第3章执行器详解.ppt

过程控制 第三章　执行器 3.3 调节阀结构特性和流量特性 执行机构 阀 管道 调节阀 u f q 　　调节阀与管道连接方框图 调节阀的静态特性：　Kv=dq/du u---调节器输出控制信号 q---被调介质流过阀门的相对流量 气开式：KV为“+” ，气关式KV为“-” 调节阀的动态特性： Gv(s)=Kv/(Tvs+1) 调节阀的结构特性 调节阀的结构特性：阀芯与阀座间节流面积与阀门开度间的关系。 f=F/F100--相对节流面积 某一开度下节流面积F与 全开时节流面积F100之比。 l=L/L100--相对开度 阀在某一开度下行程L 与全开时行程L100之比。 3.3 调节阀结构特性和流量特性 调节阀结构特性取决于阀芯的形状，阀芯形状有 快开，直线，抛物线和等百分比四种． 1－直线 2－等百分比 3－快开 4－抛物线 阀芯曲面形状 结构特性 3.3 调节阀结构特性和流量特性 1.直线结构特性 调节阀的节流面积与阀的开度成直线关系，即 边界条件：L=0时, F=F0, L=L100, F=F100 可调比R=F100/F0： 调节阀所能调节的最大流量与最小流量之比。 　阀的直线结构特性图 3.3 调节阀结构特性和流量特性 特点： ①斜率在全行程范围内是常数 ②阀芯位移变化量相同时,节流面积变化量也相同 ③直线特性的调节阀在开度变化相同的情况下： 流量小时，流量的变化值相对较大，调节作用较强，易产生超调和引起振荡； 流量大时，流量变化值相对较小，调节作用进行缓慢，不够灵敏。 3.3 调节阀结构特性和流量特性 3.3 调节阀结构特性和流量特性 ① 当 时 相对节流面积的相对变化量为 ② 当 时 相对节流面积的相对变化量为 ③ 当 时 相对节流面积的相对变化量为 3.3 调节阀结构特性和流量特性 由此可见，对于同样大的阀芯位移，小开度时的相对节流面积的相对变化量大，这时灵敏度过高，控制作用过强，容易产生振荡，对控制不利；大开度时的相对节流面积的相对变化小，这时灵敏度又太小，控制缓慢，削弱了控制作用。因此这种结构特性的缺点是它在小开度时调节灵敏度过高，而在大开度时调节又不够灵敏。当线性结构特性阀工作在小开度或大开度的情况下，控制性能都较差，不宜在负荷变化大的场合使用。 2.等百分比(对数)结构特性 　在任意开度下，单位行程变化所引起的节流面积 变化都与该节流面积本身成正比关系． 在边界条件为: l=0时, f=F0/F100=1/R l=1时,f=1　　　　 　　阀的等百分比结构特性图 3.3 调节阀结构特性和流量特性 ①曲线的放大系数是随开度的增大而递增的. ②在同样的开度变化值下： 流量小时（小开度时）流量的变化也小（调节阀的放大系数小），调节平稳缓和. 流量大时（大开度时）流量的变化也大（调节阀的放大系数大），调节灵敏有效. ③无论是小开度还是大开度，相对流量的变化率都是相等的，流量变化的百分比是相同的. 等百分比结构特点: 3.3 调节阀结构特性和流量特性 3.快开结构特性 阀在开度很小时，就已经将流量放大，随着开度的增加，流量很快就达到最大（饱和）值，以后再增加开度，流量几乎没有变化。 这种流量特性适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。 灵敏度最差，很少用作调节阀 　　阀的快开结构特性图 特性方程为： 3.3 调节阀结构特性和流量特性 4.抛物线结构特性 阀的节流面积与开度成抛物线关系．特性方程为： 特性与等百分比特性接近． 3.3 调节阀结构特性和流量特性 调节阀的流量特性：流过阀门的流量与阀门开度之间的关系 q=Q/Q100, 为相对流量 调节阀制成后, 其结构特性就确定不变. 流过调节阀的流量的决定因素有: ① 阀的开度 ② 阀前后的压差 ③ 所在的整个管路系统的工作情况 执行机构 阀 管道 调节阀 u f q 　　调节阀与管道连接方框图 3.3 调节阀结构特性和流量特性 调节阀的流量特性 1. 理想流量特性 理想流量特性：在调节阀前后压差固定(△p=常数)情况下得到的流量特性。 （C100---额定流量系数）　 通过调节阀的流量为 当调节阀全开时f=1,Q=Q100,则 阀的结构特性就是理想流量特性. 3.3 调节阀结构特性和流量特性 2. 工作流量特性 工作流量特性：调节阀在实际使用条件下，其流量q与开度l之间的关系。此时阀压降不是常数。 (1) 串联管系调节阀的工作流量特性 ΣΔp ΣΔpe Δp 　调节阀与管道串联工作 　当总压降ΣΔp一定时,随着阀开度的增大,管道流量Q增大,阀上压降Δp将逐渐减小. 这样, 在相同开度下, 工作流量比阀上压降保持不变的理想情况小. Q 0 Δp ΣΔ