過程控制第四章 閥門

1、第四章第四章 調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥4-1 氣動調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)氣動調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)4-2 4-2 調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)4-3 4-3 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性4-44-4 氣動調(diào)節(jié)閥選型氣動調(diào)節(jié)閥選型4-1 氣動調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)氣動調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)閥門定位器閥門定位器氣動薄膜調(diào)節(jié)閥實物圖氣動薄膜調(diào)節(jié)閥實物圖執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)閥閥自動調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)閥體氣動（能在易燃易爆環(huán)境中工作）電動（能源取用方便，信號傳遞迅速）液動（推力大）（直通單座閥、直通雙座閥、角閥、隔膜閥、蝶閥等）閥門定位器閥門定位器氣動薄膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡圖氣動薄膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡圖執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)閥閥公稱直徑公稱直徑Dg閥座直

2、徑閥座直徑dg2）閥：閥：1）執(zhí)行機構(gòu)：將氣壓）執(zhí)行機構(gòu)：將氣壓1. .各部分的作用各部分的作用l閥桿位閥桿位移移p閥桿位移閥桿位移 調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)流量Ql3）閥門定位器：閥門定位器：FiFfu = k1*pib = k2*ll = K*(u-b)(1+K)*l =K*k1*pi 由于K1l k1*piu = k1*pib = k2*ll = K*(u-b)+F(1+K)*l =K*k1*pi +F由于K1l k1*pi2）閥：閥：1）執(zhí)行機構(gòu)：將氣壓）執(zhí)行機構(gòu)：將氣壓1. .各部分的作用各部分的作用l閥桿位閥桿位移移p閥桿位移閥桿位移 調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)流量Ql3）閥門定位器：提高控制系統(tǒng)精度閥門定

3、位器：提高控制系統(tǒng)精度u = k1*pib = f(l)l = K*(u-b)l+K*f(l) =K*k1*pi 由于K1f(l) k1*piu = k1*pib = k2*ll = K*(u-b)(1+K)*l =K*k1*pi 由于K1l k1*pi2. .執(zhí)行器及閥門配合類型執(zhí)行器及閥門配合類型4-2 調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù) 流量系數(shù)是表示調(diào)節(jié)閥通流能力的參數(shù)。它根據(jù)流量、流量系數(shù)是表示調(diào)節(jié)閥通流能力的參數(shù)。它根據(jù)流量、閥兩端的差壓和流體的重度等確定。是選擇閥門口徑閥兩端的差壓和流體的重度等確定。是選擇閥門口徑的參數(shù)的參數(shù) 1. .流量系數(shù)流量系數(shù)C的定義及其物理意義的定義及其

4、物理意義 我國規(guī)定的調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)我國規(guī)定的調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)C為：在給定行程下，為：在給定行程下，閥兩端壓差為閥兩端壓差為0.1Mpa，水密度為，水密度為1g/cm3時，流經(jīng)調(diào)時，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的水的流量，以節(jié)閥的水的流量，以m3/h表示。閥全開時的流量系表示。閥全開時的流量系數(shù)為調(diào)節(jié)閥額定流量系數(shù)，以數(shù)為調(diào)節(jié)閥額定流量系數(shù)，以C100表示。它作為閥的表示。它作為閥的基本參數(shù)由制造廠家提供用戶。基本參數(shù)由制造廠家提供用戶。 公稱直徑/mm19.152025閥座直徑/mm3456781012152025額定流量系數(shù)單座閥0.080.120.200.320.500.081.22.03.25.08雙座閥1

5、0公稱直徑/mm3240506580100125150200250300閥座直徑/mm3240506580100125150200250300額定流量系數(shù)單座閥1220325680120200280450雙座閥1625406310016025040063010001600不可壓縮流體的流量系數(shù)不可壓縮流體的流量系數(shù)1121pp壓力損失：壓力損失：Qp1p2F:閥通流截面積閥通流截面積 : :閥阻力系數(shù)閥阻力系數(shù)：流體密度：流體密度 g:g:重力加速度重力加速度根據(jù)定義，當根據(jù)定義，當時時伯努利方程：伯努利方程：gvgvgpgvgp2222222222111不可壓縮流體：不可壓縮流體：設流體平均

6、速度：設流體平均速度：vvv2121gvgpp2221FQv FQvpp21221ppAFQAFCQ阻力系數(shù)阻力系數(shù)流量系數(shù)取決于流通流量系數(shù)取決于流通面積和阻力系數(shù)面積和阻力系數(shù)12() /QCpp21ppCQ已知壓差、介質(zhì)密度、和流量系數(shù)，可求得流量已知壓差、介質(zhì)密度、和流量系數(shù)，可求得流量已知壓差、介質(zhì)密度、和流量，可求得流量系數(shù)已知壓差、介質(zhì)密度、和流量，可求得流量系數(shù)同類結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥在相同的開度下具有相近的同類結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥在相同的開度下具有相近的阻力系數(shù)，口徑越大流量系數(shù)也隨之增大。阻力系數(shù)，口徑越大流量系數(shù)也隨之增大。而口徑相同，類型不同的調(diào)節(jié)閥，阻力系數(shù)不而口徑相同，類型不同的調(diào)

7、節(jié)閥，阻力系數(shù)不同，因而流量系數(shù)就各不一樣同，因而流量系數(shù)就各不一樣2. .流量系數(shù)計算公式流量系數(shù)計算公式 當流體不滿足約定條件時，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)就當流體不滿足約定條件時，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)就不能完全按照上述公式計算，可以考慮在原公式的不能完全按照上述公式計算，可以考慮在原公式的基礎(chǔ)上進行修正。基礎(chǔ)上進行修正。1）阻塞流對流量系數(shù)計算的影響。）阻塞流對流量系數(shù)計算的影響。氣體的阻塞流氣體的阻塞流液體的阻塞流液體的阻塞流液體液體 不阻塞不阻塞阻塞阻塞氣體氣體不阻塞不阻塞阻塞阻塞蒸汽蒸汽不阻塞不阻塞阻塞阻塞注：注：C用工程單位。即：壓力為用工程單位。即：壓力為kgf/cm2，Q為體積流量為體積流

8、量m3/h，W為質(zhì)量流量為質(zhì)量流量kg/hFK：比熱比系數(shù)；：比熱比系數(shù)； x：壓差比；：壓差比； xT：臨界壓差比；：臨界壓差比；FL：壓力恢復系數(shù)：壓力恢復系數(shù);pv：飽和蒸汽：飽和蒸汽壓；壓；Z：氣體壓縮系數(shù)；：氣體壓縮系數(shù)；Y：膨脹系數(shù)；：膨脹系數(shù)；k：氣體絕熱系數(shù)；：氣體絕熱系數(shù)；Ws：蒸汽質(zhì)量流量；：蒸汽質(zhì)量流量；s：閥入口壓力溫度下的密度；閥入口壓力溫度下的密度； T1：閥入口溫度；：閥入口溫度；)(12vFLpFpFp)/(21ppQCLL)(12vFLpFpFp)(/212pFpFQCFLLLTKxFx xZTYpQCHg11519TKxFxTKxFx ssxpYWC116.

9、31TKxFx sTspkxWC118.17THgkxZTpQC112902）低雷諾系數(shù)修正（液體）低雷諾系數(shù)修正（液體）RFCC 流量系數(shù)是在湍流的狀態(tài)下測得的，雷諾系數(shù)Re是判斷流動狀態(tài)的一個無量綱數(shù)。Re3500，流體處于湍流。 Re0.9,因此除了在阻塞流情況下需要進行流量修正外，在非因此除了在阻塞流情況下需要進行流量修正外，在非阻塞流時，只有球閥和蝶閥在阻塞流時，只有球閥和蝶閥在D/d1.5時，才需要修正。時，才需要修正。3）氣體流量系數(shù)修正（可壓縮流體）氣體流量系數(shù)修正（可壓縮流體） 4）管件形狀修正）管件形狀修正111,31RTpZxFxYTKpFCC 膨脹系數(shù)膨脹系數(shù) 壓縮系數(shù)

10、壓縮系數(shù)1. .調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性快開閥快開閥直線閥直線閥拋物線閥拋物線閥等百分比閥等百分比閥4-3 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性100100( );,FLflflFL結(jié)構(gòu)特性：結(jié)構(gòu)特性： *調(diào)節(jié)閥全關(guān)時，仍然有約調(diào)節(jié)閥全關(guān)時，仍然有約5%的流量，這是為了防的流量，這是為了防止卡瑟；止卡瑟；2 調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性 1）理想流量特性）理想流量特性在調(diào)節(jié)閥前后差壓固定時，有在調(diào)節(jié)閥前后差壓固定時，有 即理想流量特性就是閥門的結(jié)構(gòu)特性即理想流量特性就是閥門的結(jié)構(gòu)特性根據(jù)根據(jù)( )qflQp1p2AFC 100100AFCfCC100pCQpCQ100100

11、fCCQQq1001002）工作流量特性）工作流量特性（1） 串聯(lián)管系調(diào)節(jié)閥工作流量特性串聯(lián)管系調(diào)節(jié)閥工作流量特性100100100100eppSppp 全開閥阻比：全開閥阻比： pep p流流量量特特性性畸畸變變1)11/(12100fSfq流量特性：流量特性：Qppppe（2）并聯(lián)管系調(diào)節(jié)閥工作流量特性）并聯(lián)管系調(diào)節(jié)閥工作流量特性 pQQeQ閥全開流量比閥全開流量比 ：100100100100MAXeQCSQCC100100(1)MAXQSfSQ流量特性：流量特性：小結(jié)小結(jié)*在理想情況下，閥門流量特性就是閥門結(jié)構(gòu)特性。在理想情況下，閥門流量特性就是閥門結(jié)構(gòu)特性。*串聯(lián)在管道中的閥門流量特性

12、串聯(lián)在管道中的閥門流量特性發(fā)生畸變，發(fā)生畸變，隨隨S100減小，減小，調(diào)節(jié)范圍減小，調(diào)節(jié)性能變差。調(diào)節(jié)范圍減小，調(diào)節(jié)性能變差。*并聯(lián)在管道中的閥門流量特性并聯(lián)在管道中的閥門流量特性發(fā)生畸變，發(fā)生畸變，隨隨S100 減小，減小，調(diào)節(jié)范圍減小，調(diào)節(jié)性能變差。調(diào)節(jié)范圍減小，調(diào)節(jié)性能變差。*在設計管段時，管道中其他部件引起的差壓應盡量小，在設計管段時，管道中其他部件引起的差壓應盡量小，這樣可使這樣可使流量特性流量特性發(fā)生畸變較少。發(fā)生畸變較少。4-4 氣動調(diào)節(jié)閥選型氣動調(diào)節(jié)閥選型1 . .調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式的選擇調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式的選擇2 . .調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的選擇調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的選擇選用原則：斷

13、氣后，調(diào)節(jié)閥所處的位置應保證系統(tǒng)安全選用原則：斷氣后，調(diào)節(jié)閥所處的位置應保證系統(tǒng)安全3 . .調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇 1）從改善控制系統(tǒng)控制質(zhì)量考慮）從改善控制系統(tǒng)控制質(zhì)量考慮 2）從配管狀況（）從配管狀況（S100值大?。┛紤]值大?。┛紤]4.調(diào)節(jié)閥口徑的確定調(diào)節(jié)閥口徑的確定 1）確定主要計算數(shù)據(jù)）確定主要計算數(shù)據(jù) 2）求調(diào)節(jié)閥應具有的流量系數(shù)）求調(diào)節(jié)閥應具有的流量系數(shù)CMAX 3）流量系數(shù)的圓整）流量系數(shù)的圓整 4）選定調(diào)節(jié)閥口徑）選定調(diào)節(jié)閥口徑 5）調(diào)節(jié)閥相對開度的驗算）調(diào)節(jié)閥相對開度的驗算 6）調(diào)節(jié)閥可調(diào)比驗算）調(diào)節(jié)閥可調(diào)比驗算線性線性PID *實際應用中常采用等百分比

14、閥，因為對象特性往實際應用中常采用等百分比閥，因為對象特性往往是非線性的，即：往是非線性的，即：K(Q Q)電/氣轉(zhuǎn)換器Ip電/氣閥門定位器I電動調(diào)節(jié)閥伺服放大器電動機減速器閥位置發(fā)生器輸入信號010mA閥行程安全柵（防止危險電能從控制信號進入現(xiàn)場儀表的安全保護器） 電阻式 中繼放大式 齊納式 光電式 變壓器式電源單元工業(yè)交流電調(diào)節(jié)器安全柵安全柵執(zhí)行器變送器級別最小引爆電流爆炸氣體混合物種類Ai120乙烷、丙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙醇、氨、一氧化碳B70i120乙烯、乙醚、丙稀腈Ci=70氫、乙炔、二硫化碳、水煤氣、焦爐煤氣齊納式安全柵 限流電阻（通過信號正常時，阻值為0；電流一旦超出安全范圍，阻值驟） 電路沒有進入保護狀態(tài)時，接地不起作用（避