一個管路系統的液體流量取決于這個系統的總阻力。由此可知,除非管路系統不變,否則在相同開度下,調節閥也不可能总是保持相同的流量值。作为自动化元件,調節閥的这一特性是不方便的。这将要求每一系统考虑一个专门的調節閥。这个缺陷就导致出现調節閥固有特性的概念,即不管安装調節閥的管路系统情况,而在标准条件下来确定調節閥的固有特性。
如果在式中,令

則式可寫成:

式中 KQ——調節閥的参数。
從式(2)中可獲得KQ的表達式:

引入KQ的目的是确定調節閥的特性。如果假设△Pr和ρ都等于1,則從式(3)就可以得出KQ=qv。在这种情况下,調節閥的流量系数用符号Kv表示,即KQ≡K。
如上所述,Kv被定义为在介质的密度ρ=1kg/L,介质通过調節閥产生的压力损失△Pr=105 Pa的流量,單位是m3/h。因爲水在5~30℃之間的密度爲1kg/L,且用以進行試驗的水易于獲得,定義就限定在這一介質。這是所談的標准條件。由此可見,Kv值与要安装的調節閥的管路系统无关,而仅与閥門的結構(ζ和開度H(即流通面積Ar)有關。由此可寫成函數:

式(4)表达了調節閥的固有特性。
流量系數Kv很容易通过实验精确确定,即在标准条件下,测量通过調節閥的水量来确定。
調節閥的生产厂和用户,按计算的流量系數Kv来选定調節閥。
1.理論固有特性
不同形式的固有特性是通过不同的节流结构来实现的。对于自动调节技术来说,对数(等百分比)和线性特性的調節閥,是能够满足需要的。
調節閥的固有特性见图1。对于线性特性,其表达式为

其中h=H/H100Kv=Kv/Kvs
對于對數特性,其表達式爲

其中n=ln(Kvs/Kvo)


從圖2中可以看出,在整個工作範圍內,線性特性曲線的斜率是常數。對數特性曲線的斜率是變化的,在開始時斜率小,接近全開時斜率大。
爲了說明式(5)和式(6),要定義一些與Kv值有關的特殊值,即
Kvs——在全開度(H100)時的公稱Kv值;
Kv100——在全開度(H100)時,測定的Kv值,即按定義實測的Kvmax;
Kvo——理論特性曲線與Kv/Kvs軸的交點,它代表最小可調理論流量系數;
Kvs/Kvo——理論可調比,它代表可調範圍。
三通調節閥的固有特性(圖2)必須這樣:總流量與流路無關,這在于恰當地選擇尺寸和固有特性。
如果有一個閥芯的固有特性是對數的,那麽其他的閥芯的固有特性必須是補償對數的,這樣才能互相配合,如圖3。只有這樣,各種開度下兩個Kv值相加才是個常數。


值得注意的是,三通閥的Kvs值和直通閥的Kvs值相當。
蝶形調節閥的固有特性,不是由于阀芯和阀座的特殊性,而是由于结构确定的。因此需要用实验的方法来确定其固有特性。实验发现蝶形調節閥的固有特性近似于一个抛物线,见图4。
一般用下列公式表示蝶形調節閥固有特性。
當φ100=75°時:

當φ100=60°時:

式中φ是蝶閥旋转角度。

其他类型的調節閥和蝶形調節閥一样,它们的固有特性是由结构确定的,而不取决于结构元件的特殊性。这类調節閥运用閥門定位器來實現線性化或模式化。
这些閥門主要用于两位式调节。这时重要的不是特性曲线形式,而是稳定性。各种閥門的固有特性曲线见图5。
2.實際固有特性曲線
实际固有特性曲线只能通过实验确定,它在閥門接近全关闭时,与理论特性曲线相差更大。調節閥的特性曲线允许偏差是规定的,并且规定了接近实际固有特性曲线的公差范围。比如由H的每间隔10%的点,其各点连线的变化与H/H100=0.1~1的理論特性曲線的偏差,不超過±30%,見圖6。
同樣,可調比Kvl00/Kvr不能小于理論可調比最大值的10%。在開度是H100時得到的真實Kv值,不能偏離Kvs值的±10%。

關于固有特性的公差,要作以下規定:
1)理論固有特性曲線的變化定義如下:

但在每個試驗段上,對于實際固有特性曲線的變化定義爲:

在縱座標采用對數,橫座標是百分刻度的系統中、對數特性曲線nlog爲一直線。在上述條件下,特性曲線的變化經過數學變換。對于線性變成下式:

對于對數特性變成下式:

由這些關系式可知,曲線的變化是由于偏離了Kv的理論值。試驗證明: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,對不同測定點,在表1中給出了比率H100/△H的標准值。對于可調比Kvs/Kvo或Kvo/Kvs,最常用的比值列于表2中。
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 |
Kvs/Kvo | 50/1 | 40/1 | 30/1 | 25/1 | 20/1 |
(Kvo/Kvs)*100 | 2 | 2.5 | 3.33 | 4 | 5 |
典型系统調節閥,理论可调比为Kvs/Kvo=30/1。轻系列調節閥的可调比为Kvs/Kvo=50/1。
2)在調節閥的工作范围内,建议采用较大的可调比。但这在制造上受到一系列的限制。因此在正常情况下,制造厂只能给出可调比的下限偏差。作为一个系列,要考虑结构、工艺、经济效益等。在特殊需要时,不论对哪种结构系列,都可以制造具有上限可调比的調節閥。
3)对于一定公称尺寸的調節閥,Kv100值越大,阀引起的能量损失越小。实际上,这个数值不仅各个系列不同,而且在同系列内,同一公称尺寸的各个閥門也不一样。引入下限偏差的目的,是不降低調節閥的水力性能。引入上限偏差的目的,是不影响工作特性。
考虑这些公差和精度,就确定了实际固有特性的最大变化。它可用来确定工作特性的范围。图7示出在试验台上测定的某个調節閥的实际特性曲线。

3.试验确定流量系數Kv值
實際特性曲線是根據不同開度下的Kv值实验数据绘制的。下面讨论流量系數Kv值的工业测定方法。考虑到流量系數Kv的定義及實際情況,爲了簡化,只對湍流狀態下進行測定。
在测定中,当閥門的公称尺寸DNl5~200mm时,对于不同閥門开度规定了如下标准条件:试验介质为水,温度t=5~30℃,密度ρ=lkg/L,运动粘度ν=10-6m2/s;閥門的压力损失△Pr=0.035~0.1MPa。
按图8的安装简图安装調節閥。在计算中要求考虑L1和L2段的压力损失,即



为保持水的温度,以使水的密度和粘度不变,以消除調節閥的振动和噪声。试验台安装在专用房间内。差压计的安装要求由压差测量值△pr測量直接給出△pr。
流量的測量,在大直徑的管路中,一般用孔板測量;在小直徑的管路中,或開度小時,用體積法或重量法測量。
對于每個開度值測量出△pr和qν值后,再确定流量系數Kv值。
4.可調比增大的可能性
如前所述。可调比越大越好,这能使系统有一个大的口了诃范围。应采用较小口径的調節閥,以及预留发展余地,以便将来调整装置的生产能力时,不更换調節閥。
定義可調比的關系式指出,當系數Kvs和Kv100增大時,可調比增加:而當系數Kvo和Kvr下降時,可調比也增加。
從這方面研究得出結論:若使Kvs值大,能使理論可調比急劇增大;減小Kvo值,也可使可调比增大:并且可调比与調節閥的型式及内部节流元件紧密联系。
增大可調比的實際方法如下:
1)在当前生产的調節閥系列中,开发可调比接近理论真实值的类型。
2)通过改变調節閥的类型,或者改变調節閥内部阀芯的结构,使理论可调比增大。
上面指出的第一种方法,主要是使流量系數Kv100值增大。
研究結果表明,絕不允許噴嘴收縮口的通道有(毛刺、凹陷、偏心等)缺陷。特別對鑄件,要防止收縮口及圓柱區的材料出現缺陷。
另一種使實際可調比接近理論可調比的方法,取決于閥芯結構。它使系數Kvr和Kvo十分接近。從這個意義上講,要求閥座和閥芯的制造符合設計圖樣,其圓度和偏心的誤差應盡量小。典型的閥芯-閥座的幾何要素如圖9所示,圖中A、B、C、D1、D2尺寸應准確。
當然,爲了使實際可調比與理論可調比接近,要求嚴格執行其他規定,如:閥杆與閥芯連接處無間隙;閥芯和閥芯的導向機構在運動中是同軸的;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的缺陷等。
第二种使可调比增大的方法是设计高可调比的閥門。这可通过改变典型阀芯的线型和采用新型的閥門来实现。