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電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自控過(guò)程控制中的重要執(zhí)行單元。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥主要起著對(duì)工藝介質(zhì)中的流量、壓力、溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。產(chǎn)品品質(zhì)關(guān)系著生產(chǎn)過(guò)程、流量調(diào)節(jié)等自動(dòng)化控制技術(shù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。正確選取調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式、流量特性和產(chǎn)品規(guī)格,對(duì)于自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)合理性有十分重要的作用。
工業(yè)控制中常用的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥有座式和蝶閥兩大類。隨著生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展,調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)型式越來(lái)越多,調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)型式的選擇主要是根據(jù)工藝參數(shù)(溫度、壓力、流量)、介質(zhì)性質(zhì)(粘度、腐蝕性、毒性、雜質(zhì)狀況)以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求(可調(diào)節(jié)比、噪音、泄漏量)綜合考慮來(lái)確定。一般情況下,應(yīng)普通單、雙座閥和套筒閥。因?yàn)榇祟愓{(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,閥芯形狀易于加工,比較經(jīng)濟(jì);或根據(jù)具體的特殊要求選擇相應(yīng)結(jié)構(gòu)形式的調(diào)節(jié)閥。結(jié)構(gòu)型式確定以后,調(diào)節(jié)閥的具體規(guī)格關(guān)系到閥的流量特性是否與系統(tǒng)特性相匹配,關(guān)系到系統(tǒng)是否穩(wěn)定性高、經(jīng)濟(jì)性好。調(diào)節(jié)閥的流量特性,是指流體流過(guò)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度之間的關(guān)系。易推知,相對(duì)流量與相對(duì)開度成正相關(guān),即閥門通道越小,相對(duì)開度越小,相對(duì)流量越?。婚y門通道越大,相對(duì)開度越大,相對(duì)流量越大。閥門通道為零時(shí),這時(shí)流量為零,即閥門關(guān)閉。由流體力學(xué)可知,通過(guò)閥門的流量與閥門前后的壓差成正相關(guān)的關(guān)系,即:
式中:Q指通過(guò)閥門的流量;ΔP是指閥門前后形成的壓差;K是指系數(shù)。
壓差往往是由閥門開度(閥芯的位移L)所形成的流體通道決定,開度越小,相對(duì)開度越小,閥門前后壓差越大;開度越大,相對(duì)開度越大,閥門前后的壓差越小。可以說(shuō),通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量大小不僅與閥的開度有關(guān),而且和閥前后的壓差有關(guān)。工作中的調(diào)節(jié)閥,當(dāng)閥的開度改變時(shí),不僅流量發(fā)生了變化,閥前后壓差也發(fā)生了變化。為了便于討論,先假定閥前后壓差一定,即先討論理想流量特性,然后再考慮調(diào)節(jié)閥在管路中的實(shí)際情況,即討論工作流量特性。
理想流量特性
理想流量特性是在閥前后壓差固定的情況下得到的流量特性,它決定于閥芯的形狀,因此也稱之為結(jié)構(gòu)特性。在理想情況下,流量?jī)H隨閥門開度變化而變化,從控制的角度看,觀察調(diào)節(jié)閥的控制指標(biāo),研究流量特性,是一種常用的方法。在常用的調(diào)節(jié)閥中,有四種典型的理想流量特性,如圖
直線特性
調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)開度成直線關(guān)系,如圖1中(1)曲線所示。曲線斜率不變,即它的放大系數(shù)不變。以相對(duì)行程等于10%、50%、80%三點(diǎn)為例,當(dāng)行程變化10%時(shí),所引起相對(duì)流量變化10%,而它的相對(duì)變化值(即靈敏度)分別為*、20%、12.5%。
可以推知,在變化相同行程情況下,閥門相對(duì)開度較小時(shí),相對(duì)流量變化值大,靈敏度高;相對(duì)開度較大時(shí),相對(duì)流量變化值小,靈敏度低。這往往使直線特性閥門控制性能變壞:在小開度時(shí),放大系數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)很大,調(diào)節(jié)過(guò)程往往產(chǎn)生振蕩;在大開度時(shí),放大系數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)不大,靈敏度低,容易使閥門動(dòng)作遲緩,調(diào)節(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。
對(duì)數(shù)特性
其單位相對(duì)行程的變化引起的相對(duì)流量的變化與此點(diǎn)相對(duì)流量成正比例,如圖1中(2)曲線所示。以同樣的行程L等于10%、50%、80%三點(diǎn)為例,當(dāng)行程變化10%時(shí),流量變化值分別為1.9%、7.4%、20.5%,可以說(shuō)其放大系數(shù)隨閥門的開大而增大。因此,這種閥門在小開度時(shí),放大系數(shù)小,工作得緩和平穩(wěn);在大開度時(shí),放大系數(shù)大,工作得靈敏有效。同樣,各點(diǎn)靈敏度為40%處處相等(也可稱等百分比特性),便于控制。
快開特性和拋物線特性
快開特性如圖1中(3)曲線所示,在閥門開度小時(shí),流量變化較大,隨著開度增大,流量很快達(dá)到zui大值,放大系數(shù)大,靈敏度高。在閥門開度大時(shí),流量變化不大,放大系數(shù)較小,靈敏度也較低。在壓力不太大、調(diào)節(jié)要求不高的場(chǎng)合應(yīng)用,開則快,關(guān)則慢,不易引起管網(wǎng)大的壓力波動(dòng)。拋物線特性如圖1中(4)曲線所示。這種閥的單位相對(duì)行程的變化所引起的相對(duì)流量與此點(diǎn)的相對(duì)流量值的平方根成正比關(guān)系。它介于曲線圖1中(1)(2)之間,其特性接近對(duì)數(shù)閥特性,但由于其閥芯加工復(fù)雜,較少采用。
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