上海滬工閥門廠（集團）有限公司
摘要(yao)：從實(shi)際使用要(yao)求出發，討論了調(diao)節(jie)閥流量(liang)(liang)(liang)系(xi)數(shu)與可(ke)調(diao)比關系(xi)，提出把可(ke)調(diao)比看作流量(liang)(liang)(liang)特(te)性曲線的特(te)征參數(shu)。在此基礎(chu)上，指出國(guo)家(jia)標(biao)準和(he) IEC 標(biao)準對流量(liang)(liang)(liang)系(xi)數(shu)偏差規定的區別，并通過相(xiang)應(ying)計(ji)算(suan)得出國(guo)內現(xian)有標(biao)準及產品設計(ji)中存在的不(bu)足(zu)之處(chu)。
關鍵詞：調節閥；流量系數；可調比
調節閥有兩種基本(ben)的流量(liang)特性：
線性流量特性
等百分比流量特性 Ф=Ф0Rh （2）
式中：Ф 為對應某開度是的流量系數；R 為可調比；h 為相對開度；Ф0 為 h=0 是的流量系(xi)數。
按照傳統(tong)的(de)解釋(shi)，可(ke)調比 R 是指所能(neng)控制(zhi)最(zui)大流量的(de)比值(zhi)，即
在設(she)(she)計調節(jie)閥時，需(xu)先設(she)(she)定一個(ge) R 值，然后(hou)計算(suan)各(ge)開度下的(de)(de)流量系(xi)數(shu) Ф，以此作為設(she)(she)計閥芯曲(qu)線和套簡窗口的(de)(de)依據(ju)。國(guo)內(nei)調節(jie)閥行業的(de)(de)兩(liang)次統一設(she)(she)計，都是在設(she)(she)定 R=30 前(qian)提下，計算(suan)出了各(ge)開度對應(ying)的(de)(de)流量系(xi)數(shu)理論值（見表 1）。
| 流量特性 | Ф0 | 各相對開度 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 |
從應用角度，希望調節閥的放大倍數 KD 大一些，而 KD 與可調節比 R 有關，
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，應提高 R 值，因此，制造廠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 值過大，閥芯(xin)制(zhi)造(zao)時會在 90%~100% 開度(du)范(fan)圍(wei)內產(chan)生根切現象；對(dui)套筒調節閥，若 R 值太大，在 90%~100% 開度(du)范(fan)圍(wei)內會因窗口尺寸過寬(kuan)而(er)無法制(zhi)造(zao)。這(zhe)些都(dou)限制(zhi)了 R 值的提高(gao)。
制造廠是在 R=30 前提下設計制造出調節閥產品，但對調節閥產品實際 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，設計人員對 R 值的認識僅局限在 Qmax 和 Qmin 的比上，而 Qmin 只是(shi)個理論上存在的(de)數(shu)(shu)值(zhi)，無(wu)法進(jin)行測(ce)量(liang)，因(yin)此認為實際(ji)可(ke)調比(bi)(bi)也是(shi)無(wu)法計算(suan)的(de)。在目前見到的(de)有關調節(jie)閥的(de)資料(liao)中(zhong)，尚未(wei)看(kan)到這方(fang)面的(de)論述。國內外調節(jie)閥的(de) 標準(zhun)中(zhong)，也未(wei)提出(chu)對(dui) R 值(zhi)的(de)測(ce)量(liang)、計算(suan)和考(kao)核(he)辦法。這是(shi)由于對(dui)可(ke)調比(bi)(bi)概念的(de)片面理解所(suo)造(zao)成的(de)，現(xian)在有必要從(cong)可(ke)調比(bi)(bi)與(yu)流量(liang)系數(shu)(shu)的(de)關系入手作(zuo)進(jin)一(yi)步探討與(yu)研究。
1、可比閥與流量特性曲線的關系
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相對行程時的流量系數值。因此，無論從調節閥的設計、制造和應用角度講，這一點都具有很重要的實際意義。因為，任何調節閥都不可能使用在它的最小開度，也就是不會用其 Qmin 來工作，大量的使用場合是在某一開度（一般在全行程的 20%~80%）上對流量進行控制。此時，調節閥的流量系數大小決定了調節閥的工作開度，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。因此，不能簡單地從 Qmax 和 Qmin 的比去(qu)理解 R 值，而應(ying)當(dang)把(ba) R 值看(kan)作(zuo)是整個流量特性(xing)曲線的一(yi)個特征參數。
分(fen)(fen)析式(shi)(shi)（1）、式(shi)(shi)（2）與式(shi)(shi)（3）、式(shi)(shi)（4）可以看出，R 值變化對線(xian)性(xing)流量(liang)特性(xing)影響(xiang)不大(da)，特別在 R＞1 時，Ф 與 KD 均與 R 值無關；對等(deng)(deng)百分(fen)(fen)比特性(xing)影響(xiang)則較(jiao)大(da)，因此本文討論值對流量(liang)系數的影響(xiang)僅限于等(deng)(deng)百分(fen)(fen)比特性(xing)。
當 R 值作為流量特性曲線的一個特征參數時，可以設想將全行程的流量特性曲線看成由幾個不同 R值決定的幾段流量特性曲線組合而成。在 0~80% 開度時，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% 開度范圍，R 值取小一些，使調節閥制造過程中，閥芯曲線和套筒開窗都容易實現。提高工作開度下的 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，這時可調比的含義已經不再是 Qmax 和 Qmin 之比了，它應(ying)當作為(wei)流(liu)量特性曲線的一個特征參數(shu)被(bei)認(ren)識(shi)、被(bei)研究。
2 R 值計算方法
調(diao)節閥(fa)實際(ji)可調(diao)比 R 值是(shi)可以計算(suan)出來的，根(gen)據(ju)公式（2）可推導(dao)出
lnФ=lnФ0+hlnR （6）
在 lnФ—h 坐標(biao)系中(zhong)(zhong)，等百分(fen)比流量特性曲(qu)線(xian)是(shi)一直(zhi)(zhi)線(xian)，R 值(zhi)實(shi)(shi)際上決定(ding)了該(gai)直(zhi)(zhi)線(xian)的(de)斜率(lv)。實(shi)(shi)際測(ce)量一臺調節閥的(de)流量特性，可以得到若干組（Ф，h）數(shu)據，由于制造和測(ce)量誤差，這(zhe)些(xie)測(ce)量值(zhi)在 lnФ—h 坐標(biao)系中(zhong)(zhong)呈近似直(zhi)(zhi)線(xian)分(fen)布，并認為(wei)這(zhe)條(tiao)近似直(zhi)(zhi)線(xian)就是(shi)這(zhe)臺調節閥的(de)實(shi)(shi)際流量特性曲(qu)線(xian)。要得到這(zhe)樣一條(tiao)直(zhi)(zhi)線(xian)，并使(shi)其最接近坐標(biao)系中(zhong)(zhong)的(de)這(zhe)些(xie)點，建議(yi)用最小二乘法求解。
在測(ce)量一(yi)臺調節閥(fa)于不同開度時(shi)的(de)流(liu)量系數時(shi)，可以得到相對行(xing)程和流(liu)量系數的(de) K 組數據，代(dai)入公式(shi)（6）得到方(fang)程組
式中：Ф0，R 為(wei)這(zhe)臺(tai)調節(jie)閥(fa)的(de)實際值(zhi)，可從方程組(zu)（7）中(zhong)用最小(xiao)二乘法求其近(jin)似(si)值(zhi)：
一般情況下取 10 個開度進行測量，即 hi 分別去 0.1，0.2，0.3，…，1.0。此時有 K=10，
=5.5；
=3.85，代(dai)入式（8）則有
將測量所得流量系數 Фi 代入公式（9），即可解出該臺調節閥的實際可調比 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，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(du)時的(de)(de)各流(liu)(liu)量(liang)(liang)系數(shu)，可以得到該段流(liu)(liu)量(liang)(liang)特性的(de)(de) R 值(zhi)(zhi)(zhi)。同樣(yang)，將表(biao) 1 中理(li)論(lun)值(zhi)(zhi)(zhi)數(shu)據(ju)代入式(shi)(shi)（10），也可反算(suan)(suan)出 R=30。由于式(shi)(shi)（9）、式(shi)(shi)（10）中 Ф 值(zhi)(zhi)(zhi)都是(shi)以比(bi)值(zhi)(zhi)(zhi)形式(shi)(shi)出現，無(wu)論(lun)用絕(jue)對流(liu)(liu)量(liang)(liang)系數(shu)或(huo)相(xiang)對流(liu)(liu)量(liang)(liang)系數(shu)計算(suan)(suan)其結果(guo)都是(shi)相(xiang)等的(de)(de)。因(yin)此，用來計算(suan)(suan) R 值(zhi)(zhi)(zhi)是(shi)很方便的(de)(de)。同樣(yang)，當需要計算(suan)(suan)任意(yi)段流(liu)(liu)量(liang)(liang)特性曲線的(de)(de) 值(zhi)(zhi)(zhi)時，都可以推出相(xiang)應(ying)的(de)(de)計算(suan)(suan)公式(shi)(shi)。
3 國內外一些調節閥 R 值的比較
依據式(shi)（9）用國內(nei)統一設(she)計(ji)的雙座(zuo)調節閥和聯合設(she)計(ji)的套筒調節閥，以及 Fisher 公司的 ED 型套筒閥的流(liu)量系數(shu)計(ji)算相應的 R 值，其結果見表(biao) 2~表(biao) 4。
從表中可以看出，盡管(guan)雙座調節(jie)閥和(he)套筒調節(jie)閥在設(she)計(ji)時預先(xian)設(she)定 R=30，但實際生產的(de)各(ge)種規格的(de)調節(jie)閥其 R 值是不相同的(de)。
| 公稱通徑 DN×dN | 各相對開度 Ф 值 | 可調比 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 | 各相對開度 Ф 值 | 可調比 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 | 各相對開度 Ф 值 | 可調比 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(jiao)(jiao)表 2、表 3 這兩個(ge)系列調節閥(fa)的(de) R 值(zhi)可(ke)以(yi)看出(chu)，雙座調節閥(fa)各(ge)種(zhong)規格(ge)的(de) R 值(zhi)偏(pian)差(cha)(cha)較(jiao)(jiao)大，套筒(tong)調節閥(fa)各(ge)種(zhong)規格(ge)的(de) R 值(zhi)偏(pian)差(cha)(cha)較(jiao)(jiao)小。這與兩種(zhong)閥(fa)設(she)計時對流量(liang)(liang)特性采(cai)(cai)用不(bu)同誤差(cha)(cha)判定(ding)標準(zhun)相吻(wen)合，雙座調節閥(fa)以(yi)最大流量(liang)(liang)值(zhi)的(de) 10% 作為每(mei)個(ge)行程流量(liang)(liang)值(zhi)的(de)偏(pian)差(cha)(cha)范圍，而(er)套筒(tong)閥(fa)采(cai)(cai)用國際 IEC 標準(zhun)中的(de)斜率法計算流量(liang)(liang)特性偏(pian)差(cha)(cha)的(de)方法。顯(xian)然(ran)，后一種(zhong)方法較(jiao)(jiao)前(qian)一種(zhong)方法更(geng)能保證(zheng) R 值(zhi)達到(dao)設(she)計要求，這也說明(ming)了 IEC 標準(zhun)斜率法的(de)先進(jin)性。
比較表 2、表 3、表 4 還可以看出，國產調節閥的 R 值比國外調節閥小，國內雙座閥
=30.5、套簡閥=36.2；Fisher 公司 ED 型套簡閥=45.9。
再按式（10）計算國內套簡閥和 Fisher 公司 ED 型套簡閥在工作行程段（h=0.2~0.8）時的 R 值，并與全行程時的 R 值相比較，結果見表 5 與表 6。可以看出，國產套簡閥工作行程段的 R 值和全行程 R 值接近，無顯著改變，=34.2，而 Fisher 公司套簡閥在工作行程段的 R 值明顯高于全行程的 R 值，=60.5。
提高工作(zuo)行程段的 R 值，其(qi)優越(yue)性在(zai)于它(ta)能更好(hao)地(di)滿(man)足自(zi)控(kong)系統的需要，還能提高 80% 開(kai)度時的流量(liang)系數值，從而使全開(kai)時閥(fa)的流通(tong)能力有(you)較(jiao)顯著的提高。通(tong)過對 R 值的分析比較(jiao)，說明(ming)了國內外調節閥(fa)在(zai)設計水平上(shang)存(cun)在(zai)一定的差距。
| 套筒閥行程段 | 套筒閥各規格 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 IEC 534—2—4（草案）的理(li)解
IEC 534—2—4（草案）第 3.3 款對等百分比流(liu)量特性(xing)做了如下規定：
“在 h=0.2 和(he) h=0.8 之間，任意兩(liang)個(ge)相(xiang)鄰流量系(xi)數(shu)發表值(zhi)的(de)對數(shu)之間的(de)差(cha)值(zhi)應在 0.13 和(he) 0.2 范圍(wei)內(nei)”。“低于(yu) h=0.2 這兩(liang)個(ge)值(zhi)相(xiang)應為 0.13 和(he) 0.25；高于(yu) h=0.8，此值(zhi)應相(xiang)應為 0.03 和(he) 0.2”。
這里作(zuo)為(wei)流量特性偏差范圍的(de)選取，應當看作(zuo)是(shi)按 R 值(zhi)的(de)變化范圍決(jue)定(ding)的(de)，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，流(liu)量特性(xing)偏(pian)差實際上是分段(duan)限制(zhi) R 值的(de)變(bian)化(hua)范(fan)圍(wei)，即(ji)
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(de)這(zhe)(zhe)一規定正是(shi)體現了將 R 值作(zuo)為(wei)流量特性曲線的(de)一個特征參數，并實現了在(zai)全(quan)行(xing)程范圍內可(ke)以取不同 R 值這(zhe)(zhe)一設(she)計(ji)思想。而國(guo)標 GB 4213—84《氣(qi)動(dong)調節(jie)(jie)閥通(tong)用(yong)技術條件》在(zai)這(zhe)(zhe)個問(wen)題(ti)上(shang)是(shi)和 IEC 標準存在(zai)一定差異的(de)。深(shen)入討(tao)論(lun)(lun) R 值及流量系(xi)數的(de)關系(xi)，無論(lun)(lun)對設(she)計(ji)、制(zhi)造(zao)、應(ying)用(yong)調節(jie)(jie)閥都(dou)有一定的(de)意義，對加強調節(jie)(jie)閥的(de)基礎理論(lun)(lun)研究，提高(gao)我國(guo)調節(jie)(jie)閥設(she)計(ji)制(zhi)造(zao)水平(ping)，都(dou)是(shi)十(shi)分必要(yao)的(de)。