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      簡述控制閥流量特性斜率偏差的計算方法

      文 李艷榮  天津精通控制儀表技術有限公司   產品開發副部長  高級工程師

      流量特性是控制閥重要的技術指標之一,流量特性的偏差大小直接影響控制系統的調節精度,而可調比則是表明控制閥調節范圍大小的指標,與相對流量系數和流量特性斜率偏差的大小息息相關。本文主要是針對不同可調比的控制閥其相對流量系數和流量特性斜率偏差范圍的計算方法進行簡要論述。

      固有流量特性、斜率偏差及可調比的概念:

      固有流量特性:固有流量特性是指相對流量系數與對應的相對行程之間的關系。

      固有流量特性主要有等百分比(也稱對數)、直線兩種常用特性,固有等百分比流量特性定義為:相對行程的等值增量產生相對流量系數的等百分比增加的流量特性,數學表達式為Q/Qmax = R(l/L-1)。

      固有直線流量特性定義為:相對行程的等值增量產生相對流量系數的等值增量的流量特性,數學表達式為Q/Qmax=1/R[1+(R-1)l/L]

      式中R—固有可調比,定義為在規定偏差內的最大流量系數與最小流量系數之比。

      斜率偏差:斜率偏差是指相鄰兩點實際流量特性的斜率相對于固有流量特性斜率的偏差。

      控制閥常用的可調比及流量特性的斜率偏差數值

      常見的控制閥固有可調比有30、50兩種。

      當可調比R=30和R=50時,直線、等百分比的流量特性在相對行程10%~100%時各相對流量值見表一

      表一

      根據表一列出的相對行程與相對流量的關系曲線斜率是固有流量特性斜率,在GB/T4213-2008《氣動調節閥》標準中規定了流量特性斜率偏差的數值,即在5.11.1條規定,直線流量特性斜率偏差:在相對行程h=0.1~0.9之間,任意相鄰流量系數測量值的差值與實測額定流量系數的比值應符合表二的規定。在5.11.2條規定,等百分比量特性的斜率偏差:在相對行程h=0.1~0.9之間,任意相鄰流量系數測量值的十進對數(lg)差值應符合表三規定。

      表二

      由表二可以看出對于直線流量特性,當相對行程h>0.8時不再遵守斜率偏差必須在±30%范圍內,當相對行程h>0.8時,斜率偏差可達。其偏差范圍不隨著可調比而變化。

      表三

      表三可以看出對于等百分比流量特性,當相對行程h<0.2和h>0.8時不再遵守斜率偏差必須在±30%范圍內,而是擴大到了當相對行程h<0.2時斜率偏差可達,當相對行程h>0.8時,斜率偏差可達。且其斜率偏差數值范圍隨著可調比的數值變化,其偏差范圍也有所不同。

      三、其它可調比的直線、等百分比流量特性的相對流量值和斜率偏差數值的計算方法。

      由于各個控制閥生產廠家的產品并不一定是標準的可調比數值,即R=30、50等,會隨著閥門口徑和設計結構的變化,R值也有所不同,但是斜率偏差范圍是相同的。各個控制閥廠家應本著對產品及用戶負責的態度,根據實際測得的R值進行發布。下面本人以R=100為例,簡要說明一下R=100的相對流量值和斜率偏差數值的計算方法。

      1. 直線流量特性相對流量值的計算

      1)當開度為10%,R=100時,根據公式Q/Qmax=1/R[1+(R-1)l/L]

           其中Q/Qmax—相對流量   l/L—相對行程

      Q/Qmax=1/R[1+(R-1)l/L]= 1/100[1+(100-1)]

             =10.9%

      2)當開度為20%,R=100時,根據公式Q/Qmax=1/R[1+(R-1)l/L]

           其中Q/Qmax—相對流量   l/L—相對行程

      Q/Qmax=1/R[1+(R-1)l/L]= 1/100[1+(100-1)]

             =20.8%

      3)當開度為30%,R=100時,根據公式Q/Qmax=1/R[1+(R-1)l/L]

           其中Q/Qmax—相對流量   l/L—相對行程

      Q/Qmax=1/R[1+(R-1)l/L]= 1/100[1+(100-1)]

             =30.7%

      由于直線流量特性的斜率偏差數值范圍在GB4213-2008中規定與R無關,因此在這里不再介紹。

      等百分比特性相對流量值及斜率偏差范圍的計算

      ①等百分比特性相對流量值的計算

      1)當開度為10%,R=100時,根據公式 Q/Qmax = R(l/L-1)

         其中Q/Qmax—相對流量   l/L—相對行程

      Q/Qmax = R(l/L-1) = 100(0.1-1)=1.58%

      2)當開度為20%,R=100時,根據公式 Q/Qmax = R(l/L-1)

         其中Q/Qmax—相對流量   l/L—相對行程

      Q/Qmax = R(l/L-1) = 100(0.2-1)=2.51%

      3)當開度為30%,R=100時,根據公式 Q/Qmax = R(l/L-1)

         其中Q/Qmax—相對流量   l/L—相對行程

      Q/Qmax = R(l/L-1) = 100(0.3-1)=3.98% 

      4) 當開度為70%,R=100時,根據公式 Q/Qmax = R(l/L-1)

         其中Q/Qmax—相對流量   l/L—相對行程

      Q/Qmax = R(l/L-1) = 100(0.7-1)=25.1 %

      5)當開度為80%,R=100時,根據公式 Q/Qmax = R(l/L-1)

         其中Q/Qmax—相對流量   l/L—相對行程

      Q/Qmax = R(l/L-1) = 100(0.8-1)=39.8% 

      6)當開度為90%,R=100時,根據公式 Q/Qmax = R(l/L-1)

         其中Q/Qmax—相對流量   l/L—相對行程

      Q/Qmax = R(l/L-1) = 100(0.9-1)=63.1% 

      ②等百分比特性斜率偏差數值范圍的計算

      1)計算h=0.1時的斜率偏差數值時根據公式

      lgKvn –lgKvn-1= lg(2.51%)–lg(1.58%) =0.2

      而當h<0.2時斜率偏差為,所以在h=0.1時的斜率偏差數值范圍為0.14~0.36。

      2)計算h=0.2時的斜率偏差數值時根據公式

      lgKvn –lgKvn-1= lg(3.98%)–lg(2.51%)= 0.2

      當h=0.2~0.8時斜率偏差為±30%,所以在h=0.2時的斜率偏差數值范圍為0.14~0.26。  

      3)計算h=0.7時的斜率偏差數值時根據公式

      lgKvn –lgKvn-1= lg(2.51%–lg1.58%)=0.2

      而當h= 0.2~0.8時斜率偏差為±30%,所以在h=0.7時的斜率偏差數值范圍為0.14~0.26。

      4)計算h=0.9時的斜率偏差數值時根據公式

      lgKvn –lgKvn-1= lg(63.1%)–lg(39.8%) =0.2

      而當h>0.8時斜率偏差為,所以在h=0.1時的斜率偏差數值范圍為0.04~0.26。

      將所計算數值與在GB/T 4213-2008《氣動調節閥》標準中的在5.11.2條規定的等百分比量特性的斜率偏差數值R=100時進行比較,結果相同,因此由以上數據計算可知,不論可調比R為多少,我們都可以根據公式計算出控制閥的相對流量值和斜率偏差數值范圍。

      結論:本文的主要目的是為了闡述除了在GB4213-2008中給出的R= 10、25、30、50、100以外的可調比時斜率偏差的計算方法,這樣各個控制閥生產廠家在進行設計時也不必拘泥于以上的R值,在符合直線、等百分比斜率偏差范圍的情況下,R值越大越好,這樣說明我們設計的控制閥調節范圍相對較寬,能適應更多工況的要求。

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