發(fā)布于:2019/7/15 11:11:54 點(diǎn)擊量:165
在過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段,正確選用調(diào)節(jié)閥的流量特性(以下簡稱選用),是一個(gè)必須要解決的技術(shù)問題,對(duì)提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)起事半功倍的作用?,F(xiàn)在杜伯拉閥門技術(shù)君跟大家來分享一下:
從現(xiàn)有文獻(xiàn)看,理論選用方法尚在研究探索之中,設(shè)計(jì)中大都采用經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則解決選用問題。然而各種文獻(xiàn)給出的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則并非全都一致,有些經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則對(duì)適用范圍交待不清。例如常見的換熱器出口溫度控制系統(tǒng),有相變傳熱與無相變傳熱的選用結(jié)論不全相同。若不明白選用理論,機(jī)械地套用經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則,有可能會(huì)導(dǎo)致選用失誤。因此,對(duì)選用的理論、及方法進(jìn)行研究很有必要。
由圖1可知,當(dāng)調(diào)節(jié)器已整定,則Kc為常量,選用的理論依據(jù)為
Ko = Kv*Kp*Km≈常量 (1)
式中:Ko、Kv、Km—分別為系統(tǒng)廣義對(duì)象、調(diào)節(jié)閥、被控對(duì)象、檢測變送器的放大系數(shù)。
從選用角度分析式(1):
(1)選用的目的是以Kv補(bǔ)償Kp、Km,對(duì)Ko作非線性校正。若系統(tǒng)運(yùn)行中無干擾施入,即Kp、Km的工作點(diǎn)不變,則不需作非線性校正,選用任何一種流量特性調(diào)節(jié)閥都能符合式(1)要求。所以,無干擾就不存在選用問題,研究選用的理論與方法,必須聯(lián)系干擾因素來了解其適用性。
(2)選用的過程是根據(jù)系統(tǒng)主要干擾作用下的Kp、Km變化規(guī)律,選定符合式(1)要求的,在該干擾作用下的Kv變化規(guī)律。由于Km的變化規(guī)律決定于檢測、變送器整機(jī)輸出入信號(hào)之間的固有函數(shù)關(guān)系,與干擾因素?zé)o關(guān)。因此,解決選用的關(guān)鍵,在于對(duì)系統(tǒng)主要干擾作用下的Kv、Kp變化規(guī)律的求取與了解。
(3)從現(xiàn)有的各種理論選用方法看,實(shí)質(zhì)上都是采用定性分析的方法,來解決選用問題。所以對(duì)選用有實(shí)用意義的是了解常用的線性、對(duì)數(shù),快開流量特性調(diào)節(jié)閥在各種干擾作用下所反映的Kv變化規(guī)律,以用作選用依據(jù);了解常用的各種理論選用方法,求取干擾作用下Kp變化規(guī)律的可行性與適用性,這將對(duì)設(shè)計(jì)人員選擇選用的方法,具有指導(dǎo)意義。
根據(jù)以上分析,文獻(xiàn)通常給出的關(guān)于選用的論述,存在的問題主要表現(xiàn)為:對(duì)調(diào)節(jié)閥流量特性、Kv的論述,偏重一種形式,從選用角度看,有值得商榷之處;只給出理想工況(即閥前閥后壓降ΔPv為恒值)下的各閥Kv變化規(guī)律,用于選用,對(duì)干擾的適用范圍不清;沒有聯(lián)系干擾因素來論證求取Kv變化規(guī)律的可行性,以及對(duì)選用方法的適用性。因此,對(duì)選用缺乏實(shí)用意義,需加以修正與補(bǔ)充。
本文旨在解決上述問題,下文將探討文獻(xiàn)對(duì)閥流量特性、Kv的論述;從討論閥流量特性與Kv的四種表達(dá)形式著手,以推導(dǎo)所得的用變量Q/Qmax、Q、C/Cmax或C所表征的各閥四種Kv表達(dá)式為依據(jù),根據(jù)分析給出的有關(guān)變量在干擾作用下的狀態(tài),給出線性、對(duì)數(shù)、快開流量特性調(diào)節(jié)閥在干擾作用下所呈現(xiàn)的Kv變化規(guī)律,以及對(duì)選用的適用范圍;論證求取干擾作用下Kp變化規(guī)律的可行性,及對(duì)選用方法的適用性。
2、探討文獻(xiàn)對(duì)閥流量特性、Kv的論述
2.1 分析有關(guān)變量在干擾作用下的狀態(tài)
為方便下文的討論,需先了解有關(guān)變量在干擾作用下的狀態(tài)。某一開度或全開時(shí)閥的流量方程分別為:
式中:
g—重力加速度,是恒值;
ρ—密度,不可壓縮流體p為恒值;
C—閥的流通能力;
Cmax—已確定通徑調(diào)節(jié)閥的最大流通能力,實(shí)質(zhì)上即為根據(jù)工藝參數(shù)計(jì)算所得的系統(tǒng)最大流量下的C值,在閥的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品系列中經(jīng)設(shè)計(jì)人員合理圓整、選定的閥公稱流通能力Cg,Cg為恒值,即Cmax為恒值。
無論用經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則、或是理論方法選用,通常都是在眾多干擾中,確定一個(gè)出現(xiàn)最頻,對(duì)被控變量y影響最大的干擾,作為系統(tǒng)主要干擾變量來考慮選用,其它次要干擾則均視為常量。
干擾形式眾多,一般可等效視為廣義的負(fù)荷(即非Δpv干擾)或Δpv干擾兩種類型。
由此,依據(jù)式(2)、(3)可知:
(1)定值系統(tǒng)負(fù)荷為主要干擾,Δpv等次要干擾可視為常量;Qmax為常量;Cmax為恒值;Q,C為變量。
(2)定值系統(tǒng)Δpv為主要干擾,負(fù)荷等次要干擾可視為常量;Δpv為變量;Cmax為恒值;由式(3)知,Qmax∝Δpv,即Qmax為變量;Q的狀態(tài)可作如下分析,因給定值X為恒值,由工藝操作的物料或能量平衡原理,以及系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程可知,Δpv干擾施入之初引起Q的變化,會(huì)很快被系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用改變閥的開度所克服,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)Q仍為Δpv干擾施入前的流量值不變,所以Q仍可視為常量;C隨閥的開度而變,所以C為變量。
以上結(jié)論,下文討論中作為已知條件引用。
2.2、探討文獻(xiàn)通常采用的論述形式
對(duì)閥的流量特性,通常都以流體流過閥的相對(duì)流量Q/Qmax與閥桿相對(duì)行程L/Lmax之間的函數(shù)關(guān)系定義。定義式為
Q/Qmax=f(L/Lmax) (4)
對(duì)各閥流量特性、Kv的論述可歸納如表1所述。
表中K為比例常數(shù),線性閥K=1-1/R,對(duì)數(shù)閥K=InR,快開閥K=(1-1/R2)/2;R為閥的理想可調(diào)范圍,R=Qmax/Qmin=Cmax/Cmin=30。
文獻(xiàn)所稱的各閥理想流量特性曲線見圖2。
結(jié)合圖2分析文獻(xiàn)對(duì)閥流量特性的定義,是用Q/Qmax與L/Lmax兩個(gè)相對(duì)無因次變量之間的函數(shù)關(guān)系來表征,實(shí)質(zhì)上是表征閥的相對(duì)流量特性。所以(4)式應(yīng)確切地稱為閥的相對(duì)流量特性定義式;圖2應(yīng)確切地稱為各閥的理想相對(duì)流量特性曲線圖;在圖2曲線上的各點(diǎn)作切線,其斜率的變化反映了以Q/Qmax表征的各閥相對(duì)放大系數(shù)(記為K'VQ)的變化規(guī)律;切線的數(shù)學(xué)式,即為閥相對(duì)放大系數(shù)的定義式
K'VQ =d(Q/Qmax)/d(L/Lmax) (5)
因而表1中的流量特性表達(dá)式,應(yīng)確切地稱為調(diào)節(jié)閥相對(duì)流量特性表達(dá)式。由式(5)可知,即為各閥的K'VQ表達(dá)式(見表2),反映了理想工況下,以Q/Qmax表征的各閥K'VQ變化規(guī)律,由式(3)知,理想工況下Qmax為常量,由此方可把各閥的K'VQ變化規(guī)律表達(dá)為如表1所述,以有因次變量Q所表征的各閥放大系數(shù)K,變化規(guī)律的形式。所以,表1給出的Kv變化規(guī)律的形式。所以,表1給出的K,變化規(guī)律,實(shí)質(zhì)上出自各閥的K'VQ變化規(guī)律,其成立條件為理想工況。
因此,表1給出的各閥Kv變化規(guī)律用于選用,適用范圍不清,需明確對(duì)干擾的適用范圍。
(1)定值系統(tǒng)負(fù)荷為主要干擾:已知Δpv,Qmax可視為常量,與以上分析給出的各閥K'VQ或KV變化規(guī)律的成立條件相同,可適用于選用。
(2)定值系統(tǒng)Δpv為主要干擾;已知Δpv、Qmax為變量,與各閥K'VQ或KV變化規(guī)律的成立條件不符,圖2也不成立,所以不能適用于選用。
由此,從選用角度看表1,應(yīng)如表2所示。
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