控制阀阀瓣工作流量特性分析及其型面设计

　　分析了实际工况下控制阀固有流量特性发生畸变的原因，给出了按工作流量特性设计控制阀阀瓣的方法，提高了控制系统稳定性。

1、概述

　　控制阀在工业生产过程中受系统压降比影响，其固有流量特性会发生畸变，造成闭环控制系统的稳定性变差。通常，只能根据所需工作流量特性，按经验法或根据压降比法选用合适的固有流量特性。本文根据控制阀工作流量特性、固有流量特性和压降比的函数关系，通过对固有流量特性进行预畸设计控制阀阀瓣，使工作流量特性满足应用的要求，提高了控制系统性能。

2、设计

　　2.1、工作流量特性

　　控制阀在工作状况下其流量特性将发生变化( 图1) ，其可用流量特性与阀瓣位移的关系确定q= f(l) 。考虑压降比s 后，其工作流量特性为

　　图1 中，s = 1 表示管道压降为0，工作流量特性与固有流量特性相同，即系统压降全部降落在控制阀两端时，工作流量特性不发生畸变。随s 的减小，管道压降增加，控制阀两端压降减小，使控制阀全开时的最大流量下降，实际可调比下降。同时，工作流量特性与固有流量特性之间的差异变大。s 越小，差异越大。流量特性的畸变使原有控制系统的总开环增益变化，严重影响控制系统性能。

图1 控制阀工作状况下流量特性的畸变

　　根据节能要求，工艺设计时，通常以压降比s =0.3 ～ 0.5 设计管路和选用供能设备。根据式(1) ，可确定不同可调比R 时，为达到线性或对数工作流量特性时的固有流量特性(表1) 。为便于数控机床加工阀瓣，可对有关数据进行细分(表2) 。

表1 线性工作流量特性q 数据(R = 30)

表2 对数工作流量特性时的固有流量特性数据(s = 0.4)

　　按压降比s 设计控制阀固有流量特性的方法，可绘制不同压降比s 时，实际的流量特性(图2 和图3) 。与图1 比较，按s = 0.4 设计的线性工作流量特性和对数流量特性，在其他压降比条件下，其曲线的畸变明显减小。压降比s = 0.4 时能够获得标准的线性工作流量特性和标准的对数流量特性，满足应用要求。由于特性曲线的畸变减小，使控制系统开环增益的变化减小，因此，明显改善控制系统稳定性。控制系统的偏离度得到改善。

图2 线性工作特性的实际流量特性(s = 0.4)

图3 对数工作特性的实际流量特性(s = 0.4)

3、结语

　　考虑到工艺管路设计，通常以压降比s = 0.3 ～0.5 为设计依据。因此，用s = 0.4 时线性和对数工作流量特性作为依据，设计控制阀阀瓣，可以获得具有更优良工作流量特性的控制阀，是提高控制阀控制性能的有效途径。这种设计方法可以根据实际应用的压降比定制所需工作流量特性，设计合适的控制阀阀瓣，为控制阀的应用提供精确控制。