调节阀流量特性分类及选择要点

一、调节阀的典型固有流量特性

目前 ,现有调节阀固有流量特性主要有 :直线、等百分 比、抛物线及快开等几种 ,其中常用的是前两种。

1、直线流量特性

直线流量特性指调节阀的流量与开度成 比例关系。

D(Kv/Kv顿)/d(l/L)=常数

Kv/Kv顿=1/R[1+（R-1）l/L]

2、等百分比流量特性

等百分比流量特性指调节阀流量变化的百分比在全行程内是相等的。

D(Kv/Kv顿)/d（l/L）=Kv/Kv顿X常数

（Kv/Kv顿）+R（1/L-1）

直线流量特性在小开度时,相对流量变化大 ,调节作用强 ,易于产生超调 ,引起振荡 ,而在大开度时,相对流量变化小 ,调节作用弱 ,不够敏感。等百分 比流量特性的流量变化百分 比相等 ,在较大开度范围内,相对流量变化大 ,调节灵敏有效 ,从图 3-1可知,等百分比特性曲线始终在直线特性 曲线的下方 ,在同一开度下 ,流量比直线特性的小 ,且由于等百分 比特性的流量多集中在大开度区,在考虑同样的开度偏差余量时,所需的流量系数余量就较大。因此 ,等百分 比流量特性阀的容量较苴线流量特性要小些。

二、工作流量特性

在实际运行中,调节阀前后压差总是变化的,这时所呈现的流量特性称为工作流量特性。

1、串联于管道上的调节阀的工作流量特性

由于阀开度的变化引起流量变化,而流动阻力与流速大致成平方关系,故调节阀一旦动作,流量随之改变,管道阻力降相应改变。进雨,调节阀压降也相应变化。因此,工作流量特性与压降分配比s值和工艺系统的阻力特性E△Pt边·'⑷)]有关。压降分配比小时,调节阀流量曲线就向下移,呈现拱形,使理想的直线特性畸变为快开特性,理想的等百分比特性趋向于直线特性,可见,s值越小则流量畸变越大，为了保证较理想的调节性能，一般要求S≧0.3～0.6。

2、工作流量特性是阀门固有流量特性和系统阻力特性共同影响的结果。因此,已知阻力特性。就可推导出工作流量特性。对于不可压缩性流体,阻力损失与流量的平方成正比,据此阻力特性关系可推导出,作用在调节阀上的压差△P:(在i开度)的计算公式:

△Pi=△/(1/S-1)f2(l/L)+1

式中,Q.。 。表示考虑了管道阻力以后 ,调节阀的全开流量。r是调节阀的固有流量特性 。式 3-5、式 3-6是利用不可压缩性流体流量与流速成线性关系和基本液体调节阀计算公式导出的,故主要适用于不可压缩性流体 。但在要求不高的情况下 ,也可用于管道终端与始端的介质比容 比变化不大的可压缩性流体。

适用于各种流体介质的通用式则可用下列函数式表达 :Kv值的计算中我们可以归纳出:

三、调节阀的流量特性畸变的补偿

调节阀的固有流量特性是在阀两端压降不变(即△P=常数)的情况下获得的。但实际工

作中,由于管道存在着阻力,阀上压降随着流量的增加而减少。△P≠常数,工作流量特性偏离

固有流量特性,即产生畸变r为限制畸变,保证较好的调节品质,一般要求 s《0.3~0.6,但 这

是以增加能耗为代价的(即系统要增加阻力损失 30~60%以 上)。这种方法的思路是,先按不

考虑实际存在的畸变,来选择所需要的流量特性,然后来防止出现过大的偏差,再把畸变限制

在一定范围内。另一种思路是,在选择流量特性时应当考虑将发生的畸变,按发生畸变后的特

性曲线,即系统所要求的工作流量特性曲线,来确定阀门的固有流量特性。这样就从限制畸变

改变为正确地预计畸变(阀门固有流量特性与工作特性的关系),提高了调节品质,放宽了对畸变的限制,降低了对 s值的要求,可构成低 s值运行的系统,达到节能的目的。我们称这种方法为调节阀流量特性畸变补偿技术。实际上在前节串联管道的工作流量特性的讨论中,式3-6、3-11已经给出阀门固有流量特性与实际工作特性间的一般关系式,当给定工作流量特性和系统阻力特性时,就可利用这些式子求出阀门所应具有的固有流量特性。

同样,当rIC/z)一 定时,将不同的s值代入式 3—13,就可得出在不同的系统阻力特性条件下,阀门所应具有的固有流量特性 rC/L)。如:将S=0.1代入式 3-13就可得出:在s=

o.1条件下,具有良好工作特性的调节阀所应具有的 rC/L)。由此可见,用这种方法补偿畸

变,需要阀门制造厂不只是按 S=1提供具有常用流量特性曲线的调节阀而是要求按式 3-13

算得的实际工作需要的固有流量特性 rC/z)提供阀门。

利用式 3—11,我们还可推导出适用于所有流体的阀门固有沆量特性与工作流量特性的关系式。,我们可以看出,阀门固有流量特性 'C/z)由所要求的工作流量特性 丘C/L)和管道系统的阻力特性 F⒃1。。)/F(Q)所 决定。这样阀门厂在设计阀节窗口形状时-需要同时考虑 rl C/L)和 F(Q)/F(Q)两 项因素。其中前一项一般是几种典型特性曲线,如直线、等百分比等,而后-项则与具体系统有关。通过对 (3∵13)及(3—14)式的分析 ,可见阀门厂需按每个具体系统来设计 r￠/L)。即可能每一个阀门的节流件都不-样。这对加工生产来说是很因难的,因此 ,仅利用特殊的阀门固有流量特性来补偿畸变 ,有一定局限性 。在前面的分析中,我们主要讨论了流量与阀杆行程的关系。调节阀在实际使用中;最终需要的是调节信号与流量的关系。即 rLQ。我们可以通过改变 `→Q的关系来达到补偿的目的。同样 ,也可用改变 r→`的关系来补偿畸变。如 :在调节器输 出端 ,加函数发生器(见图 3-4)。这种方法的优点是 :a。对阀门本身没有特殊要求 ,可利用一般调节阀,而不需修改节流件形状。b。修改较容易,使用函数发生器进行信号补偿,可以在不改变阀门的情况下,修改流量特性 ,当遇到工艺条件发生变化 ,流量特性选择不准确和计算偏差等情况时,修正软件就可弥补 ,而不要对硬件设备做任何修 因 3-4 信号补偿Φ = (3-15)改。c。某些类型的调节阀具有固定的流量特性,不可能通过改变节流件形状来调整 (如:蝶阀、偏心旋转阀、百页窗风门等),故只有用信号补偿。例如:百页窗式风门具有快卉特性,调节性能不好,用信号补偿就可将其流量特性变为直线特性,从而解决了调节不好的问题。d。利用信号补偿,还可得到调节系统所需要的任何特殊流量特性。

四、调节阀流量特性的选择

在前我们讨论了调节阀的固有流量特性、工作流量特性以及它们之间的关系,至此,我们可根据调节系统所要求的流量特性f1(l/L)来选择调节阀的固有流量特性 。在本节中我们将着重讨论f1(l/L)的选择,即调节系统要求调节阀具有怎样的工作流量特性 。我们知道调节阀是构成 自动调节系统的l一个环节 ,自动调节系统通常是 由对象、变送器、调节器及调节阀 (含执行机构)等环节组成 。它是一个热交换器 自动调节系统。

其中; Κ1—— 变送器放大系数

Κ2—— 调节器放大系数

Κ3—— 调节阀放大系数

Κ4—— 对象放大系数

系统总的放大系数 Κ 为 :K=K1·K2·K3·K4

一般情况下,变送器、调节器的放大系数是常数,只是对象的放大系数随外部条件的变化而变化。要保持总的放大系数不变,应当是以阀的放大系数来补偿对象的放大系数,所以调节阀的流量特性的选择总是与对象的特性相反。

选择的基本原则是:

在下列情况下,一般选择直线流量特悻。 ‘

1、外部干扰小9结定值变化小,可调范围小的场合:

2、工艺流程的主要参数变化呈线性。

在下列情况下,一般选择等百分比流量特性:

1、要求大的可调比。

2、工艺流程的主参数变化呈上拱形。

根据以往的经验,在表 3-2中列出了几种常用镝节系统对 rI的选择,体选用时爹考。使用时如果同时存在凡个干扰,则根据经常起作用的主要干扰来选择。如果对象时间常数很大,应按动态特性来选择。一般情况均按静态特性来选择。