控制阀特性及选择方法

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-20 0:51:15 * 浏览: 193

调节阀是自动控制系统中常用的执行器，用于调节受控对象的流量。调节阀的正确选择是调节系统控制质量的保证。详细介绍了调节阀的组成分类和流量特性，给出了调节阀的选择方法和应注意的问题。 0？前言调节阀是自动控制系统中常用的执行器。它是自动控制的终端主要控制组件，直接控制要测量的介质量。调节阀由致动器和调节机构组成，并接收来自调节器或计算机的控制信号，该信号用于改变受控介质的流量，从而将调节后的参数保持在所需范围内，从而实现过程控制的自动化。在自动控制领域，控制过程是否平稳直接取决于调节阀能否准确动作，过程控制反映在物料能量和流量的变化上。因此，我们需要根据不同的需求选择不同的调节阀。选择合适的调节阀是管道设计的主要问题，也是确保调节系统安全稳定运行的关键。 1？类型选择调节阀通常由一个执行器和一个阀组成。调节阀是调节阀的调节机构。它根据控制信号的要求改变阀门的开度来调节流量。它是一种节流元件，其局部电阻可以改变。调节阀主要由上下阀盖，阀体，阀芯，阀座，填料和压板组成。在自动控制系统中，阀门的主要调节介质是水和蒸汽。在较低压力和一次性使用的情况下，常用的控制阀包括直通控制阀，三通控制阀和蝶形阀。根据使用的能源类型，执行器可分为气动，电动和液压三种类型。气动调节以压缩空气为动力源，电动调节以电为动力源，液体压力介质（例如油）用作动力。液压调节。其中，气动执行器具有结构简单，运行可靠，性能稳定，价格低廉，维修方便，防火防爆等优点，已广泛应用于许多控制系统中。尽管该电动致动器不利于防火和防爆，但其驱动力方便且令人满意，并且信号传输速度快，便于长距离传输，尺寸小，运动可靠，维护方便且价格便宜价格。液压执行器的推力精度高，速度快，稳定，但设备庞大，工艺复杂。（1）调节阀类型的选择调节阀阀体类型的选择是调节阀选择中最重要的环节。在选择阀门之前，需要仔细分析介质，过程条件和控制过程的参数，以了解系统对调节阀的要求，并根据收集的数据确定要使用的阀门类型。在具体的选择中，您可以从以下几个方面考虑：①阀芯的形状？主要基于选择的流量特性和不平衡力等因素，②耐磨性？当流体介质中含有高浓度的磨料颗粒时，在悬挂过程中，每次关闭时，阀芯和阀座接头表面都会受到严重摩擦。因此，阀的流路应平滑，阀的内部材料应坚硬。 ③耐腐蚀？由于介质具有腐蚀性，因此如果能够满足调节功能，则应尽可能选择结构简单的阀门。当温度和压力较高且变化较大时，应选择阀芯和阀座。阀门的变化很小温度和压力。 ⑤防止闪光和气蚀？闪烁和空化仅在液体介质中发生。在实际生产过程中，闪蒸和气蚀现象不仅影响流量系数的计算，而且还会形成振动和噪声，从而缩短了阀门的使用寿命。因此，在选择阀门时，应防止阀门闪蒸和气蚀。（2）调节阀执行机构的选择①考虑执行机构的输出力吗？无论哪种执行器，其输出力都是克服载荷的有效力（主要是不平衡力和不平衡扭矩，摩擦力，密封力，重力等）。因此，为了使调节阀正常工作，匹配的执行器必须能够产生足够的输出力以克服各种阻力，并确保高度的密封和阀打开度。 ②考虑执行器的使用环境要求吗？确定执行器的输出力后，根据工艺环境要求选择相应的执行器。例如，当现场有防爆要求时，应选择气动执行器，接线盒应防爆，而不能选择电动执行器。如果没有防爆要求，则可以同时使用气动和电动执行器，但从节能方面考虑，应尽可能选择电动执行器。液压执行器虽然没有像气动执行器和电动执行器那样广泛使用，但它具有调节精度高，速度快和平滑的特点，因此在特殊情况下，也将使用它来获得更好的调节效果。最后，必须考虑执行器的可靠性和经济性，选择运动平稳，重量轻，外形美观，结构简单，维修方便的执行器。 2？流动特性分析2.1工作原理根据流体力学，调节阀是节流元件，其局部阻力可以改变。对于不可压缩的流体，调节阀的流量??在公式中，p1 ———调节阀压力，p2 ———调节阀压力，A ————节气门截面积，ξ————调节阀阻力系数，ρ———流体密度。式（1）可知，当A为常数，Δp= p1-p2也为常数时，通过阀门的流量Q随阻力系数ξ的变化而变化，即，阻力系数ξ越大，流量越小率。电阻系数ξ与阀门的结构和开度有关。因此，调节器输出信号控制阀的打开或关闭，这可以改变阀的阻力系数，从而改变要调节的介质的流量。 2.2流量特性分析调节阀的流量特性是指被调节介质通过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系。调节阀的流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调节阀的前后压力差恒定的条件下的流量特性。如表1所示，直线具有四个特征，即相等百分比，抛物线和快速打开。在实际系统中，整个阀门的压降不是恒定的。发生这种变化的主要原因有两个：①由于泵的特性，当系统流量减小时，泵产生的系统压力会增加；②当流量减小时，线圈上的电阻压力也减小，导致更大的泵压力被施加到阀上。因此，调节阀前后的压力差通常会变化。在这种情况下，调节阀的相对流量和相对开度之间的关系称为工作流量特性。具体而言，可分为将管道串联连接时的工作流量特性和将管道并联连接时的工作流量特性。表格1？ 4种理想的控制阀流量特性流量特性基本特性线性流量控制阀在相对流量和相对开度之间具有线性关系，也就是说，由单位相对行程变化引起的相对流量变化是恒定的。（1）在小开口处，流量变化较大；在大开口处，流量变化较小。（2）在小负载下，调节性能太敏感并且会振荡。在大负载下，调整缓慢且不及时。（3）适应能力较低。差异。变化在等百分比单位内，由相对行程的变化引起的相对流量的变化与该点的相对流量成比例。（1）由单位行程变化引起的流量变化百分比相等。（2）在整个行程范围内工作相对稳定，尤其是在大开口处，放大倍数也较大，工作更加灵敏有效。（3）它的应用范围很广，其自适应抛物线特性介于线性特性和等百分比特性之间，通常被等百分比特性所代替。（1）特性介于直角和等百分比特性之间；（2）调节性能理想，但阀芯加工难度较大。快速打开当阀门行程较小时，流量将大大增加并迅速达到。（1）小开口处的流量已经很大。随着冲程的增加，流速很快达到。（2）一般用于二位调节和程序控制。（1）串联连接时的工作流量特性串联连接时，流量的变化将由控制阀的开度变化引起。根据流体力学理论，管道的阻力损失与流量呈平方关系。流量会发生变化，系统阻力也会相应发生变化，因此调节阀的压降也会相应发生变化。串联时的工作流量特性与压降分布比有关。阀上的压降越小，调节阀的全开流量就越低，因此理想的线性特性会失真为快速打开特性，而理想的等百分比特性会失真为线性特性。在实际使用中，当调节阀选得太大或生产不是满负荷时，调节阀的开度小，为了使调节阀具有一定的开度，将阀关闭至增加管道阻力减少通过调节阀的流量实际上是在降低压降分配比，扭曲流量特性并降低调节质量。（2）平行管线工作时的流动特性平行管线一般由阀分支和旁通管分支组成，在阀分支管上装有调节阀。调节阀在并联管道上。当系统阻力恒定时，随着平行管道的旁通阀逐渐打开，调节阀的全开流量与歧管流量之比减小。此时，虽然控制阀本身的流量特性没有改变，但是系统的可调范围已大大减小，并且在工作过程中控制阀可以控制的流量变化范围也大大减小了，甚至不发挥调节作用。为了使调节阀具有更好的调节性能，通常认为旁路流量最多不超过总流量的20％。 3？流动特性的选择流动特性的选择方法：①通过数学计算的分析方法，②在实际工程中总结的经验方法。由于分析方法复杂且费时，因此经验方法通常用于工程中。具体而言，应从以下几个方面进行考虑：（1）考虑自动调整系统的调整质量。根据自动控制原理中的特性补偿原理，为了保持系统的良好调节质量，我们希望总的开环放大系数乘以链路放大系数的乘积保持恒定。这样，通过适当选择阀门的特性并通过阀门的放大系数的变化来补偿对象的放大系数的变化，可以使系统的总放大系数保持不变。（2）根据管路系统的压降选择控制阀的压降比。定义为与控制阀可控制的流量相对应的阀前后的压差Δp1m的比。存在密切的关系，如表2所示。表2根据管道系统的压降选择调节阀的特性管道系统的压降比S1-0.60.6-0.30.3-0相等百分比（3）分析线性阀开度小的流量变化，调整过于灵敏，容易因负载变化而发生振荡。在较大的开度下，调节效果显得较弱，导致调节不及时且不灵敏。因此，在压降比S小且负荷变化大的情况下，不适合使用线性阀。等百分比阀在接近关闭时工作平稳，但在接近全开状态时放大系数大，工作灵敏有效。因此，它适用于负载变化较大的场合。行程较小时，快开特性阀的流量较大。随着冲程增加，流速很快达到。通常用于两位置调节和程序控制。（4）根据调节对象的特性进行选择通常，具有自平衡能力的调节对象可以选择流量百分比相等的调节阀，而没有自平衡能力的调节对象则选择线性流量特性的调节阀。。 4？调节阀直径的选择调节阀直径的目的是使阀门和管路结合起来，产生合理的线性特性组合，从而可以有效地控制系统的调节。调节阀的口径取决于过程所需的流量。调节阀的流量由提供的过程条件计算得出，然后根据其流量进行计算

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