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调节阀流量特性选择

2019-06-29

  调节阀的流量特性如何选择 控制阀的流量特性是介质流过控制阀的相对流量与相对位移(控制阀的相对开度)间的关 系,一般来说改变控制阀的阀芯与阀座的流通截面,便可控制流量。但实际上由于多种因 素的影响,如在截流面积变化的同时,还发生阀前后压差的变化,而压差的变化又将引起 流量的变化。 在阀前后压差保持不变时,控制阀的流量特性称为理想流量特性;控制阀的结构特性 是指阀芯位移与流体流通截面积之间的关系,它纯粹由阀芯大小和几何形状决定,与控制 阀几何形状有关外,还考虑了在压差不变的情况下流量系数的影响,因此,控制阀的理想 流量特性与结构特性是不同的。 理性流量特性主要由线性、等百分比、抛物线及快开四种。在实际生产应用过程中, 控制阀前后压差总是变化的,这时的流量特性称为工作流量特性,因为控制阀往往和工艺 设备串联或并联使用,流量因阻力损失的变化而变化,在实际工作中因阀前后压差的变化 而使理想流量特性畸变成工作特性。 控制阀的理想流量特性,在生产中常用的是直线、等百分比、快开三种,抛物线流量 特性介于直线与等百分比之间,一般可用等百分比来代替,而快开特性主要用于二位式调 节及程序控制中。因此,控制阀的特性选择是指如何选择直线和等百分比流量特性。 目前控制阀流量特性的选择多采用经验准则,可从下述几个方面考虑: 1、从调节系统的质量分析 下图是一个热交换器的自动调节系统,它是由调节对象、变送器、调节仪表和控制阀等环 节组成。 K1 变送器的放大系数,K2 调节仪表的放大系数,K3 执行机构的放大系数,K4 控制阀的放 大系数,K5 调节对象的放大系数。 很明显,系统的总放大系数 K 为:K=K1*K2*K3*K4*K5 K1、K2、K3、K4、K5 分别为变送器、调节仪表、执行机构、控制阀、调节对象的放大 系数,在负荷变动的情况下,为使调节系统仍能保持预定的品质指标;则希望总的放大系 数在调节系统的整个操作范围内保持不变。通常,变送器、调节器(已整定好)和执行机 构的放大系数是一个常数,但调节对象的放大系数却总是随着操作条件变化而变化,所以 对象的特性往往是非线性的。因此,适当选择控制阀的特性,以阀的放大系数的变化来补 偿调节对象放大系数的变化,而使系统的总放大系数保持不变或近似不变,从而提高调节 系统的质量。 因此,控制阀流量特性的选择应符合: K4*K5=常数 对于放大系数随负荷的加大而变小的现象,假如选用放大系数随负荷加大而变大的等百分 比特性控制阀,便能使两者相互抵消,合成的结果,使总放大系数保持不变,近似于线性。 当调节对象的放大系数为线性时,则应采用直线流量特性,使总放大系数保持不变。 2、从工艺配管情况考虑 控制阀总是与管道、设备等连在一起使用,由于系统配管情况的不同,配管阻力的存 在引起控制阀上压降的变化,因此,阀的工作流量特性与阀的理想流量特性也有差异。必 须根据系统特点来选择希望得到的工作特性,然后再考虑配管情况来选择相应的理想特性。 控制阀、全部工艺设备和管路系统上的压差,称为系统总压差。控制阀全开时阀前后 压差 ΔPmin 与系统总压差 ΔP 之比称为 S 值,即: S= ΔPmin/ΔP 考虑工艺配管情况,可参照下表选择相应的理想特性。 表 1 考虑工艺配管情况表 配管情况 阀的工作特性 阀的理想特性 直线 等百分比 等百分比 S= 0.6-0.3 直线 等百分比 等百分比 等百分比 S 0.3 不宜控制 不宜控制 从上表可以看出,当 S=1-0.6 之间时,所选理想特性与工作特性一致。当 S=0.6-0.3 时, 若要求工作特性是线性的应选等百分比,这是因为理想特性为等百分比特性的阀,当 S=0.6-0.3 时,经畸变的工作特性已经接近线性了;当要求的工作特性为等百分比时,那么 其理想曲线应比它更凹一些,此时可通过阀门定位器凸轮外廓曲线来补偿或采用双曲线特 性来解决。当 S0.3 时,直线特性已严重畸变为快开特性而不利于调节,既使是等百分比 理想特性,工作特性也已严重偏离理想特性接近于直线特性,虽然仍能进行调节,但它的 调节范围已大大减小,所以一般不希望 S 值小于 0.3。确定阻力比 S 的大小,应从两个方面 考虑:首先应保证调节性能,S 值越大,工作特性畸变越小,对调节有利;但 S 越大说明调 节的压差损失越大,造成不必要的动力消耗。一般设计时取 S=0.3 -0.5 之间,对于高压系 统考虑到节约动力,允许 S=0.15。对于气体介质,因阻力损失较小,一般 S 值都大于 0.5。 3、从负荷变化情况分析 直线特性控制阀在小开度时流量相对变化值大,过于灵敏容易引起振荡,使阀芯、阀座极 易受到破坏,在 S 值小,负荷变化大的场合不宜采用。等百分比控制阀的放大系数随控制 阀行程增加而增加,流量相对变化值是恒定不变的,因此它对负荷波动有较强的适应性, 无论在满负荷或半负荷生产时,都能很好的调节;从制造角度来看也并不困难。在生产过 程中等百分比是应用最广泛的一种。


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