控制閥閥瓣工作流量特性分析及其型面設(shè)計(jì)
分析了實(shí)際工況下控制閥固有流量特性發(fā)生畸變的原因，給出了按工作流量特性設(shè)計(jì)控制閥閥瓣的方法，提高了控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。
1、概述
控制閥在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中受系統(tǒng)壓降比影響，其固有流量特性會(huì)發(fā)生畸變，造成閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。通常，只能根據(jù)所需工作流量特性，按經(jīng)驗(yàn)法或根據(jù)壓降比法選用合適的固有流量特性。本文根據(jù)控制閥工作流量特性、固有流量特性和壓降比的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)對(duì)固有流量特性進(jìn)行預(yù)畸設(shè)計(jì)控制閥閥瓣，使工作流量特性滿足應(yīng)用的要求，提高了控制系統(tǒng)性能。
2、設(shè)計(jì)
2.1、工作流量特性
控制閥在工作狀況下其流量特性將發(fā)生變化( 圖1) ，其可用流量特性與閥瓣位移的關(guān)系確定q= f(l) �？紤]壓降比s 后，其工作流量特性為
圖1 中，s = 1 表示管道壓降為0，工作流量特性與固有流量特性相同，即系統(tǒng)壓降全部降落在控制閥兩端時(shí)，工作流量特性不發(fā)生畸變。隨s 的減小，管道壓降增加，控制閥兩端壓降減小，使控制閥全開(kāi)時(shí)的最大流量下降，實(shí)際可調(diào)比下降。同時(shí)，工作流量特性與固有流量特性之間的差異變大。s 越小，差異越大。流量特性的畸變使原有控制系統(tǒng)的總開(kāi)環(huán)增益變化，嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)性能。
圖1 控制閥工作狀況下流量特性的畸變
根據(jù)節(jié)能要求，工藝設(shè)計(jì)時(shí)，通常以壓降比s =0.3 ～ 0.5 設(shè)計(jì)管路和選用供能設(shè)備。根據(jù)式(1) ，可確定不同可調(diào)比R 時(shí)，為達(dá)到線性或?qū)?shù)工作流量特性時(shí)的固有流量特性(表1) 。為便于數(shù)控機(jī)床加工閥瓣，可對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)分(表2) 。
表1 線性工作流量特性q 數(shù)據(jù)(R = 30)
表2 對(duì)數(shù)工作流量特性時(shí)的固有流量特性數(shù)據(jù)(s = 0.4)
按壓降比s 設(shè)計(jì)控制閥固有流量特性的方法，可繪制不同壓降比s 時(shí)，實(shí)際的流量特性(圖2 和圖3) 。與圖1 比較，按s = 0.4 設(shè)計(jì)的線性工作流量特性和對(duì)數(shù)流量特性，在其他壓降比條件下，其曲線的畸變明顯減小。壓降比s = 0.4 時(shí)能夠獲得標(biāo)準(zhǔn)的線性工作流量特性和標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)數(shù)流量特性，滿足應(yīng)用要求。由于特性曲線的畸變減小，使控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益的變化減小，因此，明顯改善控制系統(tǒng)穩(wěn)定性�？刂葡到y(tǒng)的偏離度得到改善。
圖2 線性工作特性的實(shí)際流量特性(s = 0.4)
圖3 對(duì)數(shù)工作特性的實(shí)際流量特性(s = 0.4)
3、結(jié)語(yǔ)
考慮到工藝管路設(shè)計(jì)，通常以壓降比s = 0.3 ～0.5 為設(shè)計(jì)依據(jù)。因此，用s = 0.4 時(shí)線性和對(duì)數(shù)工作流量特性作為依據(jù)，設(shè)計(jì)控制閥閥瓣，可以獲得具有更優(yōu)良工作流量特性的控制閥，是提高控制閥控制性能的有效途徑。這種設(shè)計(jì)方法可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的壓降比定制所需工作流量特性，設(shè)計(jì)合適的控制閥閥瓣，為控制閥的應(yīng)用提供精確控制。
