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调节阀的静态工作特性

发布时间:2020-10-30      点击次数:355

                                             

1.5.5 调节阀的静态工作特性

通过调节阀的静态工作特性,可以了解流量qv与开度H的函数关系,即                

    qv=qv(H)                (1-44)

应当注意的是,静态工作特性的定义并不象固有特性那样,规定阀门上的压力损失是常数的限制条件。它是管路系统、阀门类型和尺寸的函数。

1.没有分支的管路系统

       图 1-55所示为管路系统的原理图这个系统的压力损失分为:调节阀上的压力损失Δpr;管道上的压力损失Δpe;升压设备内部的压力损失Δ

Psi.令压力损失Δpe和Δpsi之和为

压力损失的增加与流量qv的平方成正比,对应的关系式为

             (1-45)

在式中,KL是系统的流量系数,考虑上面所指出的,整个管路系统的压力损失Δpso由ΔpL和Δpr组成,即

        (1-46)

将Δpr和Δp1的关系式(1-17)和式(1-45)代入式(1-46),得

  (1-47)

经过运算而获得

   (1-48)

   (1-49)

假设不改变流动方式,而且介质是不可压缩的。对于阀门完全打开的位置,即当变量(qv,Δpr,Δpr,Kv)取下角标100时,则可写成下式:

两式相比而获得下式:

  (1-50)

按所作的假设,调节阀的开度改变,也就是流量改变时,系数KL不变。如果将式(1-50)式代人式(1-49),则

   (1-51)

对于全开位置的调节阀,式(1-46)变为

      上面的关系式,表达了调节阀在所作简化条件下的工作特性。对于线性的固有特性,在不同的参数4下,可以给出相应的

特性曲线族,见图1-56;对于对数特性曲线,在不同的参数φ下,相应的工作特性曲线族见图1-57.这些特性曲线族是这样作出

的:对于阀门的不同开度h(h=H/H100),借助于式(1-20)和式(1-21),确定一系列的K、/Kv100值。K值见式(1-52).通过固有

特性曲线 K、/K,100=f(h),来确定工作特性曲线 qy=f(h).对应于不同的参数4,确定这些特性曲线族。

      图1-56和图1-57用于选择有一特定工作特性的调节阀。比如,Δpr100/Δps.之比在0.4~1之间。线性阀的工作特性应该是线性的;

Δp100/Δpso之比在0.05~0.3之间,推荐用对数阀。如果需要一个非线性工作特性,以补偿一个非线性的自动化调节系统,例如,

补偿非线性的孔板流量变送器,则应在特性曲线族中,选择最恰当的特性。

      从图1-56、图1-57和式(1-52)中,可看出在Δpso=Δp100,即ψ=1的情况下,工作特性变为固有的线性特性或对数特性。这要根据调节阀的类型而定。在实际中,它代表了下列近似情况,即安装调节阀的管路非常短,局部阻力非常小,而升压设备内部压力损失是可以忽略的。

      图1-58还表示了当4=1时的升压设备特性曲线,即图中虚线。因为在p.=常数时,Δpsi=0.这种情况有时会在实践中遇到,即当调节阀被安装在两罐之间,而罐的压力保持常数的情况。图1-59中的特性曲线1对应于这种情况。

      除了用对应于阀门最大开度时的流量qv100的比率来表达工作特性曲线以外,还通过对应于阀门全开,并且升压设备内部压力损失Δpsi和导管压力损失Δpc是零时的流量qvmax的比率来表示特性曲线。这种情况就意味着调节阀是管路系统的唯一阻力,也就是调节阀的压力损失Δp100就等于整个系统的压力损失,即Δpr100=Δp80.管路系统工作点是p.和 qvmax,见图1-59.

(1-53)

式(1-51)除以式(1-53),得

       其中 kv=K,/Kv100     ψ=Δpr100/Δpsoo

      图1-60和图1-61示出了从式(1-54)得出的工作特性曲线族。可分为两种

类型:线性特性曲线和对数特性曲线。

      对于ψ=1,有Δpr100=Δpso,即升压设备产生的全部压力损失在调节阀上。在这种情况下,流量有最大值qvmaxo4<1的情况下,对于管路系统有更实际的意义。这相应于调节阀上的压力损失Δp,较小,即通过它的液体流量也较小的情况。对于同样尺寸和同样开度的调节阀,液体流量减少,与阀门上的压力损失Δp,成比例,这就是图1-60和图1-61中工作特性曲线的意义。

2.蝶形调节阀的工作特性

     确定蝶形调节阀工作特性的过程,与一般调节阀一样,从而可以导出蝶阀的一般固有特性曲线和工作特性曲线。图1-62中给出了蝶阀的工作特性曲线族的情况。

3.利用工作特性曲线选择调节阀

      为使调节阀有效地工作,在确定工作特性和固有特性时,需要分别考虑下面两种情况:①未给出管路系统压力损失,也未给出起始压力;②已知管路系统压力损失和起始压力。在两种不同的情况中,认为①是正常的。因为预先确定起始压力和系统压力损失,可能要求专用调节阀,或者选定的调节阀实际上不能正常工作。在实践中,两种情况都存在,应根据情况进行处理。可分别采用下面方法。

(1)对于情况①

1)确定Δpc100,即管线压力损失和局部压力损失之和。

2)确定工作特性,按工艺条件和自动化调节系统其他元件的情况,进而确定固有特性的类型。

3)确定调节阀上的压力损失和系统压力损失,可由选定的工作特性求出。

4)确定起始压力,用关系式po100=pv+Δpe100+Δpr1000

(2)对于情况②

1)确定Δpc100,即管线压力损失和局部压力损失之和。

2)确定调节阀在最大负荷下的压力损失,利用公式Δp100=Po100-pv-

Apc1000

3)确定比率ψ=Δp:100/Δpso0

4)利用比率Δp100/Δps.来选择调节阀的工作特性和固有特性。

4.调节阀的放大系数

     在整个调节范围内,自动化调节系统的品质指标依赖于系统的放大系数。如在整个调节范围内,系统放大系数是个常数,则调节过程的品质指标不受放大系数的影响;如放大系数是变化的,它将影响调节过程的品质指标。

     在自动化元件具有线性静态特性曲线时,对于已设计的调节阀,在整个工作范围内放大系数是个常数。如自动化元件具有非线性的静态特性,则工作范围内放大系数是变化的。由此可见,后面这个调节阀实际上是一个非线性元件。

    调节阀放大系数反映通过阀门的液体流量随调节阀开度的变化,也就是导数d(qv/qv10o)/dh,图1-63示出了对于不同比率Δp1100/Δpso,线性调节阀和对数调节阀放大系数的变化。

      分析这两个曲线图可以看到,在极限情况下,即当管路系统的压力损失,等于调节阀的压力损失Δp100时,线性调节阀的放大系数是常数。在其他所有的情况下,对于目前实际应用的调节阀,在整个开度变化范围内,放大系数不是常数。

5.带有分支的管路系统

(1)三通调节阀的工作特性

       三通调节阀能够用来作分配器,如图1-64所示;也能够用作混合器,如图1-65所示。泵SP推动温度为To、压力为p1的液体通过一个换热器,从换热器出来的液体温度必须调节到T1值。加热设备可以是一个具有放热反应的化学反应器。从加热设备出来的液体温度是T2.

借助一个自动调节系统,通过改变流经换热器和旁路的流量来使温度保持不变。

      介绍的两个简图是相似的,区别仅仅是三通调节阀的安装位置不同:安装在换热器前面的是作为分配器,安装在换热器后面的是作为混合器。

假设,在系统上的压力损失是个常数,即:Δpso=p.-pv=常数。为确定两通阀的工作特性,可利用由标准调节阀获得的式(1-52),如果考虑KvB=Kys-KvA和qv=qvA+qvB,就可得

    在图1-66中,给出了线性调节阀函数关系(qvA+qvB)/qv100=f(h)的图形。为了表清楚,仅仅考虑一个Δpr100/Δps.参数的值。

     分析图1-66可知,线性三通调节阀的最大总流量,是在开度的中间位置h=H/H100=0.5时,而不是在关闭其中的一个通路。这个问题的解释是:此时两路的阀门各自打开一半,工作于两路上的管路阻力是并联的,其总阻力比其他每一部分都小。

(2)带有分支的其他管路系统 大多数实际情况是与图1-56中给出的管路系统相似。此处介绍这种管路系统的一些缺点:

1)在自动化系统中,小流量调节阀是费事的,这时工艺过程的控制和调节是困难的。

2)当升压设备是柱塞泵时,这种管路不能使用。

     在实践中,利用另外一种安装线路,其目的是为了取消上述缺点,或是由于具体情况所要求。

图1-67示出并联调节阀的安装图,对于这样的系统,系数之间关系如下:

           (1-56)

式中  Kvs——对于图1-67中整个系统的KVS系数。

   对于一个特定的开度值h,式(1-56)可以写成下列形式:

   (1-57)

式中,KVS表示不同固有特性的表达式(线性特性或者对数特性)。式(1-57)还可以写成如下的形式:

  (1-58)

式中,kv(h)是并联管路的固有特性。将式(1-57)和式(1-58)相比,得

(1-59)

根据实际情况,可写成如下公式:

(1-60)

Kv(h)也是一样,对于整个系统,可以写成Kv(h)=Kv(h)/Kv100,将Kv(h)代入式(1-52),得

    (1-61)

      在图1-68中表示了对于不同比值Kvl/Kvs2系统的静态特性 qv/qv1oo=f(h).这种安装方法允许对整个开度范围进行流量调节,并保证自动调节系统高精度地工作。应强调指出:在接近关闭区域附近选定固有特性的看法是不正确的。实际上经常遇到上面介绍的系统。在这里,调节阀必须运行于一个大的开度范围之间。在并联的调节阀中,另外一种安装系统见图1-69.图 1-70 为图1-69所示系统的工作特性曲线。在利用容积泵的情况下,这个系统用来调节流量。

计算通过系统的总流量的公式如下:

  (1-62)

该式对于在系统中,有同样的压力损失∆ρs的情况是有效的。

对于管路阻力kvs1计算式(1-45),再与式(1-62)相比,得

  (1-63)

式中qvr1——通过调节阀的需要调节的流量。

图1-69示出对应于式(1-63)的工作特性曲线。参数比率Kvs1/Kvs2.

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