調節閥流量特性選擇方法
2023年01月28日 09:25:14
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調節閥流量特性主要有直線、等百分比、快開和拋物線四種流量特性，昌暉儀表提醒用戶：調節閥流量特性要根據系統的控制質量、工況條件、符合變化和被控對象來選擇。調節閥是個局部阻力可以變化的節流件。對于不可壓縮流體，調節閥的流量方程為：
式中Q為調節閥某一開度的流量；△P為調節閥進出口壓差；Cv為調節閥的流量系數；ρ為流體密度。
由上面的公式可知，調節閥流量系數Cv與閥門的結構和開度有關。不同的閥芯，其流量系數Cv值與閥門開度之間都有固定的關系，這就是固有流量特性，在控制系統中，控制器的輸出信號控制調節閥的開或關，也就改變了閥門阻力的大小，從而改變了被控流體的流量。不同的控制系統，需要選擇不同的調節閥，調節閥的選型首先需要確定閥芯的類型，即流量特性。流量特性就是流過調節閥的相對流量與調節閥相對開度間的關系，如下面公式所示：
式中Q為調節閥某一開度時流量，mm3/s；Qmax為調節閥全開時流量，mm3/s；L為調節閥某一開度時行程，mm；Lmax為調節閥全開時行程，mm。
調節閥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調節閥進出口壓差固定不變情況下的流量特性，常見的有直線、快開、等百分比、拋物線特性，如圖所示：
直線流量特性
調節閥的相對流量與相對開度呈直線關系，即單位相對行程變化引起的相對流量變化是一個常數。小開度時流量變化大，大開度時流量變化小；小負荷時調節過于靈敏易振蕩，大負荷時調節平緩不及時，適應能力較差。
快開流量特性
在閥行程較小時，流量就有比較大的增加，很快達。小開度時流量很大，隨著行程的增大，閥門開度流量很快達到。常用在位式和程序控制的場合。
等百分比流量特性
單位行程變化引起流量變化的百分率是相等的。在全行程范圍內工作較平穩，尤其在大開度時，放大倍數大、靈敏。應用廣泛，適應性強。
拋物線流量特性
特性介于直線特性和等百分比特性之間，使用上常以等百分比特性代之。調節性能較理想。
在實際應用中，調節閥進出口的壓差是變化的，這時調節閥相對流量與相對開度之間的關系稱為工作流量特性。可分為串聯管道時和并聯管道時的工作流量特性。
調節閥與管道串聯時，調節閥開度的變化會引起流量的變化，流量改變，系統阻力也相應改變，由于閥門壓降分配的原因，會使理想的直線特性畸變為快開特性，理想的等百分比特性畸變為直線特性。流量特性的畸變，將影響控制質量。
調節閥與管道并聯時，由于旁路的作用，雖然調節閥流量特性無變化，但系統的可調范圍縮小了，調節閥能控制的流量變化范圍也大大減小，嚴重時甚至起不到調節作用。因此一般旁路流量不能超過總流量的20%。
為了實現控制，調節閥通過調整開度來改變流量，而流量的改變將使調節閥進出口的壓降發生變化。如果把上述過程繪制成流量與開度的對應關系曲線，再利用流量與壓降相交的軌跡就可以得到一條曲線，這條曲線就表示了閥門的實際流量特性。如果把流量與開度的對應關系理解成增益和靈敏度的關系，假定壓降△P為常數，從下圖可看出，線性閥的靈敏度是常數；而快開閥和等百分比閥的靈敏度則是變化的。為使控制系統穩定，總希望系統的增益為常數。調節閥是系統的組成部分，當然是常數增益。但實際應用中系統的增益大多不是常數。從理論上看，選擇調節閥的流量特性，是為了補償控制系統中的非線性增益，要進行理論分析和計算很復雜。
調節閥流量特性的選擇
調節閥流量特性的選擇一般都采用經驗法，即從控制質量、工況條件、負荷及特性幾個行方面進行考慮：
1、根據系統的控制質量來選擇調節閥的流量特性
按控制的特性補償原理，為達到好的控制質量，應盡量使開環放大系數與各環節放大系數的乘積為常數。因此，選擇好調節閥的流量特性，以閥的放大系數變化來補償對象放大系數的變化，以達到系統的總放大系數保持不變的目的。
2、根據工況條件來選擇調節閥的流量特性
工況條件中具體的就是管道系統壓降變化情況，而調節閥的流量特性與壓降比有密切的關系。因此應根據管道系統壓降比的大小，來選擇閥門的流量特性。
3、根據負荷變化來選擇調節閥的流量特性
直線閥在小開度時流量變化大，調節過于靈敏，易振蕩。在大開度時，調節作用又顯得微弱，造成調節不及時，不靈敏。因此在壓降比較小，負荷變化大的場合不宜采用直線閥。等百分比閥在接近關閉時工作緩和平穩，而接近全開狀態時，放大系數大，工作靈敏有效，因此適合用在負荷變化大的場合。快開閥在行程小時，流量較大，隨著行程的增大，流量很快達到，常用在位式和程序控制的場合。
4、按被控對象來選擇調節閥的流量特性
有自平衡能力的控制對象，可選擇等百分比流量特性的調節閥，不具有自平衡能力的控制對象，應選擇直線流量特性的調節閥。
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