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上海艾迪爾自控儀表有限公司
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上海艾迪爾自控儀表有限公司
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閱讀：561發布時間：2008-7-28
| 作 者： | 程懷濟 鞍熱工裝自控儀表有限公司 |
| 摘 要： | 從實際使用要求出發，討論了調節閥流量系數與可調比關系，提出把可調比看作流量特性曲線的特征參數，在此基礎上，指出國家標準和IEC標準對流量系數偏差規定的區別，并通過相應計算得出國內現有標準及產品設計中存在的不足之處。 |
| 關鍵字： | 調節閥 流量系數 可調比 |
| 調節閥有兩種基本的流量特性： 線性流量特性 Ф=Ф0+[（R-1）/R] ＊h（1） 等百分比流量特性 Ф=Ф0Rh （2） 式中： 按照傳統的解釋，可調比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） 在設計調節閥時，需先設定一個R值，然后計算各開度下的流量系數Ф，以此作為設計閥芯曲線或套筒窗口的依據。國內調節閥行業的兩次統一設計，都是在設定R=30前提下，計算出了各開度對應的流量系數理論值（見表1）。 表1R=30調節閥各相對開度的流量系數Ф
從應用角度，希望調節閥的放大倍數KD大一些，而KD與可調節比R有關， 線性特性 KD=（Qmin/L）＊（R-1）/R （4） 等百分比特性 KD=（Qmin/L）＊InR＊Rh-1 （5） 式中：L為全行程開度。可以看出，增大KD，應提高R值。因此，制造廠都都將可調比大于某一數值作為一項性能指標予以標明。但是調節閥R值越大，設計制造難度越大。對單、雙座調節閥，若R值過大，閥芯制造時會在90%~100%開度范圍內產生根切現象；對套筒調節閥，若R值太大，在90%~100%開度范圍內會因窗口尺寸過寬而無法制造。這些都限制了R值的提高。 制造廠是在R=30前提下設計制造出調節閥產品，但對調節閥產品實際R值是多大、它與R=30的偏差等問題，目前尚未引起人們的重視。由于，設汁人員對R值的認識僅局限在Qmax和Qmin的比上，而Qmin只是個理論上存在的數值，無法進行測量，因此認為實際可調比也是無法計算的。在目前見到的有關調節閥的資料中，尚未看到這方面的論述。國內外調節閥的標準中，也未提出對R值的測量、計算和考核辦法。這是由于對可調比概念的片面理解所造成的，現在有必要從可調比與流量系數的關系入手作進一步探討與研究。 1 可調比與流量特性曲線的關系 從流量系數的計算公式可以看出，R值取決于Qmin，但它決定了任意一個相對行程時的流量系數值。因此，無論從調節閥的設汁、制造和應用角度講，這一點都具有很重要的實際意義。因為，任何調節閥都不可能使用在它的zui小開度，也就是不會用其Qmin來工作，大量的使用場合是在某一開度（一般在全行程的20%—80%）上對流量進行控制。此時，調節閥的流量系數大小決定了調節閥的工作開度，流量系數相對于行程的變化量決定了調節閥的放大倍數，這些均與R值有關。因此，不能簡單地從Qmax和Qmin的比去理解R值，而應當把R值看作是整個流量特性曲線的一個特征參數。 分析式（1）、式（2）與式（3）、式（4）可以看出，尺值變化對線性流量特性影響不大，特別在R>>1時，Ф與KD均與R值無關；對等百分比特性影響則較大，因此本文討論R值對流量系數的影響于等百分比特性。 當R值作為流量特性曲線的一個特征參數時，可以設想將全行程的流量特性曲線看成由幾個不同R值決定的幾段流量特性曲線組合而成。在0~80%開度時，R值取大一些，使調節閥在工作行程范圍內有足夠的R值，也就是有足夠的放大倍數。在80%~100%開度范圍，R值取小一些，使調節閥制造過程中，閥芯曲線和套筒開窗都容易實現。提高工作開度下的R值，也可以作為在調節閥設計中探索提高流通能力的一個途徑。分段取不同的R值這一思想，已從IEC534-2-4（草案）和國外一些調節閥流量系數表中體現出來，這時可調比的含義已經不再是Qmax和Qmin之比了，它應當作為流量特性曲線的一個特征參數被認識、被研究。 2 R值計算方法 調節閥實際可調比R值是可以計算出來的。根據公式（2）可推導出 InФ=InФ0+h＊InR （6） 在InФ—h坐標系中，等百分比流量特性曲線是一直線，R值實際上決定了該直線的斜率。實際測量一臺調節閥的流量特性，可以得到若干組（Ф，h）數據，由于制造和測量的誤差，這些測量值在坐標系中呈近似直線分布，并認為這條近似直線就是這臺調節閥的實際流量特性曲線。要得到這樣一條直線，并使其zui接近坐標系中的這些點，建議用zui小二乘法求解。 在測量一臺調節閥于不同開度時的流量系數時，可以得到相對行程和流量系數的K組數據，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為這臺調節閥的實際值，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個開度進行測量，即hi分別取0.1，0.2，0.3，…，1.0。此時有
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） 將測量所得流量系數Фi代入公式（9），即可解出該臺調節閥的實際可調比R值。若將表1中等百分比流量系數的理論值代入公式（9），即可反算出R=30。按式（9）解出的是全行程的可調比，為了準確了解調節閥在工作段的可調比，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%開度時的各流量系數，可以得到該段流量特性的R值。同樣，將表1中理論值數據代人式（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，無論用流量系數或相對流量系數計算其結果都是相等的。因此，用來計算R值是很方便的。同樣，當需要計算任意段流量特性曲線的R值時，都可以推出相應的計算公式。 3 國內外一些調節閥R值的比較 依據式（9）用國內統一設計的雙座調節閥和聯合設計的套筒調節閥，以及Fisher公司的ED型套筒閥的流量系數計算想應的R值，其結果見表2~表4。 表2 雙座調節閥流量系數Ф值及R計算值
表3 套筒調節閥流量系數Ф值及R計算值
表4 Fisher公司ED型套筒閥流量系數Ф值及R計算值
從表中可以看出，盡管雙座調節閥和套筒調節閥在設計時預先設定R=30，但實際生產的各種規格的調節閥其R值是不相同的。 比較表2、表3這兩個系列調節閥的R值可以看出，雙座調節閥各種規格的R值偏差較大，套筒調節閥各種規格的R值偏差較小。這與兩種閥設計時對流量特性采用不同誤差判定標準相吻合，雙座調節閥以zui大流量值的10%作為每個行程流量值的偏差范圍，而套筒閥采用IEC標準中的斜率法計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值達到設計要求，這也說明了IEC標準斜率法的*性。 比較表2、表3、表4還可以看出，國產調節閥的R值比國外調節閥小，國內雙座閥R=30.5、套筒閥R=36.2；Fisher公司ED型套筒閥R=45.9。 再按式（10）計算國內套筒閥和Fisher公司ED型套筒閥在工作行程段（h=0.2~0.8）時的R值，并與全行程時的R值相比較，結果見表5與表6。可以看出，國產套筒閥工作行程段的R值和全行程R值接近，無顯著改變，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 國產套筒調節閥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足自控系統的需要，還能提高80%開度時的流量系數值，從而使全開時閥的流通能力有較顯著的提高。通過對R值的分析比較，說明了國內外調節閥在設計水平上存在一定的差距。 4 對IEC534-2-4（草案）的理解 IEC534-2-4（草案）第3.3款對等百分比流量特性作了如下規定： “在h=0.2和h=0.8之間，任意兩個相鄰流量系數發表值的對數之間的差值應在0.13和0.2范圍內”。“低于h=0.2這兩個值相應為0.13和0.25；高于h=0.8，此值應相應為0.03和0.2”。 這里作為流量特性偏差范圍的選取，應當看作是按R值的變化范圍決定的，試計算 R=20，0.1 XlogR=0.13 也就是說，流量特性偏差實質上是分段限制R值的變化范圍，即 h=0.2~0.8，R=20~100 IEC的這一規定正是體現了將R值作為流量特性曲線的一個特征參數，并實現了在全行程范圍內可以取不同R值這一設計思想。而國標GB4213-84《氣動調節閥通用技術條件》在這個問題上是和IEC標準存在一定差異的。深入討論R值及流量系數的關系，無論對設計、制造、應用調節閥都有一定的意義，對加強調節閥的基礎理論研究，提高我國調節閥設計制造水平，都是十分必要的。 參考文獻 1 余善富 氣動執行器北京 機械工業出版社 1982 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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