上海滬工閥門廠（集團）有限公司
摘要：從實(shi)際使用(yong)要求出(chu)發，討論了調節閥(fa)流量系數與可調比(bi)關系，提出(chu)把(ba)可調比(bi)看作流量特(te)(te)性曲(qu)線(xian)的特(te)(te)征參數。在此基礎上，指出(chu)國(guo)家(jia)標(biao)準和 IEC 標(biao)準對流量系數偏差規定的區(qu)別(bie)，并通過相應(ying)計算得出(chu)國(guo)內現有標(biao)準及產品設(she)計中存在的不(bu)足之處。
關鍵詞：調節閥；流量系數；可調比
調節閥有兩種基本的(de)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(de)流(liu)量系(xi)數。
按照傳統的解釋，可調比(bi)(bi) R 是指所(suo)能控制最大流量的比(bi)(bi)值(zhi)，即
在設(she)計(ji)(ji)(ji)調節(jie)閥(fa)(fa)時，需先(xian)設(she)定一個 R 值，然后計(ji)(ji)(ji)算(suan)各開(kai)度下的流(liu)量系(xi)數 Ф，以此作為設(she)計(ji)(ji)(ji)閥(fa)(fa)芯曲(qu)線和套簡窗口的依據。國(guo)內調節(jie)閥(fa)(fa)行業的兩次(ci)統一設(she)計(ji)(ji)(ji)，都是在設(she)定 R=30 前提下，計(ji)(ji)(ji)算(suan)出了(le)各開(kai)度對(dui)應的流(liu)量系(xi)數理論(lun)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(ke)調(diao)節比(bi) 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(ruo)(ruo) R 值(zhi)過大，閥芯(xin)制(zhi)造時(shi)會在 90%~100% 開(kai)度范(fan)圍(wei)內產(chan)生根切現象；對套筒調節閥，若(ruo)(ruo) R 值(zhi)太大，在 90%~100% 開(kai)度范(fan)圍(wei)內會因窗(chuang)口(kou)尺(chi)寸過寬(kuan)而無法制(zhi)造。這些都限(xian)制(zhi)了 R 值(zhi)的提高。
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(zhi)是個理(li)論上(shang)存在的(de)(de)(de)數值(zhi)(zhi)，無法進行測量，因此認為實際可調(diao)(diao)比(bi)(bi)也(ye)是無法計算(suan)的(de)(de)(de)。在目(mu)前見(jian)到(dao)的(de)(de)(de)有(you)關調(diao)(diao)節閥的(de)(de)(de)資料(liao)中，尚未看到(dao)這方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)論述。國內外調(diao)(diao)節閥的(de)(de)(de) 標(biao)準中，也(ye)未提出(chu)對 R 值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)測量、計算(suan)和考核辦法。這是由(you)于(yu)對可調(diao)(diao)比(bi)(bi)概念(nian)的(de)(de)(de)片(pian)面(mian)理(li)解所造(zao)成的(de)(de)(de)，現在有(you)必要從可調(diao)(diao)比(bi)(bi)與流量系數的(de)(de)(de)關系入手(shou)作進一步(bu)探討與研究。
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(de)比去理解 R 值(zhi)(zhi)，而應當把 R 值(zhi)(zhi)看作是整個(ge)(ge)流量特(te)性曲線的(de)一個(ge)(ge)特(te)征參數。
分析式(shi)（1）、式(shi)（2）與(yu)(yu)式(shi)（3）、式(shi)（4）可以看出，R 值(zhi)變化(hua)對線性流量特性影(ying)(ying)響不大(da)，特別在 R＞1 時，Ф 與(yu)(yu) KD 均(jun)與(yu)(yu) R 值(zhi)無(wu)關；對等(deng)(deng)百(bai)分比(bi)特性影(ying)(ying)響則較大(da)，因(yin)此本文討論(lun)值(zhi)對流量系數的影(ying)(ying)響僅(jin)限于等(deng)(deng)百(bai)分比(bi)特性。
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(ta)應當(dang)作為流量(liang)特性曲(qu)線的一個特征參數被認識(shi)、被研究。
2 R 值計算方法
調(diao)節閥實際可(ke)(ke)調(diao)比 R 值是可(ke)(ke)以計算出來的，根據公式（2）可(ke)(ke)推導出
lnФ=lnФ0+hlnR （6）
在(zai) lnФ—h 坐(zuo)標系中，等百分比流(liu)量特性(xing)曲線是(shi)一直線，R 值(zhi)實(shi)際上決定了該直線的(de)斜率。實(shi)際測(ce)量一臺調節閥(fa)的(de)流(liu)量特性(xing)，可(ke)以(yi)得到(dao)若(ruo)干組（Ф，h）數據(ju)，由于制造和(he)測(ce)量誤差，這(zhe)些(xie)測(ce)量值(zhi)在(zai) lnФ—h 坐(zuo)標系中呈近似(si)直線分布(bu)，并(bing)認為這(zhe)條近似(si)直線就(jiu)是(shi)這(zhe)臺調節閥(fa)的(de)實(shi)際流(liu)量特性(xing)曲線。要得到(dao)這(zhe)樣一條直線，并(bing)使(shi)其最(zui)(zui)接近坐(zuo)標系中的(de)這(zhe)些(xie)點，建議用最(zui)(zui)小二乘法求解。
在測量一臺調(diao)節閥于不同開(kai)度時(shi)的(de)流量系(xi)(xi)數時(shi)，可以得到(dao)相對行程和流量系(xi)(xi)數的(de) K 組數據，代入(ru)公式（6）得到(dao)方(fang)程組
式中：Ф0，R 為這臺調(diao)節閥(fa)的實際值，可從方程組（7）中用最小二(er)乘法求(qiu)其近似值：
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(ru) 20%~80% 開度時的(de)各(ge)流量(liang)(liang)系數(shu)，可(ke)以(yi)得到該段流量(liang)(liang)特性(xing)的(de) R 值(zhi)。同樣，將表 1 中理論值(zhi)數(shu)據代入(ru)式(shi)（10），也可(ke)反算出 R=30。由(you)于(yu)式(shi)（9）、式(shi)（10）中 Ф 值(zhi)都是(shi)(shi)(shi)以(yi)比值(zhi)形(xing)式(shi)出現，無論用絕(jue)對流量(liang)(liang)系數(shu)或相(xiang)對流量(liang)(liang)系數(shu)計(ji)(ji)算其結果都是(shi)(shi)(shi)相(xiang)等的(de)。因此，用來計(ji)(ji)算 R 值(zhi)是(shi)(shi)(shi)很方(fang)便的(de)。同樣，當(dang)需要計(ji)(ji)算任(ren)意段流量(liang)(liang)特性(xing)曲線(xian)的(de) 值(zhi)時，都可(ke)以(yi)推出相(xiang)應(ying)的(de)計(ji)(ji)算公式(shi)。
3 國內外一些調節閥 R 值的比較
依(yi)據式（9）用國內統一設計(ji)的(de)雙座調(diao)節閥(fa)和(he)聯(lian)合(he)設計(ji)的(de)套(tao)筒調(diao)節閥(fa)，以(yi)及 Fisher 公司的(de) ED 型套(tao)筒閥(fa)的(de)流量系數計(ji)算相應的(de) R 值，其結果(guo)見表 2~表 4。
從表中可以(yi)看出，盡管雙座調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie)閥(fa)和套(tao)筒(tong)調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie)閥(fa)在設計時預(yu)先(xian)設定 R=30，但(dan)實際生產的各種規格的調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie)閥(fa)其 R 值(zhi)是(shi)不相同的。
| 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(bi)較表 2、表 3 這(zhe)兩個(ge)系列調(diao)節(jie)(jie)閥的(de)(de)(de)(de) R 值(zhi)(zhi)(zhi)可以看(kan)出，雙(shuang)座(zuo)(zuo)調(diao)節(jie)(jie)閥各種規格的(de)(de)(de)(de) R 值(zhi)(zhi)(zhi)偏(pian)差較大(da)，套(tao)筒調(diao)節(jie)(jie)閥各種規格的(de)(de)(de)(de) R 值(zhi)(zhi)(zhi)偏(pian)差較小(xiao)。這(zhe)與(yu)兩種閥設計時(shi)對(dui)流(liu)量特(te)(te)性采(cai)用(yong)不同誤差判定標(biao)準相吻合，雙(shuang)座(zuo)(zuo)調(diao)節(jie)(jie)閥以最大(da)流(liu)量值(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de) 10% 作(zuo)為每個(ge)行程流(liu)量值(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)偏(pian)差范圍，而套(tao)筒閥采(cai)用(yong)國際(ji) IEC 標(biao)準中的(de)(de)(de)(de)斜(xie)率(lv)法計算(suan)流(liu)量特(te)(te)性偏(pian)差的(de)(de)(de)(de)方法。顯然(ran)，后一(yi)種方法較前一(yi)種方法更能(neng)保(bao)證 R 值(zhi)(zhi)(zhi)達到設計要(yao)求，這(zhe)也說(shuo)明了 IEC 標(biao)準斜(xie)率(lv)法的(de)(de)(de)(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。
提高工作行程段的(de)(de)(de) R 值，其(qi)優(you)越性在于它能(neng)更(geng)好地滿足(zu)自控系統的(de)(de)(de)需要，還(huan)能(neng)提高 80% 開(kai)度時(shi)的(de)(de)(de)流量(liang)系數值，從而使全開(kai)時(shi)閥的(de)(de)(de)流通(tong)能(neng)力有較(jiao)(jiao)顯著的(de)(de)(de)提高。通(tong)過對(dui) R 值的(de)(de)(de)分析(xi)比較(jiao)(jiao)，說明了國內外調(diao)節閥在設計水平上存在一定的(de)(de)(de)差距(ju)。
| 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(de)理解
IEC 534—2—4（草案）第 3.3 款對等百分比流(liu)量特(te)性做了如下規定(ding)：
“在(zai) h=0.2 和(he) h=0.8 之(zhi)間(jian)(jian)，任意兩個相(xiang)鄰流量系數發表值的(de)對數之(zhi)間(jian)(jian)的(de)差(cha)值應(ying)在(zai) 0.13 和(he) 0.2 范圍(wei)內”。“低(di)于 h=0.2 這(zhe)兩個值相(xiang)應(ying)為 0.13 和(he) 0.25；高于 h=0.8，此值應(ying)相(xiang)應(ying)為 0.03 和(he) 0.2”。
這里(li)作(zuo)為流量特性(xing)偏(pian)差范圍的選(xuan)取(qu)，應當(dang)看作(zuo)是按 R 值的變化(hua)范圍決定的，試計算(suan)
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(shi)說，流量特(te)性(xing)偏(pian)差實(shi)際上是(shi)分段限制 R 值的變(bian)化范(fan)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(zhe)一(yi)(yi)規定(ding)正是體現了(le)將 R 值(zhi)作為流量特性曲線的一(yi)(yi)個特征(zheng)參數，并實現了(le)在全(quan)行程范圍內可以取不同 R 值(zhi)這(zhe)一(yi)(yi)設(she)(she)計思想。而國標(biao) GB 4213—84《氣動調節(jie)閥(fa)(fa)通用技術條件》在這(zhe)個問(wen)題(ti)上是和(he) IEC 標(biao)準存在一(yi)(yi)定(ding)差異的。深入討論 R 值(zhi)及流量系數的關(guan)系，無(wu)論對(dui)(dui)設(she)(she)計、制造(zao)、應用調節(jie)閥(fa)(fa)都有(you)一(yi)(yi)定(ding)的意(yi)義，對(dui)(dui)加強調節(jie)閥(fa)(fa)的基礎(chu)理(li)論研究，提高(gao)我(wo)國調節(jie)閥(fa)(fa)設(she)(she)計制造(zao)水平，都是十(shi)分必要的。