一個(gè)管路系統(tǒng)的液體流量取決于這個(gè)系統(tǒng)的總阻力。由此可知，除非管路系統(tǒng)不變，否則在相同開度下，調(diào)節(jié)閥也不可能總是保持相同的流量值。作為自動(dòng)化元件，調(diào)節(jié)閥的這一特性是不方便的。這將要求每一系統(tǒng)考慮一個(gè)專門的調(diào)節(jié)閥。這個(gè)缺陷就導(dǎo)致出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥固有特性的概念，即不管安裝調(diào)節(jié)閥的管路系統(tǒng)情況，而在標(biāo)準(zhǔn)條件下來(lái)確定調(diào)節(jié)閥的固有特性。

如果在式中，令

則式可寫成：

式中 K_Q——調(diào)節(jié)閥的參數(shù)。

從式(2)中可獲得K_Q的表達(dá)式：

引入K_Q的目的是確定調(diào)節(jié)閥的特性。如果假設(shè)△P_r和ρ都等于1，則從式(3)就可以得出K_Q=q_v。在這種情況下，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)用符號(hào)K_v表示，即K_Q≡K。

如上所述，K_v被定義為在介質(zhì)的密度ρ=1kg/L，介質(zhì)通過(guò)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的壓力損失△P_r=10⁵ Pa的流量，單位是m³/h。因?yàn)樗?～30℃之間的密度為1kg/L，且用以進(jìn)行試驗(yàn)的水易于獲得，定義就限定在這一介質(zhì)。這是所談的標(biāo)準(zhǔn)條件。由此可見，K_v值與要安裝的調(diào)節(jié)閥的管路系統(tǒng)無(wú)關(guān)，而僅與閥門的結(jié)構(gòu)(ζ和開度H(即流通面積A_r)有關(guān)。由此可寫成函數(shù)：

式(4)表達(dá)了調(diào)節(jié)閥的固有特性。

流量系數(shù)K_v很容易通過(guò)實(shí)驗(yàn)精確確定，即在標(biāo)準(zhǔn)條件下，測(cè)量通過(guò)調(diào)節(jié)閥的水量來(lái)確定。

調(diào)節(jié)閥的生產(chǎn)廠和用戶，按計(jì)算的流量系數(shù)K_v來(lái)選定調(diào)節(jié)閥。

1．理論固有特性

不同形式的固有特性是通過(guò)不同的節(jié)流結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)來(lái)說(shuō)，對(duì)數(shù)(等百分比)和線性特性的調(diào)節(jié)閥，是能夠滿足需要的。

調(diào)節(jié)閥的固有特性見圖1。對(duì)于線性特性，其表達(dá)式為

其中h=H/H100K_v=K_v/K_vs

對(duì)于對(duì)數(shù)特性，其表達(dá)式為

其中n=ln(K_vs/K_vo)

從圖2中可以看出，在整個(gè)工作范圍內(nèi)，線性特性曲線的斜率是常數(shù)。對(duì)數(shù)特性曲線的斜率是變化的，在開始時(shí)斜率小，接近全開時(shí)斜率大。

為了說(shuō)明式(5)和式(6)，要定義一些與K_v值有關(guān)的特殊值，即

K_vs——在全開度(H₁₀₀)時(shí)的公稱K_v值；

K_v100——在全開度(H₁₀₀)時(shí)，測(cè)定的K_v值，即按定義實(shí)測(cè)的K_vmax；

K_vo——理論特性曲線與K_v/K_vs軸的交點(diǎn)，它代表最小可調(diào)理論流量系數(shù)；

K_vs/K_vo——理論可調(diào)比，它代表可調(diào)范圍。

三通調(diào)節(jié)閥的固有特性(圖2)必須這樣：總流量與流路無(wú)關(guān)，這在于恰當(dāng)?shù)剡x擇尺寸和固有特性。

如果有一個(gè)閥芯的固有特性是對(duì)數(shù)的，那么其他的閥芯的固有特性必須是補(bǔ)償對(duì)數(shù)的，這樣才能互相配合，如圖3。只有這樣，各種開度下兩個(gè)K_v值相加才是個(gè)常數(shù)。

值得注意的是，三通閥的K_vs值和直通閥的K_vs值相當(dāng)。

蝶形調(diào)節(jié)閥的固有特性，不是由于閥芯和閥座的特殊性，而是由于結(jié)構(gòu)確定的。因此需要用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定其固有特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蝶形調(diào)節(jié)閥的固有特性近似于一個(gè)拋物線，見圖4。

一般用下列公式表示蝶形調(diào)節(jié)閥固有特性。

當(dāng)φ100=75°時(shí)：

當(dāng)φ100=60°時(shí)：

式中φ是蝶閥旋轉(zhuǎn)角度。

關(guān)于固有特性的公差，要作以下規(guī)定：

1)理論固有特性曲線的變化定義如下：

但在每個(gè)試驗(yàn)段上，對(duì)于實(shí)際固有特性曲線的變化定義為：

在縱座標(biāo)采用對(duì)數(shù)，橫座標(biāo)是百分刻度的系統(tǒng)中、對(duì)數(shù)特性曲線n_log為一直線。在上述條件下，特性曲線的變化經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)變換。對(duì)于線性變成下式：

對(duì)于對(duì)數(shù)特性變成下式：

由這些關(guān)系式可知，曲線的變化是由于偏離了K_v的理論值。試驗(yàn)證明：特性曲線的偏離，是由于閥座和閥芯的制造公差，以及閥芯表面形狀引起的。在法定的條件下，對(duì)不同測(cè)定點(diǎn)，在表1中給出了比率H₁₀₀/△H的標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)于可調(diào)比K_vs/K_vo或K_vo/K_vs，最常用的比值列于表2中。

表1 比率H100/△H的標(biāo)準(zhǔn)值

h(%)	h5	h10	h20	h30	h40	h50	h60	h70	h80	h90	h100
H100/△H	20	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10

表2 最常用的比值

Kvs/Kvo	50/1	40/1	30/1	25/1	20/1
(Kvo/Kvs)*100	2	2.5	3.33	4	5

典型系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥，理論可調(diào)比為K_vs/K_vo=30/1。輕系列調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比為K_vs/K_vo=50/1。

2)在調(diào)節(jié)閥的工作范圍內(nèi)，建議采用較大的可調(diào)比。但這在制造上受到一系列的限制。因此在正常情況下，制造廠只能給出可調(diào)比的下限偏差。作為一個(gè)系列，要考慮結(jié)構(gòu)、工藝、經(jīng)濟(jì)效益等。在特殊需要時(shí)，不論對(duì)哪種結(jié)構(gòu)系列，都可以制造具有上限可調(diào)比的調(diào)節(jié)閥。

3)對(duì)于一定公稱尺寸的調(diào)節(jié)閥，K_v100值越大，閥引起的能量損失越小。實(shí)際上，這個(gè)數(shù)值不僅各個(gè)系列不同，而且在同系列內(nèi)，同一公稱尺寸的各個(gè)閥門也不一樣。引入下限偏差的目的，是不降低調(diào)節(jié)閥的水力性能。引入上限偏差的目的，是不影響工作特性。

考慮這些公差和精度，就確定了實(shí)際固有特性的最大變化。它可用來(lái)確定工作特性的范圍。圖7示出在試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)定的某個(gè)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際特性曲線。

3．試驗(yàn)確定流量系數(shù)K_v值

實(shí)際特性曲線是根據(jù)不同開度下的K_v值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的。下面討論流量系數(shù)K_v值的工業(yè)測(cè)定方法?？紤]到流量系數(shù)K_v的定義及實(shí)際情況，為了簡(jiǎn)化，只對(duì)湍流狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)定。

在測(cè)定中，當(dāng)閥門的公稱尺寸DNl5～200mm時(shí)，對(duì)于不同閥門開度規(guī)定了如下標(biāo)準(zhǔn)條件：試驗(yàn)介質(zhì)為水，溫度t=5～30℃，密度ρ=lkg/L，運(yùn)動(dòng)粘度ν=10^-6m²/s；閥門的壓力損失△P_r=0.035～0.1MPa。

按圖8的安裝簡(jiǎn)圖安裝調(diào)節(jié)閥。在計(jì)算中要求考慮L1和L2段的壓力損失，即

為保持水的溫度，以使水的密度和粘度不變，以消除調(diào)節(jié)閥的振動(dòng)和噪聲。試驗(yàn)臺(tái)安裝在專用房間內(nèi)。差壓計(jì)的安裝要求由壓差測(cè)量值△p_r測(cè)量直接給出△p_r。

流量的測(cè)量，在大直徑的管路中，一般用孔板測(cè)量；在小直徑的管路中，或開度小時(shí)，用體積法或重量法測(cè)量。

對(duì)于每個(gè)開度值測(cè)量出△p_r和qν值后，再確定流量系數(shù)Kv值。

4．可調(diào)比增大的可能性

如前所述?？烧{(diào)比越大越好，這能使系統(tǒng)有一個(gè)大的口了訶范圍。應(yīng)采用較小口徑的調(diào)節(jié)閥，以及預(yù)留發(fā)展余地，以便將來(lái)調(diào)整裝置的生產(chǎn)能力時(shí)，不更換調(diào)節(jié)閥。

定義可調(diào)比的關(guān)系式指出，當(dāng)系數(shù)K_vs和K_v100增大時(shí)，可調(diào)比增加：而當(dāng)系數(shù)K_vo和K_vr下降時(shí)，可調(diào)比也增加。

從這方面研究得出結(jié)論：若使K_vs值大，能使理論可調(diào)比急劇增大；減小K_vo值，也可使可調(diào)比增大：并且可調(diào)比與調(diào)節(jié)閥的型式及內(nèi)部節(jié)流元件緊密聯(lián)系。

增大可調(diào)比的實(shí)際方法如下：

1)在當(dāng)前生產(chǎn)的調(diào)節(jié)閥系列中，開發(fā)可調(diào)比接近理論真實(shí)值的類型。

2)通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥的類型，或者改變調(diào)節(jié)閥內(nèi)部閥芯的結(jié)構(gòu)，使理論可調(diào)比增大。

上面指出的第一種方法，主要是使流量系數(shù)K_v100值增大。

研究結(jié)果表明，絕不允許噴嘴收縮口的通道有(毛刺、凹陷、偏心等)缺陷。特別對(duì)鑄件，要防止收縮口及圓柱區(qū)的材料出現(xiàn)缺陷。

另一種使實(shí)際可調(diào)比接近理論可調(diào)比的方法，取決于閥芯結(jié)構(gòu)。它使系數(shù)K_vr和K_vo十分接近。從這個(gè)意義上講，要求閥座和閥芯的制造符合設(shè)計(jì)圖樣，其圓度和偏心的誤差應(yīng)盡量小。典型的閥芯-閥座的幾何要素如圖9所示，圖中A、B、C、D1、D2尺寸應(yīng)準(zhǔn)確。

當(dāng)然，為了使實(shí)際可調(diào)比與理論可調(diào)比接近，要求嚴(yán)格執(zhí)行其他規(guī)定，如：閥桿與閥芯連接處無(wú)間隙；閥芯和閥芯的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中是同軸的；在閥體和閥蓋之間使用薄墊片，以避免由于安裝中螺釘擰得不均勻而帶來(lái)的缺陷等。

第二種使可調(diào)比增大的方法是設(shè)計(jì)高可調(diào)比的閥門。這可通過(guò)改變典型閥芯的線型和采用新型的閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)。