调节阀流量特性选择方法

2018/3/10 19:38:22 人评论 次浏览 分类:控制阀  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/972.html

调节阀流量特性主要有直线、等百分比、快开和抛物线四种流量特性,云润仪表提醒用户:调节阀流量特性要根据系统的控制质量、工况条件、符合变化和被控对象来选择。调节阀是个局部阻力可以变化的节流件。对于不可压缩流体,调节阀的流量方程为:   式中Q为调节阀某一开度的流量;△P为调节阀进出口压差;Cv为调节阀的流量系数;ρ为流体密度。
由上面的公式可知,调节阀流量系数Cv与阀门的结构和开度有关。不同的阀芯,其流量系数Cv值与阀门开度之间都有固定的关系,这就是固有流量特性,在控制系统中,控制器的输出信号控制调节阀的开或关,也就改变了阀门阻力的大小,从而改变了被控流体的流量。不同的控制系统,需要选择不同的调节阀,调节阀的选型首先需要确定阀芯的类型,即流量特性。流量特性就是流过调节阀的相对流量与调节阀相对开度间的关系,如下面公式所示:
 流量特性就是流过调节阀的相对流量与调节阀相对开度间的关系 
式中Q为调节阀某一开度时流量,mm3/s;Qmax为调节阀全开时流量,mm3/s;L为调节阀某一开度时行程,mm;Lmax为调节阀全开时行程,mm。

调节阀量特性包括理想流量特性和工作流量特性。理想流量特性是指在调节阀进出口压差固定不变情况下的流量特性,常见的有直线、快开、等百分比、抛物线特性,如图所示:调节阀流量特性 
直线流量特性
调节阀的相对流量与相对开度呈直线关系,即单位相对行程变化引起的相对流量变化是一个常数。小开度时流量变化大,大开度时流量变化小;小负荷时调节过于灵敏易振荡,大负荷时调节平缓不及时,适应能力较差。

快开流量特性
在阀行程较小时,流量就有比较大的增加,很快达最大。小开度时流量很大,随着行程的增大,阀门开度流量很快达到最大。常用在位式和程序控制的场合。

等百分比流量特性
单位行程变化引起流量变化的百分率是相等的。在全行程范围内工作较平稳,尤其在大开度时,放大倍数大、灵敏。应用广泛,适应性强。

抛物线流量特性
特性介于直线特性和等百分比特性之间,使用上常以等百分比特性代之。调节性能较理想。
 
在实际应用中,调节阀进出口的压差是变化的,这时调节阀相对流量与相对开度之间的关系称为工作流量特性。可分为串联管道时和并联管道时的工作流量特性。

调节阀与管道串联时,调节阀开度的变化会引起流量的变化,流量改变,系统阻力也相应改变,由于阀门压降分配的原因,会使理想的直线特性畸变为快开特性,理想的等百分比特性畸变为直线特性。流量特性的畸变,将影响控制质量。

调节阀与管道并联时,由于旁路的作用,虽然调节阀流量特性无变化,但系统的可调范围缩小了,调节阀能控制的流量变化范围也大大减小,严重时甚至起不到调节作用。因此一般旁路流量不能超过总流量的20%。
 
为了实现控制,调节阀通过调整开度来改变流量,而流量的改变将使调节阀进出口的压降发生变化。如果把上述过程绘制成流量与开度的对应关系曲线,再利用流量与压降相交的轨迹就可以得到一条曲线,这条曲线就表示了阀门的实际流量特性。如果把流量与开度的对应关系理解成增益和灵敏度的关系,假定压降△P为常数,从下图可看出,线性阀的灵敏度是常数;而快开阀和等百分比阀的灵敏度则是变化的。为使控制系统稳定,总希望系统的增益为常数。调节阀是系统的组成部分,当然是常数增益最好。但实际应用中系统的增益大多不是常数。从理论上看,选择调节阀的流量特性,是为了补偿控制系统中的非线性增益,要进行理论分析和计算很复杂。

调节阀流量特性的选择

调节阀流量特性的选择一般都采用经验法,即从控制质量、工况条件、负荷及特性几个行方面进行考虑: 
1、根据系统的控制质量来选择调节阀的流量特性
按控制的特性补偿原理,为达到好的控制质量,应尽量使开环放大系数与各环节放大系数的乘积为常数。因此,选择好调节阀的流量特性,以阀的放大系数变化来补偿对象放大系数的变化,以达到系统的总放大系数保持不变的目的。
 
2、根据工况条件来选择调节阀的流量特性
工况条件中具体的就是管道系统压降变化情况,而调节阀的流量特性与压降比有密切的关系。因此应根据管道系统压降比的大小,来选择阀门的流量特性。
 
3、根据负荷变化来选择调节阀的流量特性
直线阀在小开度时流量变化大,调节过于灵敏,易振荡。在大开度时,调节作用又显得微弱,造成调节不及时,不灵敏。因此在压降比较小,负荷变化大的场合不宜采用直线阀。等百分比阀在接近关闭时工作缓和平稳,而接近全开状态时,放大系数大,工作灵敏有效,因此适合用在负荷变化大的场合。快开阀在行程小时,流量较大,随着行程的增大,流量很快达到最大,常用在位式和程序控制的场合。
 
4、按被控对象来选择调节阀的流量特性
有自平衡能力的控制对象,可选择等百分比流量特性的调节阀,不具有自平衡能力的控制对象,应选择直线流量特性的调节阀。

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