调节阀的可调比特性分析.pdf

下载

2000年第 5期 阀 门 文章编 号 ：1002—5855 (2000】05—0011—04 一 【 调 节 阀 的 可 调 比 特 性 分 析 河北建筑科技学院，河北 邯郸 056038 摘要 依调节阀的结构特点将调节阀的开度划分 为有效行程区、无效行程 区和超调 区3个 区域。有效行程区是调节阀流量调节特性所研究的区域。有效行程区与超调区的 分界点称为界点。以流量调 节强度和流量调节精度为基础，分析 了界点的特性。在安装 状态下，调节阀界点下移，可调比也随之而变，应用传统的安装状 态的可调比计算式将 得 出不正确 结果。 关■调 调节闷 ；洼量调节 ；可调比 ；调节竭度 ；调节精度 中圈分 亏■ 螽 i～——’献磊 ii ^ —— 丁 Analysis on characteristics of adjustable ratio of regulator YANG Ji-Wei (Hebd Institute of Are~tectural Science＆ Ted- ogy，}hndaTl 056038， China) Abstract： In term of the regulator structure features， the openings of regulator can be des ． sifted into effective movement region，inefficient movement region，and exceed-adjusting re． gion．The effective movement region is the research region of the flow adjusting character~． tics of regulator The dividing point of the effective movement region and the exo~ed—adjLISt． ing region is the critical point We，in this paper，used the flow adjusting streng th and the floW adjusting precision as the basis analyzed the characteristics of the critical point．Under the installation condition，aS the critical point of regulator moved downward， the adjustable ratio correspo ndingly var ies ， but under traditional installation condition， the calcuhtion for． mula of the adjustable ratio will1ead to wrong result． Key words：Regulator；flow adjusting ；adjustable ratio； adjusting strength； adjusting precision 调节阀的可调比 R 是阀可调节的晟大流 量与最小流量之 比，它反映了调节阀所调节流 量的范围，在流量调节系统的设计和运行管理 等方面是一个重要参数。传统可调 比 R 的概 念和定义存在 2方面问题 ：其一是调节阀可调 节的最小流量如何确定，若最小流量确定不准 确，将直接影响可调比的值 ；其二是调节阀安 装在管路 中时，其最小流量如何确定 ，最小流 量将如何变化。对可调比特性的研究将直接影 响到对调节阀流量调节特性认识。本文以流量 调节精度和流量调节强度为基础进行分析研 究。 1 基本理论 1．1 流量调节叠度 为衡量调节阀的流量调节能力，文献 [4] 定义阀的流量调节强度为 作者简升：扬纪伟 (1960一) 男，副教授．从事流体力学和水力学教学和科研工作。 维普资讯 VALVE DESIGN QQ：40444436 VALVE DESIGN QQ群号：40444436 阀 门 2000年第5期 F ： 1 (1) q a 式中 F——流量调节强度，简称调节 强度， 是阀单位开度引起的流量变化与 该点的流量之比 0—— 无量纲 流量 —^— 阗相对开度 1．2 管路流量方程 安装有调节阀的管路流量方程为 △H = (Sv+SH)Q (2) 式中 SH——管道阻力模数，s2／ S ——阀的阻力模数，s2／m △H——管段两端总水头差．m Q——管路的体积流量，m ／s 当阀全开和在最小可凋开度 (h=h。)时 △H ： (SH+SVM)0— 2 (3) △H ： (SH+Svo)0 (4) 式中 sw ——阀全开时调节 阀的阻力模数， s2／m svD——调节 阀在最小可调开 度 h0时 的阻力模数，s2／m 1．3 安装状态的流量调节强度 调节阀在安装状态下的流量调节强度 为 【5) Fs = 一 1 dSv 2SH+2Sv dh (5) 固有状态的流量调节强度 F，与安装状态 的流量调节强度 关系为 ． Fs 』 (6) 1．4 流量调节精度 流量调节精度是衡量调节阀流量调节准确 程度 的一项指标，文献 [5]定义调节阀流量 调节精度为阎可控制的最小流量，其在某一开 度下的流量调节精度 e 为 ： (7) 口一 口 ，， 与调节强度F的关系为 ： 导 (8) (8， 式中 y—— 阀的调节系数 安装状态的流量调节精度为【 Y S 丑Y (9) H + Sv 2 基本概念 2．1 传统概念 调节 阀流 量可 调 比 R 是 一个 传 统 的概 念 [ ]、[2j、[3]。 R ： ： (10) m 口 式中 R——简称为可调比 Q— 、Q 。——流 过调节 阎的最大 和 最小流量．m ／s q一 、q 一 流过调节 阀的最大 和最 小无量纲流量 在式 (10)中，qmin为最小可调流量，一 般为最大流量 的 2％ ～4％，雨不是 泄漏 量。 泄漏量一般为最大流量的 0．1％～0．01％。 定义调节阀固有可调 比 研 为调节阀固有 状态的可调节的最大与最小流量比值，安装可 调比 Rs为调节阀安装状态可调节的最大和最 小流量 比值 ，二者关系为 ]【 )【3 Rs=Rr√Py (11) 式中 Pv——调节 阀上的压 降与系统 的压降 之 比 Pv ： "Pv ： = S vM／Ss (12) l+ SⅥ ／SH ⋯ 式中 Ap ——调节阀上的压降，MPa ApH——管路的压降，MPa 2．2 固有可调比 调节阀固有流量关系为f q=，(^)=／ (13) 由式 (13)得其固有可调比为 Rr= = ： ／ 2．3 安装可调比 如果调节阀安装在管路中，其最小可调节 流量所对应的阀开度与固有状态的相同，由式 (3)和 (4)得安装可调 比为 维普资讯 VALVE DESIGN QQ：40444436 VALVE DESIGN QQ群号：40444436 2000年第5期 阀 门 s= = ， 由式 (14)和 (15)得固有可调 比与安装 可调比的关系为 ／1十R， Sw ／SH 1+Sw ／SH = √1十Pv(R J 一1) (16) 式 (16)与式 (11)对 比，二者在公式结 构上有差异，因式 (11)在推导过程中进行了 简化。在实际工程中，R J一般为 30～60，Pv 一 般为 0．3～0．6。在这样的取值范围 内，式 (11)与式 (16)的计算结果相差很小。R，越 小，Pv越小，两式误差越大，当 P =0．05， R』=30时，两式相对误差约为 1％。应用式 (11)能够满足工程的要求。 3 调节阀开度分区 调节阀在各开度的流量调节精度和流量调 节强度不同。在开度很小时，流量调节能力很 强，开度很小的变化，都会引起流量的很大变 化，易发生超调现象，根据这个特点，将调节 阀的开度分为超调区有效行程区和无效行程 区 3个 区。 有效行程区为调节阀流量调节特性的研究 区域。在有效行程区，调节 阀具有 良好的流量 调节特性 ，阀芯的定位能够满足要求。超调区 的流量调节能力很大，流量可控性差，不能满 足要求，还易发生超调现象。无效行程区是阀 结构和装配的需要，在该区域内，阀开度的改 变所引起的流量变化很小，有的阀型无此区。 定义有效行程区与超调 区的分界点为调节 阀的流量调节界点，简称为界点。与界点相应 的流量是调节阀可调的最小流量，相应的调节 强度是可调节的最大调节强度。与界点相对应 的相对开度用 h0表示 。这样 3个 区可分别表 示为；超调 区，o4h<h。；有效行程 区，h0 ≤h≤100％；无效行程区，h>100％。 4 界点讨论 界点是阀流量调节特性 的分界点，其确定 依流量调节强度或流量调节精度比较合理。 4．1 界点分析 流量关系不同，阀不同开度的流量调节精 度不同，如取 Y=100，h=5％，则对应于快 开、直线和抛物三种流量关系，其 e。分别为 10％、20％、40％。如取 E =10％， Y=100， 对于快开、直线和抛物三种流量关系，其界点 相应的开度分别为 5％、10％、20％。由此可 见，在界点确定时，调节精度 e。的选择是很 重要的。 在上面未列对数流量关系，因其在推导过 程中，是以界点为阀开度的起点，即设在界点 处，h=0，流量为最小可调节流量 Q 。其 实际上仅是有效行程区内的流量关系式。 4．2 界点确定 当调节阀安装在管路 中，其流量特性、流 量调节强度和流量调节精度等都随管路的阻力 特性而变化。式 (10)描述 了固有调节强度与 安装调节强度的关系，由该式可见，在同一开 度下，安装调节强度总是小于 固有调节强度， 此时如以调节精度值来定界点，则安装状态的 界点开度总是小于固有状态，也可称其为界点 下移，这也表明安装状态的阀开度变化范围大 于固有状态。在流量系统设计时，阀的开度变 化范围要考虑界点下移这个特点。界点下移程 度由管路 阻力模 数 sH值 的大 小来定。由式 (6)和式 (9)可见，管路阻力小，界点下移 值就小。管路阻力值大，界点下移值就大。 固有状态界点的确定，首先选择调节精度 e。，之后再依调节阀阻力特性和结构特性 (调 节系数 y)综合确定。 安装状态界点的确定，首先定出固有状态 的界点及调节精度关 系，计算管路阻力特性 ， 由式 (9)定出安装状态的界点所对应的 s ， 随后可求出界点对应的开度。 4．3 安装可调比分析 式 (11)和式 (16)定义 的安 装可调 比， 是认为固有和安装两状态的界点开度相同。未 考虑界点下移的情况，因此应用这两式将会得 到不正确的计算结果。建议在实际应用中．这 两式的计算结果只能作为参考，实际的安装可 维普资讯 VALVE DESIGN QQ：40444436 VALVE DESIGN QQ群号：40444436 14 阀 门 调比值要大于计算结果。 在安装可调比计算中，首先应用安装状态 的界点计算方法确定界点，之后再计算出与界 点相对应的流量．应用这套方法计算界点是正 确 的。 5 结论 以流量调节强度和流量调节精度为基础 ， 分析可调 比和界点等问题，得到结论 ①从调节阀结构和流量特性角度考虑，将 调节阀开度分成了超调区、有效行程区和无效 行程区； ②界点的确定是应用中的一个难题，其确 定以调节精度为基础，综合考虑阀的结构特性 和阻力特性，对安装状态的界点计算还必须考 虑管路阻力特性 ； @在安装状态下，调节阀发 生界点下移， 2000年第 5期 这也使得有效行程区扩大。因此，安装可调比 不能按式 (11)和式 (16)计算； ④对数关系具有良好的流量调节特性，而 对数关系实质是仅适应于有效行程区内的流量 关系； ⑤计算安装可调比时．首先应用安装状态 的界点计算方法确定界点，之后计算出与界点 相对应的流量，随后可得到安装可调 比。 参 考 文 献 [1] 施倥 良．谓节 I爵的选 择 [M] 北京 ：中国建筑工业 出舨社．1986． [2] 张玉润 低 压障比谓节 舟与节 能 [M]．北 京：化学 工业 出版社，1994． [3] 黑国熙．调节 I爵使用与维修 [Mj．北京 ：化学工业 出版 社 ．1999 (4] 橱纪伟．调节鹧流量关系变形特性分析 U)．流体机 槭。1999(5)． 0] 橱纪伟．调节舟流量调节特性分析 (I]．舟门，1999(4) ’一 ⋯ ⋯ 一 ’ i 产 品 广 告 ； L ⋯ ， 向悠提供—— 阀门水压 自平衡式试压设备 开封高压阀1]厂是我国阀门行业的重点骨干企业，现为中国阀门行业体会理事长厂。工厂集 垮热加工为一体，技术力量雄厚，质保 手段齐全，通过美 国石 油学会 (API)质量认证．掷威 DNV公 司 ISO 9001国际质量体系认证，产品广泛用于 电力、石油、化工和冶金等行业。 工厂在 l进 国外高温高压 电站阀门设计制造技术基础上，工艺部 f-j自行研制开发的阀门水压 自平衡式试验机，采用平衡 自补偿原理，使阀门在试压过程 中阀门本身不受大的挤压力，随着压 力的上升，其本身结构使阀门受力 自动平衡。谈设备只需配用一个水压试压泵，无需其他液压动 力源。谈设备设计原理先进，性能稳定，安全可靠，使用方便，维修简单。1993年 10月获国家 专利，专利证书号：ZL 93 240982．2。谈设备在本厂使用 10多年， 已成系列。承载能力为 30～ 800t，适用 口径 10--600ram。近年来为 国内其他阀门制造厂、 电力 院校和发 电厂制造多台，使 用效果 良好。该设备不断得到改进．一机多用，可同时适用于法兰式及焊接坡 12式阀门，并可为 用户制造垒套完整的试压系统。 阀门专业制造厂曲技术及经验，价格台理，性能优 良，一流的信誉，一流的品质，一流的服 务，使您的阀门检测夏方便，更快捷，夏有效。 欢迎广大客户来电来函联系及 实地考察。 联系地址：开封高压瞬门厂工艺处 联系电话：(0378)2925211—2319，2318 邮 编：475002 联 系 人：王希东 维普资讯 VALVE DESIGN QQ：40444436 VALVE DESIGN QQ群号：40444436