上海滬工閥門廠（集團）有限公司

調節(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=Ф₀R^h （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 是的流量系數。

按照傳統的解釋，可調比 R 是指所能控制最大流量的比值，即

在設計調節(jié)閥時，需先設定一個 R 值，然后計算各開度下的流量系數 Ф，以此作為設計閥芯曲線和套簡窗口的依據。國內調節(jié)閥行業(yè)的兩次統一設計，都是在設定 R=30 前提下，計算出了各開度對應的流量系數理論值（見表 1）。

從應用角度，希望調節(jié)閥的放大倍數 K_D 大一些，而 K_D 與可調節(jié)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 K_D，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(jié)閥 R 值越大，設計制造難度越大。對單、雙座調節(jié)閥，若 R 值過大，閥芯制造時會在 90%~100% 開度范圍內產生根切現象；對套筒調節(jié)閥，若 R 值太大，在 90%~100% 開度范圍內會因窗口尺寸過寬而無法制造。這些都限制了 R 值的提高。

制造廠是在 R=30 前提下設計制造出調節(jié)閥產品，但對調節(jié)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 Q_max 和 Q_min 的比上，而 Q_min 只是個理論上存在的數值，無法進行測量，因此認為實際可調比也是無法計算的。在目前見到的有關調節(jié)閥的資料中，尚未看到這方面的論述。國內外調節(jié)閥的 標準中，也未提出對 R 值的測量、計算和考核辦法。這是由于對可調比概念的片面理解所造成的，現在有必要從可調比與流量系數的關系入手作進一步探討與研究。

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(jié)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(jié)閥都不可能使用在它的最小開度，也就是不會用其 Q_min 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(jié)閥的流量系數大小決定了調節(jié)閥的工作開度，流量系數相對于行程的變化量決定了調節(jié)閥的放大倍數，這些均與 R 值有關。因此，不能簡單地從 Q_max 和 Q_min 的比去理解 R 值，而應當把 R 值看作是整個流量特性曲線的一個特征參數。

分析式（1）、式（2）與式（3）、式（4）可以看出，R 值變化對線性流量特性影響不大，特別在 R＞1 時，Ф 與 KD 均與 R 值無關；對等百分比特性影響則較大，因此本文討論值對流量系數的影響僅限于等百分比特性。

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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)閥流量系數表中體現出來，這時可調比的含義已經不再是 Q_max 和 Q_min 之比了，它應當作為流量特性曲線的一個特征參數被認識、被研究。

2 R 值計算方法

調節(jié)閥實際可調比 R 值是可以計算出來的，根據公式（2）可推導出

lnФ=lnФ₀+hlnR （6）

在 lnФ—h 坐標系中，等百分比流量特性曲線是一直線，R 值實際上決定了該直線的斜率。實際測量一臺調節(jié)閥的流量特性，可以得到若干組（Ф，h）數據，由于制造和測量誤差，這些測量值在 lnФ—h 坐標系中呈近似直線分布，并認為這條近似直線就是這臺調節(jié)閥的實際流量特性曲線。要得到這樣一條直線，并使其最接近坐標系中的這些點，建議用最小二乘法求解。

在測量一臺調節(jié)閥于不同開度時的流量系數時，可以得到相對行程和流量系數的 K 組數據，代入公式（6）得到方程組

式中：Ф₀，R 為這臺調節(jié)閥的實際值，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 個開度進行測量，即 h_i 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 Ф_i 代入公式（9），即可解出該臺調節(jié)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(jié)閥在工作段的可調比，h_i 可分別取 0.2，0.3，…，0.8，即 k=7，=3.5，=2.03，則有

代入 20%~80% 開度時的各流量系數，可以得到該段流量特性的 R 值。同樣，將表 1 中理論值數據代入式（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，無論用絕對流量系數或相對流量系數計算其結果都是相等的。因此，用來計算 R 值是很方便的。同樣，當需要計算任意段流量特性曲線的 值時，都可以推出相應的計算公式。

3 國內外一些調節(jié)閥 R 值的比較

依據式（9）用國內統一設計的雙座調節(jié)閥和聯合設計的套筒調節(jié)閥，以及 Fisher 公司的 ED 型套筒閥的流量系數計算相應的 R 值，其結果見表 2~表 4。

從表中可以看出，盡管雙座調節(jié)閥和套筒調節(jié)閥在設計時預先設定 R=30，但實際生產的各種規(guī)格的調節(jié)閥其 R 值是不相同的。

比較表 2、表 3 這兩個系列調節(jié)閥的 R 值可以看出，雙座調節(jié)閥各種規(guī)格的 R 值偏差較大，套筒調節(jié)閥各種規(guī)格的 R 值偏差較小。這與兩種閥設計時對流量特性采用不同誤差判定標準相吻合，雙座調節(jié)閥以最大流量值的 10% 作為每個行程流量值的偏差范圍，而套筒閥采用國際 IEC 標準中的斜率法計算流量特性偏差的方法。顯然，后一種方法較前一種方法更能保證 R 值達到設計要求，這也說明了 IEC 標準斜率法的先進性。

比較表 2、表 3、表 4 還可以看出，國產調節(jié)閥的 R 值比國外調節(jié)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 R 值，其優(yōu)越性在于它能更好地滿足自控系統的需要，還能提高 80% 開度時的流量系數值，從而使全開時閥的流通能力有較顯著的提高。通過對 R 值的分析比較，說明了國內外調節(jié)閥在設計水平上存在一定的差距。

4、對 IEC 534—2—4（草案）的理解

IEC 534—2—4（草案）第 3.3 款對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，任意兩個相鄰流量系數發(fā)表值的對數之間的差值應在 0.13 和 0.2 范圍內”。“低于 h=0.2 這兩個值相應為 0.13 和 0.25；高于 h=0.8，此值應相應為 0.03 和 0.2”。

這里作為流量特性偏差范圍的選取，應當看作是按 R 值的變化范圍決定的，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，流量特性偏差實際上是分段限制 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)定正是體現了將 R 值作為流量特性曲線的一個特征參數，并實現了在全行程范圍內可以取不同 R 值這一設計思想。而國標 GB 4213—84《氣動調節(jié)閥通用技術條件》在這個問題上是和 IEC 標準存在一定差異的。深入討論 R 值及流量系數的關系，無論對設計、制造、應用調節(jié)閥都有一定的意義，對加強調節(jié)閥的基礎理論研究，提高我國調節(jié)閥設計制造水平，都是十分必要的。