調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)特性評價

1、1999年第4期閥門9文章編號:100225855(1999)0420009205調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)特性評價楊紀(jì)偉(河北建筑科技學(xué)院教務(wù)處,河北邯鄲056038)摘要,閥流量調(diào)節(jié)特性的因素。,其三是,不能只考慮。流量調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)強(qiáng)度調(diào)節(jié)精度中圖分類號:TQ0551801文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A在流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特性是其非常重要的技術(shù)指標(biāo)?，F(xiàn)在常說的調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特性是僅就其固有流量特性而言的,以此為衡量標(biāo)準(zhǔn)是不準(zhǔn)確的。這不是用戶所需要的調(diào)節(jié)閥安裝在管路上的安裝流量特性。而單用安裝流量特性評價調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)性能的優(yōu)劣也不全面。如何正確評價調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特性,是一個尚需探討和研究的問題。當(dāng)調(diào)節(jié)

2、閥安裝在管路中時,影響其流量調(diào)節(jié)特性的因素主要有三個,其一是調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性;其二是閥的固有流量特性;其三是管路阻力特性。只有將3個方面的因素綜合起來考慮,才可正確評價調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特性。式中F流量調(diào)節(jié)強(qiáng)度,閥單位開度所引起的流量變化與該點流量之比q無量綱流量,過閥流量與閥最大開度下的流量比值h閥相對開度,閥的開度l與閥最大開度lmax比值。簡稱F為調(diào)節(jié)強(qiáng)度,它綜合反映了閥門在某一開度下對流量的調(diào)節(jié)能力。F值大則調(diào)節(jié)能力強(qiáng),當(dāng)超過某一值后,易出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。F值小則調(diào)節(jié)能力弱,太小時會使閥門失去調(diào)節(jié)能力。為分析方便,對于快開、直線、拋物和對數(shù)4種流量關(guān)系分別采用下列關(guān)系式q快=h21流量調(diào)節(jié)基

3、本概念111流量調(diào)節(jié)強(qiáng)度(21a)(21b)(21c)(21d)當(dāng)調(diào)節(jié)閥的開度改變時,流量也發(fā)生改變。流量改變要適中,變化大了會引起流量超調(diào),變化小了則反應(yīng)不靈敏,達(dá)不到流量調(diào)節(jié)的目的。在常見的快開、直線、拋物和對數(shù)四種流量關(guān)系中,對數(shù)關(guān)系具有良好的流量調(diào)節(jié)特性,其特點是閥單位開度所引起的流量變化與該點的流量成比例,不易出現(xiàn)超調(diào)和調(diào)節(jié)不靈等問題。為了衡量調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特性,定義閥的流量調(diào)節(jié)強(qiáng)度為(1)F=qdhq直=hq拋=hq對=Rh-12式中R為流量可調(diào)比1。由上述4個流量關(guān)系式可得相應(yīng)的調(diào)節(jié)強(qiáng)度F的關(guān)系式F快=F直=F拋=2hh(31a)(31b)(31c)h閥門1999年第4期10F

4、對=lnR(31d)圖1為4種流量關(guān)系的調(diào)節(jié)強(qiáng)度與相對開度的關(guān)系。由圖1可以看到,對數(shù)關(guān)系的調(diào)節(jié)強(qiáng)度各開度下為一常數(shù),而另外三種關(guān)系的F值,小開度下F值偏大,相應(yīng)的易出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。而大開度下F值偏小,易出現(xiàn)調(diào)節(jié)能力不足的現(xiàn)象。的管流,調(diào)節(jié)閥的動作時間加長,對流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性影響不大。因為流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般采用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu),再就是管流由一個恒定流狀態(tài)變化到另一個恒定流狀態(tài)需要經(jīng)歷一段時間,這一過渡時間往往大于調(diào)節(jié)閥的動作時間。113q,()中,lmin由圖1可以看到,在4種流量關(guān)系下,q的變化趨勢與F相同。對于快開、直線和拋物三種流量關(guān)系,存在小開度流量調(diào)節(jié)特性較大開度差的特點。對數(shù)流量具有

5、良好的流量調(diào)節(jié)特性,但要使流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有對數(shù)流量關(guān)系是很難辦到的。2安裝流量特性211流動阻力計算1快開關(guān)系2直線關(guān)系3拋物關(guān)系4對數(shù)關(guān)系(R=30)圖1流量調(diào)節(jié)強(qiáng)度112流量調(diào)節(jié)精度沿程阻力應(yīng)用達(dá)西2威斯巴哈公式計算,局部阻力應(yīng)用傳統(tǒng)的方法計算,這樣對于長度為L的管段,其兩端的總水頭差H應(yīng)滿足H=(SV+SH)Q2(6)式(6)為串聯(lián)管路中的流動方程H式中閥兩端總水頭差Q過閥流量SH管道阻力模數(shù))(71a)SH=+2(d2gASV閥門的阻力模數(shù)(71b)SV=2gA2管道阻力模數(shù)SH用于表示管路阻力特性。當(dāng)閥全開時,式(6)可表示為2H=(SH+SVM)Qmax流量調(diào)節(jié)精度是衡量調(diào)節(jié)閥流量

6、調(diào)節(jié)特性的一項重要技術(shù)參數(shù),當(dāng)調(diào)節(jié)閥具有理想的流量調(diào)節(jié)精度時,便會具有理想的調(diào)節(jié)品質(zhì)。首先定義閥桿位置可識別的最小位移為閥的最小可識別行程lmin。對于電動調(diào)節(jié)閥應(yīng)是電動系統(tǒng)對閥桿的分辨率,對人工控制閥是操作員的目視分辨率。對調(diào)節(jié)閥來講,每一個lmin都對應(yīng)一個qmin,該qmin就是閥在相應(yīng)開度下可識別的最小流量。定義調(diào)節(jié)閥在某一開度下的流量調(diào)節(jié)精度q為q(4)q=q(8)由式(4)和式(1)可得ll(5)=Fqlqdhl從流量調(diào)節(jié)精度方面分析qmin和q值越小越有利于流量調(diào)節(jié),只是其減小后,改變相同的流量所需閥門的動作時間加長。對于一般式中SVM閥全開時閥的阻力模數(shù)212流量關(guān)系式由式(6

7、)和式(8)可得無量綱流量關(guān)系式q安=SH+SV1+DV(9)式中DVM閥全開的阻力模數(shù)比1999年第4期閥門11安裝流量特性的關(guān)系F(h)=f(h)DVM=SH(101a)DV阻力模數(shù)比DV=SH(101b)f(h)(1-PV)+PV(16)2式(9)描述了調(diào)節(jié)閥的流量與開度和管路阻力特性的關(guān)系,在分析流量調(diào)節(jié)特性時經(jīng)常使用,因此也稱為流量調(diào)節(jié)方程。該式也是調(diào)節(jié)閥的安裝流量特性關(guān)系式,若用q安=F(h)表示安裝流量關(guān)系式,則得q安F=+V式中PV為壓降比,是調(diào)節(jié)閥全開時閥上的壓差與系統(tǒng)總壓差的比。313()FL(17)L=-=-2SVdh2DVdh將式(17)代入式(11)中,得固有流量特性

8、與安裝流量特性的調(diào)節(jié)強(qiáng)度關(guān)系FW=FL=F1+DVSH+SVL(18),有的也稱其為工作流量特性。213調(diào)節(jié)強(qiáng)度由式(1)和式(9)可得安裝流量特性的調(diào)節(jié)強(qiáng)度FWFW=-=-2+2DVdh2+2DVSHdh(11)由式中可見,對于某一調(diào)節(jié)閥,SH增加,其安裝流量調(diào)節(jié)強(qiáng)度減小。閥的固有流量特性實際上是閥瓣的類型、閥過流孔形式和閥瓣運(yùn)動形式的綜合反映,也是對閥阻力特性的綜合反映。該式反映了調(diào)節(jié)閥安裝在管路上時,調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)能力。4結(jié)構(gòu)參數(shù)流量調(diào)節(jié)強(qiáng)度F僅從數(shù)學(xué)角度闡述調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性,沒有考慮閥的幾何尺寸、類型和管路阻力特性對流量調(diào)節(jié)特性的影響。閥的幾何尺寸大,對流量調(diào)節(jié)有利。不同類型的調(diào)節(jié)閥

9、,其閥瓣運(yùn)動方式不同,調(diào)節(jié)特性也不同。閥桿行程大或行程分辨率高,都對調(diào)節(jié)有利。然而,在這些因素相同的條件下,選擇良好的流量關(guān)系、合理的調(diào)節(jié)強(qiáng)度值,將使其具有更好的流量調(diào)節(jié)特性。調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)也對其流量調(diào)節(jié)特性有很大的影響,這些主要有閥型、閥瓣行程和調(diào)節(jié)閥的幾何尺寸等結(jié)構(gòu)方面的參數(shù),評價閥的調(diào)節(jié)特性時,應(yīng)注意這些問題。411閥瓣行程參數(shù)對調(diào)節(jié)閥閥桿進(jìn)行準(zhǔn)確定位是流量調(diào)節(jié)的一個關(guān)鍵問題,閥桿定位準(zhǔn)確度是評價閥流量調(diào)節(jié)性能好壞的一個指標(biāo)。上面定義了閥的最小可識別行程lmin,就是衡量調(diào)節(jié)閥特性的參數(shù)。同型號同尺寸的閥門,可識別行程越小,對閥桿的定位性越好,流量調(diào)節(jié)精度就越3固有流量特性311流量關(guān)系式固

10、有流量關(guān)系是指調(diào)節(jié)閥前后壓差恒定時,其過閥流量與閥開度之間的關(guān)系。應(yīng)用傳統(tǒng)的局部阻力計算公式,閥兩端的總水頭差H應(yīng)滿足H=SVQ2(12)當(dāng)閥全開時,Q=Qmax,SV=SVM并有H=SVMQmax2(13)將式(13)代入式(12)得固有流量關(guān)系式,若用q固=f(h)表示固有流量關(guān)系,得q固=f(h)=SV=q2SV(14)(15)式(13)和式(14)即為固有流量關(guān)系式。312固有流量特性與安裝流量特性關(guān)系文獻(xiàn)2介紹了調(diào)節(jié)閥固有流量特性與閥門1999年第4期12高。同一種閥門,不同生產(chǎn)廠家,因加工精度不同,其可識別行程也會不同。在選擇調(diào)節(jié)閥時,除要注重閥的尺寸和型號,還要注意其加工的質(zhì)量和

11、精度。閥瓣的有效總行程l為閥瓣由關(guān)閉到全開所對應(yīng)的閥桿行程。當(dāng)閥瓣全開時,如繼續(xù)開啟,閥瓣仍可以繼續(xù)移動,但這并不會引起流量的變化,閥瓣的這一段行程主要是由閥門結(jié)構(gòu)、裝配和加工需要決定的,價值,也可說是無效行程412變調(diào)節(jié)閥開度后,管路中的流動由原來的恒定流變?yōu)榉呛愣?若要使流動達(dá)到新的恒定流狀態(tài),需經(jīng)歷一段時間。如果第二次改變閥開度的時間與第一次間隔一定的時間,該時間間隔應(yīng)大于過渡時間,這樣就可以使流量系統(tǒng)在良好的狀態(tài)下運(yùn)行。因此,具有較高的流量調(diào)節(jié)精度,使閥定位準(zhǔn)確,()和(20)得調(diào)節(jié)閥安裝q=FYSH+SVL(21)Y為閥瓣的總行程除以閥的可識別系數(shù)。Y=lmin(19)閥瓣的總行程

12、和可識別行程構(gòu)成了調(diào)節(jié)閥總的可控制單元數(shù),該系數(shù)對閥瓣位移的可控制性做了定量的描述,Y值越大,閥的流量調(diào)節(jié)和可控制性就越好,流量調(diào)控精度就越高。由這兩個參數(shù),可推算出流量調(diào)控精度,若已知調(diào)節(jié)閥的流量關(guān)系,則其流量調(diào)控相對精度為(20)=q=YqdhY由式(20)可見,當(dāng)Y值一定時,調(diào)節(jié)該式為評價調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)特性的基本公式,稱其為流量調(diào)節(jié)精度公式。當(dāng)SH等于零時,該式變?yōu)檎{(diào)節(jié)閥固有流量特性的流量調(diào)節(jié)精度公式q=512管路阻力影響SH為衡量管路阻力的特征值,SH大則Y(22)管路阻力占的比例大。由式(21)可以看出,SH值大,則q小,提高了流量調(diào)節(jié)精度。但SH值大,調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)能力向小開度集

13、強(qiáng)度F越大,閥流量調(diào)節(jié)能力越強(qiáng),而流量調(diào)節(jié)精度q越小。若使系統(tǒng)既具有較大的流量調(diào)節(jié)能力,又具有較高的流量調(diào)節(jié)精度,只有選擇具有較大調(diào)節(jié)系數(shù)的調(diào)節(jié)閥。同型號的調(diào)節(jié)閥,幾何尺寸大,其Y值也大。從調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)方面分析,具有較高調(diào)節(jié)系數(shù)的,其流量調(diào)節(jié)特性較好。若使調(diào)節(jié)閥具有高的調(diào)節(jié)系數(shù)可有2種方法。(1)提高閥的調(diào)節(jié)構(gòu)件加工精度,使調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有良好的定位性。(2)采用閥桿間接驅(qū)動方式。5調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)特性評價具有理想調(diào)節(jié)特性的調(diào)節(jié)閥其流量調(diào)節(jié)精度高,且不會出現(xiàn)超調(diào)和不靈敏等問題。當(dāng)改中,使得小開度易出現(xiàn)超調(diào)和流量調(diào)節(jié)精度低等問題。建議SH不能取的太大。關(guān)于SH的選取問題有待進(jìn)一步探討。513閥的固有

14、流量特性影響由式(21)和(3)可得,選擇具有較高調(diào)節(jié)特性的固有流量關(guān)系也是非常重要的。514調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性影響從結(jié)構(gòu)角度分析,較大的Y值有利于提高調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)精度。單從固有流量特性分析,對數(shù)流量關(guān)系優(yōu)于其他流量關(guān)系,因此大部分生產(chǎn)廠以閥的固有對數(shù)流量關(guān)系定義自己的調(diào)節(jié)閥具有對數(shù)流量調(diào)節(jié)特性,致使用戶安裝后達(dá)不到預(yù)期的效果,本文就調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性評價問題進(jìn)行了分析討論。6結(jié)論通過分析得知影響調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)特性的1999年第4期閥門13(5)建議評價調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特性時,主要因素有3方面,即調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性、固有流量特性和管路阻力特性。(1)流量調(diào)節(jié)精度q可作為衡量調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)特性的一個綜合指標(biāo),q小其流量調(diào)節(jié)特性好,調(diào)節(jié)品質(zhì)好,流量可控性好。(2)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性主要包括其幾何尺寸和閥桿的行程。調(diào)節(jié)系數(shù)Y可作為衡量閥結(jié)構(gòu)特性的綜合指標(biāo)。閥的幾何尺寸大,其Y值就大,流量調(diào)節(jié)特性就好程大,其Y值就大,。(3),也是對。(4)關(guān)于管路阻力特性的影響,以前研究的比較多,一般將其與