氣動偏心旋轉閥的流量特性是介質流過控制閥的相對流量與相對位移(控制閥的相對開度)間的關系,一般來說改變控制閥的閥芯與閥座的流通截面,便可控制流量。但實際上由于多種因素的影響,如在截流面積變化的同時,氣動調節閥還發生閥前后壓差的變化,而壓差的變化又將引起流量的變化。
在閥前后壓差保持不變時,控制閥的流量特性稱為理想流量特性;控制閥的結構特性是指閥芯位移與流體流通截面積之間的關系,它純粹由閥芯大小和幾何形狀決定,與控制閥幾何形狀有關外,還考慮了在壓差不變的情況下流量系數的影響,因此,控制閥的理想流量特性與結構特性是不同的。
理性流量特性主要由線性、等百分比、拋物線及快開四種。在實際生產應用過程中,控制閥前后壓差總是變化的,這時的流量特性稱為工作流量特性,因為控制閥往往和工藝設備串聯或并聯使用,流量因阻力損失的變化而變化,在實際工作中因閥前后壓差的變化而使理想流量特性畸變成工作特性。
控制閥的理想流量特性,在生產中常用的是直線、等百分比、快開三種,拋物線流量特性介于直線與等百分比之間,一般可用等百分比來代替,而快開特性主要用于二位式調節及程序控制中。
電動調節閥因此,控制閥的特性選擇是指如何選擇直線和等百分比流量特性。
目前控制閥流量特性的選擇多采用經驗準則,可從下述幾個方面考慮:
從調節系統的質量分析 下圖是一個熱交換器的自動調節系統,它是由調節對象、變送器、調節儀表和控制閥等環節組成。
K1變送器的放大系數,K2調節儀表的放大系數,K3執行機構的放大系數,K4控制閥的放大系數,K5調節對象的放大系數。
很明顯,系統的總放大系數K為:K=K1*K2*K3*K4*K5 K1、K2、K3、K4、K5分別為變送器、調節儀表、執行機構、控制閥、調節對象的放大系數,在負荷變動的情況下,為使調節系統仍能保持預定的品質指標;則希望總的放大系數在調節系統的整個操作范圍內保持不變。通常,變送器、調節器(已整定好)和執行機構的放大系數是一個常數,但調節對象的放大系數卻總是隨著操作條件變化而變化,所以對象的特性往往是非線性的。因此,適當選擇控制閥的特性,以閥的放大系數的變化來補償調節對象放大系數的變化,而使系統的總放大系數保持不變或近似不變,從而提高調節系統的質量。
因此,控制閥流量特性的選擇應符合:
K4*K5=常數 對于放大系數隨負荷的加大而變小的現象,假如選用放大系數隨負荷加大而變大的等百分比特性控制閥,便能使兩者相互抵消,合成的結果,使總放大系數保持不變,近似于線性。當調節對象的放大系數為線性時,則應采用直線流量特性,使總放大系數保持不變。
2、從工藝配管情況考慮 控制閥總是與管道、設備等連在一起使用,由于系統配管情況的不同,配管阻力的存在引起控制閥上壓降的變化,因此,閥的工作流量特性與閥的理想流量特性也有差異。必須根據系統特點來選擇希望得到的工作特性,然后再考慮配管情況來選擇相應的理想特性。
控制閥、全部工藝設備和管路系統上的壓差,稱為系統總壓差。控制閥全開時閥前后壓差ΔPmin與系統總壓差ΔP之比稱為S值,即:S= ΔPmin/ΔP
考慮工藝配管情況,可參照下表選擇相應的理想特性。
表1 考慮工藝配管情況表 配管情況 S= 1-0.6 S= 0.6-0.3 S < 0.3 閥的工作特性 直線 等百分比 直線 等百分比 不宜控制 閥的理想特性 直線 等百分比 等百分比 等百分比 不宜控制 從上表可以看出,當S=1-0.6之間時,所選理想特性與工作特性一致。當S=0.6-0.3時,若要求工作特性是線性的應選等百分比,這是因為理想特性為等百分比特性的閥,當S=0.6-0.3時,經畸變的工作特性已經接近線性了;當要求的工作特性為等百分比時,那么其理想曲線應比它更凹一些,此時可通過閥門定位器凸輪外廓曲線來補償或采用雙曲線特性來解決。當S<0.3時,直線特性已嚴重畸變為快開特性而不利于調節,既使是等百分比理想特性,工作特性也已嚴重偏離理想特性接近于直線特性,雖然仍能進行調節,但它的調節范圍已大大減小,所以一般不希望S值小于0.3。確定阻力比S的大小,應從兩個方面考慮:首先應保證調節性能,S值越大,工作特性畸變越小,對調節有利;但S越大說明調節的壓差損失越大,造成不必要的動力消耗。一般設計時取S=0.3 -0.5之間,對于高壓系統考慮到節約動力,允許S=0.15。對于氣體介質,因阻力損失較小,一般S值都大于0.5。
3、從負荷變化情況分析 直線特性控制閥在小開度時流量相對變化值大,過于靈敏容易引起振蕩,使閥芯、閥座極易受到破壞,在S值小,負荷變化大的場合不宜采用。等百分比控制閥的放大系數隨控制閥行程增加而增加,流量相對變化值是恒定不變的,因此它對負荷波動有較強的適應性,無論在滿負荷或半負荷生產時,都能很好的調節;從制造角度來看也并不困難。在生產過程中等百分比是應用最廣泛的一種。