调节阀门组特性及运用

在每个工业化行业中，因为加工工艺全过程、目标工作状况和调节方法不尽相同，对调节阀门也明确提出了各种的规定。进而造成了适合不一样情况的各种各样调节阀门和相对的调控方法。

调节阀门在控制系统软件中是不可缺少的，它是构成工业生产自动控制系统的关键步骤。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。但在某种情形下，例如有的生产过程规定有很大区域的总流量转变，而单独调节阀门的可调节范畴R则是不足的，就无法合理有效地开展调整。中国设计的调节阀门一般R=30。若应用一个调节阀门，较大总流量与最少总流量相距不可以太差距，不然，达到了较大总流量，最少总流量时闸阀开启度不大，这将促使阀心、高压闸阀受液体磨蚀比较严重，减少使用寿命，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%。这时为达到生产制造上总流量大范畴转变的规定，可选用2个或 好几个调节阀门（调节阀组）并接一同调整。这时，调节阀门组的可调节范畴大大增加，既能达到生产制造上的规定，又能改进调节阀门的作业标准，可维持闸阀的特点，延长寿命，提升调整品质。

2 调节阀门总流量特点

调节阀门的总流量特点就是指液体根据阀体的相对性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，便可以控制总流量。

2.1 调节阀门的原有总流量特点

调节阀门在前后左右压力差稳定的情形下取得的总流量特点称之为原有总流量特点（或理想化总流量特点）。调节阀门的原有总流量特点在于阀心的样子，不一样的阀心斜面可获得不一样的总流量特点。大部分技术专业指南上只讲解了平行线、对数（等百分数）、双曲线和快开总流量特点，对碟阀谈及甚少，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，许多场所都采用了碟阀 电动执行器。现依据蝶阀结构特点测算如下所示：

由蝶阀结构特点得：

d（Q/Q_max）/d（I/L）=Ksin[90°（I/L）]

式中K为参量。

信用卡积分后，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。

三种常见总流量特点的公式计算较为见表1。

表1 三种总流量特点公式计算

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

调节阀门商品型号选择指南上标明碟阀的总流量特征为：类似等百分数。由测算得到碟阀的总流量特点处于平行线特点与对数特性中间，可以当作类似等百分数。

再看调节阀门总流量的相应转变：企业偏移转变导致的总流量转变与此点的原来总流量的比率，即[d（Q/Q_max）/d（I/L）]/（Q/Q_max）。平行线总流量特点阀在小开启度工作中时，操纵功效过强，易造成超调；在大开启度工作中时，操纵功效弱，不足立即。对数总流量特点阀在一切开启度工作中时，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特性的转变。碟阀自零逐渐，在小开启度时缓冲作用远低于平行线特点阀和对数特性阀，当开启度比较大时，与平行线特点阀比较类似；仅有在开启度的中区，缓冲作用不错，两边时缓冲作用比较弱。

2.2 调节阀门的工作中总流量特点

在具体应用中，闸阀两边的压力差并不是稳定不会改变。因此以上原有总流量特点只不过一种理想化总流量特点罢了。调节阀门在具体应用中取得的总流量特点称之为作业总流量特点。它不仅仅在于阀心的样子，并且还与调节阀门管路状况相关。管路摩擦阻力亏损与流动速度的平方米正相关。

当调节阀门与管路串连时，其总流量特点的计算方法为：

式中：S为调节阀门全开时的压力差与系统软件总压力差之比（S=ΔP_1min/ΔP）。

当S=1时，即是原有总流量特点；随S值的减少，总流量性能曲线图产生失真，往上拱起。平行线特点趋于快开特点，等百分数特点趋于平行线特点。因而，期待总流量特征为平行线时，应依据S值的尺寸挑选碟阀特点或等百分数特点。一般S值不低于0.3。

当调节阀门与管路并接时，其总流量特点的计算方法为：

Q/Q_max=xf（I/L） （1-x）

式中：x为调节阀门全开时总流量与主管较大总流量之比（S=Q_1min/Q_max）。

当x=1时，旁通关完，即是原有总流量特点；随x值的减少，虽总流量性能曲线图转变并不大，但可调式比明显减少。因而，一般X值不可小于0.8。

3 调节阀门组的总流量特点

3.1 调节阀门组的原有总流量特点

调节阀门组的总流量特点与调节阀门与管路并接时的总流量特点相近，但管路摩擦阻力变成闸阀摩擦阻力，配有闸阀1、阀门2并接应用，总流量特点各自为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能解出：

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，总流量特点相当于一个调节阀门。

阀2固定不动开启度，阀1调整：设阀2开启度为f₂(c/L)

3.2 调节阀门组的工作中总流量特点

在具体应用中，调节阀门组的工作中总流量特点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，总流量性能曲线图产生失真，往上拱起。

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开启度为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全开时：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 调节阀组的运用与调节方法

在好几个调节阀门构成的调整系统软件中，有挑选调整系统软件、分程调整系统软件、连动调整系统软件等种类。在其中挑选调整系统软件是依据生产加工必须，在几台调节阀门中挑选一台由控制器开展操纵；分程调整系統是将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；而连动调整系統是将两部或大量调节阀门做为一个总体来考虑到，由一台控制器在全部导出范畴内与此同时操纵两部调节阀门或大量调节阀门，而不是按段调整。好多个与此同时操作的调节阀门大流量特点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整方法。

在高炉炼铁生产制造中，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升高管检验二点，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额定值。减压阀组由一个Φ400全自动阀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（余压发电量设备），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应急关闭设备迅速开启，避免转窑工作压力骤然升高。

在传统仪器仪表操纵方法下，只有将一个阀资金投入自动调节，其他阀则由使用员工开展人工调整。可是一个阀的工作压力调整范畴比较有限，假如转窑工作压力变化比较大，非常容易使自动调节阀超限额，这时已没法对转窑工作压力开展自动调节，仅有靠人工控制其他手动阀的阀位，才可以保持一定的转窑工作压力。这类操纵方法导致转窑工作压力起伏非常大，起伏力度左右可达0.02MPa，调整实际效果较弱，使生产制造遭受危害，并且常常必须使用员工开展人工控制。当TRT发电量时状况更为严重。假如自动调节阀超限额时使用技术人员不注意或姿势稍缓，转窑工作压力会产生激烈转变，乃至造成安全事故。

在此次DCS系统软件中，为摆脱以上诸多缺点，选用了新的调节方法，充分运用了DCS体系的强悍作用。减压阀组实际操作方法分成：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全自动阀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三个阀中随机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，仅在维护保养时应用，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、调整起伏较小的Φ400全自动阀A开展PID自动调节，并将其开启度限制在极具调整效率的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，调整效果非常的好。还能够人工控制测量范围阀C的开启度，使各阀均处在良好的阀位。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、效果非常的好，能有效地保持转窑工作压力的稳定。实际操作员工还可以挑选全自动、手动式等其他协助实际操作方法，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，当其调节范畴不足时，则由DCS系统软件立即操纵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工作中于较大负载，环保节能实际效果最好是。

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

随B阀开度的扩大，总流量性能曲线图起始点移位，使全部曲线图移位，相对性总流量控制范畴缩小；总流量的相应变动值越来越轻缓，趋于对数特点，有益于系统软件调整，在小开启度、大开度时，均能稳定而灵巧地开展调整。

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

选用调节阀门组操纵方法，使总流量特点和总流量相对性转变均发生了变化。总流量的相应变动值越来越轻缓，趋于对数特点，有益于系统软件调整。尽管总流量的相对性总流量控制范畴很有可能缩小，但可以根据由DCS系统软件与此同时操控好几个调节阀门来高效地扩张调整范畴。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 减压阀组操纵作用与结果

调节阀门组能扩张调节阀门的可调节范畴，改进调节阀门的工作特点，提升调整品质。融入生产制造必须，达到不一样生产过程时的大流量和小总流量规定，使之都是有不错的调整品质。

因为有好几个调节阀门，因而可根据不一样的组成，造成多种多样的调控方法，在不一样的制造状况下，可挑选最适宜的调控方法：

（1）液化气主管总流量过大时，挑选连动方法，挑选组成阀自动调节；
（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很大时，挑选A阀自动调节；
（4）液化气主管总流量变化较钟头，挑选B或C阀自动调节。

那样，在不一样生产制造状况下都能获得不错的调节实际效果，做到较高的调整质量。

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，由减压阀组开展调控的转窑工作压力起伏一般小于0.002MPa，转窑工作压力操纵得到了不错的实际效果，做到了期望的目地。调节阀门组的使用获得不错的实际效果。

为充分运用DCS体系的作用，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常见故障；若出现异常则马上警报，与此同时查看现阶段减压阀组的实际操作方法：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并且全自动转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。那样系统软件就可以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，争得了时长，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