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  • 调节阀流量系数与可调比关系的研究 发布时间:2016-04-22 14:01:25 流量系数与可调比关系的研究

    调节阀有两种基本的流量特性:

    线性流量特性  Ф=Ф0+[(R-1)/R]*h(1)

    等百分比流量特性  Ф=Ф0Rh (2)

    式中:
    Ф为对应某开度时的流量系数
    R为可调比
    h为相对开度
    Ф0为h=0时的流量系数

    按照传统的解释,可调比R是指所能控制的最大流量和最小流量的比值,即

    R=最大控制流量/最小控制流量=Qmin/Qmax(3)

    在设计调节阀时,需先设定一个R值,然后计算各开度下的流量系数Ф,以此作为设计阀芯曲线或套筒窗口的依据。国内调节阀行业的两次统一设计,都是在设定R=30前提下,计算出了各开度对应的流量系数理论值(见表1)


    从应用角度,希望调节阀的放大倍数KD大一些,而KD与可调节比R有关

    线性特性  KD=(Qmin/L)*(R-1)/R(4)

    等百分比特性  KD=(Qmin/L)*InR*Rh-1(5)

    式中:L为全行程开度。可以看出,增大KD,应提高R值。因此,制造厂都都将可调比大于某一数值作为一项性能指标予以标明。但是调节阀R值越大,设计制造难度越大。对单、双座调节阀,若R值过大,阀芯制造时会在90%~100%开度范围内产生根切现象;对套筒调节阀,若R值太大,在90%~100%开度范围内会因窗口尺寸过宽而无法制造。这些都限制了R值的提高

    制造厂是在R=30前提下设计制造出调节阀产品,但对调节阀产品实际R值是多大、它与R=30的偏差等问题,目前尚未引起人们的重视。由于,设汁人员对R值的认识仅局限在Qmax和Qmin的比上,而Qmin只是个理论上存在的数值,无法进行测量,因此认为实际可调比也是无法计算的。在目前见到的有关调节阀的资料中,尚未看到这方面的论述。国内外调节阀的标准中,也未提出对R值的测量、计算和考核办法。这是由于对可调比概念的片面理解所造成的,现在有必要从可调比与流量系数的关系入手作进一步探讨与研究

    1 可调比与流量特性曲线的关系

    从流量系数的计算公式可以看出,R值取决于Qmin,但它决定了任意一个相对行程时的流量系数值。因此,无论从调节阀的设汁、制造和应用角度讲,这一点都具有很重要的实际意义。因为,任何调节阀都不可能使用在它的最小开度,也就是不会用其Qmin来工作,大量的使用场合是在某一开度(一般在全行程的20%—80%)上对流量进行控制。此时,调节阀的流量系数大小决定了调节阀的工作开度,流量系数相对于行程的变化量决定了调节阀的放大倍数,这些均与R值有关。因此,不能简单地从Qmax和Qmin的比去理解R值,而应当把R值看作是整个流量特性曲线的一个特征参数

    分析式(1)、式(2)与式(3)、式(4)可以看出,尺值变化对线性流量特性影响不大,特别在R1时,Ф与KD均与R值无关;对等百分比特性影响则较大,因此本文讨论R值对流量系数的影响仅限于等百分比特性

    当R值作为流量特性曲线的一个特征参数时,可以设想将全行程的流量特性曲线看成由几个不同R值决定的几段流量特性曲线组合而成。在0~80%开度时,R值取大一些,使调节阀在工作行程范围内有足够的R值,也就是有足够的放大倍数。在80%~100%开度范围,R值取小一些,使调节阀制造过程中,阀芯曲线和套筒开窗都容易实现。提高工作开度下的R值,也可以作为在调节阀设计中探索提高流通能力的一个途径。分段取不同的R值这一思想,已从IEC534-2-4(草案)和国外一些调节阀流量系数表中体现出来,这时可调比的含义已经不再是Qmax和Qmin之比了,它应当作为流量特性曲线的一个特征参数被认识、被研究

    2 R值计算方法

    调节阀实际可调比R值是可以计算出来的。根据公式(2)可推导出

    InФ=InФ0+h*InR(6)

    在InФ—h坐标系中,等百分比流量特性曲线是一直线,R值实际上决定了该直线的斜率。实际测量一台调节阀的流量特性,可以得到若干组(Ф,h)数据,由于制造和测量的误差,这些测量值在坐标系中呈近似直线分布,并认为这条近似直线就是这台调节阀的实际流量特性曲线。要得到这样一条直线,并使其最接近坐标系中的这些点,建议用最小二乘法求解

    在测量一台调节阀于不同开度时的流量系数时,可以得到相对行程和流量系数的K组数据,代入公式(6)得到方程组

    InФ1Ф0+h1*InR

    InФ2=InФ0+h2*InR(7)

    ..............

    InФi=InФ0+hi*InR

    式中,Ф0,R为这台调节阀的实际值,可从方程组(7)中用最小二乘法求其近似解:


    一般情况下取10个开度进行测量,即hi分别取0.1,0.2,0.3,…,1.0。此时有

    带入式(8)则有

    InR=0.545*In(Ф10Ф1)+0.424*In(Ф9Ф2)+0.303*In(Ф8Ф3)+0.182*In(Ф7Ф4)+0.061*In(Ф6Ф5) (9)

    将测量所得流量系数Фi代入公式(9),即可解出该台调节阀的实际可调比R值。若将表1中等百分比流量系数的理论值代入公式(9),即可反算出R=30。按式(9)解出的是全行程的可调比,为了准确了解调节阀在工作段的可调比,hi可分别取0.2,0.3…,0.8,即 copyright dedecms



    则有

    InR=1.07*In(Ф8Ф2)+0.714*In(Ф7Ф3)+0.357*In(Ф6Ф4)      (10)

    代入20%~80%开度时的各流量系数,可以得到该段流量特性的R值。同样,将表1中理论值数据代人式(10),也可反算出R=30。由于式(9)、式(10)中Ф值都是以比值形式出现,无论用绝对流量系数或相对流量系数计算其结果都是相等的。因此,用来计算R值是很方便的。同样,当需要计算任意段流量特性曲线的R值时,都可以推出相应的计算公式

    3 国内外一些调节阀R值的比较

    依据式(9)用国内统一设计的双座调节阀和联合设计的套筒调节阀,以及Fisher公司的ED型套筒阀的流量系数计算想应的R值,其结果见表2~表4



    内容来自dedecms

    从表中可以看出,尽管双座调节阀和套筒调节阀在设计时预先设定R=30,但实际生产的各种规格的调节阀其R值是不相同的

    比较表2、表3这两个系列调节阀的R值可以看出,双座调节阀各种规格的R值偏差较大,套筒调节阀各种规格的R值偏差较小。这与两种阀设计时对流量特性采用不同误差判定标准相吻合,双座调节阀以最大流量值的10%作为每个行程流量值的偏差范围,而套筒阀采用国际IEC标准中的斜率法计算流量特性偏差的方法。显然,后一种方法较前一种方法更能保证R值达到设计要求,这也说明了IEC标准斜率法的先进性

    比较表2、表3、表4还可以看出,国产调节阀的R值比国外调节阀小,国内双座阀R=30.5、套筒阀R=36.2;Fisher公司ED型套筒阀R=45.9

    再按式(10)计算国内套筒阀和Fisher公司ED型套筒阀在工作行程段(h=0.2~0.8)时的R值,并与全行程时的R值相比较,结果见表5与表6。可以看出,国产套筒阀工作行程段的R值和全行程R值接近,无显著改变,R=34.2,而Fisher公司套筒阀在工作行程段的R值明显高于全行程的R值,R=60.5


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    提高工作行程段的R值,其优越性在于它能更好地满足自控系统的需要,还能提高80%开度时的流量系数值,从而使全开时阀的流通能力有较显著的提高。通过对R值的分析比较,说明了国内外调节阀在设计水平上存在一定的差距

    4 对IEC534-2-4(草案)的理解

    IEC534-2-4(草案)第3.3款对等百分比流量特性作了如下规定:

    “在h=0.2和h=0.8之间,任意两个相邻流量系数发表值的对数之间的差值应在0.13和0.2范围内”。“低于h=0.2这两个值相应为0.13和0.25;高于h=0.8,此值应相应为0.03和0.2”

    这里作为流量特性偏差范围的选取,应当看作是按R值的变化范围决定的,试计算

    R=20,0.1 XlogR=0.13
    R=100,0.1 X logR=0.20
    R=300,0.1 X logR=0.25
    R=2,0.1X logR=0.03

    也就是说,流量特性偏差实质上是分段限制R值的变化范围,即

    h=0.2~0.8,R=20~100
    h=0.8~1.0,R=2~100
    h=0~0.2,R=20~300

    IEC的这一规定正是体现了将R值作为流量特性曲线的一个特征参数,并实现了在全行程范围内可以取不同R值这一设计思想。而国标GB4213-84《通用技术条件》在这个问题上是和IEC标准存在一定差异的。深入讨论R值及流量系数的关系,无论对设计、制造、应用调节阀都有一定的意义,对加强调节阀的基础理论研究,提高我国调节阀设计制造水平,都是十分必要的 打印 返回
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