控制阀阀瓣工作流量特性分析及其型面设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)德国派沃国际工业( 上海) 有限公司 作者:龚飞鹰

  分析了实际工况下控制阀固有流量特性发生畸变的原因,给出了按工作流量特性设计控制阀阀瓣的方法,提高了控制系统稳定性。

1、概述

  控制阀在工业生产过程中受系统压降比影响,其固有流量特性会发生畸变,造成闭环控制系统的稳定性变差。通常,只能根据所需工作流量特性,按经验法或根据压降比法选用合适的固有流量特性。本文根据控制阀工作流量特性、固有流量特性和压降比的函数关系,通过对固有流量特性进行预畸设计控制阀阀瓣,使工作流量特性满足应用的要求,提高了控制系统性能。

2、设计

  2.1、工作流量特性

  控制阀在工作状况下其流量特性将发生变化( 图1) ,其可用流量特性与阀瓣位移的关系确定q= f(l) 。考虑压降比s 后,其工作流量特性为

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  图1 中,s = 1 表示管道压降为0,工作流量特性与固有流量特性相同,即系统压降全部降落在控制阀两端时,工作流量特性不发生畸变。随s 的减小,管道压降增加,控制阀两端压降减小,使控制阀全开时的最大流量下降,实际可调比下降。同时,工作流量特性与固有流量特性之间的差异变大。s 越小,差异越大。流量特性的畸变使原有控制系统的总开环增益变化,严重影响控制系统性能。

控制阀阀瓣工作流量特性分析及其型面设计

图1 控制阀工作状况下流量特性的畸变

  根据节能要求,工艺设计时,通常以压降比s =0.3 ~ 0.5 设计管路和选用供能设备。根据式(1) ,可确定不同可调比R 时,为达到线性或对数工作流量特性时的固有流量特性(表1) 。为便于数控机床加工阀瓣,可对有关数据进行细分(表2) 。

表1 线性工作流量特性q 数据(R = 30)

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表2 对数工作流量特性时的固有流量特性数据(s = 0.4)

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  按压降比s 设计控制阀固有流量特性的方法,可绘制不同压降比s 时,实际的流量特性(图2 和图3) 。与图1 比较,按s = 0.4 设计的线性工作流量特性和对数流量特性,在其他压降比条件下,其曲线的畸变明显减小。压降比s = 0.4 时能够获得标准的线性工作流量特性和标准的对数流量特性,满足应用要求。由于特性曲线的畸变减小,使控制系统开环增益的变化减小,因此,明显改善控制系统稳定性。控制系统的偏离度得到改善。

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图2 线性工作特性的实际流量特性(s = 0.4)

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图3 对数工作特性的实际流量特性(s = 0.4)

3、结语

  考虑到工艺管路设计,通常以压降比s = 0.3 ~0.5 为设计依据。因此,用s = 0.4 时线性和对数工作流量特性作为依据,设计控制阀阀瓣,可以获得具有更优良工作流量特性的控制阀,是提高控制阀控制性能的有效途径。这种设计方法可以根据实际应用的压降比定制所需工作流量特性,设计合适的控制阀阀瓣,为控制阀的应用提供精确控制。

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