智能調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型

智能調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型

計(jì)算調(diào)節(jié)閥口徑需要確定計(jì)算流量、確定計(jì)算差壓、計(jì)算流通能力、選擇流通能力、驗(yàn)算和確定調(diào)節(jié)閥口徑這六步驟，本文分享調(diào)節(jié)閥口徑選擇的相關(guān)知識(shí)。流通能力是選擇調(diào)節(jié)閥口徑的主要依據(jù)。為了能正確計(jì)算流通能力，首無(wú)必須合理確定調(diào)節(jié)閥的流量和壓差的數(shù)值。通常把代入流通能力計(jì)算公式的流量和壓差稱為計(jì)算流量和計(jì)算壓差。

計(jì)算調(diào)節(jié)閥口徑需要確定計(jì)算流量、確定計(jì)算差壓、計(jì)算流通能力、選擇流通能力、驗(yàn)算和確定調(diào)節(jié)閥口徑這六步驟，本文分享調(diào)節(jié)閥口徑選擇的相關(guān)知識(shí)。

智能調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型選擇的步驟

1、計(jì)算流量的確定

計(jì)算流量是指通過(guò)調(diào)節(jié)閥的最大流量。流量值應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備的生產(chǎn)能力、對(duì)象負(fù)荷的變化、操作條件變化以及系統(tǒng)的控制品質(zhì)等因素綜合考慮、合理確定。但有兩種傾向應(yīng)避免：一是過(guò)多考慮余量，使閥門口徑選得過(guò)大，這不但造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，而且將使閥門經(jīng)常處于小開(kāi)度工作，從而使可控比減小，控制性能變壞，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹫袷?，從而大大降低了調(diào)節(jié)閥的壽命；二是只考慮眼前生產(chǎn)，片面強(qiáng)調(diào)控制質(zhì)量，以致當(dāng)生產(chǎn)力略有提高時(shí)，控制閥就不能適應(yīng)，被迫更換。計(jì)算流量也可以參考泵和壓縮機(jī)等流體輸送機(jī)械的能力來(lái)確定。有時(shí)，綜合多種方法來(lái)確定。

調(diào)節(jié)閥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調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口壓差固定不變情況下的流量特性，常見(jiàn)的有直線、快開(kāi)、等百分比、拋物線特性，如圖所示：調(diào)節(jié)閥流量特性 

直線流量特性

調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度呈直線關(guān)系，即單位相對(duì)行程變化引起的相對(duì)流量變化是一個(gè)常數(shù)。小開(kāi)度時(shí)流量變化大，大開(kāi)度時(shí)流量變化小；小負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)過(guò)于靈敏易振蕩，大負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)平緩不及時(shí)，適應(yīng)能力較差。

快開(kāi)流量特性

在閥行程較小時(shí)，流量就有比較大的增加，很快達(dá)最大。小開(kāi)度時(shí)流量很大，隨著行程的增大，閥門開(kāi)度流量很快達(dá)到最大。常用在位式和程序控制的場(chǎng)合。

等百分比流量特性

單位行程變化引起流量變化的百分率是相等的。在全行程范圍內(nèi)工作較平穩(wěn)，尤其在大開(kāi)度時(shí)，放大倍數(shù)大、靈敏。應(yīng)用廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)。

拋物線流量特性

特性介于直線特性和等百分比特性之間，使用上常以等百分比特性代之。調(diào)節(jié)性能較理想。

在實(shí)際應(yīng)用中，調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口的壓差是變化的，這時(shí)調(diào)節(jié)閥相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系稱為工作流量特性?？煞譃榇?lián)管道時(shí)和并聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性。

調(diào)節(jié)閥與管道串聯(lián)時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的變化會(huì)引起流量的變化，流量改變，系統(tǒng)阻力也相應(yīng)改變，由于閥門壓降分配的原因，會(huì)使理想的直線特性畸變?yōu)榭扉_(kāi)特性，理想的等百分比特性畸變?yōu)橹本€特性。流量特性的畸變，將影響控制質(zhì)量。

調(diào)節(jié)閥與管道并聯(lián)時(shí)，由于旁路的作用，雖然調(diào)節(jié)閥流量特性無(wú)變化，但系統(tǒng)的可調(diào)范圍縮小了，調(diào)節(jié)閥能控制的流量變化范圍也大大減小，嚴(yán)重時(shí)甚至起不到調(diào)節(jié)作用。因此一般旁路流量不能超過(guò)總流量的20%。

智能調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型

為了實(shí)現(xiàn)控制，調(diào)節(jié)閥通過(guò)調(diào)整開(kāi)度來(lái)改變流量，而流量的改變將使調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口的壓降發(fā)生變化。如果把上述過(guò)程繪制成流量與開(kāi)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，再利用流量與壓降相交的軌跡就可以得到一條曲線，這條曲線就表示了閥門的實(shí)際流量特性。如果把流量與開(kāi)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系理解成增益和靈敏度的關(guān)系，假定壓降△P為常數(shù)，從下圖可看出，線性閥的靈敏度是常數(shù)；而快開(kāi)閥和等百分比閥的靈敏度則是變化的。為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，總希望系統(tǒng)的增益為常數(shù)。調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)的組成部分，當(dāng)然是常數(shù)增益最好。但實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)的增益大多不是常數(shù)。從理論上看，選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性，是為了補(bǔ)償控制系統(tǒng)中的非線性增益，要進(jìn)行理論分析和計(jì)算很復(fù)雜。

2、智能調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型計(jì)算壓差的確定

計(jì)算壓差是指調(diào)節(jié)閥閥全開(kāi)，流量最大時(shí)調(diào)節(jié)閥上的壓差。確定計(jì)算壓差時(shí)必須兼顧控制性能和動(dòng)力消耗兩方面。閥上的壓差占整個(gè)系統(tǒng)壓差的比值越大，調(diào)節(jié)閥流量特性的畸變?cè)叫?，控制性能就越能得到保證。但閥前后壓差越大，所消耗的動(dòng)力越多。

計(jì)算壓差主要是根據(jù)工藝管路、設(shè)備等組成的系統(tǒng)壓差大小及變化情況來(lái)選擇，其步驟如下：

①把調(diào)節(jié)閥前后距離最近的、壓力基本穩(wěn)定的兩個(gè)設(shè)備作為系統(tǒng)的計(jì)算范圍。

②在最大流量條件下，分別計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)各項(xiàng)局部阻力(調(diào)節(jié)閥除外)所引起的壓力損失△PF，再求出它們的總和Σ△PF。

③選擇S值。S值應(yīng)為調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)控制閥上壓差△PV和系統(tǒng)總的壓力損失之比，即S=△PV÷(△PV+Σ△PF)，常選S=0.3-0.5。但某些系統(tǒng)，即使S值小于0.3時(shí)仍能滿足控制性能的要求。對(duì)于高壓系統(tǒng)，為了降低動(dòng)力消耗，也可降低到S=0.15。對(duì)于氣體介質(zhì)，因?yàn)樽枇p失較小，調(diào)節(jié)閥上的壓差所占的分量較大，所以一般S值都大于0.5。但在低壓及真空系統(tǒng)中，由于允許壓力損失較小，所以S仍以0.3-0.5為宜。

④按已求出的Σ△PF及選定的S值，利用公式S=△PV÷(△PV+Σ△PF)可求取調(diào)節(jié)閥計(jì)算壓差△PV=SΣ△PF÷(1-S)。

考慮到系統(tǒng)設(shè)備中靜壓經(jīng)常波動(dòng)，會(huì)影響閥門上壓差的變化，使S值進(jìn)一步下降。如鍋爐給水控制系統(tǒng)中，計(jì)算壓差應(yīng)增加系統(tǒng)設(shè)備靜壓(設(shè)鍋爐額定靜壓為P)的5%-10%，即△PV=SΣ△PF÷(1-S)+0.0521P。

調(diào)節(jié)閥上的壓差增加固然對(duì)控制有利，但是過(guò)大的壓差有可能使調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。在確定計(jì)算壓差時(shí)還應(yīng)考慮不產(chǎn)生汽蝕。

3、智能調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型調(diào)節(jié)開(kāi)度和可控比的驗(yàn)算

計(jì)算流量、計(jì)算壓差確定之后，應(yīng)作調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)開(kāi)度和可控比的驗(yàn)算。

①調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的驗(yàn)算

一般最大流量下調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度應(yīng)在90%左右，最小流量下調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度不小于10%。開(kāi)度驗(yàn)算時(shí)必須考慮理想的調(diào)節(jié)閥流量特性和工作條件。下面給出兩種常用流量特性的調(diào)節(jié)閥在工作條件下(串聯(lián)管道)的開(kāi)度驗(yàn)算公式

直線特性調(diào)節(jié)閥開(kāi)度：

等百分比調(diào)節(jié)閥開(kāi)度：

式中k為流量qi處的閥門開(kāi)度；qi為被驗(yàn)算開(kāi)度處的流量，m3/h；r為介質(zhì)密度，kg/m3。

②可控比的驗(yàn)算

目前，我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)閥，其理想可控比R一般均為30，但在使用時(shí)受最大開(kāi)度和最小開(kāi)度的限制，一般會(huì)使可控比下降到10左右。在串聯(lián)管道情況下，實(shí)際可控比。因此，按下面的公式進(jìn)行可控比驗(yàn)算,若Rc＞qmax/qmin時(shí)，則所選調(diào)節(jié)閥符合要求。否則，必須改變調(diào)節(jié)閥的S數(shù)值，可采取增加系統(tǒng)壓力或采用兩個(gè)控制閥(降低S數(shù)值)，進(jìn)行分程控制的方法來(lái)滿足可控比要求。

綜上所述，根據(jù)工藝所提供的數(shù)據(jù)確定調(diào)節(jié)閥口徑的步驟為：

①確定計(jì)算流量：根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)狀況，確定計(jì)算流量qmax和qmin。

②確定計(jì)算壓差：根據(jù)所選定的流量特性和系統(tǒng)特性選定S值，然后決定計(jì)算壓差。

③計(jì)算流通能力：根據(jù)已決定的計(jì)算流量和計(jì)算壓差，求最大流量時(shí)的流通能力Cmax。

④選擇流通能力C：根據(jù)已求得的Cmax在所選用的產(chǎn)品型式的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于Cmax且與其的那一擋C值。

⑤驗(yàn)算：驗(yàn)算控制閥開(kāi)度和可控比。

⑥確定控制閥口徑：驗(yàn)算合格后，根據(jù)流通能力C值決定控制閥的公稱直徑和閥座直徑。

智能調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型流量特性的選擇

調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇一般都采用經(jīng)驗(yàn)法，即從控制質(zhì)量、工況條件、負(fù)荷及特性幾個(gè)行方面進(jìn)行考慮： 

1、根據(jù)系統(tǒng)的控制質(zhì)量來(lái)選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性

按控制的特性補(bǔ)償原理，為達(dá)到好的控制質(zhì)量，應(yīng)盡量使開(kāi)環(huán)放大系數(shù)與各環(huán)節(jié)放大系數(shù)的乘積為常數(shù)。因此，選擇好調(diào)節(jié)閥的流量特性，以閥的放大系數(shù)變化來(lái)補(bǔ)償對(duì)象放大系數(shù)的變化，以達(dá)到系統(tǒng)的總放大系數(shù)保持不變的目的。

2、根據(jù)工況條件來(lái)選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性

工況條件中具體的就是管道系統(tǒng)壓降變化情況，而調(diào)節(jié)閥的流量特性與壓降比有密切的關(guān)系。因此應(yīng)根據(jù)管道系統(tǒng)壓降比的大小，來(lái)選擇閥門的流量特性。

3、根據(jù)負(fù)荷變化來(lái)選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性

直線閥在小開(kāi)度時(shí)流量變化大，調(diào)節(jié)過(guò)于靈敏，易振蕩。在大開(kāi)度時(shí)，調(diào)節(jié)作用又顯得微弱，造成調(diào)節(jié)不及時(shí)，不靈敏。因此在壓降比較小，負(fù)荷變化大的場(chǎng)合不宜采用直線閥。等百分比閥在接近關(guān)閉時(shí)工作緩和平穩(wěn)，而接近全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，放大系數(shù)大，工作靈敏有效，因此適合用在負(fù)荷變化大的場(chǎng)合?？扉_(kāi)閥在行程小時(shí)，流量較大，隨著行程的增大，流量很快達(dá)到最大，常用在位式和程序控制的場(chǎng)合。

4、按被控對(duì)象來(lái)選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性

有自平衡能力的控制對(duì)象，可選擇等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥，不具有自平衡能力的控制對(duì)象，應(yīng)選擇直線流量特性的調(diào)節(jié)閥。