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無(wú)錫科萊恩流體控制設(shè)備有限公司


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經(jīng)營(yíng)模式:生產(chǎn)廠家

商鋪產(chǎn)品:44條

所在地區(qū):江蘇無(wú)錫市

聯(lián)系人:孫長(zhǎng)福 (銷售部職員)

技術(shù)文章

調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系的研究

閱讀:204發(fā)布時(shí)間:2014-11-13

調(diào)節(jié)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:
      Ф為對(duì)應(yīng)某開(kāi)度時(shí)的流量系數(shù)
      R為可調(diào)比
      h為相對(duì)開(kāi)度
      Ф0為h=0時(shí)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(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(kāi)度下的流量系數(shù)Ф,以此作為設(shè)計(jì)閥芯曲線或套筒窗口的依據(jù)。國(guó)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(kāi)度對(duì)應(yīng)的流量系數(shù)理論值(見(jiàn)表1)。

表1 R=30調(diào)節(jié)閥各相對(duì)開(kāi)度的流量系數(shù)Ф 

流量特性

Ф0

各相對(duì)開(kāi)度的Ф值

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

線性

3.33

13.00

22.67

32.33

42.00

51.67

61.33

71.00

80.67

90.33

1000

等百分比

3.33

4.68

6.58

9.25

12.99

18.26

25.65

36.05

50.65

71.17

1000

      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     KD=(Qmin/L)*(R-1)/R           (4)

      等百分比特性   KD=(Qmin/L)*InR*R h-1      (5)

      式中:L為全行程開(kāi)度。可以看出,增大KD,應(yīng)提高R值。因此,制造廠都都將可調(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(guò)大,閥芯制造時(shí)會(huì)在90%~100%開(kāi)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(kāi)度范圍內(nèi)會(huì)因窗口尺寸過(guò)寬而無(wú)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(wèn)題,目前尚未引起人們的重視。由于,設(shè)汁人員對(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(wú)法進(jìn)行測(cè)量,因此認(rèn)為實(shí)際可調(diào)比也是無(wú)法計(jì)算的。在目前見(jiàn)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(guó)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 可調(diào)比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Qmin,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(wú)論從調(diào)節(jié)閥的設(shè)汁、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zui小開(kāi)度,也就是不會(huì)用其Qmin來(lái)工作,大量的使用場(chǎng)合是在某一開(kāi)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(kāi)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(jiǎn)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,尺值變化對(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(wú)關(guān);對(duì)等百分比特性影響則較大,因此本文討論R值對(duì)流量系數(shù)的影響于等百分比特性。

      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(kāi)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(kāi)度范圍,R值取小一些,使調(diào)節(jié)閥制造過(guò)程中,閥芯曲線和套筒開(kāi)窗都容易實(shí)現(xiàn)。提高工作開(kāi)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(guó)外一些調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)表中體現(xiàn)出來(lái),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(lái)的。根據(jù)公式(2)可推導(dǎo)出

      InФ=InФ0+h*InR                               (6)

      在InФ—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)量的誤差,這些測(cè)量值在坐標(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zui接近坐標(biāo)系中的這些點(diǎn),建議用zui小二乘法求解。

      在測(cè)量一臺(tái)調(diào)節(jié)閥于不同開(kāi)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

      InФ1=InФ0+h1*InR  

      InФ2=InФ0+h2*InR                                   (7)

      ..............

      InФi=InФ0+hi*InR   

      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zui小二乘法求其近似解:

                        (8)

      一般情況下取10個(gè)開(kāi)度進(jìn)行測(cè)量,即hi分別取0.1,0.2,0.3,…,1.0。此時(shí)有

       

      帶入式(8)則有

      InR=0.545*In(Ф101)+0.424*In(Ф92)+0.303*In(Ф83)+0.182*In(Ф74)+0.061*In(Ф65)  (9)

      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

     

      則有

      InR=1.07*In(Ф82)+0.714*In(Ф73)+0.357*In(Ф64)    (10)

      代入20%~80%開(kāi)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(xiàn),無(wú)論用流量系數(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(lái)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R值時(shí),都可以推出相應(yīng)的計(jì)算公式。

      3 國(guó)內(nèi)外一些調(diào)節(jié)閥R值的比較

      依據(jù)式(9)用國(guó)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)算想應(yīng)的R值,其結(jié)果見(jiàn)表2~表4。

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

各相對(duì)開(kāi)度的Ф值

可調(diào)比R

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

25

2.65

4.57

7.84

12.76

17.76

25.04

35.00

49.11

74.53

103.39

51.5

32

3.09

6.30

9.90

13.99

18.90

30.10

30.10

42.80

74.40

100.00

34.6

40

7.44

10.28

11.52

13.22

16.88

28.82

28.82

52.84

78.92

92.00

17.4

50

7.68

11.89

14.90

18.40

22.90

37.80

37.80

53.50

70.40

98.20

14.6

65

3.95

7.72

11.36

15.53

20.20

36.51

36.51

50.77

77.53

99.58

28.9

80

3.34

7.64

10.49

14.63

19.85

37.75

37.75

50.28

75.49

97.25

32.4

100

4.70

7.68

10.32

14.20

18.81

37.02

37.02

52.82

72.39

97.60

27.1

125

4.14

6.49

9.47

12.89

19.37

37.34

37.34

51.88

66.66

103.63

32.3

150

2.55

5.70

8.50

12.42

18.17

34.98

34.98

48.48

76.74

96.81

45.7

200

 

 

12.20

16.10

20.10

32.00

32.00

46.50

75.80

100.50

20.0

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

各相對(duì)開(kāi)度的Ф值

可調(diào)比R

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

25

4.10

7.90

12.10

16.50

20.40

29.60

42.20

61.00

81.50

103.00

30.9

C=16

2.12

6.06

10.00

14.31

18.75

20.75

34.50

51.06

73.75

96.88

45.3

C=25

6.54

9.12

11.76

14.84

20.24

28.16

38.60

56.00

78.00

99.20

21.3

50

3.10

6.45

9.90

15.05

22.48

32.50

46.50

67.50

90.50

97.75

45.2

65

3.25

6.83

10.24

14.63

20.63

27.46

40.32

58.73

86.35

107.94

41.2

80

4.20

7.67

11.10

14.97

21.05

29.70

40.60

60.50

80.10

92.60

29.9

100

3.57

7.37

11.03

15.21

21.80

30.39

44.13

64.90

82.06

93.23

34.9

C=250

3.69

7.00

10.80

15.24

21.20

29.80

41.60

59.60

87.60

102.80

36.9

C=370

3.34

7.14

10.84

15.19

21.89

31.62

45.95

65.41

82.43

93.24

37.5

200

3.17

6.90

10.79

15.66

21.41

31.90

42.76

60.34

82.21

96.03

37.8

300

3.31

6.92

10.54

14.54

20.23

28.62

43.85

60.23

82.31

94.08

38.3

表4 Fisher公司ED型套筒閥流量系數(shù)Ф值及R計(jì)算值 

公稱通徑
DN*dg

各相對(duì)開(kāi)度的Ф值

可調(diào)比R

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

11/4 *15/16

0.783

1.54

2.20

2.89

4.21

5.76

7.83

10.9

14.1

17.2

27.4

11/2*17/8

1.52

2.63

3.87

5.41

7.45

11.2

17.4

24.5

30.8

35.8

35.3

2*25/16

1.66

2.93

4.66

6.98

10.8

16.5

25.4

37.3

50.7

59.7

57.6

21/2*27/8

3.43

7.13

10.8

15.1

22.4

33.7

49.2

71.1

89.5

99.4

41.3

3*37/16

4.32

7.53

10.9

17.1

27.2

43.5

66.0

97.0

120

136

54.2

4*43/8

5.85

11.6

18.3

30.2

49.7

79.7

125

171

305

224

64.8

6*7

12.9

25.8

43.3

67.4

104

162

239

316

368

394

47.1

8*8L=2

18.5

38.0

58.4

86.7

130

189

268

371

476

567

41.9

8*8L=3

27.0

58.1

105

188

307

478

605

695

761

818

43.1

      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。

      比較表2、表3這兩個(gè)系列調(diào)節(jié)閥的R值可以看出,雙座調(diào)節(jié)閥各種規(guī)格的R值偏差較大,套筒調(diào)節(jié)閥各種規(guī)格的R值偏差較小。這與兩種閥設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)流量特性采用不同誤差判定標(biāo)準(zhǔn)相吻合,雙座調(diào)節(jié)閥以zui大流量值的10%作為每個(gè)行程流量值的偏差范圍,而套筒閥采用IEC標(biāo)準(zhǔn)中的斜率法計(jì)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(dá)到設(shè)計(jì)要求,這也說(shuō)明了IEC標(biāo)準(zhǔn)斜率法的*性。

      比較表2、表3、表4還可以看出,國(guó)產(chǎn)調(diào)節(jié)閥的R值比國(guó)外調(diào)節(jié)閥小,國(guó)內(nèi)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(jì)算國(guó)內(nèi)套筒閥和Fisher公司ED型套筒閥在工作行程段(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(jiàn)表5與表6。可以看出,國(guó)產(chǎn)套筒閥工作行程段的R值和全行程R值接近,無(wú)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(guó)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

20

40
C=16

40
C=25

50

65

80

100

150
C=250

150
C=370

200

300

全行程

30.9

45.3

21.3

45.2

41.2

29.9

34.9

36.9

37.5

37.8

38.3

36.2

H=0.2~0.8

26.9

28.9

20.5

49.2

33.4

29.5

35.4

33.0

39.2

35.2

38.4

34.2

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

11/4 *15/16

11/2*17/8

2*25/16

21/2*27/8

3*37/16

4*43/8

6*7

8*8L=2

8*8L=3

全行程

27.4

35.3

57.6

41.3

54.2

64.8

47.1

41.9

43.1

45.9

H=0.2~0.8

25.8

41.5

69.7

46.2

78.1

99.7

69.0

45

69.7

60.5

      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(tǒng)的需要,還能提高80%開(kāi)度時(shí)的流量系數(shù)值,從而使全開(kāi)時(shí)閥的流通能力有較顯著的提高。通過(guò)對(duì)R值的分析比較,說(shuō)明了國(guó)內(nèi)外調(diào)節(jié)閥在設(shè)計(jì)水平上存在一定的差距。

      4 對(duì)IEC534-2-4(草案)的理解

      IEC 534-2-4(草案)第3.3款對(duì)等百分比流量特性作了如下規(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)”。“低于h=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 X logR=0.13
      R=100,0.1 X logR=0.20
      R=300,0.1 X logR=0.25
      R=2,0.1 X logR=0.03

      也就是說(shuō),流量特性偏差實(shí)質(zhì)上是分段限制R值的變化范圍,即

      h=0.2~0.8,R=20~100
      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(guó)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(wèn)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(wú)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(guó)調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)制造水平,都是十分必要的。


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