《过程控制与集散系统》 方康玲 3 过程控制系统设计

1、estest3 3 过程控制系统设计过程控制系统设计3 3 过程控制系统设计过程控制系统设计本章学习内容本章学习内容v3.1 过程控制系统设计步骤过程控制系统设计步骤v3.2 确定控制变量与控制方案确定控制变量与控制方案v3.3 过程控制系统硬件选择过程控制系统硬件选择v3.4 节流元件计算节流元件计算v3.5 调节阀选择调节阀选择v3.6 计算举例计算举例过程控制的设计任务、步骤和系统设计方法流量计和调节阀的计算方法 3 过程控制系统设计过程控制系统设计3.1 过程控制系统设计步骤过程控制系统设计步骤具体步骤:3 过程控制系统设计过程控制系统设计1根据工艺要求和控制目标确定根据工艺要求和控制

2、目标确定系统变量系统变量2建立数学模型建立数学模型3确定确定控制方案控制方案4选择选择硬件设备硬件设备5选择控制算法，进行控制器设计选择控制算法，进行控制器设计6软件设计软件设计7. 设备安装、调试与整定、运行设备安装、调试与整定、运行3 过程控制系统设计过程控制系统设计3.2 确定控制变量与控制方案确定控制变量与控制方案根据控制目标确定控制变量n定性控制目标：稳定性、安全性和经济性被控变量n是工业过程的输出变量n选择原则针对目标、直接关系到质量、建模简单、可测输入变量n分控制输入和扰动输入n控制输入的选择原则对被控量影响大、变化范围大、作用快、直接作用确定控制方案确定控制方案 控制结构反馈控

3、制、前馈控制、推断控制 控制算法PID 、串级控制、比值控制、补偿控制、解耦控制、预测控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、鲁棒控制3 过程控制系统设计过程控制系统设计3 过程控制系统设计过程控制系统设计前馈控制 利用扰动量的直接测量值，调节控制变量，使被控变量保持在预期值。3 过程控制系统设计过程控制系统设计(3) 推断控制推断控制 当被控变量不能直接测量使用，利用辅助变量的测量值来调节控制变量，使不可测的被控变量保持在预期值。 3 过程控制系统设计过程控制系统设计3.3 过程控制系统硬件选择过程控制系统硬件选择根据过程控制的输入输出变量以及控制要求，可以选定系统硬件，包含：v控制装置v测

4、量仪表、传感器v执行机构v报警、保护、连锁等部件3 过程控制系统设计过程控制系统设计保护保护装置装置检测检测/变送变送控制控制器器执行执行机构机构被控被控对象对象3.3.2 控制装置控制装置3 过程控制系统设计过程控制系统设计用于过程控制的计算机控制设备多采用DCS（集散控制系统）或PLC（可编程序控制器）。模拟量控制回路较多，开关量较少的过程控制系统宜采用DCS控制；模拟量控制回路较少，开关量较多的过程控制系统宜采用PLC控制。v 检测部件一般宜采用定型产品，设计过程控制系统时，根据控制方案选择测量仪表和传感器v 选型原则： 可靠性 实用性 先进性3 过程控制系统设计过程控制系统设计3.3.

5、2 测量仪表和传感器的选型原则测量仪表和传感器的选型原则 3.4 流量计选择流量计选择 3.4.1 流量计算有关的基本概念流量计算有关的基本概念(1) 流量Q 流体在单位时间内流过管道或设备某处横断面的数量成为流量。v体积流量Qv 单位：米3/小时（m3/h）等v质量流量Qm 单位：吨/小时（t/h）;千克/小时（kg/h）等 Qm=Qv3 过程控制系统设计过程控制系统设计(2) 雷诺数Rev 管道内流量小时 压差与流量成正比 流体的流动状态为v 流量变大后 压差大致与流量的平方成正比 流体的流动状态为紊流v 从层流到紊流的分界线取决于 流量、流体的密度、粘度和管道内径v 雷诺数Re Re23

6、00 层流 Re4000 紊流3 过程控制系统设计过程控制系统设计46微米厚的液晶层的流动。微米厚的液晶层的流动。当电场强度平缓增加时当电场强度平缓增加时层流（右上）层流（右上）弱的湍流（左下）弱的湍流（左下）方格状对流（右下）方格状对流（右下）下侧两图混沌下侧两图混沌湍流湍流(2) 雷诺数Re（续）3 过程控制系统设计过程控制系统设计DQDQDvm 44Re式中：式中：管道中流体的平均轴向流速，管道中流体的平均轴向流速，m m/s/s流体的运动粘度，流体的运动粘度，m m2 2/s/s， = = / / 流体的动力粘度，流体的动力粘度，Pa/sPa/sD 工作条件下，上游管道的内径，工作条件

7、下，上游管道的内径，m m （3）等熵指数kv当气体流过节流装置时，会产生膨胀，其压力和体积间有关系：v等熵指数k值表 如双原子气体及空气的k=1.41kpV常数常数3 过程控制系统设计过程控制系统设计(4) 气体的压缩系数Zv 根据理想气体定律求得的气体密度和实际密度值，在高压和低温的情况下，有一定的偏差，必须引入气体压缩系数加以校正。3 过程控制系统设计过程控制系统设计 Z其中：其中：理想气体定律求得的工作状态下的气体密度理想气体定律求得的工作状态下的气体密度 工作状态下的实际气体密度工作状态下的实际气体密度 3.4.2 流量计类型流量计类型 四类：(1) 压差式流量计 流量 节流装置前后

8、压差v速度式流量计： 管道内流体的速度 叶轮旋转速度v容积式流量计v 流量累计v其他类型流量计 电磁流量计、超声波流量计等3 过程控制系统设计过程控制系统设计 3.4.3 节流元件节流元件 3 过程控制系统设计过程控制系统设计节流元件（节流装置）节流元件（节流装置）在直线管道中设置的使流束产生局部收缩的装置在直线管道中设置的使流束产生局部收缩的装置孔板孔板 3 过程控制系统设计过程控制系统设计文丘里管文丘里管 3 过程控制系统设计过程控制系统设计喷喷 嘴嘴3 过程控制系统设计过程控制系统设计3 过程控制系统设计过程控制系统设计v差压式流量计检测原理paQm12 1/2 paQV式中：式中：流量

9、系数流量系数可膨胀系数可膨胀系数 a a节流装置开孔截面积节流装置开孔截面积1 1流体流过节流装置前的密度流体流过节流装置前的密度pp 节流元件前后压力差节流元件前后压力差v标准节流装置的取压方式3 过程控制系统设计过程控制系统设计 径距取压径距取压 法兰取压法兰取压 角接取压角接取压测量与计算方法v 流出系数Cv 可膨胀系数v 流量与压差的关系3 过程控制系统设计过程控制系统设计）直径比（直径比（DdLLC/ 0337. 0)1 (0900. 0 Re)/10(0029. 01840. 00312. 05959. 032144175. 0625. 041 . 2 135. 041. 0141

10、kpp）（ 241 24122241214 pdCQpdCQvv 在已知管径的管道中设置测量流量的节流装置时，首先要确定以下几项：v 采用的节流装置的类型 孔板、文丘里管、喷嘴 v 命题 确定所要求取的参数流量、孔径、压差v 计算 事先需确定除去待求参数外的其他参数的值3 过程控制系统设计过程控制系统设计选择标准节流装置时直径比的确定v求解依据流量与压差的关系其中，v事先可知道的量有：v未知量有3 过程控制系统设计过程控制系统设计 241 2412424 pdCQpdCQmv或或vmQQ 或或流量流量密度密度压差压差，管径管径 , , p D d/D , C 直直径径比比可可膨膨胀胀系系数数，

11、流流量量系系数数是是的函数的函数是是的函数的函数关于关于的的非线性方程非线性方程v根据流量与压差的关系方程v求直径比两种方法 手工计算 迭代计算 计算机计算 采用MATLAB的fsolve函数 241 24 pdCQm3 过程控制系统设计过程控制系统设计最大刻度流量的确定v流量一般分为 正常流量（操作流量）、最大流量、最小流量v流量的单位 不可压缩流体（液体）质量流量（常用）或体积流量 蒸汽质量流量 气体体积流量v气体的体积流量与气体所处的状态（温度、压力、湿度）有关，所以须注明单位的状态3 过程控制系统设计过程控制系统设计最大刻度流量的确定（续）v对于气体流量 工艺专业委托设计时，提出的流量

12、往往为标准状态值 节流装置计算时，采用的是工作状态下的流量值v气体流量换算公式 标准状态下的干气体工作状态下的干气体3 过程控制系统设计过程控制系统设计000 TpZTpQQvv3 过程控制系统设计过程控制系统设计 241 24 pdCQm44RevmQQDD 000 TpZTpQQvv22422Re241ApDpDQmC v什么是调节阀什么是调节阀v调节阀的工作原理调节阀的工作原理v调节阀的静、动态特性调节阀的静、动态特性v调节阀的选择调节阀的选择（调节阀口径的选择）（调节阀口径的选择） 3.5 调节阀选择调节阀选择3 过程控制系统设计过程控制系统设计v调节阀调节阀 是过程控制系统中最常用的

13、执行机构；是过程控制系统中最常用的执行机构； 是按照控制器（调节器或操作器）所给定的信是按照控制器（调节器或操作器）所给定的信号大小和方向，改变阀的号大小和方向，改变阀的开度开度，以实现调节流，以实现调节流体体流量流量的装置的装置。3 过程控制系统设计过程控制系统设计控制控制器器执行执行机构机构手动手动气动或电动气动或电动v调节阀（续）调节阀（续） 调节阀实际上是一个局部阻力调节阀实际上是一个局部阻力可以改变可以改变的节流的节流元件。元件。3 过程控制系统设计过程控制系统设计阀杆阀杆阀芯阀芯阀座阀座v调节阀的分类调节阀的分类 根据执行器的能量形式分：根据执行器的能量形式分： 电动、气动、液动电

14、动、气动、液动v电动调节阀电动调节阀 由伺服电机控制执行机构由伺服电机控制执行机构v气动调节阀气动调节阀 气源气源气动薄膜气动薄膜推动阀推动阀气动薄膜单座调节阀气动薄膜单座调节阀电动调节阀电动调节阀3 过程控制系统设计过程控制系统设计v气动调节阀（续）气动调节阀（续） 由执行机构和控制机构组成由执行机构和控制机构组成p执行机构根据推力作用方向分为：执行机构根据推力作用方向分为： 正作用正作用有压，阀杆下移有压，阀杆下移 反作用反作用有压，阀杆上移有压，阀杆上移p控制机构可分为：控制机构可分为： 正作用正作用阀杆下移，阀门关阀杆下移，阀门关 反作用反作用阀杆下移，阀门开阀杆下移，阀门开 气动调节

15、阀可分为气动调节阀可分为 气开式气开式有压时阀开，无压时阀关有压时阀开，无压时阀关 气关式气关式有压时阀关，无压时阀开有压时阀关，无压时阀开3 过程控制系统设计过程控制系统设计3.5.1 调节阀计算基础调节阀计算基础1 1调节阀的工作原理和流量方程式调节阀的工作原理和流量方程式v伯努利定理（伯努利定理（BernoulliBernoulli方程式）方程式） 流体几方面的能量总量保持不变，即流体几方面的能量总量保持不变，即 比压能比动能比势能常数比压能比动能比势能常数 稳定气流中，在同一管道的各个切面上，空气稳定气流中，在同一管道的各个切面上，空气的静压和动压之和保持不变，即的静压和动压之和保持不

16、变，即 流速大（动能大），压力小（势能小）流速大（动能大），压力小（势能小） 伯努利方程式伯努利方程式3 过程控制系统设计过程控制系统设计gvpgvp22222211 1 1调节阀的工作原理和流量方程式（续）调节阀的工作原理和流量方程式（续）v 伯努利方程式伯努利方程式3 过程控制系统设计过程控制系统设计gvpgvp22222211 阻力系数阻力系数平均速度平均速度: 22122 vvvvvAQvv流量方程式流量方程式为为常常数数调调节节阀阀的的流流量量系系数数nAnCCpCQv : v当当和和给定时，给定时，Q Qv流量系数流量系数值反映了阀的流通能力（阀的容量）。值反映了阀的流通能力（阀的

17、容量）。v流量系数流量系数C C截面积截面积A A成正比成正比阀全开时，阀的口径越大，其流通能力也越大。阀全开时，阀的口径越大，其流通能力也越大。v流量系数流量系数C C与阀的阻力系数与阀的阻力系数的平方根成反比的平方根成反比增大增大，会使阀的流通能力减小，若阀的口径一定，会使阀的流通能力减小，若阀的口径一定，则不同结构的阀阻力系数不同，其则不同结构的阀阻力系数不同，其C C值也各异值也各异。3 过程控制系统设计过程控制系统设计由流量方程式可知由流量方程式可知为为常常数数调调节节阀阀的的流流量量系系数数nAnCCpCQv : 1.1.调节阀额定流量系数的定义（调节阀额定流量系数的定义（KvKv

18、或或CvCv）（1 1）温度为）温度为5 51010的水，在的水，在1010PaPa的压降下，每小时流过的压降下，每小时流过调节阀水量的立方米数，以符号调节阀水量的立方米数，以符号KvKv表示，国际（我国）通用。表示，国际（我国）通用。（2 2）温度为）温度为6060 的水，在的水，在1psi(1psi(磅磅/ /平方英寸）的压降下，平方英寸）的压降下，每分钟流过调节阀水量的加仑数，以符号每分钟流过调节阀水量的加仑数，以符号CvCv表示。表示。（3 3）Kv=0.8569Cv Kv=0.8569Cv 或或 Cv=1.167Kv Cv=1.167Kv 3 过程控制系统设计过程控制系统设计调节阀计

19、算中用到的若干概念调节阀计算中用到的若干概念 pkQvv2 2阻塞流阻塞流v 阀前压力阀前压力p p1 1一定时一定时 v 此时，压差比此时，压差比X 达到极限：达到极限： 3 过程控制系统设计过程控制系统设计4 . 11kXppXTXT压差比系数压差比系数k绝热指数（比热容）绝热指数（比热容）v在阻塞流情况下，计算流量系数在阻塞流情况下，计算流量系数C时，对不可压缩时，对不可压缩流体、低雷诺数流体、特别是可压缩流体皆需进行流体、低雷诺数流体、特别是可压缩流体皆需进行修正修正出现阻塞流出现阻塞流增大而增大增大而增大不随压差不随压差恒值恒值增大而增大增大而增大随压差随压差,p p pkQvv3

20、过程控制系统设计过程控制系统设计3. 3. 压力恢复系数压力恢复系数F FL L 调节阀在缩流断面前后的静压力调节阀在缩流断面前后的静压力变化：变化：v断面前断面前 流速流速v v1 1，静压力，静压力p p1 1v断面处断面处 流速最大，静压力流速最大，静压力p pvcvc最小最小v断面后断面后 流速减缓，静压力恢复到流速减缓，静压力恢复到p p2 2 p p2 2pp1 1 压力恢复程度受以下因素影响：压力恢复程度受以下因素影响：v阀的结构阀的结构v阀的开度阀的开度 压力恢复程度由压力压力恢复程度由压力恢复系数恢复系数F FL L度量度量3 过程控制系统设计过程控制系统设计3. 3. 压力

21、恢复系数压力恢复系数F FL L（续）（续）v 对不可压缩流体（液体），在非阻塞流工况下：对不可压缩流体（液体），在非阻塞流工况下：v 对不可压缩流体（液体），在阻塞流工况下：对不可压缩流体（液体），在阻塞流工况下：v 对可压缩流体（气体），求压力恢复系数对可压缩流体（气体），求压力恢复系数的方法相同，的方法相同，只是阻塞流产生的条件不同：只是阻塞流产生的条件不同：vcvcLppppppF121）和和蒸蒸汽汽压压力力（绝绝对对压压力力阀阀入入口口温温度度下下液液体体的的饱饱的的临临界界压压力力比比系系数数不不可可压压缩缩流流体体（液液体体）式式中中 )(1max21vFvFvcLpFpFppp

22、ppF之之差差与与为为产产生生阻阻塞塞流流时时式式中中vcppvcppFpLvc1 5 . 0124 4调节阀的可调比调节阀的可调比R R（1 1）可调比定义）可调比定义 指该阀所能调节的最大流量指该阀所能调节的最大流量Qmax和最小流量和最小流量Qmin的比值的比值: :关于关于Qmin的说明：的说明：v Qmin是调节阀可控流量的下限值，通常为最大流量的是调节阀可控流量的下限值，通常为最大流量的10%10%左右，最低约为左右，最低约为2%2%4% 4% minmaxQQR 3 过程控制系统设计过程控制系统设计4 4调节阀的可调比调节阀的可调比R R（续）（续）v理想可调比理想可调比 调节阀

23、两端压差不变时的可调比调节阀两端压差不变时的可调比 此时，此时， 是阀的最大和最小流通能力之比是阀的最大和最小流通能力之比 使用时希望大，但实际做不到（使用时希望大，但实际做不到（Qmin受限制）受限制）v实际可调比实际可调比 实际使用时，阀前后的压差会变化，如实际使用时，阀前后的压差会变化，如 随管道阻力的变化而变化随管道阻力的变化而变化 随有无旁路阀而变化随有无旁路阀而变化minmaxminmaxminmax/CCpCpCQQR 3 过程控制系统设计过程控制系统设计串联管道串联管道v串联管道上调节阀的实际可调比会降低。串联管道上调节阀的实际可调比会降低。在串联管道系统的总压降在串联管道系统

24、的总压降一定时，随着流量的一定时，随着流量的增加，串联管路的阻力损失相应增大，调节阀上的压降增加，串联管路的阻力损失相应增大，调节阀上的压降相对减少，从而调节阀所能流通的相对减少，从而调节阀所能流通的最大流量减少最大流量减少。3 过程控制系统设计过程控制系统设计串联管道（续）串联管道（续）v串联管道上调节阀的实际可调比串联管道上调节阀的实际可调比v近似公式近似公式3 过程控制系统设计过程控制系统设计maxminmaxminminmaxminmaxppRpCpCQQRs p pminmin- -调节阀全开时阀上的压降调节阀全开时阀上的压降p pmaxmax- -最小开度时阀上的压降最小开度时阀上

25、的压降接近于管路总压降接近于管路总压降p psRppRRTvsp pv v/ /p pT T压降比压降比小小可调比小，可调比小，不可太小，通常为不可太小，通常为0.30.30.60.6并联管道并联管道v并联管道上调节阀的实际可调比也会降低。并联管道上调节阀的实际可调比也会降低。旁路流量的存在，相当于通过调节阀的旁路流量的存在，相当于通过调节阀的最小流量增大最小流量增大，使调节阀的实际可调比降低。使调节阀的实际可调比降低。3 过程控制系统设计过程控制系统设计并联管道（续）并联管道（续）v设实际可调比为设实际可调比为R Rp p，则，则2min1maxQQQRTp3 过程控制系统设计过程控制系统设

26、计其中其中QTmax 总管最大流量总管最大流量Q1min 阀体部件最小流量阀体部件最小流量Q2 旁路流量旁路流量2max11QQBRTp越大，旁路流量越大，旁路流量Q2越小，可调比越小，可调比p越越大大设旁路程度设旁路程度Q1maxQTmax，则，则. 调节阀的流量特性调节阀的流量特性v指流体流过阀门的相对流量和相对开度之间的函指流体流过阀门的相对流量和相对开度之间的函数关系，即数关系，即 式中：式中：Qr 相对流量相对流量Lr 相对开度相对开度3 过程控制系统设计过程控制系统设计)(rrLfQ 100QQQr阀在某一开度下的流量阀在某一开度下的流量全开时流量全开时流量100llLr阀在某一开

27、度的行程阀在某一开度的行程全开时行程全开时行程流量系数反映调节阀的静特性流量系数反映调节阀的静特性流量特性刻画调节阀的动特性流量特性刻画调节阀的动特性二者对调节阀的选二者对调节阀的选用均具有重要意义用均具有重要意义流量特性的分类：流量特性的分类：v理想流量特性理想流量特性 阀前后压差不变阀前后压差不变v工作流量特性工作流量特性 真实情况（阀前后压差）真实情况（阀前后压差） 串联管道串联管道 并联管道并联管道3 过程控制系统设计过程控制系统设计1 1理想流量特性理想流量特性（阀前后压差不变）（阀前后压差不变）v 直线（）直线（）v 对数（）对数（）v 抛物线（）抛物线（）v 快开（）快开（）3

28、过程控制系统设计过程控制系统设计)(rrLfQ (1)(1)直线流量特性直线流量特性v 指调节阀的单位相对位移的指调节阀的单位相对位移的变化变化所引起的相所引起的相对流量的对流量的变化变化是是常数常数，即，即 kdLdQrr3 过程控制系统设计过程控制系统设计K为常数，调节阀的放大系数。为常数，调节阀的放大系数。) 1(1 1rrLRRQ解微分方程得：解微分方程得：为可调比，为可调比，R=Qmax/Qmin起点起点(0,1/R)终点终点(100,100)(1)(1)直线流量特性（续）直线流量特性（续）在调节阀开度变化在调节阀开度变化 dl 相同的情况下相同的情况下， 当当流量小时流量小时，流量

29、的变化值，流量的变化值 dQ 相对较大，调节作用相对较大，调节作用较强，易产生超调和引起振荡；较强，易产生超调和引起振荡； 3 过程控制系统设计过程控制系统设计kdLdQrr 当当流量大时流量大时，dQ相对较小，调相对较小，调节作用进行缓慢，不够灵敏。节作用进行缓慢，不够灵敏。（2 2）对数流量特性（百分比特性）对数流量特性（百分比特性）v调节阀单位相对开度的变化所引起的相对流量调节阀单位相对开度的变化所引起的相对流量的变化和此点的相对流量成正比关系。的变化和此点的相对流量成正比关系。v数学表达式为数学表达式为v解微分方程得解微分方程得 rrrKQdLdQ3 过程控制系统设计过程控制系统设计1

30、lnln 1RQLRQrrLrr或或（2 2）对数流量特性（百分比特性）（续）对数流量特性（百分比特性）（续）在同样的开度变化值在同样的开度变化值dl下下 流量小时（小开度时）流量的变化流量小时（小开度时）流量的变化dQ也小，调节平也小，调节平稳缓和；稳缓和； 流量大时（大开度时）流量的变化流量大时（大开度时）流量的变化dQ也大，调节灵也大，调节灵敏有效。敏有效。v无论是小开度还是大开度，相对流量的变化率无论是小开度还是大开度，相对流量的变化率都是相等的，流量变化的百分比是相同的。都是相等的，流量变化的百分比是相同的。 3 过程控制系统设计过程控制系统设计rrrKQdLdQ KQdQ/（3 3

31、）抛物线流量特性）抛物线流量特性v 阀的相对流量与相对流量的平方根成正比的关阀的相对流量与相对流量的平方根成正比的关系的特性系的特性v 其数学表达式为其数学表达式为v 解微分方程得：解微分方程得：v 抛物线流量特性介于直线流量特性和对数流量抛物线流量特性介于直线流量特性和对数流量特性之间特性之间rrrQKdLdQ3 过程控制系统设计过程控制系统设计2) 1(1 1rrLRRQ（4 4）快开流量特性）快开流量特性v 阀在开度很小时，就已经将流量放大，随着开度的增阀在开度很小时，就已经将流量放大，随着开度的增加，流量很快就达到最大（饱和）值，以后再增加开加，流量很快就达到最大（饱和）值，以后再增加

32、开度，流量几乎没有变化。度，流量几乎没有变化。v 适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。v 其数学表达式为其数学表达式为v 解微分方程得解微分方程得 3 过程控制系统设计过程控制系统设计)1 ()(rrrrLKLfdLdQ2)1)(11 (1rrLRQ（5 5）蝶阀流量特性）蝶阀流量特性v 蝶阀的理想流量特性是一条近似对数（等百蝶阀的理想流量特性是一条近似对数（等百分比）的特性曲线，在整个角行程内蝶阀都分比）的特性曲线，在整个角行程内蝶阀都起着控制流量的作用。起着控制流量的作用。v 若蝶阀直径选得太大若蝶阀直径选得太大 特性成快开型特性成快开型 阀只在小的

33、行程内操作，阀只在小的行程内操作，易引起振荡，使控制不稳定。易引起振荡，使控制不稳定。 v 若蝶阀直径选得过小若蝶阀直径选得过小 特性曲线下移特性曲线下移要正确选择蝶阀的直径要正确选择蝶阀的直径3 过程控制系统设计过程控制系统设计2 2工作流量特性工作流量特性v 在实际生产中，调节阀前后压差总是变化的，在实际生产中，调节阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性。这时的流量特性称为工作流量特性。v 工作流量特性与管道系统阻力有关。工作流量特性与管道系统阻力有关。 串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性 并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性3 过程控制系统设计过程控制系统

34、设计（1 1） 串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性v 理想流量特性畸变为工作流量特性理想流量特性畸变为工作流量特性 管道损失变大，阀全开流量变小，压降比变小管道损失变大，阀全开流量变小，压降比变小, ,实际可调比实际可调比变小变小v 阀上压差的变化规律阀上压差的变化规律3 过程控制系统设计过程控制系统设计(a) 阀的理想特性为直线特性阀的理想特性为直线特性 (b) 阀的理想特性为对数特性阀的理想特性为对数特性 结论：结论： 随着随着s值减小值减小 直线特性直线特性快开特性快开特性 对数特性对数特性直线特性直线特性 实际使用中，一般希望实际使用中，一般希望s值不低于值不低于0.30.5

35、。（2 2）并联管道的工作流量特性）并联管道的工作流量特性3 过程控制系统设计过程控制系统设计)1 ()(maxBLBfQQr式中式中旁路程度，旁路程度，pffpffTCCCpCpCpCQQQQQB2max1max1maxmax1可以看出可以看出: 旁路阀全关时，旁路阀全关时，B=1，实际工作特性理想特性，实际工作特性理想特性旁路阀逐渐开启，旁路阀逐渐开启，2增加，则增加，则B值减小，可调比下降；值减小，可调比下降；希望希望B值不低于值不低于0.5，最好不低于，最好不低于0.8。v 首先根据给定的条件计算出流量系数首先根据给定的条件计算出流量系数C C的值，然的值，然后根据后根据C C值查表决

36、定阀的口径。值查表决定阀的口径。 流量系数流量系数CC阀口径阀口径v 我国当前使用的流量系数值是按我国当前使用的流量系数值是按K Kv v制列出的。制列出的。3 调节阀口径计算调节阀口径计算 计算选定调节阀口径的方法，是流通计算选定调节阀口径的方法，是流通能力法能力法( (简称简称C C值法值法) )。3.5 3.5 调节阀口径计算调节阀口径计算1 1调节阀流量系数调节阀流量系数K Kv v值的计算值的计算v有两种方法：有两种方法： 调节阀口径计算指南调节阀口径计算指南推荐的方法推荐的方法 平均密度修正法平均密度修正法v两种计算两种计算K Kv v值的方法均有相关公式可查。值的方法均有相关公式

37、可查。 见教材表见教材表3.23.2v在实际使用时还需要进行修正在实际使用时还需要进行修正 包括低雷诺数修正、管件形状修正以及平均密度修包括低雷诺数修正、管件形状修正以及平均密度修正等。正等。3 调节阀口径计算调节阀口径计算1 1调节阀流量系数调节阀流量系数K Kv v值的计算值的计算v计算计算K Kv v值的方法值的方法1 1（教材表（教材表3.23.2） ： 3 调节阀口径计算调节阀口径计算调节阀流量系数调节阀流量系数Kv值的计算方法值的计算方法1精度较高，但较复杂。精度较高，但较复杂。调节阀流量系数调节阀流量系数Kv值的计算方法值的计算方法22 2调节阀口径的选定调节阀口径的选定v思想：

38、思想： 计算出实际工作所需的计算出实际工作所需的K Kvmaxvmax后后, , 选标准规格阀的额定选标准规格阀的额定K Kv v值相近且稍大于值相近且稍大于K Kvmaxvmax 该该K Kv v值所对应的阀的口径即为应选的阀径。值所对应的阀的口径即为应选的阀径。3 调节阀口径计算调节阀口径计算v阀径计算步骤：阀径计算步骤：根据工艺初选阀型、流向及流量特性、根据工艺初选阀型、流向及流量特性、K Kv v的计算方法；的计算方法；确定计算值的各项参数值，如阀前后压力，最大、常用、确定计算值的各项参数值，如阀前后压力，最大、常用、最小流量，阀前后压差，密度以及其他辅助修正系数；最小流量，阀前后压差

39、，密度以及其他辅助修正系数；判别工况是阻塞流，还是非阻塞流；判别工况是阻塞流，还是非阻塞流；选定合适的选定合适的KvKv值计算公式，计算最大流量下阀的值计算公式，计算最大流量下阀的K Kvmaxvmax值；值；按按K Kvmaxvmax值找靠近的额定值找靠近的额定KvKv值，从而查到对应的阀径；值，从而查到对应的阀径；校验校验进行压力校验、压差校验、开度校验和可调比校验，以验证所选调进行压力校验、压差校验、开度校验和可调比校验，以验证所选调节阀口径的正确性。节阀口径的正确性。 3 调节阀口径计算调节阀口径计算（2 2）计算参数的确定）计算参数的确定v最大工作流量最大工作流量Q Qmaxmax

40、调节阀调节阀K Kv v值的计算公式中最大工作流量值的计算公式中最大工作流量Q Qmaxmax是是一个重要参数。一个重要参数。 Q Qmaxmax选得过小，将不能满足生产要求选得过小，将不能满足生产要求 Q Qmaxmax选得过大，将会使调节阀经常处于小开度工作，选得过大，将会使调节阀经常处于小开度工作，可调范围变小，严重使会引起系统振荡，噪声大，可调范围变小，严重使会引起系统振荡，噪声大，系统不稳定和降低阀芯的寿命，尤其是高压控制阀，系统不稳定和降低阀芯的寿命，尤其是高压控制阀，更要注意这一点。更要注意这一点。 最大流量可为正常操作流量的最大流量可为正常操作流量的1.25-21.25-2倍。倍。3 调节阀口径计算调节阀口径计算阀上的压差阀上的压差PPv调节阀对流量进行控制必然有一定的阻力损失，调节阀对流量进行控制必然有一定的阻力损失，即阀上的压差即阀上的压差PP。vPP的确定要综合考虑的确定要综合考虑 从节省能耗和工艺设备投资考虑从节省能耗和工艺设备投资考虑 希望阀上的阻力损失尽可能小些，即希望阀上的阻力损失尽可能小些，即PP要小要小 从阀的工作流量特性考虑从阀的工作流量特性考虑 必须使阀在系统中占有一定的压差，才能保证调节阀有较好的必须使阀在系统中占有一定的压差，才能保证调节阀有较好的调