自控設(shè)計(jì)中調(diào)節(jié)閥流量特性及液位計(jì)廠家的選擇

1 引言

調(diào)節(jié)閥作為過(guò)程控制的終端元件，已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程中，其技術(shù)和使用條件也比較成熟，但由于生產(chǎn)中不確定因素多，對(duì)象的特性又多種多樣，使得調(diào)節(jié)閥的選用比較復(fù)雜，并且調(diào)節(jié)閥的性能指標(biāo)如何又直接影響到過(guò)程控制的質(zhì)量好壞，尤其是流量特性的確定。在此，就調(diào)節(jié)閥理想流量特性的選擇問(wèn)題進(jìn)行探討。

2 調(diào)節(jié)閥的流量特性

調(diào)節(jié)閥出廠時(shí)所標(biāo)明的都是理想流量特性，是按閥兩端壓降固定不變的理想狀況來(lái)設(shè)計(jì)的，主要有圖1所示的直線型、對(duì)數(shù)型、拋物線型和快開(kāi)型四種形式。圖中的I/L（%）表示相對(duì)開(kāi)度對(duì)Q/Qmax（%）表示相對(duì)流量。

但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于多種因素的影響，如管道內(nèi)壁壓降、管件局部阻力壓降等的存在和變化，使得調(diào)節(jié)閥在不同開(kāi)度下的壓降發(fā)生變化，理想的流量特性會(huì)畸變?yōu)楣ぷ髁髁刻匦?。即使相同的調(diào)節(jié)閥，當(dāng)應(yīng)用于不同的管路系統(tǒng)中時(shí)，其工作特性一般也是不一樣的。通常用壓降比s來(lái)反映流量特性的畸變程度。

式中：

Δpv全開(kāi)表示調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)閥上的壓力降；

Δpv總  表示包括調(diào)節(jié)閥在內(nèi)的全部管路系統(tǒng)的總壓降。

 生產(chǎn)過(guò)程中，由于調(diào)節(jié)閥通常串聯(lián)在管路系統(tǒng)中，閥門(mén)開(kāi)度的變化自然會(huì)引起流量的變化。根據(jù)流體力學(xué)原理，管道中流體壓力的損失與流速的平方成正比，因此，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度一旦改變，流量就會(huì)變化，管路系統(tǒng)各處的壓力降也都相應(yīng)地變化，其變化情況如圖2所示。

由調(diào)節(jié)閥上壓差的變化量△Pvi、壓差△Pv、開(kāi)度l/L及壓降比s的關(guān)系公式式中，Qmax表示管道壓力降等于零時(shí)調(diào)節(jié)閥的全開(kāi)流量；

Q表示調(diào)節(jié)閥在l/L開(kāi)度的流量。

從上式可以看出，調(diào)節(jié)閥的工作流量特性是受壓降比s直接影響的。在s=1時(shí)，管道阻力降為零，系統(tǒng)的總壓降全部降落在調(diào)節(jié)閥上，實(shí)際的工作流量特性與理想流量特性一致。但隨著管道阻力降的增加，s值變小，不僅調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的流量減少，曲線下移，而且流量特性也發(fā)生了很大畸變，成為一系列向上拱的曲線，理想的直線特性畸變?yōu)榭扉_(kāi)工作特性，理想的對(duì)數(shù)特性畸變?yōu)橹本€工作特性，如圖3所示。

3 調(diào)節(jié)用理想流量特性的選擇方法

根據(jù)一般對(duì)象的特性，調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇問(wèn)題，實(shí)際上就是如何選擇直線型和對(duì)數(shù)型流量特性的問(wèn)題。應(yīng)先根據(jù)工藝過(guò)程情況確定工作特性，然后根據(jù)工作特性和管路系統(tǒng)的配置等情況選擇合適的調(diào)節(jié)閥理想流量特性。

3.1 確定調(diào)節(jié)閥的工作流量特性

關(guān)于工作特性的確定，應(yīng)滿(mǎn)足在整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程中，對(duì)象特性的變化能通過(guò)調(diào)節(jié)閥的特性變化得到補(bǔ)償，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)中廣義對(duì)象的特性盡可能穩(wěn)定，保證調(diào)節(jié)質(zhì)量。

如果忽略對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的變化，則調(diào)節(jié)閥的工作特性確定應(yīng)能使廣義對(duì)象總的放大系數(shù)為恒定值，即適當(dāng)選擇閥的特性，以閥的放大系數(shù)的變化來(lái)補(bǔ)償對(duì)象放大如果對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性不能忽略，則不僅要考慮放大系數(shù)的補(bǔ)償，還需要考慮動(dòng)態(tài)特性的補(bǔ)償，也就是說(shuō)，還要考慮用閥的放大系數(shù)的變化來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的變化，以維持系統(tǒng)應(yīng)有的穩(wěn)定性。如對(duì)象的滯后、時(shí)間常數(shù)隨著負(fù)荷的增大而減小時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就會(huì)降低，此時(shí)調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)應(yīng)隨之變小才能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到恢復(fù)。

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，主要是根據(jù)對(duì)象的靜態(tài)特性確定調(diào)節(jié)閥的工作特性。圖4示意的是不同負(fù)荷下的對(duì)象特性曲線。

（1）當(dāng)對(duì)象的工作點(diǎn)比較穩(wěn)定、調(diào)節(jié)閥兩端的壓差也比較穩(wěn)定時(shí)，閥門(mén)的開(kāi)度基本上保持在一個(gè)固定的位置上，閥門(mén)的放大系數(shù)Kv變化不大，對(duì)象的放大系數(shù)Kv也變化不大，此種情況下，不論是線性特性還是對(duì)數(shù)特性都可以。

（2）控制閥兩端的壓差是主要的干擾時(shí)，要確保工作點(diǎn)的穩(wěn)定，則必須通過(guò)改變閥門(mén)開(kāi)度來(lái)維持調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量穩(wěn)定，并且Kv還不應(yīng)發(fā)生變化。

對(duì)于線性閥，它的流量特性方程是：

k為常數(shù)。但由于閥門(mén)兩端的壓差是主要干擾，導(dǎo)致Qmax發(fā)生變化。因此，Kv也發(fā)生了變化。

對(duì)于對(duì)數(shù)閥，流量特性方程是：k′為常數(shù)。由于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量Q要求不變，雖然閥門(mén)的開(kāi)度發(fā)生了變化，但Kv并沒(méi)有變化。因此，當(dāng)閥兩端的壓差是主要干擾時(shí)，應(yīng)該選用工作特性為對(duì)數(shù)型的閥門(mén)。

（3）當(dāng)用于隨動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，即給定值是主要作用時(shí)，應(yīng)比較同一負(fù)荷但不同測(cè)量值z(mì)下的對(duì)象放大系數(shù)K0值，如圖4中的1、2、3點(diǎn)。如果K0值比較恒定，則選線性工作特性；如果K0值是隨調(diào)節(jié)介質(zhì)流量的增加而下降的，則選對(duì)數(shù)工作特性。否則選快開(kāi)特性。