智能調(diào)節(jié)閥流量計算選型

智能調(diào)節(jié)閥流量計算選型

計算調(diào)節(jié)閥口徑需要確定計算流量、確定計算差壓、計算流通能力、選擇流通能力、驗算和確定調(diào)節(jié)閥口徑這六步驟，本文分享調(diào)節(jié)閥口徑選擇的相關(guān)知識。流通能力是選擇調(diào)節(jié)閥口徑的主要依據(jù)。為了能正確計算流通能力，首無必須合理確定調(diào)節(jié)閥的流量和壓差的數(shù)值。通常把代入流通能力計算公式的流量和壓差稱為計算流量和計算壓差。

計算調(diào)節(jié)閥口徑需要確定計算流量、確定計算差壓、計算流通能力、選擇流通能力、驗算和確定調(diào)節(jié)閥口徑這六步驟，本文分享調(diào)節(jié)閥口徑選擇的相關(guān)知識。

智能調(diào)節(jié)閥流量計算選型選擇的步驟

1、計算流量的確定

計算流量是指通過調(diào)節(jié)閥的最大流量。流量值應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備的生產(chǎn)能力、對象負荷的變化、操作條件變化以及系統(tǒng)的控制品質(zhì)等因素綜合考慮、合理確定。但有兩種傾向應(yīng)避免：一是過多考慮余量，使閥門口徑選得過大，這不但造成經(jīng)濟上的浪費，而且將使閥門經(jīng)常處于小開度工作，從而使可控比減小，控制性能變壞，嚴重時甚至會引起振蕩，從而大大降低了調(diào)節(jié)閥的壽命；二是只考慮眼前生產(chǎn)，片面強調(diào)控制質(zhì)量，以致當生產(chǎn)力略有提高時，控制閥就不能適應(yīng)，被迫更換。計算流量也可以參考泵和壓縮機等流體輸送機械的能力來確定。有時，綜合多種方法來確定。

調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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：調(diào)節(jié)閥流量特性 

直線流量特性

調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度呈直線關(guān)系，即單位相對行程變化引起的相對流量變化是一個常數(shù)。小開度時流量變化大，大開度時流量變化小；小負荷時調(diào)節(jié)過于靈敏易振蕩，大負荷時調(diào)節(jié)平緩不及時，適應(yīng)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，很快達最大。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最大。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(nèi)工作較平穩(wěn)，尤其在大開度時，放大倍數(shù)大、靈敏。應(yīng)用廣泛，適應(yīng)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(diào)節(jié)性能較理想。

在實際應(yīng)用中，調(diào)節(jié)閥進出口的壓差是變化的，這時調(diào)節(jié)閥相對流量與相對開度之間的關(guān)系稱為工作流量特性?？煞譃榇?lián)管道時和并聯(lián)管道時的工作流量特性。

調(diào)節(jié)閥與管道串聯(lián)時，調(diào)節(jié)閥開度的變化會引起流量的變化，流量改變，系統(tǒng)阻力也相應(yīng)改變，由于閥門壓降分配的原因，會使理想的直線特性畸變?yōu)榭扉_特性，理想的等百分比特性畸變?yōu)橹本€特性。流量特性的畸變，將影響控制質(zhì)量。

調(diào)節(jié)閥與管道并聯(lián)時，由于旁路的作用，雖然調(diào)節(jié)閥流量特性無變化，但系統(tǒng)的可調(diào)范圍縮小了，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)作用。因此一般旁路流量不能超過總流量的20%。

智能調(diào)節(jié)閥流量計算選型

為了實現(xiàn)控制，調(diào)節(jié)閥通過調(diào)整開度來改變流量，而流量的改變將使調(diào)節(jié)閥進出口的壓降發(fā)生變化。如果把上述過程繪制成流量與開度的對應(yīng)關(guān)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(yīng)關(guān)系理解成增益和靈敏度的關(guān)系，假定壓降△P為常數(shù)，從下圖可看出，線性閥的靈敏度是常數(shù)；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(tǒng)穩(wěn)定，總希望系統(tǒng)的增益為常數(shù)。調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)的組成部分，當然是常數(shù)增益最好。但實際應(yīng)用中系統(tǒng)的增益大多不是常數(shù)。從理論上看，選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性，是為了補償控制系統(tǒng)中的非線性增益，要進行理論分析和計算很復雜。

2、智能調(diào)節(jié)閥流量計算選型計算壓差的確定

計算壓差是指調(diào)節(jié)閥閥全開，流量最大時調(diào)節(jié)閥上的壓差。確定計算壓差時必須兼顧控制性能和動力消耗兩方面。閥上的壓差占整個系統(tǒng)壓差的比值越大，調(diào)節(jié)閥流量特性的畸變越小，控制性能就越能得到保證。但閥前后壓差越大，所消耗的動力越多。

計算壓差主要是根據(jù)工藝管路、設(shè)備等組成的系統(tǒng)壓差大小及變化情況來選擇，其步驟如下：

①把調(diào)節(jié)閥前后距離最近的、壓力基本穩(wěn)定的兩個設(shè)備作為系統(tǒng)的計算范圍。

②在最大流量條件下，分別計算系統(tǒng)內(nèi)各項局部阻力(調(diào)節(jié)閥除外)所引起的壓力損失△PF，再求出它們的總和Σ△PF。

③選擇S值。S值應(yīng)為調(diào)節(jié)閥全開時控制閥上壓差△PV和系統(tǒng)總的壓力損失之比，即S=△PV÷(△PV+Σ△PF)，常選S=0.3-0.5。但某些系統(tǒng)，即使S值小于0.3時仍能滿足控制性能的要求。對于高壓系統(tǒng)，為了降低動力消耗，也可降低到S=0.15。對于氣體介質(zhì)，因為阻力損失較小，調(diào)節(jié)閥上的壓差所占的分量較大，所以一般S值都大于0.5。但在低壓及真空系統(tǒng)中，由于允許壓力損失較小，所以S仍以0.3-0.5為宜。

④按已求出的Σ△PF及選定的S值，利用公式S=△PV÷(△PV+Σ△PF)可求取調(diào)節(jié)閥計算壓差△PV=SΣ△PF÷(1-S)。

考慮到系統(tǒng)設(shè)備中靜壓經(jīng)常波動，會影響閥門上壓差的變化，使S值進一步下降。如鍋爐給水控制系統(tǒng)中，計算壓差應(yīng)增加系統(tǒng)設(shè)備靜壓(設(shè)鍋爐額定靜壓為P)的5%-10%，即△PV=SΣ△PF÷(1-S)+0.0521P。

調(diào)節(jié)閥上的壓差增加固然對控制有利，但是過大的壓差有可能使調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。在確定計算壓差時還應(yīng)考慮不產(chǎn)生汽蝕。

3、智能調(diào)節(jié)閥流量計算選型調(diào)節(jié)開度和可控比的驗算

計算流量、計算壓差確定之后，應(yīng)作調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)開度和可控比的驗算。

①調(diào)節(jié)閥開度的驗算

一般最大流量下調(diào)節(jié)閥的開度應(yīng)在90%左右，最小流量下調(diào)節(jié)閥的開度不小于10%。開度驗算時必須考慮理想的調(diào)節(jié)閥流量特性和工作條件。下面給出兩種常用流量特性的調(diào)節(jié)閥在工作條件下(串聯(lián)管道)的開度驗算公式

直線特性調(diào)節(jié)閥開度：

等百分比調(diào)節(jié)閥開度：

式中k為流量qi處的閥門開度；qi為被驗算開度處的流量，m3/h；r為介質(zhì)密度，kg/m3。

②可控比的驗算

目前，我國統(tǒng)一設(shè)計的調(diào)節(jié)閥，其理想可控比R一般均為30，但在使用時受最大開度和最小開度的限制，一般會使可控比下降到10左右。在串聯(lián)管道情況下，實際可控比。因此，按下面的公式進行可控比驗算,若Rc＞qmax/qmin時，則所選調(diào)節(jié)閥符合要求。否則，必須改變調(diào)節(jié)閥的S數(shù)值，可采取增加系統(tǒng)壓力或采用兩個控制閥(降低S數(shù)值)，進行分程控制的方法來滿足可控比要求。

綜上所述，根據(jù)工藝所提供的數(shù)據(jù)確定調(diào)節(jié)閥口徑的步驟為：

①確定計算流量：根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負荷及介質(zhì)狀況，確定計算流量qmax和qmin。

②確定計算壓差：根據(jù)所選定的流量特性和系統(tǒng)特性選定S值，然后決定計算壓差。

③計算流通能力：根據(jù)已決定的計算流量和計算壓差，求最大流量時的流通能力Cmax。

④選擇流通能力C：根據(jù)已求得的Cmax在所選用的產(chǎn)品型式的標準系列中，選取大于Cmax且與其的那一擋C值。

⑤驗算：驗算控制閥開度和可控比。

⑥確定控制閥口徑：驗算合格后，根據(jù)流通能力C值決定控制閥的公稱直徑和閥座直徑。

智能調(diào)節(jié)閥流量計算選型流量特性的選擇

調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇一般都采用經(jīng)驗法，即從控制質(zhì)量、工況條件、負荷及特性幾個行方面進行考慮： 

1、根據(jù)系統(tǒng)的控制質(zhì)量來選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性

按控制的特性補償原理，為達到好的控制質(zhì)量，應(yīng)盡量使開環(huán)放大系數(shù)與各環(huán)節(jié)放大系數(shù)的乘積為常數(shù)。因此，選擇好調(diào)節(jié)閥的流量特性，以閥的放大系數(shù)變化來補償對象放大系數(shù)的變化，以達到系統(tǒng)的總放大系數(shù)保持不變的目的。

2、根據(jù)工況條件來選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性

工況條件中具體的就是管道系統(tǒng)壓降變化情況，而調(diào)節(jié)閥的流量特性與壓降比有密切的關(guān)系。因此應(yīng)根據(jù)管道系統(tǒng)壓降比的大小，來選擇閥門的流量特性。

3、根據(jù)負荷變化來選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性

直線閥在小開度時流量變化大，調(diào)節(jié)過于靈敏，易振蕩。在大開度時，調(diào)節(jié)作用又顯得微弱，造成調(diào)節(jié)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(guān)閉時工作緩和平穩(wěn)，而接近全開狀態(tài)時，放大系數(shù)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，流量很快達到最大，常用在位式和程序控制的場合。

4、按被控對象來選擇調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥，不具有自平衡能力的控制對象，應(yīng)選擇直線流量特性的調(diào)節(jié)閥。