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調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系

作者:科姆  來源:互聯(lián)網(wǎng)  更新時(shí)間:2019-12-25 14:21:38  點(diǎn)擊次數(shù):

 調(diào)節(jié)閥有兩種基本的流量特性:

線性流量特性調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系.jpg

等百分比流量特性Ф=Ф0Rh (2)

式中:Ф為對(duì)應(yīng)某開度是的流量系數(shù);R為可調(diào)比;h為相對(duì)開度;Ф0為h=0是的流量系數(shù)。

按照傳統(tǒng)的解釋,可調(diào)比 R 是指所能控制最大流量的比值,即

調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系1.jpg

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)算各開度下的流量系數(shù)Ф,以此作為設(shè)計(jì)閥芯曲線和套簡窗口的依據(jù)。國內(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)算出了各開度對(duì)應(yīng)的流量系數(shù)理論值(見表 1)。

表 1 R=30 調(diào)節(jié)閥各相對(duì)開度的流量系數(shù) Ф流量特性Ф0各相對(duì)開度 Ф 值0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0線性3.3313.0022.6732.3342.0051.6761.3371.0080.6790.33100.00等百分比3.334.686.589.2512.9918.2625.6536.0550.6571.17100.00            

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),

線性特性調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系2.jpg

等百分比特性調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系3.jpg

式中:L為全行程開度??梢钥闯觯龃驥D,應(yīng)提高R值,因此,制造廠都將可調(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值過大,閥芯制造時(shí)會(huì)在90%~100%開度范圍內(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%開度范圍內(nèi)會(huì)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(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的偏差等問題,目前尚未引起人們的重視。由于,設(shè)計(jì)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,無法進(jìn)行測(cè)量,因此認(rèn)為實(shí)際可調(diào)比也是無法計(jì)算的。在目前見到的有關(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、可比閥與流量特性曲線的關(guān)系

從流量系數(shù)的計(jì)算公式可以看出,R值取決于,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,無論從調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)、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)?,任何調(diào)節(jié)閥都不可能使用在它的最小開度,也就是不會(huì)用其Qmin來工作,大量的使用場(chǎng)合是在某一開度(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)流量特性曲線的一個(gè)特征參數(shù)。

分析式(1)、式(2)與式(3)、式(4)可以看出,R 值變化對(duì)線性流量特性影響不大,特別在R>1時(shí),Ф與KD均與R值無關(guān);對(duì)等百分比特性影響則較大,因此本文討論值對(duì)流量系數(shù)的影響僅限于等百分比特性。

當(dāng)R值作為流量特性曲線的一個(gè)特征參數(shù)時(shí),可以設(shè)想將全行程的流量特性曲線看成由幾個(gè)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(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%開度范圍,R值取小一些,使調(diào)節(jié)閥制造過程中,閥芯曲線和套筒開窗都容易實(shí)現(xiàn)。提高工作開度下的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)和國外一些調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)表中體現(xiàn)出來,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)算出來的,根據(jù)公式(2)可推導(dǎo)出

lnФ=lnФ0+hlnR(6)

在lnФ—h坐標(biāo)系中,等百分比流量特性曲線是一直線,R值實(shí)際上決定了該直線的斜率。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)量誤差,這些測(cè)量值在lnФ—h坐標(biāo)系中呈近似直線分布,并認(rèn)為這條近似直線就是這臺(tái)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性曲線。要得到這樣一條直線,并使其最接近坐標(biāo)系中的這些點(diǎn),建議用最小二乘法求解。

在測(cè)量一臺(tái)調(diào)節(jié)閥于不同開度時(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

調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系4.jpg

式中:Ф0,R為這臺(tái)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際值,可從方程組(7)中用最小二乘法求其近似值:

調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系5.jpg

一般情況下取10個(gè)開度進(jìn)行測(cè)量,即hi分別去0.1,0.2,0.3,…,1.0。此時(shí)有K=10,調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系6.jpg=5.5;調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系7.jpg=3.85,代入式(8)則有

調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系8.jpg

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k=7,調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系9.jpg=3.5,調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系10.jpg=2.03,則有

 

調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系11.jpg

代入20%~80%開度時(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)代入式(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),無論用絕對(duì)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的 值時(shí),都可以推出相應(yīng)的計(jì)算公式。

3 國內(nèi)外一些調(diào)節(jié)閥 R 值的比較

依據(jù)式(9)用國內(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)算相應(yīng)的R值,其結(jié)果見表 2~表 4。

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。

表 2 雙座調(diào)節(jié)閥流量系數(shù) Ф 值及 R 計(jì)算值公稱通徑 DN×dN各相對(duì)開度 Ф 值可調(diào)比 R0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0252.654.577.8412.7617.9625.0435.0049.1174.53103.3951.5323.096.309.9013.9918.9024.6030.1042.8074.40100.0034.6407.4410.2811.5213.2216.8821.9228.8252.8478.9292.0017.4507.6811.8914.9018.4022.9029.5037.8053.5070.4098.2014.6653.957.7211.3615.5320.2026.5636.5150.7777.5399.5828.9803.347.6410.4914.6319.8528.0037.7550.2875.4997.2532.41004.707.6810.3214.2018.8127.3537.0252.8272.3997.6027.11254.146.499.4712.8919.3727.6137.3451.8866.66103.6332.31502.555.708.5012.4218.1725.4534.9848.4876.7496.8145.7200  12.2016.1020.1025.1032.0046.5075.80100.5020.0表 3 套筒調(diào)節(jié)閥流量系數(shù) Ф 值及 R 計(jì)算值公稱通徑 DN×dN各相對(duì)開度 Ф 值可調(diào)比 R0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0254.107.9012.1016.5020.4029.6042.2061.0081.50103.0030.940            C=162.126.0610.0014.3118.7524.7534.5051.0673.7596.8845.360            C=256.549.1211.7614.8420.2428.1638.6056.0078.0099.2021.3503.106.459.9015.0522.4832.5046.5067.5090.5097.7545.2653.256.8310.2414.6320.6327.4640.3258.7386.35107.9441.2804.207.6711.1014.9721.0529.7040.6060.5080.1092.6029.91003.577.3711.0315.2121.8030.3944.1364.9082.0693.2334.9125            C=2503.697.0010.8015.2421.2029.8041.6059.6087.60102.8036.9125            C=3703.347.1410.8415.1921.8931.6245.9565.4182.4393.2437.52003.176.9010.7915.6622.4131.9042.7660.3481.2196.0337.83003.316.9210.5414.5420.2328.6243.8564.2382.3194.0838.3表 4 Fisher 公司 ED 型套簡閥流量系數(shù) Ф 值及 R 計(jì)算值公稱通徑 DN×dN各相對(duì)開度 Ф 值可調(diào)比 R0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01*1/4×1*5/160.7831.542.202.894.215.767.8310.914.117.227.41*1/2×1*7/81.522.633.875.417.4511.217.424.530.835.836.32×2*5/161.662.934.666.9810.816.525.437.350.759.757.62*1/2×2*7/83.437.1310.815.122.433.749.271.189.599.441.33×3*7/164.327.5310.917.127.243.566.097.012013654.24×4*3/85.8511.618.330.249.779.712517120522464.86×712.925.843.367.410416223931636839447.18×8L=218.538.058.486.713018926837147656741.98×8L=327.058.110518830747860569576181843.1            

比較表 2、表 3、表 4 還可以看出,國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥的R值比國外調(diào)節(jié)閥小,國內(nèi)雙座閥-1-151120093011V1.jpg=30.5、套簡閥R-1-151120093011V1.jpg=36.2;Fisher公司ED型套簡閥-1-151120093011V1.jpg=45.9。

再按式(10)計(jì)算國內(nèi)套簡閥和Fisher公司ED型套簡閥在工作行程段(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)果見表 5 與表 6??梢钥闯?,國產(chǎn)套簡閥工作行程段的R值和全行程R值接近,無顯著改變,-1-151120093011V1.jpg=34.2,而Fisher公司套簡閥在工作行程段的R值明顯高于全行程的R值,-1-151120093011V1.jpg=60.5。

提高工作行程段的R值,其優(yōu)越性在于它能更好地滿足自控系統(tǒng)的需要,還能提高80%開度時(shí)的流量系數(shù)值,從而使全開時(shí)閥的流通能力有較顯著的提高。通過對(duì)R值的分析比較,說明了國內(nèi)外調(diào)節(jié)閥在設(shè)計(jì)水平上存在一定的差距。

表 5 國產(chǎn)套筒調(diào)節(jié)閥 R 值套筒閥行程段套筒閥各規(guī)格 R 值R 平均2040            C=1640            C=25506580100125            C=250125            C=370200300全行程30.945.321.345.241.229.934.936.937.537.838.336.2h=0.2~0.826.928.920.549.233.429.535.433.039.235.238.434.2表 6 Fisher 公司套筒閥 R 值套筒閥行程段套筒閥各規(guī)格 R 值R 平均1*1/4×1*5/11*1/2×1*7/82×2*5/162*1/2×2*7/83×3*7/164×4*3/86×78×8L=28×8L=3全行程27.435.357.641.354.264.867.141.943.145.9h=0.2~0.825.841.569.746.278.199.769.045.069.760.5

4、對(duì) IEC 534—2—4(草案)的理解IEC 534—2—4(草案)第3.3款對(duì)等百分比流量特性做了如下規(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)”?!暗陀趆=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×logR=0.13

R=100,0.1×logR=0.20

R=300,0.1×logR=0.25

R=2,0.1×logR=0.03

也就是說,流量特性偏差實(shí)際上是分段限制R值的變化范圍,即

h=0.2~0.8,R=20~80;

h=0.8~1.0,R=2~100;

h=0~0.2,R=20~300;

IEC 的這一規(guī)定正是體現(xiàn)了將R值作為流量特性曲線的一個(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。而國標(biāo)GB 4213—84《氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥通用技術(shù)條件》在這個(gè)問題上是和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,提高我國調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)制造水平,都是十分必要的。

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