(duì)線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(duì)等百分比特性影響則較大，因此本文討論值對(duì)流量系數(shù)的影響僅限于等百分比特性。
當(dāng)R值作為流量特性曲線的一個(gè)特征參數(shù)時(shí)，可以設(shè)想將全行程的流量特性曲線看成由幾個(gè)不同R值決定的幾段流量特性曲線組合而成。在0~80%開度時(shí)，R值取大一些，使調(diào)節(jié)閥在工作行程范圍內(nèi)有足夠的R值，也就是有足夠的放大倍數(shù)。在80%~100%開度范圍，R值取小一些，使調(diào)節(jié)閥制造過程中，閥芯曲線和套筒開窗都容易實(shí)現(xiàn)。提高工作開度下的R值，也可以作為在調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)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(guó)外一些調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)表中體現(xiàn)出來，這時(shí)可調(diào)比的含義已經(jīng)不再是Qmax和Qmin之比了，它應(yīng)當(dāng)作為流量特性曲線的一個(gè)特征參數(shù)被認(rèn)識(shí)、被研究。
2 R值計(jì)算方法
調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比R值是可以計(jì)算出來的，根據(jù)公式（2）可推導(dǎo)出
lnФ=lnФ0+hlnR（6）
在lnФ—h坐標(biāo)系中，等百分比流量特性曲線是一直線，R值實(shí)際上決定了該直線的斜率。實(shí)際測(cè)量一臺(tái)調(diào)節(jié)閥的流量特性，可以得到若干組（Ф，h）數(shù)據(jù)，由于制造和測(cè)量誤差，這些測(cè)量值在lnФ—h坐標(biāo)系中呈近似直線分布，并認(rèn)為這條近似直線就是這臺(tái)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性曲線。要得到這樣一條直線，并使其最接近坐標(biāo)系中的這些點(diǎn)，建議用最小二乘法求解。
在測(cè)量一臺(tái)調(diào)節(jié)閥于不同開度時(shí)的流量系數(shù)時(shí)，可以得到相對(duì)行程和流量系數(shù)的K組數(shù)據(jù)，代入公式（6）得到方程組
式中：Ф0，R為這臺(tái)調(diào)節(jié)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)開度進(jìn)行測(cè)量，即hi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(cè)量所得流量系數(shù)Фi代入公式（9），即可解出該臺(tái)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比R值。若將表 1中等百分比流量系數(shù)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(diào)比，為了準(zhǔn)確了解調(diào)節(jié)閥在工作段的可調(diào)比，hi可分別取 0.2，0.3，…，0.8，即k=7，
=3.5，
=2.03，則有
代入20%~80%開度時(shí)的各流量系數(shù)，可以得到該段流量特性的R值。同樣，將表 1中理論值數(shù)據(jù)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(xiàn)，無(wú)論用絕對(duì)流量系數(shù)或相對(duì)流量系數(shù)計(jì)算其結(jié)果都是相等的。因此，用來計(jì)算 R 值是很方便的。同樣，當(dāng)需要計(jì)算任意段流量特性曲線的 值時(shí)，都可以推出相應(yīng)的計(jì)算公式。
3 國(guó)內(nèi)外一些調(diào)節(jié)閥 R 值的比較
依據(jù)式（9）用國(guó)內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的雙座調(diào)節(jié)閥和聯(lián)合設(shè)計(jì)的套筒調(diào)節(jié)閥，以及Fisher公司的ED型套筒閥的流量系數(shù)計(jì)算相應(yīng)的R值，其結(jié)果見表 2~表 4。
從表中可以看出，盡管雙座調(diào)節(jié)閥和套筒調(diào)節(jié)閥在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先設(shè)定 R=30，但實(shí)際生產(chǎn)的各種規(guī)格的調(diào)節(jié)閥其 R 值是不相同的。
| 公稱通徑 DN×dN | 各相對(duì)開度 Ф 值 | 可調(diào)比 R | |||||||||
| 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.0 | ||
| 25 | 2.65 | 4.57 | 7.84 | 12.76 | 17.96 | 25.04 | 35.00 | 49.11 | 74.53 | 103.39 | 51.5 |
| 32 | 3.09 | 6.30 | 9.90 | 13.99 | 18.90 | 24.60 | 30.10 | 42.80 | 74.40 | 100.00 | 34.6 |
| 40 | 7.44 | 10.28 | 11.52 | 13.22 | 16.88 | 21.92 | 28.82 | 52.84 | 78.92 | 92.00 | 17.4 |
| 50 | 7.68 | 11.89 | 14.90 | 18.40 | 22.90 | 29.50 | 37.80 | 53.50 | 70.40 | 98.20 | 14.6 |
| 65 | 3.95 | 7.72 | 11.36 | 15.53 | 20.20 | 26.56 | 36.51 | 50.77 | 77.53 | 99.58 | 28.9 |
| 80 | 3.34 | 7.64 | 10.49 | 14.63 | 19.85 | 28.00 | 37.75 | 50.28 | 75.49 | 97.25 | 32.4 |
| 100 | 4.70 | 7.68 | 10.32 | 14.20 | 18.81 | 27.35 | 37.02 | 52.82 | 72.39 | 97.60 | 27.1 |
| 125 | 4.14 | 6.49 | 9.47 | 12.89 | 19.37 | 27.61 | 37.34 | 51.88 | 66.66 | 103.63 | 32.3 |
| 150 | 2.55 | 5.70 | 8.50 | 12.42 | 18.17 | 25.45 | 34.98 | 48.48 | 76.74 | 96.81 | 45.7 |
| 200 | 12.20 | 16.10 | 20.10 | 25.10 | 32.00 | 46.50 | 75.80 | 100.50 | 20.0 | ||
| 公稱通徑 DN×dN | 各相對(duì)開度 Ф 值 | 可調(diào)比 R | |||||||||
| 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.0 | ||
| 25 | 4.10 | 7.90 | 12.10 | 16.50 | 20.40 | 29.60 | 42.20 | 61.00 | 81.50 | 103.00 | 30.9 |
| 40 C=16 |
2.12 | 6.06 | 10.00 | 14.31 | 18.75 | 24.75 | 34.50 | 51.06 | 73.75 | 96.88 | 45.3 |
| 60 C=25 |
6.54 | 9.12 | 11.76 | 14.84 | 20.24 | 28.16 | 38.60 | 56.00 | 78.00 | 99.20 | 21.3 |
| 50 | 3.10 | 6.45 | 9.90 | 15.05 | 22.48 | 32.50 | 46.50 | 67.50 | 90.50 | 97.75 | 45.2 |
| 65 | 3.25 | 6.83 | 10.24 | 14.63 | 20.63 | 27.46 | 40.32 | 58.73 | 86.35 | 107.94 | 41.2 |
| 80 | 4.20 | 7.67 | 11.10 | 14.97 | 21.05 | 29.70 | 40.60 | 60.50 | 80.10 | 92.60 | 29.9 |
| 100 | 3.57 | 7.37 | 11.03 | 15.21 | 21.80 | 30.39 | 44.13 | 64.90 | 82.06 | 93.23 | 34.9 |
| 125 C=250 |
3.69 | 7.00 | 10.80 | 15.24 | 21.20 | 29.80 | 41.60 | 59.60 | 87.60 | 102.80 | 36.9 |
| 125 C=370 |
3.34 | 7.14 | 10.84 | 15.19 | 21.89 | 31.62 | 45.95 | 65.41 | 82.43 | 93.24 | 37.5 |
| 200 | 3.17 | 6.90 | 10.79 | 15.66 | 22.41 | 31.90 | 42.76 | 60.34 | 81.21 | 96.03 | 37.8 |
| 300 | 3.31 | 6.92 | 10.54 | 14.54 | 20.23 | 28.62 | 43.85 | 64.23 | 82.31 | 94.08 | 38.3 |
| 公稱通徑 DN×dN | 各相對(duì)開度 Ф 值 | 可調(diào)比 R | |||||||||
| 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.0 | ||
| 1*1/4×1*5/16 |
0.783 | 1.54 | 2.20 | 2.89 | 4.21 | 5.76 | 7.83 | 10.9 | 14.1 | 17.2 | 27.4 |
| 1*1/2×1*7/8 | 1.52 | 2.63 | 3.87 | 5.41 | 7.45 | 11.2 | 17.4 | 24.5 | 30.8 | 35.8 | 36.3 |
| 2×2*5/16 | 1.66 | 2.93 | 4.66 | 6.98 | 10.8 | 16.5 | 25.4 | 37.3 | 50.7 | 59.7 | 57.6 |
| 2*1/2×2*7/8 | 3.43 | 7.13 | 10.8 | 15.1 | 22.4 | 33.7 | 49.2 | 71.1 | 89.5 | 99.4 | 41.3 |
| 3×3*7/16 | 4.32 | 7.53 | 10.9 | 17.1 | 27.2 | 43.5 | 66.0 | 97.0 | 120 | 136 | 54.2 |
| 4×4*3/8 | 5.85 | 11.6 | 18.3 | 30.2 | 49.7 | 79.7 | 125 | 171 | 205 | 224 | 64.8 |
| 6×7 | 12.9 | 25.8 | 43.3 | 67.4 | 104 | 162 | 239 | 316 | 368 | 394 | 47.1 |
| 8×8L=2 | 18.5 | 38.0 | 58.4 | 86.7 | 130 | 189 | 268 | 371 | 476 | 567 | 41.9 |
| 8×8L=3 | 27.0 | 58.1 | 105 | 188 | 307 | 478 | 605 | 695 | 761 | 818 | 43.1 |
比較表 2、表 3、表 4 還可以看出，國(guó)產(chǎn)的R值比國(guó)外調(diào)節(jié)閥小，國(guó)內(nèi)雙座閥
=30.5、套簡(jiǎn)閥R
=36.2；Fisher公司ED型套簡(jiǎn)閥
=45.9。
再按式（10）計(jì)算國(guó)內(nèi)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(jié)果見表 5 與表 6。可以看出，國(guó)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足自控系統(tǒng)的需要，還能提高80%開度時(shí)的流量系數(shù)值，從而使全開時(shí)閥的流通能力有較顯著的提高。通過對(duì)R值的分析比較，說明了國(guó)內(nèi)外調(diào)節(jié)閥在設(shè)計(jì)水平上存在一定的差距。
| 套筒閥行程段 | 套筒閥各規(guī)格 R 值 | R 平均 | ||||||||||
| 20 | 40 C=16 |
40 C=25 |
50 | 65 | 80 | 100 | 125 C=250 |
125 C=370 |
200 | 300 | ||
| 全行程 | 30.9 | 45.3 | 21.3 | 45.2 | 41.2 | 29.9 | 34.9 | 36.9 | 37.5 | 37.8 | 38.3 | 36.2 |
| h=0.2~0.8 | 26.9 | 28.9 | 20.5 | 49.2 | 33.4 | 29.5 | 35.4 | 33.0 | 39.2 | 35.2 | 38.4 | 34.2 |
| 套筒閥行程段 | 套筒閥各規(guī)格 R 值 | R 平均 | ||||||||
| 1*1/4×1*5/1 | 1*1/2×1*7/8 | 2×2*5/16 | 2*1/2×2*7/8 | 3×3*7/16 | 4×4*3/8 | 6×7 | 8×8L=2 | 8×8L=3 | ||
| 全行程 | 27.4 | 35.3 | 57.6 | 41.3 | 54.2 | 64.8 | 67.1 | 41.9 | 43.1 | 45.9 |
| h=0.2~0.8 | 25.8 | 41.5 | 69.7 | 46.2 | 78.1 | 99.7 | 69.0 | 45.0 | 69.7 | 60.5 |
4、對(duì) IEC 534—2—4（草案）的理解IEC 534—2—4（草案）第3.3款對(duì)等百分比流量特性做了如下規(guī)定：
“在h=0.2和 h=0.8之間，任意兩個(gè)相鄰流量系數(shù)發(fā)表值的對(duì)數(shù)之間的差值應(yīng)在0.13和0.2范圍內(nèi)”。“低于h=0.2這兩個(gè)值相應(yīng)為0.13和0.25；高于h=0.8，此值應(yīng)相應(yīng)為0.03 和0.2”。
這里作為流量特性偏差范圍的選取，應(yīng)當(dāng)看作是按R值的變化范圍決定的，試計(jì)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，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(guī)定正是體現(xiàn)了將R值作為流量特性曲線的一個(gè)特征參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)了在全行程范圍內(nèi)可以取不同R值這一設(shè)計(jì)思想。而國(guó)標(biāo)GB 4213—84《氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥通用技術(shù)條件》在這個(gè)問題上是和IEC標(biāo)準(zhǔn)存在一定差異的。深入討論R值及流量系數(shù)的關(guān)系，無(wú)論對(duì)設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用調(diào)節(jié)閥都有一定的意義，對(duì)加強(qiáng)調(diào)節(jié)閥的基礎(chǔ)理論研究，提高我國(guó)調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)制造水平，都是十分必要的。