自控設計中調節閥流量特性及液位計廠家的選擇

1 引言

調節閥(fa)作為過(guo)程控制的終端元件(jian)，已廣泛(fan)應用(yong)(yong)(yong)于生(sheng)產過(guo)程中，其技(ji)術和使用(yong)(yong)(yong)條件(jian)也比(bi)較成熟，但由于生(sheng)產中不(bu)確(que)(que)定因素多(duo)，對象的特(te)(te)性(xing)又(you)多(duo)種多(duo)樣(yang)，使得調節閥(fa)的選(xuan)用(yong)(yong)(yong)比(bi)較復雜，并且調節閥(fa)的性(xing)能(neng)指標如何又(you)直接影(ying)響(xiang)到過(guo)程控制的質量好壞，尤其是流量特(te)(te)性(xing)的確(que)(que)定。在此，就調節閥(fa)理(li)想流量特(te)(te)性(xing)的選(xuan)擇問題進(jin)行(xing)探討。

2 調節閥的流量特性

調節閥出廠時所標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設計的，主要有圖1所示的直線型、對數型、拋物線型和快開型四種形式。圖中的I/L（%）表示相對開度對Q/Qmax（%）表示相對流量。

但實際應用過程中，由于多種因素的影響，如管道內壁壓降、管件局部阻力壓降等的存在和變化，使得調節閥在不同開度下的壓降發生變化，理想的流量特性會畸變為工作流量特性。即使相同的調節閥，當應用于不同的管路系統中時，其工作特性一般也是不一樣的。通常用壓降比s來反映流量特性的畸變程度。

式中：

Δpv全開表示調節閥全開時閥上的壓力降；

Δpv總(zong)  表(biao)示(shi)包括調節閥在(zai)內的全(quan)部管路(lu)系統的總(zong)壓降。

 生產過程中，由于調節閥通常串聯在管路系統中，閥門開度的變化自然會引起流量的變化。根據流體力學原理，管道中流體壓力的損失與流速的平方成正比，因此，調節閥的開度一旦改變，流量就會變化，管路系統各處的壓力降也都相應地變化，其變化情況如圖2所示。

由調節閥上壓差的變(bian)化量△Pvi、壓差△Pv、開度l/L及(ji)壓降(jiang)比s的關系公式式中，Qmax表示管道壓力降(jiang)等(deng)于零時調節閥的全開流量；

Q表示調節閥在l/L開度的流量。

從上式可以看出，調節閥的工作流量特性是受壓降比s直接影響的。在s=1時，管道阻力降為零，系統的總壓降全部降落在調節閥上，實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，不僅調節閥全開時的流量減少，曲線下移，而且流量特性也發生了很大畸變，成為一系列向上拱的曲線，理想的直線特性畸變為快開工作特性，理想的對數特性畸變為直線工作特性，如圖3所示。

3 調節用理想流量特性的選擇方法

根(gen)據一般對象(xiang)的(de)(de)特(te)性(xing)(xing)(xing)，調節閥(fa)流(liu)(liu)量特(te)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)選擇(ze)問題，實際上就是如何選擇(ze)直線(xian)型和對數(shu)型流(liu)(liu)量特(te)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)問題。應先根(gen)據工藝過程(cheng)情況確定(ding)工作特(te)性(xing)(xing)(xing)，然后根(gen)據工作特(te)性(xing)(xing)(xing)和管路系統(tong)的(de)(de)配置等情況選擇(ze)合適的(de)(de)調節閥(fa)理想(xiang)流(liu)(liu)量特(te)性(xing)(xing)(xing)。

3.1 確定調節閥的工作流量特性

關于工作特(te)(te)性(xing)的(de)(de)確定(ding)(ding)，應滿足在整個調節(jie)過程中，對象(xiang)特(te)(te)性(xing)的(de)(de)變化能(neng)通過調節(jie)閥(fa)的(de)(de)特(te)(te)性(xing)變化得到補償，使調節(jie)系統中廣義對象(xiang)的(de)(de)特(te)(te)性(xing)盡(jin)可能(neng)穩定(ding)(ding)，保證調節(jie)質(zhi)量。

如果忽略對象動態特性的變化，則調節閥的工作特性確定應能使廣義對象總的放大系數為恒定值，即適當選擇閥的特性，以閥的放大系數的變化來補償對象放大如果對象的動態特性不能忽略，則不僅要考慮放大系數的補償，還需要考慮動態特性的補償，也就是說，還要考慮用閥的放大系數的變化來補償系統動態特性的變化，以維持系統應有的穩定性。如對象的滯后、時間常數隨著負荷的增大而減小時，系統的穩定性就會降低，此時調節閥的放大系數應隨之變小才能使系統的穩定性得到恢復。

實際應用過程中，主要是根據對象的靜態特性確定調節閥的工作特性。圖4示意的是不同負荷下的對象特性曲線。

（1）當對象的工作點比較穩定、調節閥兩端的壓差也比較穩定時，閥門的開度基本上保持在一個固定的位置上，閥門的放大系數Kv變化不大，對象的放大系數Kv也變化不大，此種情況下，不論是線性特性還是對數特性都可以。

（2）控制閥兩端的壓差是主要的干擾時，要確保工作點的穩定，則必須通過改變閥門開度來維持調節介質的流量穩定，并且Kv還不應發生變化。

對于線性閥，它的流量特性方程是：

k為常數。但由于閥門兩端的壓差是主要干擾，導致Qmax發生變化。因此，Kv也發生了變化。

對于對數(shu)閥，流量(liang)特性(xing)方程是(shi)：k′為常數(shu)。由于調節介質的(de)流量(liang)Q要求不(bu)變，雖然閥門的(de)開(kai)度發生(sheng)了變化，但Kv并沒有變化。因此，當閥兩端的(de)壓(ya)差是(shi)主要干擾時，應該選(xuan)用工作特性(xing)為對數(shu)型(xing)的(de)閥門。

（3）當用于(yu)隨動系統時，即給定值(zhi)(zhi)是主要(yao)作(zuo)用時，應比較(jiao)同一負(fu)荷但不(bu)同測量值(zhi)(zhi)z下(xia)的(de)對象放大(da)系數K0值(zhi)(zhi)，如圖(tu)4中的(de)1、2、3點。如果K0值(zhi)(zhi)比較(jiao)恒定，則選線性工(gong)(gong)作(zuo)特性；如果K0值(zhi)(zhi)是隨調節介質流(liu)量的(de)增加而下(xia)降的(de)，則選對數工(gong)(gong)作(zuo)特性。否則選快(kuai)開特性。