減壓閥流量曲線

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之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹選擇調(diào)壓閥的方法是查看調(diào)壓閥的流量曲線,制造商通常會提供這種流量曲線. 圖1  制造商通常為同一個調(diào)壓閥提供不同進(jìn)口壓力下的多條流量曲線，以說明調(diào)壓閥的工作能力范圍這個圖表示調(diào)壓閥的出口壓力隨流量不同呈現(xiàn)的變化不同的曲線表示在減壓閥沒有流量的時候的設(shè)定點(diǎn)不同，設(shè)定點(diǎn)就是指出口端關(guān)閉，調(diào)節(jié)減壓閥調(diào)到某個壓力值，在圖上就是曲線和縱坐標(biāo)的交點(diǎn)如果從縱坐標(biāo)上某一點(diǎn)畫出不同的幾條曲線那么就是入口壓力不同

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選擇調(diào)壓閥的方法是查看調(diào)壓閥的流量曲線，制造商通常會提供這種流量曲線。“流量曲線”是一個具有誤導(dǎo)性的名稱，調(diào)壓閥控制的是壓力而不是流量，因此，可以更直接把流量曲線叫做“壓力曲線”。這條曲線描述了在給定流量下調(diào)壓閥能夠保持的系統(tǒng)壓力范圍。
調(diào)壓閥的選擇不僅需要選擇合適的規(guī)格，而且需要了解調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)。因?yàn)?，調(diào)壓閥所具有的能力取決于調(diào)壓閥的設(shè)計(jì)。流量曲線可以直觀表征調(diào)壓閥的能力范圍，理解流量曲線，就能夠很快地閱讀流量曲線。
比較常見的調(diào)壓閥選擇方法是查看調(diào)壓閥的流量系數(shù)（Cv）。有些人可能認(rèn)為，當(dāng)系統(tǒng)流量處于Cv的范圍內(nèi)時，調(diào)壓閥的“規(guī)格”就正確。但實(shí)際情況不一定是這樣，Cv代表的是調(diào)壓閥能夠提供的大流量。在大流量下，調(diào)壓閥不能控制壓力。如果預(yù)計(jì)流量會達(dá)到調(diào)壓閥的Cv，那么這種調(diào)壓閥很可能達(dá)不到系統(tǒng)的要求。

基本知識
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥調(diào)壓閥的主要用途是在調(diào)壓閥的一側(cè)保持恒定壓力，即使調(diào)壓閥的另一側(cè)出現(xiàn)壓力變化或波動。減壓型調(diào)壓閥控制的是下游壓力，背壓型調(diào)壓閥控制的是上游壓力。
以減壓型調(diào)壓閥為例，流量曲線說明了調(diào)壓閥在出口壓力（Y 軸）和流量（X 軸）方面的性能。調(diào)壓閥不控制流量，流量是在下游由閥門或流量計(jì)來控制，從這條曲線上可以看出當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的流量變化時調(diào)壓閥如何響應(yīng)。
圖1上部的曲線初始設(shè)定的表壓為2.75Mpa。該曲線顯示了在不調(diào)整調(diào)壓閥的情況下壓力的變化。
當(dāng)流量變化時，調(diào)壓閥通過調(diào)整來保持初始設(shè)定壓力。但是，這種調(diào)整并不能達(dá)到的工作狀態(tài)，因?yàn)殡S著系統(tǒng)流量的升高，調(diào)壓閥的下游壓力下降，下游壓力下降多少無法確定。
在閱讀流量曲線時，首先要確定系統(tǒng)內(nèi)可預(yù)見的流量范圍，并在圖上標(biāo)出流量范圍。然后，查看出口壓力的相應(yīng)變化。判斷這個壓力范圍是否可以接受，如果不能接受，則應(yīng)尋找另一種調(diào)壓閥。
 
圖2  這條典型的減壓型調(diào)壓閥流量曲線說明了理想工作區(qū)、衰減、節(jié)流、閥座負(fù)載下降或鎖定、流量系數(shù) （Cv） 等多個現(xiàn)象
理想情況下，應(yīng)在曲線平坦的部分使用調(diào)壓閥。在這一范圍內(nèi)，即使流量發(fā)生顯著變化，調(diào)壓閥也將保持比較恒定的壓力。曲線的遠(yuǎn)端快速下降，在這一范圍內(nèi)，即使微小的流量變化也會導(dǎo)致壓力的劇烈變化。用戶不會希望在這種位置使用調(diào)壓閥。
任何給定調(diào)壓閥都能產(chǎn)生無限條曲線，因此需要確保查看的是正確的曲線。對于每個設(shè)定壓力，都會用一條不同的曲線表示。圖1中主要有兩組曲線：一組的設(shè)定壓力為400 psig（27.54bar），另一組的設(shè)定壓力為200 psig（13.7bar）。制造商提供多組曲線來表達(dá)特定調(diào)壓閥的可能設(shè)定壓力范圍是有益的。如果您的設(shè)定壓力位于兩組曲線之間，可以采用內(nèi)插值法。但這兩組曲線趨于相同形狀，但位于圖上的不同位置。
還有一個影響曲線形狀的因素——進(jìn)口壓力（即在上游進(jìn)入減壓調(diào)壓閥內(nèi)的壓力）。圖1中的兩組曲線各使用三條曲線表達(dá)進(jìn)口壓力范圍。
總之，為系統(tǒng)找到正確曲線的方法：（1）找到正確的設(shè)定壓力；（2）找到正確的進(jìn)口壓力；（3）找到正確的流量范圍。
后，確保使用的是正確的單位。壓力讀數(shù)常使用的單位是psig 或 bar。流量單位隨系統(tǒng)介質(zhì)而異，因此，必須確認(rèn)調(diào)壓閥用于液體還是氣體。液體流量通常用加侖每分鐘（gal/min）或升每分鐘 （L/min）表示，而氣體流量則用標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每分鐘（std ft3/min）或標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘（std L/min）表示。

這些曲線通常是使用空氣或氮?dú)猓ㄓ糜跉怏w用調(diào)壓閥）或者水（用于液體用調(diào)壓閥）測定的。如果用戶的系統(tǒng)介質(zhì)是氣體，那么，用戶可能需要對制造商的曲線進(jìn)行調(diào)整。氣體的壓縮比各不相同，因此可能需要在流量曲線的體積單位上乘以一個氣體修正系數(shù)。例如，氫氣的修正系數(shù)是 3.8；這就是說，3.8氣分子的體積與一個空氣分子的體積相同。因此，流量曲線上空氣體積流量為100 std ft3/min （2831 std L/min） 的點(diǎn)對應(yīng)的可比氫氣流量為 380 std ft3/min （10760stdL/min）。曲線保持不變，但是流量刻度改變。（修正系數(shù)如何獲得？）
在標(biāo)準(zhǔn)壓力為1Mpa，溫度在20℃時，壓縮比Z=1.0，均為理想氣體狀態(tài)，無需修正系數(shù)。（個人批注）
對于液體，由于液體是不可壓縮的，因此水與另一種介質(zhì)之間的差異不顯著。
衰減、節(jié)流和其它復(fù)雜因素
調(diào)壓閥在流量曲線平坦的范圍內(nèi)工作，或者說接近水平線的部分。實(shí)際上，理想的流量曲線應(yīng)該是一條水平線。但是，由于調(diào)壓閥的內(nèi)部元件的限制，任何調(diào)壓閥都不能在整個壓力范圍內(nèi)提供理想的水平線。對于彈簧加載調(diào)壓閥，較長的彈簧產(chǎn)生水平段較寬的流量曲線。氣室加載調(diào)壓閥使用一定體積的截留氣體而不是彈簧，能夠產(chǎn)生更寬的水平段。電控氣動加載調(diào)壓閥和使用外部反饋的氣室加載調(diào)壓閥產(chǎn)生的水平段寬。
 
圖3   滯后現(xiàn)象說明，在同樣流量下，與流量增大時相比，流量減少時的出口壓力較高。所示滯后大于實(shí)際值，以便于演示
一般，流量曲線由三部分組成：（1）中間相對平坦的部分；（2）左側(cè)的陡峭下降部分；（3）右側(cè)的陡峭下降部分。中間的平坦部分不*水平，通常這段曲線是向下傾斜的，稱為衰減。隨著流量增加，壓力將出現(xiàn)一定程度的下降，下降多少取決于調(diào)壓閥的設(shè)計(jì)。在曲線的平坦部分衰減相對較小，而在曲線的末端，壓力衰減非常劇烈。
節(jié)流出現(xiàn)在曲線的右側(cè)。圖2所示為節(jié)流區(qū)，在這里，從 140 std ft3/min（3964 std L/min）開始，壓力出現(xiàn)劇烈下降。后，在接近 150 std ft3/min（4247std L/min） 的地方，壓力下降到零。這時，流量需求已經(jīng)超過調(diào)壓閥的壓力控制能力。在這里，調(diào)壓閥大開，不再調(diào)整壓力。調(diào)壓閥基本上已經(jīng)從一種壓力控制裝置轉(zhuǎn)變成一個開放通孔。把下游流量增加到或超過該點(diǎn)會導(dǎo)致調(diào)壓閥失效。節(jié)流區(qū)的壓力下降劇烈，因此不建議在這里使用調(diào)壓閥。

Cv是在調(diào)壓閥的*節(jié)流點(diǎn)測定的，不能很好地反映調(diào)壓閥的總體性能。閥座負(fù)載下降出現(xiàn)在調(diào)壓閥曲線（圖 2）的左側(cè)，從這里開始出現(xiàn)陡峭的壓力下降。從左到右看該曲線時，想象系統(tǒng)處于無流量狀態(tài)。調(diào)壓閥設(shè)定為某個壓力，但是沒有流量。然后，想象操作員慢慢打開下游閥門來啟動流量。
此時調(diào)壓閥無法保持壓力恒定，因此將立刻出現(xiàn)劇烈的壓力下降。如果調(diào)壓閥在這段陡峭曲線范圍內(nèi)工作，調(diào)壓閥在有流量和無流量之間來回轉(zhuǎn)換時，您可能會聽到振動或脈動的聲音。
現(xiàn)在，我們從右往左看這條曲線。想象系統(tǒng)在曲線的平坦范圍內(nèi)工作。然后，想象操作員慢慢關(guān)閉下游的閥門，流量下降到接近零。我們將沿曲線向上。在接近無流量狀態(tài)時，調(diào)壓閥將難以保持設(shè)定壓力。在這里，我們可能也會聽到振動的聲音。后，調(diào)壓閥猛然關(guān)閉，截?cái)嗔鲃?。這個狀態(tài)叫做鎖定。
閥座負(fù)載下降和鎖定這兩個術(shù)語基本上可互換。有時，人們使用鎖定描述這兩種狀態(tài)。不建議讓調(diào)壓閥在這個區(qū)域范圍內(nèi)工作。
 
圖4  背壓型調(diào)壓閥的流量曲線顯示出累積現(xiàn)象，這是一種與衰減相反的現(xiàn)象
從左到右看和從右到左看流量曲線是有所不同的。從左到右看曲線時，流量逐漸增加。從右到左看時則正相反。對于流量增加和流量減少這兩種條件，曲線可能會略有不同。出口壓力不會在同一條“衰減線”上，也不會正好停在初始設(shè)定壓力上。這個現(xiàn)象（如圖3所示）叫做滯后。
上面的線是流量減少的情況，而下面的線是流量增加的情況。
滯后會在調(diào)壓閥內(nèi)產(chǎn)生動態(tài)摩擦力，通常不會影響調(diào)壓閥性能的評估。但是，在系統(tǒng)運(yùn)行中可能會令人迷惑。試想操作員把系統(tǒng)設(shè)置為在110 ft3/min（3115 L/min） 的流量下提供50 psig （0.34 MPa） 的出口壓力。第二天，他注意到壓力變成了50.5 psig（0.348 MPa），但流量仍然是110 ft3/min （3115 L/min）。這個現(xiàn)象的原因就是滯后。可能是系統(tǒng)內(nèi)的某些組件臨時產(chǎn)生了較大下游流量需求。臨時流量增加導(dǎo)致出口壓力略微下降，即在曲線上從左向右移動。然后，當(dāng)流量需求恢復(fù)到110ft3/min（3115L/min）時，滯后導(dǎo)致出口壓力回到一個略高于初始設(shè)定點(diǎn)的位置。

這種情況說明，操作員需要定期檢查系統(tǒng)來確保調(diào)壓閥設(shè)定在恰當(dāng)?shù)某隹趬毫ι?。建議從較低壓力開始調(diào)整到設(shè)定壓力。另一種做法是使用系統(tǒng)內(nèi)的壓力表幫助微調(diào)調(diào)壓閥設(shè)置來獲得需要的工作壓力。
背壓型調(diào)壓閥和累積
背壓型調(diào)壓閥的流量曲線存在一種稱為累積的現(xiàn)象（見圖4），是一種與衰減相反的現(xiàn)象。由于背壓型調(diào)壓閥控制進(jìn)口壓力，因此隨著流量增大壓力將上升，而不是像減壓型調(diào)壓閥那樣下降。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是背壓型調(diào)壓閥起到限流作用，基本上是限制進(jìn)口的流量。

結(jié)論
在選擇調(diào)壓閥時，應(yīng)查看流量曲線而不是Cv。確保查看的是正確的曲線。該曲線反映的是將要使用的調(diào)壓閥設(shè)定壓力（您的“設(shè)定壓力”）嗎？該曲線是否反映正確的進(jìn)口壓力范圍？實(shí)際使用的單位正確嗎？如果系統(tǒng)介質(zhì)是氣體，需要進(jìn)行計(jì)算調(diào)整嗎？
解決了這些問題之后，就可以開始閱讀曲線。在曲線上找出預(yù)計(jì)的系統(tǒng)流量范圍。給定范圍后，在曲線上將能夠知道調(diào)壓閥將保持在多高的壓力。理想情況下，應(yīng)在曲線相對平坦的部分使用調(diào)壓閥。在這個區(qū)域調(diào)壓閥的性能穩(wěn)定，應(yīng)避免在曲線的遠(yuǎn)端使用調(diào)壓閥，在這些區(qū)域存在鎖定和節(jié)流等不利條件。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：200X先導(dǎo)隔膜式水用減壓閥安裝要求