阀门实际特性曲线与理想特性曲线的对比分析

阀门实际特性曲线与理想特性曲线的对比分析组长：万昌正 组员：潘强广 马华培 王昱威 张藤 张鹏飞实验目的1. 了解实验装置的结构，使用流程和使用方法2. 了解三种常用的阀门固有流量特性曲线：线性、快开、等百分比。并与工作状态下实际流量特性曲线进行对比。3. 根据阀门对应的流量特性，对阀门进行优化筛选。实验背景意义众所周知，调节阀是自动控制中直接与流体相接触的执行器。对热工对象来说，其控制流体（往往是水）的流量和压力，关系着生产过程、空气调节等自动化的技术目标的实现。随着生产技术的发展，调节阀的结构型式越来越多，调节阀结构型式的选择主要是根据工艺参数（温度、压力、流量）、介质性质（粘度、腐蚀性、毒性、杂质状况）以及调节系统的要求（可调节比、噪音、泄漏量）综合考虑来确定。一般情况下，应首选普通单、双座阀和套筒阀。因为此类调节阀结构简单，阀芯形状易于加工，比较经济；或根据具体的特殊要求选择相应结构形式的调节阀。结构型确定以后，调节阀的具体规格关系到阀的流量特性是否与系统特性相匹配，关系到系统是否稳定性高、经济性好。因此正确选取调节阀的结构形式、流量特性和产品规格，对于自控系统的稳定性、经济合理性有着十分重要的作用。实验任务分解对实验内容的分析总结后，我组成员对实验任务进行了细化分解，将实验项目拆分成几个小的实验内容单元，具体任务可见下图。表一：任务分解组员实验报告撰写实验实施过程万昌正实验原理，实验步骤潘强广公式推导马华培实验目的，背景意义王昱威公式推导张鹏飞实验目的，背景意义张藤实验原理，实验步骤实验原理阀门的流量特性曲线：根据阀门两端的压降，阀门流量特性分固有流量特性和工作流量特性。固有流量特性是阀门两端压降恒定时的流量特性，亦称为理想流量特性。工作流量特性是在工作状态下（压降变化）阀门的流量特性，阀门出厂所提供的流量特性为固有流量特性。阀的结构特性是阀芯的位移与流体通过的截面积之间的关系，他不考虑阀两端的压降。因此，只与阀芯的形状、大小等几何因子有关阀门的流量特性，有线性、等百分比、抛物线、双曲线、快开、平方根等不同类型。我们小组本次实验先从理论上推导三种常用的固有流量特性曲线（线性、快开、等百分比）再结合对应的实际流量特性曲线进行对比分析。图1.阀门的流量特性曲线 快开流量特性：起初变化大，后面比较平缓； 线性流量特性：是阀门的开度跟流量成正比，也就是说阀门开度达到50%，阀门的流量也达到50%； 等百分比流量特性：跟快开式的相反，是起初变化小，后面比较大。下面一一介绍三种常用流量特性曲线的特点。1. 线性流量特性线性流量特性关系是指平衡阀的相对流量与相对位移成直线关系。即单位位移变化所引起的流量变化是常数。线性流量特性控制阀的相对流量与相对行程的函数关系是：dq=Kd实际流量Q与实际开度L的关系式推导步骤本小组另附纸呈与老师。上式表明，线性流量特性平衡阀的相对流量与相对行程呈现线性关系，直线的斜率是（R-1)/R,截距是1/R.因此，线性流量特性控制阀的增益Kv2（即直线方程的斜率）与可调比R有关；与最大流量Qmax和流过阀门的流量Q无关。Kv2 是常数。即增益Kv2=1-1/R.可调比R不同，表示最大流量与最小流量之比不同，从相对流量坐标看，表示为相对行程为零时的起点不同，起点的相对流量是1/R。由于最大行程时获得最大流量，因此，相对行程为1时的相对流量为1。线性流量特性控制阀在不同的行程，如果行程变化相同，则流量的相对变化量不同。2. 等百分比流量特性等百分比流量特性是指单位相对位移变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量变化成正比关系。即控制阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增大而增大。等百分比流量特性控制阀的相对流量与相对行程的函数关系是：dq=Kqd实际流量Q与实际开度L的关系式推导步骤本小组另附纸呈与老师。上式表明，等百分比流量特性控制阀的相对行程与相对流量的对数成比例关系。即在半对数坐标上，流量特性曲线成直线，或在制宪坐标上流量特性曲线是一条对数曲线，由上式可知lnq,即相对流量的对数与相对行程成正比。等百分比流量特性控制阀的增益:Kv2=(Q/Lmax)lnR等百分比流量特性控制阀的增益Kv2与流量Q成正比，又因 Q/Q=R-1,则当相对行程变化量相同时，流量也变化相同的百分比，因此称为等百分比流量特性。3. 快开流量特性此种流量特性的控制阀在开度较小时就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快就达到最大；此后再增加开度，流量变化很小，故称快开性流量特性。快开流量特性控制阀的相对流量与相对行程的函数关系是：dq=Kq-1d实际流量Q与实际开度L的关系式推导步骤本小组另附纸呈与老师。快开流量特性控制阀的增益Kv2与流量的倒数成正比，或Kv21/Q,随流量增大，增益反而减小。4. 阀门固有流量特性曲线图2.三种常用固有流量特性曲线5. 实际应用时阀门固有流量特性的畸变曲线图3.阀门的固有流量特性畸变曲线6. 阀门的选择依据隔膜阀的流量特性接近快开特性。蝶阀的流量特性接近等百分比特性。闸阀的流量特性为线性特性。球阀的流量特性在启闭阶段为直线，在中间开度的时候为等百分比特性。 图4.阀门的固有流量特性曲线实验步骤1. 在实验室根据出厂数据取三种常用固有特性曲线阀门（线性、快开、等百分比）各一个，检查其可靠性。2. 将阀门连通管路，阀门关闭后，记录最小流量Qmin；阀门开度调到最大，记录最大流量Qmax。3. 将阀门开度分五等分，用电磁流量计分别测量三种阀门对应的流量并记录。4. 绘制实际流量特性曲线，横坐标取阀门相对开度，纵坐标取管路相对流量，分别与理想流量特性曲线进行对比。并结合畸变曲线，分析其畸变原因、畸变程度的影响因素等等。