智能調節閥流量計算選型

【資料簡介】

智能調節閥流量計算選型

計算調節閥口徑需要確定計算流量、確定計算差壓、計算流通能力、選擇流通能力、驗算和確定調節閥口徑這六步驟，本文分享調節閥口徑選擇的相關知識。流通能力是選擇調節閥口徑的主要依據。為了能正確計算流通能力，首無必須合理確定調節閥的流量和壓差的數值。通常把代入流通能力計算公式的流量和壓差稱為計算流量和計算壓差。

計算調節閥口徑需要確定計算流量、確定計算差壓、計算流通能力、選擇流通能力、驗算和確定調節閥口徑這六步驟，本文分享調節閥口徑選擇的相關知識。

智能調節閥流量計算選型選擇的步驟

1、計算流量的確定

計算流量是指通過調節閥的最大流量。流量值應根據工藝設備的生產能力、對象負荷的變化、操作條件變化以及系統的控制品質等因素綜合考慮、合理確定。但有兩種傾向應避免：一是過多考慮余量，使閥門口徑選得過大，這不但造成經濟上的浪費，而且將使閥門經常處于小開度工作，從而使可控比減小，控制性能變壞，嚴重時甚至會引起振蕩，從而大大降低了調節閥的壽命；二是只考慮眼前生產，片面強調控制質量，以致當生產力略有提高時，控制閥就不能適應，被迫更換。計算流量也可以參考泵和壓縮機等流體輸送機械的能力來確定。有時，綜合多種方法來確定。

調節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節閥進出口壓差固定不變情況下的流量特性，常見的有直線、快開、等百分比、拋物線特性，如圖所示：調節閥流量特性 

直線流量特性

調節閥的相對流量與相對開度呈直線關系，即單位相對行程變化引起的相對流量變化是一個常數。小開度時流量變化大，大開度時流量變化小；小負荷時調節過于靈敏易振蕩，大負荷時調節平緩不及時，適應能力較差。

快開流量特性

在閥行程較小時，流量就有比較大的增加，很快達最大。小開度時流量很大，隨著行程的增大，閥門開度流量很快達到最大。常用在位式和程序控制的場合。

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。在全行程范圍內工作較平穩，尤其在大開度時，放大倍數大、靈敏。應用廣泛，適應性強。

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。調節性能較理想。

在實際應用中，調節閥進出口的壓差是變化的，這時調節閥相對流量與相對開度之間的關系稱為工作流量特性。可分為串聯管道時和并聯管道時的工作流量特性。

調節閥與管道串聯時，調節閥開度的變化會引起流量的變化，流量改變，系統阻力也相應改變，由于閥門壓降分配的原因，會使理想的直線特性畸變為快開特性，理想的等百分比特性畸變為直線特性。流量特性的畸變，將影響控制質量。

調節閥與管道并聯時，由于旁路的作用，雖然調節閥流量特性無變化，但系統的可調范圍縮小了，調節閥能控制的流量變化范圍也大大減小，嚴重時甚至起不到調節作用。因此一般旁路流量不能超過總流量的20%。

智能調節閥流量計算選型

為了實現控制，調節閥通過調整開度來改變流量，而流量的改變將使調節閥進出口的壓降發生變化。如果把上述過程繪制成流量與開度的對應關系曲線，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際流量特性。如果把流量與開度的對應關系理解成增益和靈敏度的關系，假定壓降△P為常數，從下圖可看出，線性閥的靈敏度是常數；而快開閥和等百分比閥的靈敏度則是變化的。為使控制系統穩定，總希望系統的增益為常數。調節閥是系統的組成部分，當然是常數增益最好。但實際應用中系統的增益大多不是常數。從理論上看，選擇調節閥的流量特性，是為了補償控制系統中的非線性增益，要進行理論分析和計算很復雜。

2、智能調節閥流量計算選型計算壓差的確定

計算壓差是指調節閥閥全開，流量最大時調節閥上的壓差。確定計算壓差時必須兼顧控制性能和動力消耗兩方面。閥上的壓差占整個系統壓差的比值越大，調節閥流量特性的畸變越小，控制性能就越能得到保證。但閥前后壓差越大，所消耗的動力越多。

計算壓差主要是根據工藝管路、設備等組成的系統壓差大小及變化情況來選擇，其步驟如下：

①把調節閥前后距離最近的、壓力基本穩定的兩個設備作為系統的計算范圍。

②在最大流量條件下，分別計算系統內各項局部阻力(調節閥除外)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值應為調節閥全開時控制閥上壓差△PV和系統總的壓力損失之比，即S=△PV÷(△PV+Σ△PF)，常選S=0.3-0.5。但某些系統，即使S值小于0.3時仍能滿足控制性能的要求。對于高壓系統，為了降低動力消耗，也可降低到S=0.15。對于氣體介質，因為阻力損失較小，調節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)可求取調節閥計算壓差△PV=SΣ△PF÷(1-S)。

考慮到系統設備中靜壓經常波動，會影響閥門上壓差的變化，使S值進一步下降。如鍋爐給水控制系統中，計算壓差應增加系統設備靜壓(設鍋爐額定靜壓為P)的5%-10%，即△PV=SΣ△PF÷(1-S)+0.0521P。

調節閥上的壓差增加固然對控制有利，但是過大的壓差有可能使調節閥出現汽蝕現象。在確定計算壓差時還應考慮不產生汽蝕。

3、智能調節閥流量計算選型調節開度和可控比的驗算

計算流量、計算壓差確定之后，應作調節閥調節開度和可控比的驗算。

①調節閥開度的驗算

一般最大流量下調節閥的開度應在90%左右，最小流量下調節閥的開度不小于10%。開度驗算時必須考慮理想的調節閥流量特性和工作條件。下面給出兩種常用流量特性的調節閥在工作條件下(串聯管道)的開度驗算公式

直線特性調節閥開度：

等百分比調節閥開度：

式中k為流量qi處的閥門開度；qi為被驗算開度處的流量，m3/h；r為介質密度，kg/m3。

②可控比的驗算

目前，我國統一設計的調節閥，其理想可控比R一般均為30，但在使用時受最大開度和最小開度的限制，一般會使可控比下降到10左右。在串聯管道情況下，實際可控比。因此，按下面的公式進行可控比驗算,若Rc＞qmax/qmin時，則所選調節閥符合要求。否則，必須改變調節閥的S數值，可采取增加系統壓力或采用兩個控制閥(降低S數值)，進行分程控制的方法來滿足可控比要求。

綜上所述，根據工藝所提供的數據確定調節閥口徑的步驟為：

①確定計算流量：根據生產能力、設備負荷及介質狀況，確定計算流量qmax和qmin。

②確定計算壓差：根據所選定的流量特性和系統特性選定S值，然后決定計算壓差。

③計算流通能力：根據已決定的計算流量和計算壓差，求最大流量時的流通能力Cmax。

④選擇流通能力C：根據已求得的Cmax在所選用的產品型式的標準系列中，選取大于Cmax且與其的那一擋C值。

⑤驗算：驗算控制閥開度和可控比。

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

智能調節閥流量計算選型流量特性的選擇

調節閥流量特性的選擇一般都采用經驗法，即從控制質量、工況條件、負荷及特性幾個行方面進行考慮： 

1、根據系統的控制質量來選擇調節閥的流量特性

按控制的特性補償原理，為達到好的控制質量，應盡量使開環放大系數與各環節放大系數的乘積為常數。因此，選擇好調節閥的流量特性，以閥的放大系數變化來補償對象放大系數的變化，以達到系統的總放大系數保持不變的目的。

2、根據工況條件來選擇調節閥的流量特性

工況條件中具體的就是管道系統壓降變化情況，而調節閥的流量特性與壓降比有密切的關系。因此應根據管道系統壓降比的大小，來選擇閥門的流量特性。

3、根據負荷變化來選擇調節閥的流量特性

直線閥在小開度時流量變化大，調節過于靈敏，易振蕩。在大開度時，調節作用又顯得微弱，造成調節不及時，不靈敏。因此在壓降比較小，負荷變化大的場合不宜采用直線閥。等百分比閥在接近關閉時工作緩和平穩，而接近全開狀態時，放大系數大，工作靈敏有效，因此適合用在負荷變化大的場合。快開閥在行程小時，流量較大，隨著行程的增大，流量很快達到最大，常用在位式和程序控制的場合。

4、按被控對象來選擇調節閥的流量特性

有自平衡能力的控制對象，可選擇等百分比流量特性的調節閥，不具有自平衡能力的控制對象，應選擇直線流量特性的調節閥。