調(diào)節(jié)閥流量特性的控制分析

    調(diào)節(jié)閥是工藝管線中重要的控制元件，對(duì)部分工藝參數(shù)的控制起到至關(guān)重要的作用。正確選取調(diào)節(jié)閥的流量特性和產(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。    

    隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)型式越來(lái)越多，主要有蝶閥和座式以及自控球閥三大類(lèi)，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)首選普通單、雙座閥和套筒閥。因?yàn)榇祟?lèi)調(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(kāi)度之間的關(guān)系。易推知，相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成正相關(guān)，即閥門(mén)通道越小，相對(duì)開(kāi)度越小，相對(duì)流量越小；閥門(mén)通道越大，相對(duì)開(kāi)度越大，相對(duì)流量越大。閥門(mén)通道為零時(shí)，這時(shí)流量為零，即閥門(mén)關(guān)閉。由流體力學(xué)可知，通過(guò)閥門(mén)的流量與閥門(mén)前后的壓差成正相關(guān)的關(guān)系，即：

壓差往往是由閥門(mén)開(kāi)度所形成的流體通道決定，開(kāi)度越小，相對(duì)開(kāi)度越小，閥門(mén)前后壓差越大；開(kāi)度越大，相對(duì)開(kāi)度越大，閥門(mén)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(kāi)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(kāi)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(chēng)之為結(jié)構(gòu)特性。在理想情況下，流量?jī)H隨閥門(mén)開(kāi)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，

    直線特性    調(diào)節(jié)閥流量特性的控制分析調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成直線關(guān)系，曲線所示。曲線斜率不變，即它的放大系數(shù)不變。可以推知，在變化相同行程情況下，閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度較小時(shí)，相對(duì)流量變化值大，靈敏度高；相對(duì)開(kāi)度較大時(shí)，相流量變化值小，靈敏度低。這往往使直線特性閥門(mén)控制性能變壞：在小開(kāi)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(kāi)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(mén)動(dòng)作遲緩，調(diào)節(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。

    對(duì)數(shù)特性  這種調(diào)節(jié)閥相對(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，，可以說(shuō)其放大系數(shù)隨閥門(mén)的開(kāi)大而增大。因此，這種閥門(mén)在小開(kāi)度時(shí)，放大系數(shù)小，工作得緩和平穩(wěn)；在大開(kāi)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(chēng)等百分比特性），便于控制?？扉_(kāi)特性和拋物線特性  在閥門(mén)開(kāi)度小時(shí)，流量變化較大，隨著開(kāi)度增大，流量很快達(dá)到最大值，放大系數(shù)大，靈敏度高。在閥門(mén)開(kāi)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(kāi)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  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。其特性接近對(duì)數(shù)閥特性，但由于其閥芯=復(fù)雜，加工要求高，成本增加，所以在實(shí)際使用過(guò)程較少采用。

    實(shí)際使用中的工作流量特性  調(diào)節(jié)閥處于工藝管路系統(tǒng)中工作時(shí)，管路系統(tǒng)的阻力變化或旁路閥的開(kāi)啟程度的閥前后壓差變化，使得在同樣的閥門(mén)開(kāi)度時(shí)，不再像理論流量特性那樣流量保持不變，對(duì)應(yīng)的流量將有所變化。我們把調(diào)節(jié)閥前后壓差變化的流量特性稱(chēng)為工作特性。在實(shí)際的使用過(guò)程中，安裝調(diào)節(jié)閥的管道系統(tǒng)中都是有一定壓力的，調(diào)節(jié)閥的前端和后端介質(zhì)壓力是不一樣的，也就是說(shuō)兩端存在壓差。這個(gè)壓差會(huì)隨著流量的增加而減少

隨著閥門(mén)開(kāi)大，閥前后壓差減少，因此，在閥相對(duì)開(kāi)度相同的情況下，此時(shí)的實(shí)際流量比理論流量要小一些。在閥門(mén)開(kāi)度較大時(shí)，調(diào)節(jié)閥前后的壓差減小，實(shí)際流量比理論流量要小一些。