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調(diào)節(jié)閥特色及選擇方法

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調(diào)節(jié)閥特色及選擇方法

　　　　調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)控制體系中常用的實(shí)踐器,用來(lái)告終被控東西流量的調(diào)節(jié)。確實(shí)地選擇調(diào)節(jié)閥,是調(diào)節(jié)系統(tǒng)控成品格的擔(dān)保。就調(diào)節(jié)閥的組要素類(lèi)、流量特性擴(kuò)張了細(xì)致描寫(xiě),并給出調(diào)節(jié)閥的選擇方法和應(yīng)關(guān)心的題目。

　　　　0?媒介

　　　　調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行器,是自動(dòng)控制的結(jié)尾主控元件,直接控制被測(cè)介質(zhì)的運(yùn)輸量。調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)構(gòu)成,接收調(diào)節(jié)器或企圖機(jī)的控制記號(hào),用來(lái)腐化被控介質(zhì)的流量,使被調(diào)參數(shù)保護(hù)在所條件的限定內(nèi),從而達(dá)到通過(guò)控制的自動(dòng)化。在自動(dòng)控制規(guī)模中,控制過(guò)程是否安謐直接取決于調(diào)節(jié)閥能否準(zhǔn)確活動(dòng),使過(guò)程控制出現(xiàn)為物料能量和流量的確變化。是以,要根據(jù)差異的需求選擇不同的調(diào)節(jié)閥。選擇可靠的調(diào)節(jié)閥是管路籌劃的關(guān)鍵問(wèn)題,也是保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)平安平安穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。

　　　　1?典范選擇

　　　　調(diào)節(jié)閥普通由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門(mén)組成。調(diào)節(jié)閥門(mén)是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),它根據(jù)控制信號(hào)的要求而改變閥門(mén)開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)節(jié)減量,是一個(gè)局限阻力可能變化的節(jié)流元件。調(diào)節(jié)閥門(mén)主要由高低閥蓋、閥體、閥芯、閥座、填料及壓板等部件組成。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中,閥門(mén)主要的調(diào)節(jié)介質(zhì)為水和蒸汽等。在壓力比較低、利用情景簡(jiǎn)單的情況下,常用的調(diào)節(jié)閥有直通調(diào)節(jié)閥、三通調(diào)節(jié)閥和蝶閥等品種。執(zhí)行機(jī)構(gòu)憑據(jù)使用的動(dòng)力種類(lèi)可分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)3種,即以緊縮氛圍為能源源的氣動(dòng)調(diào)節(jié),以電為動(dòng)力源的電動(dòng)調(diào)節(jié),以液體介質(zhì)(如油等)壓力為動(dòng)力的液動(dòng)調(diào)節(jié)。其中,氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)占有構(gòu)造簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、性能穩(wěn)定、代價(jià)低、維護(hù)容易、防火防爆等好處,在許多控制系統(tǒng)中獲取了普通的利用。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)盡管患難于防火防爆,但其驅(qū)動(dòng)電源方便可取,且信號(hào)傳輸速度快、便于遠(yuǎn)離絕傳輸、體積小、動(dòng)作可靠、縫補(bǔ)方便、價(jià)格便宜。液動(dòng)執(zhí)行器的推力最大,且調(diào)節(jié)精度高、動(dòng)作速度快及平穩(wěn),但征戰(zhàn)體積大,工藝蕪亂。

　　　　(1)調(diào)節(jié)閥門(mén)類(lèi)型的選擇

　　　　調(diào)節(jié)閥的閥體類(lèi)型選擇是調(diào)節(jié)閥選擇中最要緊的毛病。在選擇閥門(mén)以前,要對(duì)控制過(guò)程的介質(zhì)、工藝條款和參數(shù)進(jìn)行潛心的闡明,明確系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)閥的要求,根據(jù)所匯集的數(shù)據(jù)來(lái)肯定所要使用的閥門(mén)類(lèi)型。在詳細(xì)選擇時(shí),可從以下幾方面商討:

　　　?、匍y芯神態(tài)結(jié)構(gòu)?主要根據(jù)所選擇的流量特性和不服衡力等因素考慮;

　　　?、谀湍p性?當(dāng)流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時(shí),閥芯、閥座接合面每一次閉塞城市受到緊張沖突。所以閥門(mén)的流路要光滑,閥的里面質(zhì)量要?jiǎng)倧?qiáng);

　　　　③耐腐蝕?因?yàn)榻橘|(zhì)具有腐蝕性,在能饜足調(diào)節(jié)出力的情況下,雖然選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單閥門(mén);

　　　?、芙橘|(zhì)的溫度、壓力?當(dāng)介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時(shí),應(yīng)采取閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門(mén);

　　　?、荼苊忾W蒸和空化?閃蒸和空化只釀成在液體介質(zhì)中。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,閃蒸和空化不但感化流量系數(shù)的計(jì)算,還會(huì)形成動(dòng)搖和噪聲,使閥門(mén)的使用壽命變短,因此在選擇閥門(mén)時(shí)應(yīng)防止閥門(mén)產(chǎn)生閃蒸和空化。

　　　　(2)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇

　　　?、倏紤]執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸效能?執(zhí)行機(jī)構(gòu)豈論是何種類(lèi)型,其輸出力都是用于克服負(fù)荷的靈驗(yàn)用(主要是指不平衡力和不平衡力矩、摩擦力、密封力、重力等有關(guān)力的作用)。因此,為了使調(diào)節(jié)閥平常事故,配用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)要能產(chǎn)生有余的輸出力來(lái)克服各種阻力,保證高度密封和閥門(mén)的開(kāi)通。

　　　?、诳紤]執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用處境要求?對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力確定后,根據(jù)工藝使用環(huán)境要求,選擇呼應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。例如,關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)有防爆要求時(shí),應(yīng)選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),且接線盒為防爆型,不行選擇電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。假如沒(méi)有防爆要求,則氣動(dòng)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都可選用,但從節(jié)能方面考慮,應(yīng)盡量選用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)于液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),雖然使用不如氣動(dòng)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)廣泛,但它具有調(diào)節(jié)精度高、動(dòng)作速度快和平穩(wěn)的特性,所以在非常的情況下,為了達(dá)到較好調(diào)節(jié)成就也會(huì)選擇。最后,還要考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性,選擇動(dòng)作平穩(wěn)、重量輕、外觀美、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　　　2?流量特性分析

　　　　2.1工作道理

　　　　根據(jù)流體力學(xué)可知,調(diào)節(jié)閥是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件。對(duì)弗成壓縮流體,調(diào)節(jié)閥的流量 式中p1———調(diào)節(jié)閥前壓力;

　　　　p2———調(diào)節(jié)閥后壓力;

　　　　A———節(jié)流截面積;

　　　　ξ———調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù);

　　　　ρ———流體密度。

　　　　由式(1)可知,當(dāng)A必定,Δp =p1 -p2也恒依時(shí),通過(guò)閥的流量Q隨阻力系數(shù)ξ變化,即阻力系數(shù)ξ愈大,流量愈小。而阻力系數(shù)ξ則與閥的結(jié)構(gòu)和開(kāi)度有關(guān)。所以調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制閥門(mén)的開(kāi)或關(guān),可改變閥的阻力系數(shù),從而改變被調(diào)介質(zhì)的流量。

　　　　2.2流量特性分析

　　　　調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被調(diào)介質(zhì)流過(guò)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開(kāi)度之間的干系。

　　　　調(diào)節(jié)閥的流量特性包含打算流量特性和工作流量特性。理想流量特性是指在調(diào)節(jié)閥前后壓差固定堅(jiān)實(shí)情況下的流量特性,有直線、等百分比、拋物線及快開(kāi)4種特性,如表1。在實(shí)際系統(tǒng)中,閥門(mén)兩側(cè)的壓力降并不是恒定的,使其發(fā)火變化的理由首要2個(gè)方面:

　　　?、儆捎诒玫奶匦?當(dāng)匣倚鑷量節(jié)流時(shí)由泵產(chǎn)生的系統(tǒng)壓力擴(kuò)充;

　　　　②當(dāng)流量減少時(shí),盤(pán)管上的阻力也減少,導(dǎo)致較大的泵壓加于閥門(mén)。因此調(diào)節(jié)閥前后的壓差經(jīng)常變化的,在這種情況下,調(diào)節(jié)閥相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系,稱(chēng)為工作流量特性。具體可分為串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性、并聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性。

　　　　表1?調(diào)節(jié)閥4種理想流量特性

　　　　流量特性本質(zhì)特點(diǎn)

　　　　直線調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度呈直線關(guān)系,即單位相對(duì)行程變化引起的相對(duì)流量變化是一個(gè)常數(shù)。(1)小開(kāi)度時(shí),流量變化大而大開(kāi)度時(shí)流量變化小; (2)小負(fù)荷時(shí),調(diào)節(jié)性能過(guò)于尖銳而產(chǎn)生振蕩,大負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)愚蠢而虧折時(shí); (3)符合才能較差。

　　　　等百分比單位相對(duì)行程的變化引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比。(1)單位行程變化引起流量變化的百分率是相當(dāng)?shù)? (2)在全行程范圍內(nèi),工作都較平穩(wěn),加倍在大開(kāi)度時(shí),放大倍數(shù)也大,工作更為靈敏有效; (3)應(yīng)用廣泛,適應(yīng)性強(qiáng)

　　　　拋物線特性介于直線特性與等百分比特性之間,使用上常以等百分比特性代之。?(1)特性介于直線與等百分比特性之間; (2)調(diào)節(jié)性能較理想但閥芯加工較堅(jiān)苦。

　　　　快開(kāi)在閥行程較小時(shí),流量就有比較大的增加,很快達(dá)最大。(1)在小開(kāi)度時(shí)流量已很大,跟著行程的增大,流量很快達(dá)到最大; (2)一般用于雙位調(diào)節(jié)和標(biāo)準(zhǔn)控制。

　　　　(1)串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性

　　　　調(diào)節(jié)閥串聯(lián)管道時(shí),因調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的變化會(huì)引起流量的變化,由流體力學(xué)表面可知,管道的阻力犧牲與流量成平方關(guān)系,調(diào)節(jié)閥一朝動(dòng)作,流量則改變,系統(tǒng)阻力也相應(yīng)改變,因此調(diào)節(jié)閥壓降也相應(yīng)變化。串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性與壓降分派比有關(guān)。閥上壓降越小,調(diào)節(jié)閥全開(kāi)流量相應(yīng)減少,使理想的直線特性畸變?yōu)榭扉_(kāi)特性,理想的等百分比特性畸變?yōu)橹本€特性。在實(shí)際使用中,當(dāng)調(diào)節(jié)閥選得過(guò)大或生產(chǎn)處于非滿(mǎn)負(fù)荷形態(tài)時(shí),調(diào)節(jié)閥則工作在小開(kāi)度,一時(shí)為了使調(diào)節(jié)閥有一定的開(kāi)度,而將閥門(mén)關(guān)小以增加管道阻力,使流過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量降低,實(shí)際上即是使壓降分配比值下降,使流量特性畸變,惡化了調(diào)節(jié)質(zhì)地。

　　　　(2)并聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性

　　　　并聯(lián)管路一般由閥歧路和旁通管支路組成,調(diào)節(jié)閥安置在閥支路管路上。調(diào)節(jié)閥在并聯(lián)管道上,在系統(tǒng)阻力一定時(shí),調(diào)節(jié)閥全開(kāi)流量與總管最大流量之比隨著并聯(lián)管道的旁路閥逐漸開(kāi)啟而減少。此時(shí),盡管調(diào)節(jié)閥本身的流量特性無(wú)變化,但體例可調(diào)范圍大大縮短,調(diào)節(jié)閥在工作過(guò)程中所能控制的流量變化范圍也大大減小,甚至起不到調(diào)節(jié)感化。要使調(diào)節(jié)閥有較好的調(diào)節(jié)性能,一般覺(jué)得旁路流量最多不了得總流量的20 %。

　　　　3?流量特性的選擇

　　　　流量特性的選擇方法:

　　　?、偻ㄟ^(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算的分析法;

　　　?、谠趯?shí)際工程中概括的領(lǐng)悟法。由于分析法既復(fù)雜又費(fèi)時(shí),所以一般工程上都采用經(jīng)驗(yàn)法。具體來(lái)說(shuō),該當(dāng)從以下幾個(gè)方面考慮:

　　　　(1)從自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量考慮

　　　　根據(jù)自動(dòng)控制原理中的特性積存原理,為了使系統(tǒng)保留卓越的調(diào)節(jié)質(zhì)量,希望開(kāi)環(huán)總放大系數(shù)與各環(huán)節(jié)放大系數(shù)之積保持常數(shù)。如此,適被選擇閥的特性,以閥的放大系數(shù)變化來(lái)補(bǔ)償對(duì)象放大系數(shù)的變化,可使系統(tǒng)的總放大系數(shù)保持不變。

　　　　(2)根據(jù)管道系統(tǒng)壓降變化情況來(lái)選擇

　　　　調(diào)節(jié)閥的壓降比定義為該調(diào)節(jié)閥可控制的最大流量所對(duì)應(yīng)閥門(mén)前后差壓Δp1m和系統(tǒng)差壓Δp之比

　　　　調(diào)節(jié)閥流量特性與壓降比S有出色的關(guān)系,如表2所示。

　　　　表2?根據(jù)管道系統(tǒng)壓降選擇調(diào)節(jié)閥特性表

　　　　管道系統(tǒng)壓降比S 1-0.6 0.6-0.3 0.3-0

　　　　實(shí)際工作流量特性直線等百分比直線等百分比調(diào)節(jié)不適當(dāng)

　　　　所選流量特性直線等百分比直線等百分比

　　　　(3)從負(fù)荷變化的情況來(lái)分析

　　　　直線閥在小開(kāi)度時(shí)流量變化大,調(diào)節(jié)過(guò)于靈敏,易振蕩;在大開(kāi)度時(shí),調(diào)節(jié)作用又顯得微弱,變成調(diào)節(jié)不及時(shí),不靈敏。因此在壓降比S較小、負(fù)荷變化大的步地不宜采用直線閥。等百分比閥在親近關(guān)閉時(shí)工作疏漏平穩(wěn),而接近全開(kāi)狀態(tài)時(shí),放大系數(shù)大,工作靈敏有效,因此它實(shí)用于負(fù)荷變化幅度大的場(chǎng)合?？扉_(kāi)特性閥好手程較小時(shí),流量就較大,隨著行程的增大,流量很快達(dá)到最大,它一般用于雙位調(diào)節(jié)和程序控制的場(chǎng)合。(4)根據(jù)調(diào)節(jié)對(duì)象的特性進(jìn)行選擇一般通常具有自均勻能力的調(diào)節(jié)對(duì)象都可選擇等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥,不具有自平衡能力的調(diào)節(jié)對(duì)象則選擇直線流量特性的調(diào)節(jié)閥。

　　　　4?調(diào)節(jié)閥口徑選擇

　　　　選擇調(diào)節(jié)閥門(mén)口徑的目的是使閥門(mén)和管道拉攏,產(chǎn)生一個(gè)合理的組合線性特性,使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能進(jìn)行有效控制。調(diào)節(jié)閥口徑是根據(jù)工藝要求的暢通能力確定的,由供給的工藝條件計(jì)算出調(diào)節(jié)閥的流通能力,再依據(jù)其流通能力選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。

　　　　要合理選擇調(diào)節(jié)閥門(mén)的口徑,一定了解調(diào)節(jié)閥流通能力。流通能力是指當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi),閥兩端壓差為9.81×104 Pa ,流體的密度為1 g cm3時(shí),每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量值。調(diào)節(jié)閥的流通能力是合理選擇閥門(mén)及閥門(mén)口徑的一個(gè)重要參數(shù),通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)閥流通能力的計(jì)算,比對(duì)廠家提供的技能參數(shù)確定閥門(mén)口徑的大小。對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō),水是流經(jīng)調(diào)節(jié)閥最平常、最多見(jiàn)的介質(zhì),所以這邊以水為例先容調(diào)節(jié)閥的流通能力。

　　　　在實(shí)際工程中,閥門(mén)口徑是分級(jí)的, C值通常也不是聯(lián)貫值(公式計(jì)算的C值是連續(xù)的)。不同廠商的同類(lèi)型產(chǎn)品有不同的C值與口徑對(duì)應(yīng)表。在算出渴望的C值后,就可以查閱生產(chǎn)商的相應(yīng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)表來(lái)必定所需的閥門(mén)口徑。選取閥門(mén)口徑的法則應(yīng)盡或許接近或大于計(jì)算結(jié)果,不應(yīng)小于計(jì)算結(jié)果。

　　　　5注意事項(xiàng)

　　　　(1)調(diào)節(jié)閥門(mén)直接按照接收管徑選取是不對(duì)理的,由于閥門(mén)的調(diào)節(jié)品質(zhì)與接管流速或管徑?jīng)]有關(guān)系,閥門(mén)的調(diào)節(jié)品質(zhì)僅與水的阻力及流量有關(guān)。亦即一旦系統(tǒng)設(shè)備確定之后,理論上切合該系統(tǒng)的閥門(mén)唯有一種理想的口徑,而不會(huì)顯示多種選擇。

　　　　(2)就閥門(mén)的選擇而言,選擇的閥門(mén)口徑過(guò)小,一方面會(huì)增加系統(tǒng)的阻力,甚至?xí)霈F(xiàn)閥門(mén)口徑100 %開(kāi)啟,系統(tǒng)也無(wú)法達(dá)到設(shè)定的容量要求,導(dǎo)致嚴(yán)重效果;另一方面閥門(mén)將需要通過(guò)系統(tǒng)提供較大的壓差以維持足夠的流量,加劇泵的負(fù)荷,閥門(mén)易受傷害,對(duì)閥門(mén)的壽命影響很大。

　　　　(3)就閥門(mén)的選擇而言,選擇的閥門(mén)口徑過(guò)大,不僅增加工程本錢(qián),何況還會(huì)引起閥門(mén)每每運(yùn)行在低百分比范圍內(nèi),引起調(diào)節(jié)精度降低,使控制性能變差,而且易使系統(tǒng)受攻打和振蕩。

　　　　(4)為了保證系統(tǒng)控制品質(zhì),最好的方法是在系統(tǒng)批準(zhǔn)的范圍內(nèi)選擇能獲得較大壓力降的閥門(mén)口徑,使閥門(mén)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中壓力降的變化值盡可能小。閥門(mén)全開(kāi)狀態(tài)下的壓力降占全泵壓百分比越高,則閥門(mén)壓力降相對(duì)變化值越小,閥門(mén)的安裝特性就越接近其內(nèi)涵特性。

　　　　(5)控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥應(yīng)盡可能工作于恒定的壓力降條件下,因?yàn)殚y門(mén)是否立室盤(pán)管憑仗于它的內(nèi)在特性和流量因子,而這些閥門(mén)參數(shù)取決于恒定的閥門(mén)壓力降。

　　　　綜上所述,進(jìn)行調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)的目是最大限度地保證系統(tǒng)控制的品質(zhì)要求,這就要求對(duì)調(diào)節(jié)閥的組成、分類(lèi)、特性有一個(gè)清楚的分析,并在此根源上駕馭正確的選擇方法。而且,對(duì)于一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)設(shè)備調(diào)節(jié)閥時(shí),必要對(duì)全面管系環(huán)路進(jìn)行具體的分析,歸納考慮各種因素。只有這樣,能力無(wú)誤選擇調(diào)節(jié)閥,保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制品質(zhì)。

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