控制閥固有流量特性選擇與特性調(diào)整探討

許 建

（南通醋酸纖維有限公司，江蘇南通 226008）

對(duì)控制閥的特性選擇及改變，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，其概念有所擴(kuò)展。本文研究了一些工程項(xiàng)目中對(duì)控制閥特性的選擇方法，并對(duì)現(xiàn)代工程上用控制閥特性補(bǔ)償對(duì)象特性，達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的硬件、軟件方法予以介紹。

1 控制系統(tǒng)需要不同控制閥特性

控制閥流量特性的選擇影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)際應(yīng)用時(shí)通過(guò)合理選擇控制閥的流量特性，使其增益K 能隨對(duì)象增益的變化而變化，而開(kāi)環(huán)總增益基本不變，來(lái)滿足控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行準(zhǔn)則。但控制閥特性都是按理想流量特性（固有流量特性）來(lái)設(shè)計(jì)制造，即控制閥兩端壓降恒定時(shí)的流量特性，由于管道等阻力在工作狀況下（壓降變化），控制閥的流量特性會(huì)變化，即工作流量特性（使用時(shí)的流量特性）與控制閥出廠時(shí)的理想流量特性會(huì)有一定改變，有些工況可通過(guò)智能閥門定位器或DCS 編制軟件來(lái)改變控制閥流量特性。

2 控制閥流量特性的選擇

2.1 理論上控制閥理想流量特性選擇

控制閥理想流量特性有線性、等百分比、快開(kāi)（理想）、快開(kāi)（實(shí)際）等。其選擇的原則是根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行準(zhǔn)則，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的特性來(lái)補(bǔ)償因?qū)ο筇匦宰兓斐傻拈_(kāi)環(huán)總特性變化的影響[1]。

圖1 控制閥理想流量特性與閥芯形狀圖

2.2 工程實(shí)際應(yīng)用上對(duì)控制閥理想特性的選擇

由于控制閥是系統(tǒng)調(diào)節(jié)的重要手段之一，各行業(yè)都有多年實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，從了解中，常用有以下的方法。在工程上對(duì)控制閥理想特性的選擇首先具有行業(yè)的考慮，一般按同類裝置以前的特性選用，具有針對(duì)性。如：①造紙行業(yè)由于纖維等原因用到快開(kāi)閥；②石化、化工、醫(yī)藥等行業(yè)一般只用到線性，等百分比兩種特性；③由于控制閥在動(dòng)作不快時(shí)，等百分比都適合應(yīng)用，有些行業(yè)從習(xí)慣上，已選用等百分比特性，如某些石化裝置；④有些裝置用到大口徑、大壓差控制閥，由于大口徑的線性控制閥比等百分比控制閥動(dòng)作快（特別小開(kāi)度時(shí)），故在大口徑大壓差的情況下采用線性閥，以減少動(dòng)作滯后；⑤一個(gè)裝置有多個(gè)不同的控制對(duì)象，根據(jù)控制對(duì)象特點(diǎn)選擇不同閥門特性，一般線性特性不能涵蓋裝置所有的控制閥門，如溫度調(diào)節(jié)對(duì)象應(yīng)選用等百分比閥，通常每個(gè)裝置含有多個(gè)溫控對(duì)象。

3 控制閥流量特性的改變

3.1 定位器改變控制閥流量特性的調(diào)查

閥門定位器增大控制閥輸出功率，減少調(diào)節(jié)信號(hào)的傳遞滯后，加快閥桿的移動(dòng)速度，能夠提高閥門的線性度，克服閥桿摩擦力并消除不平衡力的影響，從而保證控制閥的正確定位[2]。所以，一般工程上，控制閥都采用閥門定位器，隨著科技的進(jìn)步，智能閥門定位器普遍的使用，用閥門定位器改變控制閥流量特性，改善控制閥的調(diào)節(jié)性能，使控制閥的工作流量特性符合裝置的實(shí)際要求有了應(yīng)用改變軟件的考慮。由于控制閥是一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)品，因此，在流量少量改變時(shí)，其裝配誤差等不能像電信號(hào)那樣靈敏動(dòng)作。而且，用戶在控制閥門選型的規(guī)格書(shū)或數(shù)據(jù)表中已經(jīng)注明所需閥門的流量特性，廠家生產(chǎn)的閥門基本上都能滿足用戶流量特性的要求，控制閥門運(yùn)行后，用戶很少用閥門定位器來(lái)改變閥門的流量特性以提高控制品質(zhì)。如將線性特性改成等百分比特性或反之。但在必須情況下，現(xiàn)場(chǎng)曾有用改換控制閥芯形狀來(lái)改變特性和對(duì)模擬定位器用改變定位器凸輪來(lái)改變特性的情況。

3.2 控制閥特性調(diào)整的各種方法

從控制系統(tǒng)穩(wěn)定考慮，希望在工作過(guò)程中，不是大幅度改變特性，而是適當(dāng)調(diào)整控制閥工作流量特性（安裝流量特性），達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定。現(xiàn)在，可以采用如下的改變硬件、軟件的系統(tǒng)方法。

（1）當(dāng)控制閥流量特性確定后傳統(tǒng)的改變控制閥特性的方法是用定位器的位置反饋凸輪形狀來(lái)最后確定閥的理想流量特性[3]，或者，改變控制閥閥芯的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)，因是硬件改變，故改變控制閥特性要停車，才能改變凸輪特性或更換閥芯。

圖2 模擬閥門定位器結(jié)構(gòu)圖

（2）隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展又增加了兩種方法在應(yīng)用過(guò)程中可改變軟件，不變動(dòng)硬件，僅用軟件可變，進(jìn)行調(diào)整的方法，智能閥門定位器是當(dāng)今的新技術(shù)產(chǎn)品[4,5]。用智能定位器的反饋信號(hào)予以曲線改變，僅軟件改變即可，亦可在應(yīng)用過(guò)程中改變軟件，不改變硬件。

圖3 智能閥門定位器反饋框圖

（3）用DCS的調(diào)節(jié)輸出的前/后，僅在前/后通道上，改變多點(diǎn)折線，僅用改變軟件的方法亦可補(bǔ)償改變控制閥的固有流量特性，僅用軟件方法即可。

圖4 DCS 通道信號(hào)改變圖

4 小結(jié)

對(duì)改變控制閥特性補(bǔ)償對(duì)象特性，穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行是一個(gè)傳統(tǒng)概念，由于現(xiàn)代DCS 及智能閥門定位器的出現(xiàn)，可以在裝置不停車、不改變硬件僅用軟件改變來(lái)改善和穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行，但在這方面的實(shí)際運(yùn)用的范例還需介紹、推廣，希望大家都能對(duì)此予以重視，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)提高控制質(zhì)量，并對(duì)此功能予以工程的討論。

[1]何衍慶，黎冰，黃海燕.工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制，第二版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2]明賜東.調(diào)節(jié)閥應(yīng)用1000 問(wèn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[3]何衍慶，邱宣振，楊潔，王為國(guó).控制閥工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2005.

[4]王秀娟，等，智能與非智能閥門定位器比較[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，2005，26(1):36-38.

[5]邱宣振.工程自動(dòng)化設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：國(guó)際科教文出版社，2004.