阀门定位器对气动调节阀静特性的改善

时间：2008/5/28阅读：1458

阀门定位器对气动调节阀静特性的改善
营乐山造纸厂计量处黄伟
日前工业上常用的调节阅有气动，电动
和液动等类型，而相对用得多的则是气动调
节阅。因为它和阀门定位器配合，不仅可以
克服阀杆的摩擦力和消除一部分被调介质压
力变化的影响，便调节阀能按调节器的控制
信号实现对阀门位置的正确定位，而且对谰
节阗的静特胜还有显著地改善作用。
一
、气动调节闻夏奠静特性
气动谰节阀：由气动执行机构和阀体组
成的。气动执行机构接受来自调节器或电气
转换器输出的气压信号，获得能量使阀杆带
着阔芯移动。阀体是通过阀门的开度变化来
改变流体流量大小的。气动调节嗣的特性一
般可以用传递函数Kv／Tvs+1的型式来
表示，其中放大系数Kv是阀的静特性也
即固有流量特性，时间常数、v是阈的动
特性。在没有使用阁门定位器的情况下，调
节闲的放大系数Kv主要由阈休米决定，这
时Kv也叫阀体放大系数。阀体放大系数是
指流过阕的流体流量与阔芯移动的距离之
比，也即阀的静特性。
目前供应上广泛使用的调节阅的静特性
有线性，等百分比及快开特性三种。调节阀
静特性的选择主要是根据被调对象放大系数
K。所需的匹配而定，匹配的日的是使两个
放大系数的乘积K。·Kv等于常数。在系统
设计时，调节闲静特性一般是根据计算数据
或经验来选择的。若系统在整个调节过程
中，对象的放大系数不随负荷及其它因素的
影响而改变，或者变化较小，那么按计算数
据或经验选择的调节阀是*可以满足系统
控制质量的要求。然而在实际使用过程中，
往往同调节阀一起串联着设备、阀门和管道
阻力等，使调节阀前后压差处于变动状态，
因而使调节阀的工作流量特性与静特性严重
不符。也就是说，由于被调对象放大系数
K。的变化引起丁调节闽静特性的改变，为
了保证系统的调节质量， ⋯般要求调节阗能
对K。的变化进行补偿。
二、阀门定位嚣作用原理及其对调节阀
静特性的改善
由上面的讨论知道，在系统运行中应尽量保证K。·Kv的值不变或变化很小。但实
际上K。是变化的，这种变化轻刚影响系统
的控制度，_严萤齄使系统不稳定，l所以必
须使Kv有相反的变化来进行补偿。这个补
偿我们可以用阀门定位器来实现。
阀门定位器的作用原理如图1。它的作
用就是接受调节器或电气转换器的输出信
号，然后再以它的输出信号去控制气动执行
器，以实现对调节阀的定位作用。当气动执
行器动作时，阎杆的位移又通过机械装置反
馈到阀门定位器，因此阀门定位器和执行器
就组成了一个闭环回路如图2。
图l 气动阀门定位器原理瞄
l一醴垃督， 2一托柱} 8一挡板I 4～喷唏
5一放大器} B一反馈凸轮} 7一匣愤轩I
8一一杆J 9一膜头
图2 定位器柞用图
由调节阀和定位器的结构和作用原理我
们知道t对于已出厂的阀门，其静特性是一
定的除非用户还订有与之配套的阀芯，
这时Kv的变化就必须用阀门定位器的反馈
凸轮的变化来实现。现在大多数调节阀制造
厂为适应用户不同要求设计制造丁包括实现
第17卷
线性，快开和等百分比作用的各种凸轮。为
了说明问题，我们在此仅讨论常用的三种凸
轮对不同调节阁静特性的改变，它们是线性
凸轮，快开凸轮和对数凸轮等百分比特
性，下面简称为A、B、c。
阈门定位器是怎样改变调节阀静特性的
呢?如图3所示，通常调节阀特性是指阀杆
位移变化的百分数与流量变化的百分数之
比。当气压变化与阀杆移动成正比时，那么
气压信号与流量的关系也代表了阀的特性，
如图4。囝4也是加了阀门定位器后在不珂
情况下气压与阀杆变化的关系。
气 1a寸 ·％，
圈4
接入阀门定位器后若用气压、位移、流
量三者的关系来表示调节阀的特性，可得阗
的放大系数为Kv的数学关系式如下：
I ．Q
一手×年。
P． -『
式中，詈／÷代表了阀的特性，它与
阀的阀芯、形状和工作情况有关。—}／
口一是包含了阀门定位器在内的反馈特性。用更换不同曲线的反馈凸轮的办法，就
可以改变阁门定位器的反馈作用，反馈情况
的变化使气压信号与闵杆间的位移出现如图
4所示的关系。
由此可知：若将图3的线性特性与图4
台并起来，就可以得到以气压信号变化的百
分数与流量变化百分数之间的曲线关系，如
图5所示
田5
这就是说，一个静特性为线性的调节
阀，如果选用有快开特性曲线的凸轮B，
那么阀将有快开特性，而选用有等百分
比对数特性曲线的凸轮，它却能把线性
!
口
0
蜡
行程I‘L 『o r
8．罚节舟特性
×
周改变成等百分比特性。根据这个道理，对
于快开特性阀，如果它的阀门定位器的反馈
凸轮选用有对数特性的凸轮C，就能使快
开特性变成线性。同理，等百分比特性的调
节阀，若定位器反馈凸轮选用B凸轮，亦能
使其特性线接近线性。
三、应用示倒
为了说明上述原理在实际使用中的可行
性和有效性，现特以我们常常可能碰到的二
个问题为例，予以说明。
问题1：某厂新上一工程，按设计要求
向仪表厂订购了有等比例特性的调节阈，
由于某种原因，得到的却是有线性特性的
阀门，如果更换的话，时问又不允许，要求
我们设法处理。
分析处理：我们不妨先将到手的有线
性特性的词节阀安装，观察系统的运行情
况。如果运行情况不，采用上述的办法，
用带有对数特性曲线凸轮的定位器对调节阕
进行补偿系统就可以正常运行。如图6所示。
暑星
1 0 0
x{％
蔫嚣日后弭节田特性
问题2：有一过程控制系统，运行正
常。其调节阁带有定位器，定位器的反馈凸
轮是线性的。现由于工况发生变化，使系统
出现振荡现象，要求消除振荡。
分析处理t系统由运行正常到出现振
荡，说明调节回路的总放大系数增大了，也
就是说被调对象Ko增大。解决的办法一是
增大调节器的比例度即减小调节器的放大
倍数，系统可以复稳。但这种方法不仅麻
烦，而且对系统的调节质量也有一定的影
响，尤其对比较复杂的系统。第二种办法就
是通过阀门定位器，使阗的放大系数K，减
小。因此，只要把对数曲线凸轮换成线性凸
轮即可。
实际使用证明在不是十分特殊的情况
下，这种处理效果很。
Z后说明一点：如果用户手上投有台适
的反馈凸轮更换，可参考有关资料计算后在
本厂加工亦可。

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