调节阀门组特性及运用

在每个当代工业领域中，因为生产工艺流程全过程、目标工作状况和控制方式不尽相同，对调节阀门也提出了各种各样的需要。进而产生了适合不一样情况的各种各样调节阀门和相对应的调节方式。

调节阀门在调节系统中是不可缺少的，这是构成工业生产自动化技术的关键步骤。在大部分调整场所应用单独调节阀门就足够融入生产制造必须。但一些前提下，比如有些加工过程规定有很大区域的数据流量转变，而单独调节阀门的可调节范畴R则是比较有限的，就无法合理地完成调整。中国设计方案的调节阀门一般R=30。若采用一个调节阀门，最大流量与最低总流量相距不可以太差距，不然，满足了最大流量，最少总流量时阀门开度不大，这将促使阀心、高压闸阀受液体磨蚀比较严重，缩短寿命，特点受到影响，乃至不可以工作中。

一般调节阀门最少开启度应不小于10%。这时候为达到生产制造上流量大范畴转变的需要，可使用2个或是好几个调节阀门（调节阀门组）并接一同调整。这时候，调节阀门组的可调式范畴大大增加，既可以达到生产制造里的规定，又能改进调节阀门的工作条件，可维持闸阀的特点，延长寿命，提升调整品质。

2 调节阀门流量特性

调节阀门的流量特性就是指液体根据阀体的相应总流量与闸阀相对性开启度相互关系，即：

Q/Q_max=f（I/L）

一般来说，更改调节阀门阀心、高压闸阀间的节流阀总面积，便能够调节流量。

2.1 调节阀门的原有流量特性

调节阀门在前后左右压力差稳定的前提下获得的流量特性称之为原有流量特性（或理想化流量特性）。调节阀门的原有流量特性在于阀心的样子，不一样的阀心斜面可获得不一样的流量特性。大部分技术专业指南上只介绍了平行线、多数（等百分数）、双曲线和快开流量特性，对碟阀谈及很少，而伴随着电动执行器的发展，其稳定性及特性提升，净重降低维护保养简单，电动蝶阀的运用愈来愈普遍，许多公共场合都使用了碟阀 电动执行器。现依据碟阀构造特点测算如下所示：

由碟阀构造特点得：

d（Q/Q_max）/d（I/L）=Ksin[90°（I/L）]

式中K为常量。

积分兑换后，带到初始条件得：

Q/Q_max=1-[（R-1）/R]cos[90°（I/L）]

式中R为调节阀门可调式比。

三种常见流量特性的公式计算较为见表1。

表1 三种流量特性公式计算

由公式计算可估算出R=30的三种典型性原有流量特性的相对性开启度和相应总流量。

调节阀门商品选型手册上标明碟阀的流量特性为：类似等百分数。由估算得到碟阀的流量特性处于平行线特点与多数特点中间，能够当作类似等百分数。

再看调节阀门总流量的相应转变：企业偏移转变导致的数据流量转变与其点的原来总流量的比率，即[d（Q/Q_max）/d（I/L）]/（Q/Q_max）。平行线流量特性阀在小开启度工作的时候，操纵功效太强，易造成超调量；在大开启度工作的时候，操纵功效弱，不足立即。多数流量特性阀在一切开启度工作的时候，总流量相对性转变同样，操纵功效一致，不容易因开启度转变造成调整功能的转变。碟阀自零开始，在小月儿度时缓冲作用远小于平行线特点阀和多数特点阀，当开启度比较大时，与平行线特点阀比较类似；仅有在开多度中区，缓冲作用不错，两边时缓冲作用比较弱。

2.2 调节阀门的工作中流量特性

在现实使用时，阀体两边的压力差并不是稳定不会改变。因此以上原有流量特性只不过一种理想化流量特性罢了。调节阀门在现实使用时获得的流量特性称之为工作中流量特性。它不仅仅在于阀心的样子，而且还与调节阀门管路状况相关。管路压力损害与水流量的平方米正相关。

当调节阀门与管路串连时，其流量特性的计算公式为：

式中：S为调节阀门全开落的压力差与系统总压差比例（S=ΔP_1min/ΔP）。

当S=1时，即是原有流量特性；随S值的减少，总流量特性曲线产生崎变，往上翘起。平行线特点趋于快开特点，等比例特点趋于平行线特点。因而，期待流量特性为平行线时，应依据S值的尺寸挑选碟阀特点或等比例特点。一般S值不少于0.3。

当调节阀门与管路并接时，其流量特性的计算公式为：

Q/Q_max=xf（I/L） （1-x）

式中：x为调节阀门全开落总流量与主管最大流量比例（S=Q_1min/Q_max）。

当x=1时，旁通关完，即是原有流量特性；随x值的减少，虽总流量特性曲线转变并不大，但可调式比明显减少。因而，一般X值不可小于0.8。

3 调节阀门组的流量特性

3.1 调节阀门组的原有流量特性

调节阀门组的流量特性与调节阀与管路并接时的流量特性相近，但管路摩擦阻力变成闸阀摩擦阻力，配有闸阀1、闸阀2并接应用，流量特性各自为f₁，f₂。

由调节阀门总流量方程式发布

Q² = K·f²·ΔP，

Q = A·V

由并接气体压力相同发布

ΔP₁=ΔP₂=ΔP_1min=ΔP_2max

又

S=ΔP_1min/ΔP

ΔP_总=ΔP_阀 ΔP_管，ΔP_管=K_管·V²

假定总压力降保持一致，将2个阀的性能及最高值带入公式计算可解出来：

由公式计算可看得出：

2个规格同样调压阀：即K₁=K₂，则Q/Q_max=（f₁ f₂）/2，为2个调节阀门之均值。

2个类似阀同歩姿势：即f₁=f₂，则Q/Q_max=f₁=f₂，流量特性等同于一个调节阀门。

阀2固定不动开启度，阀1调整：设阀2开数为f₂(c/L)

3.2 调节阀门组的工作中流量特性

在现实使用时，调节阀门组的工作中流量特性需考虑到串连管路的摩擦阻力。

可获得：

由公式计算可看得出：随S值的减少，总流量特性曲线产生崎变，往上翘起。

2个规格同样碟阀：即K₁=K₂，则

若两阀再同歩姿势：即f₁=f₂，则与单独调节阀门一样。

阀2固定不动开启度，阀1调整：设阀2开数为f₂（c/L）

当S=1时：

当阀2关完时：f₂（c/L）=0，则与调节阀门1的调整特点f₁一致。

当阀2全开落：f₂（c/L）=1，则

3.3 调节阀门组的可调式比

若调节阀门的可调式比R=30，则由一个Φ400和2个Φ750调节阀门一同调整时的可调式比将大大增加，R=（3.5 3.5 1）/（1/30）=240，是单独调节阀门的8倍。

4 调节阀门组的运用与控制方式

在好几个调节阀门构成的调节系统中，有挑选调节系统、分程调节系统、连动调节系统等种类。在其中挑选调整系统是依据生产制造必须，在几台调节阀门中挑选一台由控制器实现操纵；分程调节系统是由两部调节阀门或大量做为一台来考虑到，由一台控制器的导出按段操纵两部调节阀门调整；而连动调节系统是由两部或大量调节阀门作为一个总体来考虑到，由一台控制器在全部导出范围之内与此同时操纵两部调节阀门或大量调节阀门，而非按段调整。好多个与此同时姿势的调节阀门大流量特性与单独调节阀门大不一样。

下边以某炼铁高炉减压阀组为例子详细介绍连动调节方式。

在高炉炼铁生产中，转窑工作压力的操纵是十分关键的。转窑工作压力在液化气上升管检验二点，送进DCS系统软件后，对减压阀组的开启度开展调整，保持转窑工作压力在加工工艺预设值。减压阀组由一个Φ400自动阀A，2个Φ750测量范围阀B和C及一个Φ750快开阀D构成，均为碟阀，而且为灵活运用焦炉煤气的余压开展发电量，在二文式塔后又使用了TRT（余压发电设备），因而转窑工作压力自动控制系统比较繁杂。快开阀D只在TRT应急关闭设备快速打开，避免转窑工作压力大幅度升高。

在基本仪表盘控制方式下，只有将一个阀资金投入自动调节，其他阀则由检验人员开展手动调节。可是一个阀的压力调节范畴比较有限，假如转窑工作压力变化比较大，非常容易使全自动调节阀门超限额，这时候已不能对转窑工作压力开展自动调节，仅有靠人工控制其他手阀的阀位，才可以保持一定的转窑工作压力。这类控制方式导致转窑工作压力起伏非常大，波动幅度左右可以达到0.02MPa，调整实际效果较弱，使生产制造受到影响，同时常常必须检验人员开展人工控制。当TRT发电量时状况更为严重。假如全自动调节阀门超限额时检验人员不注意或姿势稍缓，转窑工作压力会出现强烈转变，甚至是造成安全事故。

在此次DCS操作系统中，为摆脱之上诸多缺点，使用了一个新的控制方式，充分运用了DCS系统软件的强劲基本功能。减压阀组操作方式分成：连动、全自动、手动式和手操器手动4种。

（1）连动方法：

由DCS依据转窑工作压力和TRT工作情况自动控制系统自动阀A及测量范围阀B或阀C的开启度，由操作工设置另一测量范围阀的开启度。

（2）全自动方法：

由操作工设置A、B、C三个阀中任何2个阀的开启度，DCS系统软件依据转窑工作压力和TRT工作情况自动调节剩余一个阀的开启度。

（3）手动式方法：

由操作工设置A、B、C三个阀的开启度，人工干预转窑工作压力。

（4）手操器手动式方法：

为储备手动式，仅在维修时应用，且不会受到DCS操纵。

在连动方法下，为使转窑工作压力的起伏尽可能轻缓，挑选商品流通规格较小、调整起伏较小一点Φ400自动阀A开展PID自动调节，并把其开启度限制在最具调整效率的35%~75%中间。当A阀开启度抵达左右特惠，测量范围阀B步进一步开或步进一步关，直到A阀返回35%~75%中间，依然由阀A开展自动调节，调整效果明显。还能够人工控制测量范围阀C的开启度，使各阀均处在不错的阀位。测量范围阀B和阀C可交换。那样，DCS系统软件可与此同时调整2个阀来操纵转窑工作压力，调整范畴较基本仪表盘变大很多，并且调整起伏小、效果明显，能很好地保持转窑工作压力的稳定。检验人员还可以挑选全自动、手动式等其他协助操作方式，以适合不一样的工作状况。

当TRT不发电量时，转窑工作压力由减压阀组开展调整；当TRT发电量时，转窑工作压力先由减压阀组开展调整，其功调整范畴不足时，则由DCS系统软件直接控制TRT调速阀开展调整，这时减压阀组关完，液化气所有经过TRT根据，TRT工作中于最大负荷，环保节能效果最好。

在连动方法下，假定由Φ400阀A，一个Φ750碟阀B构成调节方式，设S=0.8，阀B一般固定不动在某开启度：有K₂≈3.5K₁，

随B阀开启度的扩大，总流量特性曲线起始点移位，使全部曲线图移位，相对性总流量调整范畴缩小；总流量的相应转变值越来越轻缓，趋于多数特点，有益于系统软件调整，在小开启度、大好度时，均能稳定而灵活地完成调整。

（A B）调节阀门组的流量特性并不是一条曲线图，反而是在几个曲线图排成的繁杂范围之内。一部分重叠范畴表明：根据调整2个阀的不一样开启度，都能够做到这一总流量值。

选用调节阀门组控制方式，使流量特性和总流量相对性转变均出现了转变。总流量的相应转变值越来越轻缓，趋于多数特点，有益于系统软件调整。虽说总流量的相应总流量调整范畴很有可能缩小，但能通过由DCS系统软件与此同时操纵好几个调节阀门来合理地扩张调整范畴。因而，从总的来看，调节阀门组的应用有益于改进调整特性。

5 减压阀组控制效果与结果

调节阀门组能扩张调节阀门的可调节范畴，改进调节阀门的运行特点，提升调整品质。融入生产制造必须，达到不一样加工过程时的大流量和小流量规定，使之都是有不错的控制品质。

因为有好几个调节阀门，所以可根据不一样的组成，造成多种多样的调节方式，在不一样的生产情况下，可选用最好的调节方式：

（1）液化气主管总流量比较大时，挑选连动方法，挑选组合阀自动调节；
（2）液化气主管总流量较钟头，挑选全自动方法，挑选单独阀自动调节；
（3）液化气主管总流量起伏过大时，挑选A阀自动调节；
（4）液化气主管总流量起伏较钟头，挑选B或C阀自动调节。

那样，在不一样生产情况下都能获得不错的控制效果，做到较强的调整质量。

自这套炼铁高炉转窑工作压力自动控制系统投入使用之后，当TRT发电量时，由减压阀组开展调整的转窑工作压力起伏一般小于0.002MPa，转窑压力控制取得了不错的成效，达到了期望的目地。调节阀门组的运用获得不错的成效。

为充分运用DCS系统的功能，又编写了调压阀常见故障程序处理：最先系统软件分辨调压阀是不是发生卡住等问题；若出现异常则立即警报，与此同时查看现阶段减压阀组的操作方式：若本阀处在手动式方法则仅仅警报；若本阀处在连动方法、全自动方法则警报的与此同时自动切换至另一没有问题的调节阀门，保证DCS系统软件依然可以对转窑工作压力开展自动调节，避免顶压起伏。这种体系就能够对机器设备等产生的偶然状况全自动作出解决，降低了人工控制，取得了时长，进而防止出现恶性事故，确保了正常的生产制造。

论文参考文献

[1] 涂植英，朱麟章.过程控制系统.机械工程出版社出版，1991