流量与阀门开度的关系

阀门的流量特性

不同的流量特性会有不同的阀门开度;

①快开流量特性,起初变化大,后面比较平缓;

②线性流量特性,就是阀门的开度跟流量成正比,也就就是说阀门开度达到50%,阀

门的流量也达到50%;

③等百流量特性,跟快开式的相反,就是起初变化小,后面比较大。

阀门开度与流量、压力的关系,没有确定的计算公式。它们的关系只能用笼统的函数式表示,具体的要查特定的试验曲线。

调节阀的相对流量Q/Qmax与相对开度L/Lmax的关系

:Q/Qmax=f(L/Lmax)

调节阀的相对流量Q/Qmax与相对开度L/Lmax、阀上压差的关系:

Q/Qmax=f(L/Lmax)(dP1/dP)^(1/2)。

调节阀自身所具有的固有的流量特性取决于阀芯形状,其中最简单就是直线流量特性:调节阀的相对流量与相对开度成直线关系,即单行程变化所引起的流量变化就是一个常数。阀能控制的最大与最小流量比称为可调比,以R表示,R=Qmax/Qmin, 则直线流量特性的流量与开度的关系为:

Q/Qmax=(1/R)[1+(R-1)L/Lmax]

开度一半时,Q/Qmax=51、7%

等百分比流量特性:Q/Qmax=R^(L/Lmax-1)

开度一半时,Q/Qmax=18、3%

快开流量特性:Q/Qmax=(1/R)[1+(R^2-1)L/Lmax]^(1/2)

开度一半时,Q/Qmax=75、8%

流量特性主要有直线、等百分比(对数)、抛物线及快开四种

①直线特性就是指阀门的相对流量与相对开度成直线关系,即单位开度变化引起的流量变化时常数。

②对数特性就是指单位开度变化引起相对流量变化与该点的相对流量成正比,即调节阀的放大系数就是变化的,它随相对流量的增大而增大。

③抛物线特性就是指单位相对开度的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系。

④快开流量特性就是指在开度较小时就有较大的流量,随开度的增大,流量很快就达到最大,此后再增加开度,流量变化很小,故称快开特性。

隔膜阀的流量特性接近快开特性,

蝶阀的流量特性接近等百分比特性,

闸阀的流量特性为直线特性,

球阀的流量特性在启闭阶段为直线,在中间开度的时候为等百分比特性。

指数运算:

X^y=exp(y*㏑(x))

主要有快开、等百分比及线性三种型式。球阀与蝶阀在一般情况下不做调节之用,如做调节用,也就是在开度很小的情况下才起到调节作用,一般可以归为快开型,而真正作为调节用的大部分基本上就是截止阀,把阀头加工成如抛物线形锥形、球形等都会用不同的曲线特性,一般来说作为调节,基本上百分比的特性用的比较多。

调节阀流量特性控制分析

众所周知,调节阀就是自动控制中直接与流体相接触的执行器。对热工对象来说,其控制流体(往往就是水)的流量与压力,关系着生产过程、空气调节等自动化的技术目标的实现。正确选取调节阀的结构形式、流量特性与产品规格,对于自控系统的稳定性、经济合理性有十分重要的作用。

常用的调节阀有座式与蝶阀两类。随着生产技术的发展,调节阀的结构型式越来越多,调节阀结构型式的选择主要就是根据工艺参数(温度、压力、流量)、介质性质(粘度、腐蚀性、毒性、杂质状况)以及调节系统的要求(可调节比、噪音、泄漏量)综合考虑来确定。一般情况下,应首选普通单、双座阀与套筒阀。因为此类调节阀结构简单,阀芯形状易于加工,比较经济;或根据具体的特殊要求选择相应结构形式的调节阀。结构型式确定以后,调节阀的具体规格关系到阀的流量特性就是否与系统特性相匹配,关系到系统就是否稳定性高、经济性好。调节阀的流量特性,就是指流体流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系。易推知,相对流量与相对开度成正相关,即阀门通道越小,相对开度越小,相对流量越小;阀门通道越大,相对开度越大,相对流量越大。阀门通道为零时,这时流量为零,即阀门关闭。由流体力学可知,通过阀门的流量与阀门前后的压差成正相关的关系,即:

式中:Q指通过阀门的流量;ΔP就是指阀门前后形成的压差;K就是指系数。

压差往往就是由阀门开度(阀芯的位移L)所形成的流体通道决定,开度越小,相对开度越小,阀门前后压差越大;开度越大,相对开度越大,阀门前后的压差越小。可以说,通过调节阀的流量大小不仅与阀的开度有关,而且与阀前后的压差有关。工作中的调节阀,当阀的开度改变时,不仅流量发生了变化,阀前后压差也发生了变化。为了便于讨论,先假定阀前后压差一定,即先讨论理想流量特性,然后再考虑调节阀在管路中的实际情况,即

讨论工作流量特性。

2 理想流量特性

理想流量特性就是在阀前后压差固定的情况下得到的流量特性,它决定于阀芯的形状,因此也称之为结构特性。在理想情况下,流量仅随阀门开度变化而变化,从控制的角度瞧,观察调节阀的控制指标,研究流量特性,就是一种常用的方法。在常用的调节阀中,有四种典型的理想流量特性,如图1所示。

2、1 直线特性

调节阀的相对流量与相对开度成直线关系,如图1中(1)曲线所示。曲线斜率不变,即它的放大系数不变。以相对行程等于10%、50%、80%三点为例,当行程变化10%时,所引起相对流量变化10%,而它的相对变化值(即灵敏度)分别为100%、20%、12、5%。

可以推知,在变化相同行程情况下,阀门相对开度较小时,相对流量变化值大,灵敏度高;相对开度较大时,相对流量变化值小,灵敏度低。这往往使直线特性阀门控制性能变坏:在小开度时,放大系数相对来说很大,调节过程往往产生振荡;在大开度时,放大系

数相对来说不大,灵敏度低,容易使阀门动作迟缓,调节时间延长。

2、2 对数特性

其单位相对行程的变化引起的相对流量的变化与此点相对流量成正比例,如图1中(2)曲线所示。以同样的行程L等于10%、50%、80%三点为例,当行程变化10%时,流量变化值分别为1、9%、7、4%、20、5%,可以说其放大系数随阀门的开大而增大。因此,这种阀门在小开度时,放大系数小,工作得缓与平稳;在大开度时,放大系数大,工作得灵敏

有效。同样,各点灵敏度为40%处处相等(也可称等百分比特性),便于控制。

2、3 快开特性与抛物线特性

快开特性如图1中(3)曲线所示,在阀门开度小时,流量变化较大,随着开度增大,流量很快达到最大值,放大系数大,灵敏度高。在阀门开度大时,流量变化不大,放大系数较小,灵敏度也较低。在压力不太大、调节要求不高的场合应用,开则快,关则慢,不易引起管网大的压力波动。抛物线特性如图1中(4)曲线所示。这种阀的单位相对行程的变化所引起的相对流量与此点的相对流量值的平方根成正比关系。它介于曲线(1)(2)之间,其特性接近对数阀特性,但由于其阀芯加工复杂,较少采用。

3 工作流量特性

调节阀处于工艺管路系统中工作时,管路系统的阻力变化或旁路阀的开启程度的阀

前后压差变化,使得在同样的阀门开度时,不再像理想流量特性那样流量保持不变,对应

的流量将有所变化。我们把调节阀前后压差变化的流量特性称为工作特性。

3、1 串联管路时的工作流量特性

在工程中,调节阀就是装在具有阻力的管道系统上,见图2。当该系统两端总压差一定时,调节阀上的压差就会随着流量的增加而减少。随着阀门开大,阀前后压差减少,因此,在阀相对开度相同的情况下,此时的流量比理想流量特性下要小一些。在阀门开度较大时,调节阀前后的压差减小,流量较大。