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聯(lián)系人：葛挺 （經(jīng)理）
閱讀：559發(fā)布時(shí)間：2008-7-28
| 作 者： | 程懷濟(jì) 鞍熱工裝自控儀表有限公司 |
| 摘 要： | 從實(shí)際使用要求出發(fā)，討論了調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系，提出把可調(diào)比看作流量特性曲線(xiàn)的特征參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，指出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)流量系數(shù)偏差規(guī)定的區(qū)別，并通過(guò)相應(yīng)計(jì)算得出國(guó)內(nèi)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的不足之處。 |
| 關(guān)鍵字： | 調(diào)節(jié)閥 流量系數(shù) 可調(diào)比 |
| 調(diào)節(jié)閥有兩種基本的流量特性： 線(xiàn)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： 按照傳統(tǒng)的解釋?zhuān)烧{(diào)比R是指所能控制的zui大流量和zui小流量的比值，即 R=zui大控制流量/zui小控制流量=Qmin/Qmax（3） 在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥時(shí)，需先設(shè)定一個(gè)R值，然后計(jì)算各開(kāi)度下的流量系數(shù)Ф，以此作為設(shè)計(jì)閥芯曲線(xiàn)或套筒窗口的依據(jù)。國(guó)內(nèi)調(diào)節(jié)閥行業(yè)的兩次統(tǒng)一設(shè)計(jì)，都是在設(shè)定R=30前提下，計(jì)算出了各開(kāi)度對(duì)應(yīng)的流量系數(shù)理論值（見(jiàn)表1）。 表1R=30調(diào)節(jié)閥各相對(duì)開(kāi)度的流量系數(shù)Ф
從應(yīng)用角度，希望調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)KD大一些，而KD與可調(diào)節(jié)比R有關(guān)， 線(xiàn)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為全行程開(kāi)度?？梢钥闯?，增大KD，應(yīng)提高R值。因此，制造廠都都將可調(diào)比大于某一數(shù)值作為一項(xiàng)性能指標(biāo)予以標(biāo)明。但是調(diào)節(jié)閥R值越大，設(shè)計(jì)制造難度越大。對(duì)單、雙座調(diào)節(jié)閥，若R值過(guò)大，閥芯制造時(shí)會(huì)在90%~100%開(kāi)度范圍內(nèi)產(chǎn)生根切現(xiàn)象；對(duì)套筒調(diào)節(jié)閥，若R值太大，在90%~100%開(kāi)度范圍內(nèi)會(huì)因窗口尺寸過(guò)寬而無(wú)法制造。這些都限制了R值的提高。 制造廠是在R=30前提下設(shè)計(jì)制造出調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品，但對(duì)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品實(shí)際R值是多大、它與R=30的偏差等問(wèn)題，目前尚未引起人們的重視。由于，設(shè)汁人員對(duì)R值的認(rèn)識(shí)僅局限在Qmax和Qmin的比上，而Qmin只是個(gè)理論上存在的數(shù)值，無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，因此認(rèn)為實(shí)際可調(diào)比也是無(wú)法計(jì)算的。在目前見(jiàn)到的有關(guān)調(diào)節(jié)閥的資料中，尚未看到這方面的論述。國(guó)內(nèi)外調(diào)節(jié)閥的標(biāo)準(zhǔn)中，也未提出對(duì)R值的測(cè)量、計(jì)算和考核辦法。這是由于對(duì)可調(diào)比概念的片面理解所造成的，現(xiàn)在有必要從可調(diào)比與流量系數(shù)的關(guān)系入手作進(jìn)一步探討與研究。 1 可調(diào)比與流量特性曲線(xiàn)的關(guān)系 從流量系數(shù)的計(jì)算公式可以看出，R值取決于Qmin，但它決定了任意一個(gè)相對(duì)行程時(shí)的流量系數(shù)值。因此，無(wú)論從調(diào)節(jié)閥的設(shè)汁、制造和應(yīng)用角度講，這一點(diǎn)都具有很重要的實(shí)際意義。因?yàn)?，任?font color="#000000">調(diào)節(jié)閥都不可能使用在它的zui小開(kāi)度，也就是不會(huì)用其Qmin來(lái)工作，大量的使用場(chǎng)合是在某一開(kāi)度（一般在全行程的20%—80%）上對(duì)流量進(jìn)行控制。此時(shí)，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)大小決定了調(diào)節(jié)閥的工作開(kāi)度，流量系數(shù)相對(duì)于行程的變化量決定了調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)，這些均與R值有關(guān)。因此，不能簡(jiǎn)單地從Qmax和Qmin的比去理解R值，而應(yīng)當(dāng)把R值看作是整個(gè)流量特性曲線(xiàn)的一個(gè)特征參數(shù)。 分析式（1）、式（2）與式（3）、式（4）可以看出，尺值變化對(duì)線(xiàn)性流量特性影響不大，特別在R>>1時(shí)，Ф與KD均與R值無(wú)關(guān)；對(duì)等百分比特性影響則較大，因此本文討論R值對(duì)流量系數(shù)的影響于等百分比特性。 當(dāng)R值作為流量特性曲線(xiàn)的一個(gè)特征參數(shù)時(shí)，可以設(shè)想將全行程的流量特性曲線(xiàn)看成由幾個(gè)不同R值決定的幾段流量特性曲線(xiàn)組合而成。在0~80%開(kāi)度時(shí)，R值取大一些，使調(diào)節(jié)閥在工作行程范圍內(nèi)有足夠的R值，也就是有足夠的放大倍數(shù)。在80%~100%開(kāi)度范圍，R值取小一些，使調(diào)節(jié)閥制造過(guò)程中，閥芯曲線(xiàn)和套筒開(kāi)窗都容易實(shí)現(xiàn)。提高工作開(kāi)度下的R值，也可以作為在調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)中探索提高流通能力的一個(gè)途徑。分段取不同的R值這一思想，已從IEC534-2-4（草案）和國(guó)外一些調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)表中體現(xiàn)出來(lái)，這時(shí)可調(diào)比的含義已經(jīng)不再是Qmax和Qmin之比了，它應(yīng)當(dāng)作為流量特性曲線(xiàn)的一個(gè)特征參數(shù)被認(rèn)識(shí)、被研究。 2 R值計(jì)算方法 調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比R值是可以計(jì)算出來(lái)的。根據(jù)公式（2）可推導(dǎo)出 InФ=InФ0+h＊InR （6） 在InФ—h坐標(biāo)系中，等百分比流量特性曲線(xiàn)是一直線(xiàn)，R值實(shí)際上決定了該直線(xiàn)的斜率。實(shí)際測(cè)量一臺(tái)調(diào)節(jié)閥的流量特性，可以得到若干組（Ф，h）數(shù)據(jù)，由于制造和測(cè)量的誤差，這些測(cè)量值在坐標(biāo)系中呈近似直線(xiàn)分布，并認(rèn)為這條近似直線(xiàn)就是這臺(tái)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性曲線(xiàn)。要得到這樣一條直線(xiàn)，并使其zui接近坐標(biāo)系中的這些點(diǎn)，建議用zui小二乘法求解。 在測(cè)量一臺(tái)調(diào)節(jié)閥于不同開(kāi)度時(shí)的流量系數(shù)時(shí)，可以得到相對(duì)行程和流量系數(shù)的K組數(shù)據(jù)，代入公式（6）得到方程組 InФ1=InФ0+h1＊InR InФ2=InФ0+h2＊InR （7） .............. InФi=InФ0+hi＊InR 式中，Ф0，R為這臺(tái)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際值，可從方程組（7）中用zui小二乘法求其近似解： （8） 一般情況下取10個(gè)開(kāi)度進(jìn)行測(cè)量，即hi分別取0.1，0.2，0.3，…，1.0。此時(shí)有
帶入式（8）則有 InR=0.545＊In（Ф10/Ф1）+0.424＊In（Ф9/Ф2）+0.303＊In（Ф8/Ф3）+0.182＊In（Ф7/Ф4）+0.061＊In（Ф6/Ф5） （9） 將測(cè)量所得流量系數(shù)Фi代入公式（9），即可解出該臺(tái)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比R值。若將表1中等百分比流量系數(shù)的理論值代入公式（9），即可反算出R=30。按式（9）解出的是全行程的可調(diào)比，為了準(zhǔn)確了解調(diào)節(jié)閥在工作段的可調(diào)比，hi可分別取0.2，0.3…，0.8，即
則有 InR=1.07＊In（Ф8/Ф2）+0.714＊In（Ф7/Ф3）+0.357＊In（Ф6/Ф4） （10） 代入20%~80%開(kāi)度時(shí)的各流量系數(shù)，可以得到該段流量特性的R值。同樣，將表1中理論值數(shù)據(jù)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現(xiàn)，無(wú)論用流量系數(shù)或相對(duì)流量系數(shù)計(jì)算其結(jié)果都是相等的。因此，用來(lái)計(jì)算R值是很方便的。同樣，當(dāng)需要計(jì)算任意段流量特性曲線(xiàn)的R值時(shí)，都可以推出相應(yīng)的計(jì)算公式。 3 國(guó)內(nèi)外一些調(diào)節(jié)閥R值的比較 依據(jù)式（9）用國(guó)內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的雙座調(diào)節(jié)閥和聯(lián)合設(shè)計(jì)的套筒調(diào)節(jié)閥，以及Fisher公司的ED型套筒閥的流量系數(shù)計(jì)算想應(yīng)的R值，其結(jié)果見(jiàn)表2~表4。 表2 雙座調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Ф值及R計(jì)算值
表3 套筒調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Ф值及R計(jì)算值
表4 Fisher公司ED型套筒閥流量系數(shù)Ф值及R計(jì)算值
從表中可以看出，盡管雙座調(diào)節(jié)閥和套筒調(diào)節(jié)閥在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先設(shè)定R=30，但實(shí)際生產(chǎn)的各種規(guī)格的調(diào)節(jié)閥其R值是不相同的。 比較表2、表3這兩個(gè)系列調(diào)節(jié)閥的R值可以看出，雙座調(diào)節(jié)閥各種規(guī)格的R值偏差較大，套筒調(diào)節(jié)閥各種規(guī)格的R值偏差較小。這與兩種閥設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)流量特性采用不同誤差判定標(biāo)準(zhǔn)相吻合，雙座調(diào)節(jié)閥以zui大流量值的10%作為每個(gè)行程流量值的偏差范圍，而套筒閥采用IEC標(biāo)準(zhǔn)中的斜率法計(jì)算流量特性偏差的方法。顯然，后一種方法較前一種方法更能保證R值達(dá)到設(shè)計(jì)要求，這也說(shuō)明了IEC標(biāo)準(zhǔn)斜率法的*性。 比較表2、表3、表4還可以看出，國(guó)產(chǎn)調(diào)節(jié)閥的R值比國(guó)外調(diào)節(jié)閥小，國(guó)內(nèi)雙座閥R=30.5、套筒閥R=36.2；Fisher公司ED型套筒閥R=45.9。 再按式（10）計(jì)算國(guó)內(nèi)套筒閥和Fisher公司ED型套筒閥在工作行程段（h=0.2~0.8）時(shí)的R值，并與全行程時(shí)的R值相比較，結(jié)果見(jiàn)表5與表6?？梢钥闯觯瑖?guó)產(chǎn)套筒閥工作行程段的R值和全行程R值接近，無(wú)顯著改變，R=34.2，而Fisher公司套筒閥在工作行程段的R值明顯高于全行程的R值，R=60.5。 表5 國(guó)產(chǎn)套筒調(diào)節(jié)閥R值
表6 Fisher公司套筒閥R值
提高工作行程段的R值，其*性在于它能更好地滿(mǎn)足自控系統(tǒng)的需要，還能提高80%開(kāi)度時(shí)的流量系數(shù)值，從而使全開(kāi)時(shí)閥的流通能力有較顯著的提高。通過(guò)對(duì)R值的分析比較，說(shuō)明了國(guó)內(nèi)外調(diào)節(jié)閥在設(shè)計(jì)水平上存在一定的差距。 4 對(duì)IEC534-2-4（草案）的理解 IEC534-2-4（草案）第3.3款對(duì)等百分比流量特性作了如下規(guī)定： “在h=0.2和h=0.8之間，任意兩個(gè)相鄰流量系數(shù)發(fā)表值的對(duì)數(shù)之間的差值應(yīng)在0.13和0.2范圍內(nèi)”。“低于h=0.2這兩個(gè)值相應(yīng)為0.13和0.25；高于h=0.8，此值應(yīng)相應(yīng)為0.03和0.2”。 這里作為流量特性偏差范圍的選取，應(yīng)當(dāng)看作是按R值的變化范圍決定的，試計(jì)算 R=20，0.1 XlogR=0.13 也就是說(shuō)，流量特性偏差實(shí)質(zhì)上是分段限制R值的變化范圍，即 h=0.2~0.8，R=20~100 IEC的這一規(guī)定正是體現(xiàn)了將R值作為流量特性曲線(xiàn)的一個(gè)特征參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)了在全行程范圍內(nèi)可以取不同R值這一設(shè)計(jì)思想。而國(guó)標(biāo)GB4213-84《氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥通用技術(shù)條件》在這個(gè)問(wèn)題上是和IEC標(biāo)準(zhǔn)存在一定差異的。深入討論R值及流量系數(shù)的關(guān)系，無(wú)論對(duì)設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用調(diào)節(jié)閥都有一定的意義，對(duì)加強(qiáng)調(diào)節(jié)閥的基礎(chǔ)理論研究，提高我國(guó)調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)制造水平，都是十分必要的。 參考文獻(xiàn) 1 余善富 氣動(dòng)執(zhí)行器北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1982 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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