过程控制_国海峰过程控制12讲

1 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 4. 执行器的流通能力执行器的流通能力 流通能力C：调节阀全开,阀前后压力差为0.1MPa、 流体密度为1gcm3时，每小时流过阀门的流体流 量(体积(m3)或质量(kg) C是选择调节阀口径的依据 对通过执行器的流体流量的控制，是通过改变其 阀芯与阀座之间的流通截面积大小，即改变其阻力大 小来达到的。所以，从流体力学来看，执行器是一个 局部阻力可以变化的节流元件。 2 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 已知：对不可压缩流体的流量公式： V012 2 () g qApp = 流通能力C与调节阀结构参数的关系 流量系数 g重力加速度 A0调节阀接管截面积 流体重度 qv-流体的体积流量 0 2CAg= 令： 则： V Cq p = 3 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 可见： ? 流通能力C表示了调节阀的结构参数。对于不同口径、 不同结构形式的调节阀，其阻力不同，则流通能力C 也不同。 ? 根据控制(调节)所需的物料量qvmax、 qvmin，流体重 度以及阀上的压差p，可以求得最大流量、最小流 量时的Cmax和Cmin值。根据Cmax，在所用产品型式的 标准系列中取大于Cmax值并最接近一级的C值，从而 查出执行器的公称直径Dg和dg。 V Cq p = 4 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 5.执行器的流量特性5.执行器的流量特性 执行器的流量特性将直接影响系统的稳定性和控制 质量。所以在工程中必须合理、正确使用。 max q q max ql f qL = 执行器的流量特性： 是指被控介质流过阀门的相对流量 与阀门的相对开度之间的关系 相对流量，调节阀某一开度流量与全开流量之比 / l L 相对开度，即执行器某一开度行程与全行程之比 5 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 流量不仅与阀的开度有关,同时还与阀前后的压差 有关，执行器接在管路中工作时，阀开度一变，随着流 量的变化，阀前后压差也发生变化。为了便于分析比 较，先假定阀前后压差为一定值，然后再引伸到真实情 况。所以流量特性有理想流量特性和工作流量特性两个 概念。 6 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 理想情况：压差不变(为分析方便) （1）理想流量特性：（1）理想流量特性：在阀前后压差为一定的情况下得到 的流量特性(阀门制造厂提供) 四种: a)直线流量特性 b)对数(等百分比)流量特性 c)抛物线流量特性 d)快开流量特性 7 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 流量特性完全取决于阀芯的形状: a)快开b)直线c)抛物线d)对数 阀芯形状 8 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 是指阀的相对流量与相对开度成直线关系 max ( /) ( / ) d q q K d l L = ?直线流量特性（线性流量特性） 阀杆单位行程变化所引起的流量变化是一个常数 K常数，即执行器的放大系数 9 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 带入方程，得： 当l0时，q=qmin； 当lL时，q=qmax。 max ql KC qL =+ min max q C q = min max 1 q K q = minmin maxmaxmax 1 qqql qqLq =+ 将上式积分得：C积分常数 已知边界条件： max min q R q = 10 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） max 1 1 (1) ql R qRL =+ max min q R q = 或： 调节阀的可调比调节阀的可调比 即调节阀所能控制的最大流量和 最小流量之比(国产阀R=30） ? q/qmax与 l/L 之间为线性关系; ? 其流量特性调节阀的放大系数是一个常数; ? 只要阀芯位移变化量相同，则流量变化也总是相同的; ? 即单位行程变化所引起的流量变化是相等的。 可见 11 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 相对流量的增量相同，但相对流量的变化量不同 调节阀的相对开度与相对流量(R=30) 在10开度时(22.7-13)/13100 % =75 % 在50开度时(61.3-51.7)/51.7100 % =19 % 在80开度时(90.3-80.6)/80.6100 % =11% 增量总是 9.67 12 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 可见： 当小开度时，流量的相对变化量大 ，控制作用强，易 引起震荡；当大开度时，流量的相对变化量小 ，控制 作用缓慢 希望的情况是：对过程控制系统来说，要求在小负荷 时控制作用小一些，大负荷时控制作用加强一点，这 需要由调节阀的流量特性来补偿。直线流量特性调节 阀是不能满足这一要求的。 13 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 单位相对行程的变化所引起的相对流量变化与此点的 相对流量成正比关系，即调节阀对数流量特性曲线的 斜率（放大系数）是随行程(开度)的增大而递增的 max max ( /) ( / ) d q qq K d l Lq = ?对数(等百分比)流量特性对数(等百分比)流量特性 14 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 将上式积分，可得： 1 max max max ( /) 1n ql d q qKd qL ql KC qL = =+ 已知边界条件： 当l0时，q=qmin； 当lL时，q=qmax。 min max 1n q C q = min max 1n q K q = ， maxmax maxminmin 1n1n1n1 1n qqqll R qqLqL = (1) max l L q R q = 或： 15 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 例如：(根据调节阀的相对开度与相对流量表) 在10开度时(6.58-4.67)/4.67100 % =40 % 在50开度时(25.6-18.3)/18.3100 % =40% 在80开度时(71.2-50.8)/50.8100 % =40% 等百分比流量特性 可见调节阀对数流量特性曲线的斜率即放大系数是随 行程(开度)的增大而递增的。在行程变化值相同的情况 下，当流量小时，则流量变化亦小；当流量大时，则 流量变化亦大。 16 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） ?从过程控制工程来看，利用对数(等百分比) 流量特性是有利的； ?调节阀在小开度时，调节阀的放大系数小， 控制平稳缓和； ?调节阀在大开度时，其放大系数大，控制作 用灵敏有效。 17 2.3.4 执行器（调节阀）2.3.4 执行器（调节阀） 单位相对行程(开度)的变化所引起的相对流量 变化与此点的相对流量的平方根成正比 max max ( /) ( / ) d q qq K d l Lq = 将上式积分后代人边界条件可得 2 max 1 1 (1) ql R qRL =+ q/qmax与 l/L 之间为抛物线关系