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如何正確選用調(diào)節(jié)閥的流量特性？
發(fā)布于：2019/7/15 11:11:54 點(diǎn)擊量：205
在過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，正確選用調(diào)節(jié)閥的流量特性（以下簡(jiǎn)稱(chēng)選用），是一個(gè)必須要解決的技術(shù)問(wèn)題，對(duì)提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)起事半功倍的作用?，F(xiàn)在杜伯拉閥門(mén)技術(shù)君跟大家來(lái)分享一下：
從現(xiàn)有文獻(xiàn)看，理論選用方法尚在研究探索之中，設(shè)計(jì)中大都采用經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則解決選用問(wèn)題。然而各種文獻(xiàn)給出的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則并非全都一致，有些經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則對(duì)適用范圍交待不清。例如常見(jiàn)的換熱器出口溫度控制系統(tǒng)，有相變傳熱與無(wú)相變傳熱的選用結(jié)論不全相同。若不明白選用理論，機(jī)械地套用經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則，有可能會(huì)導(dǎo)致選用失誤。因此，對(duì)選用的理論、及方法進(jìn)行研究很有必要。
由圖1可知，當(dāng)調(diào)節(jié)器已整定，則Kc為常量，選用的理論依據(jù)為
Ko = Kv*Kp*Km≈常量 （1）
式中：Ko、Kv、Km—分別為系統(tǒng)廣義對(duì)象、調(diào)節(jié)閥、被控對(duì)象、檢測(cè)變送器的放大系數(shù)。
從選用角度分析式（1）：
（1）選用的目的是以Kv補(bǔ)償Kp、Km，對(duì)Ko作非線(xiàn)性校正。若系統(tǒng)運(yùn)行中無(wú)干擾施入，即Kp、Km的工作點(diǎn)不變，則不需作非線(xiàn)性校正，選用任何一種流量特性調(diào)節(jié)閥都能符合式（1）要求。所以，無(wú)干擾就不存在選用問(wèn)題，研究選用的理論與方法，必須聯(lián)系干擾因素來(lái)了解其適用性。
（2）選用的過(guò)程是根據(jù)系統(tǒng)主要干擾作用下的Kp、Km變化規(guī)律，選定符合式（1）要求的，在該干擾作用下的Kv變化規(guī)律。由于Km的變化規(guī)律決定于檢測(cè)、變送器整機(jī)輸出入信號(hào)之間的固有函數(shù)關(guān)系，與干擾因素?zé)o關(guān)。因此，解決選用的關(guān)鍵，在于對(duì)系統(tǒng)主要干擾作用下的Kv、Kp變化規(guī)律的求取與了解。
（3）從現(xiàn)有的各種理論選用方法看，實(shí)質(zhì)上都是采用定性分析的方法，來(lái)解決選用問(wèn)題。所以對(duì)選用有實(shí)用意義的是了解常用的線(xiàn)性、對(duì)數(shù)，快開(kāi)流量特性調(diào)節(jié)閥在各種干擾作用下所反映的Kv變化規(guī)律，以用作選用依據(jù)；了解常用的各種理論選用方法，求取干擾作用下Kp變化規(guī)律的可行性與適用性，這將對(duì)設(shè)計(jì)人員選擇選用的方法，具有指導(dǎo)意義。
根據(jù)以上分析，文獻(xiàn)通常給出的關(guān)于選用的論述，存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)為：對(duì)調(diào)節(jié)閥流量特性、Kv的論述，偏重一種形式，從選用角度看，有值得商榷之處；只給出理想工況（即閥前閥后壓降ΔPv為恒值）下的各閥Kv變化規(guī)律，用于選用，對(duì)干擾的適用范圍不清；沒(méi)有聯(lián)系干擾因素來(lái)論證求取Kv變化規(guī)律的可行性，以及對(duì)選用方法的適用性。因此，對(duì)選用缺乏實(shí)用意義，需加以修正與補(bǔ)充。
本文旨在解決上述問(wèn)題，下文將探討文獻(xiàn)對(duì)閥流量特性、Kv的論述；從討論閥流量特性與Kv的四種表達(dá)形式著手，以推導(dǎo)所得的用變量Q/Qmax、Q、C/Cmax或C所表征的各閥四種Kv表達(dá)式為依據(jù)，根據(jù)分析給出的有關(guān)變量在干擾作用下的狀態(tài)，給出線(xiàn)性、對(duì)數(shù)、快開(kāi)流量特性調(diào)節(jié)閥在干擾作用下所呈現(xiàn)的Kv變化規(guī)律，以及對(duì)選用的適用范圍；論證求取干擾作用下Kp變化規(guī)律的可行性，及對(duì)選用方法的適用性。
2、探討文獻(xiàn)對(duì)閥流量特性、Kv的論述
2.1 分析有關(guān)變量在干擾作用下的狀態(tài)
為方便下文的討論，需先了解有關(guān)變量在干擾作用下的狀態(tài)。某一開(kāi)度或全開(kāi)時(shí)閥的流量方程分別為：
式中：
g—重力加速度，是恒值；
ρ—密度，不可壓縮流體p為恒值；
C—閥的流通能力；
Cmax—已確定通徑調(diào)節(jié)閥的最大流通能力，實(shí)質(zhì)上即為根據(jù)工藝參數(shù)計(jì)算所得的系統(tǒng)最大流量下的C值，在閥的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品系列中經(jīng)設(shè)計(jì)人員合理圓整、選定的閥公稱(chēng)流通能力Cg，Cg為恒值，即Cmax為恒值。
無(wú)論用經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則、或是理論方法選用，通常都是在眾多干擾中，確定一個(gè)出現(xiàn)最頻，對(duì)被控變量y影響最大的干擾，作為系統(tǒng)主要干擾變量來(lái)考慮選用，其它次要干擾則均視為常量。
干擾形式眾多，一般可等效視為廣義的負(fù)荷（即非Δpv干擾）或Δpv干擾兩種類(lèi)型。
由此，依據(jù)式（2）、（3）可知：
（1）定值系統(tǒng)負(fù)荷為主要干擾，Δpv等次要干擾可視為常量；Qmax為常量；Cmax為恒值；Q，C為變量。
（2）定值系統(tǒng)Δpv為主要干擾，負(fù)荷等次要干擾可視為常量；Δpv為變量；Cmax為恒值；由式（3）知，Qmax∝Δpv，即Qmax為變量；Q的狀態(tài)可作如下分析，因給定值X為恒值，由工藝操作的物料或能量平衡原理，以及系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程可知，Δpv干擾施入之初引起Q的變化，會(huì)很快被系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用改變閥的開(kāi)度所克服，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)Q仍為Δpv干擾施入前的流量值不變，所以Q仍可視為常量；C隨閥的開(kāi)度而變，所以C為變量。
以上結(jié)論，下文討論中作為已知條件引用。
2.2、探討文獻(xiàn)通常采用的論述形式
對(duì)閥的流量特性，通常都以流體流過(guò)閥的相對(duì)流量Q/Qmax與閥桿相對(duì)行程L/Lmax之間的函數(shù)關(guān)系定義。定義式為
Q/Qmax=f（L/Lmax） （4）
對(duì)各閥流量特性、Kv的論述可歸納如表1所述。
表中K為比例常數(shù)，線(xiàn)性閥K=1-1/R，對(duì)數(shù)閥K=InR，快開(kāi)閥K=（1-1/R2）/2；R為閥的理想可調(diào)范圍，R=Qmax/Qmin=Cmax/Cmin=30。
文獻(xiàn)所稱(chēng)的各閥理想流量特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。
結(jié)合圖2分析文獻(xiàn)對(duì)閥流量特性的定義，是用Q/Qmax與L/Lmax兩個(gè)相對(duì)無(wú)因次變量之間的函數(shù)關(guān)系來(lái)表征，實(shí)質(zhì)上是表征閥的相對(duì)流量特性。所以（4）式應(yīng)確切地稱(chēng)為閥的相對(duì)流量特性定義式；圖2應(yīng)確切地稱(chēng)為各閥的理想相對(duì)流量特性曲線(xiàn)圖；在圖2曲線(xiàn)上的各點(diǎn)作切線(xiàn)，其斜率的變化反映了以Q/Qmax表征的各閥相對(duì)放大系數(shù)（記為K'VQ）的變化規(guī)律；切線(xiàn)的數(shù)學(xué)式，即為閥相對(duì)放大系數(shù)的定義式
K'VQ =d（Q/Qmax）/d（L/Lmax） （5）
因而表1中的流量特性表達(dá)式，應(yīng)確切地稱(chēng)為調(diào)節(jié)閥相對(duì)流量特性表達(dá)式。由式（5）可知，即為各閥的K'VQ表達(dá)式（見(jiàn)表2），反映了理想工況下，以Q/Qmax表征的各閥K'VQ變化規(guī)律，由式（3）知，理想工況下Qmax為常量，由此方可把各閥的K'VQ變化規(guī)律表達(dá)為如表1所述，以有因次變量Q所表征的各閥放大系數(shù)K，變化規(guī)律的形式。所以，表1給出的Kv變化規(guī)律的形式。所以，表1給出的K，變化規(guī)律，實(shí)質(zhì)上出自各閥的K'VQ變化規(guī)律，其成立條件為理想工況。
因此，表1給出的各閥Kv變化規(guī)律用于選用，適用范圍不清，需明確對(duì)干擾的適用范圍。
（1）定值系統(tǒng)負(fù)荷為主要干擾：已知Δpv，Qmax可視為常量，與以上分析給出的各閥K'VQ或KV變化規(guī)律的成立條件相同，可適用于選用。
（2）定值系統(tǒng)Δpv為主要干擾；已知Δpv、Qmax為變量，與各閥K'VQ或KV變化規(guī)律的成立條件不符，圖2也不成立，所以不能適用于選用。
由此，從選用角度看表1，應(yīng)如表2所示。
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