專用電動調(diào)節(jié)閥流量特性分析

付紹良 余玲玲

1.四川紅華實(shí)業(yè)有限公司 四川 峨眉山 614200

2.四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督學(xué)校 四川 峨眉山 614200

一、背景

公司某生產(chǎn)系統(tǒng)供料過程采用專用電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量控制，電動調(diào)節(jié)閥在設(shè)計(jì)上是通過對實(shí)現(xiàn)彈簧箱底部錐體與閥座通道進(jìn)行密封和流量控制。但是由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)采購的電動調(diào)節(jié)閥本身通道漏量較大，即本身彈簧箱底部椎體與閥座空間較大，不能實(shí)現(xiàn)密封。經(jīng)過調(diào)節(jié)閥內(nèi)部加裝套筒的改造方式減少了閥門通道漏量，但是實(shí)際上并沒有完全改變彈簧箱底部椎體與閥座間的距離，實(shí)際是通過減少閥門上端出口孔徑大小及加厚了閥門內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)了閥門一定量的密封。

正常電動調(diào)節(jié)閥有效開度一般為10%～70%，使用的改造后的電動調(diào)節(jié)閥由于其密封原理的改變，其有效開度也有所改變，流量特性也隨之改變。經(jīng)過運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，每一組電動調(diào)節(jié)閥有效行程為0%～100%，在不同開度下有不同的流量特性曲線，結(jié)合運(yùn)行開度、流量變化進(jìn)行流量特性曲線分析，實(shí)現(xiàn)流量精準(zhǔn)控制。

二、過程分析

通過調(diào)取某臺電動調(diào)節(jié)閥工作過程前后壓力、流量、開度變化趨勢進(jìn)行對比、分析，曲線有共性，見下圖1：

圖1 供料壓力、開度趨勢圖

通過圖1曲線分析可得,電動調(diào)節(jié)閥流量特性曲線分為四個(gè)階段,第一階段為開度0%～15%部分，第二部分為開度15%～30%部分,第三部分為開度30%～100%部分,第四部分為開度穩(wěn)定100%部分，下面分別進(jìn)行計(jì)算分析。

第一階段(0%～15%)：

結(jié)合電動調(diào)節(jié)閥工作過程壓力、開度變化以及其內(nèi)部構(gòu)造,我們可以確定電動調(diào)節(jié)閥工作時(shí),通道不是等量增加,而是彈簧箱橫切出囗圓形通道的方式,所以流量增量應(yīng)該是一個(gè)先增加后減少的狀態(tài),在電調(diào)閥打開時(shí)調(diào)節(jié)閥的特性曲線可以確定趨近于等百分比型，流過調(diào)節(jié)閥壓差：

其中，ΔP—調(diào)節(jié)閥前后壓差,單位Pa；

δ—阻力系數(shù)；

ρ—流體密度,單位kg/m3；

u—流體流速,單位m/s；

帶入公式：

A—截面積，單位m2；

Q—流體流量，單位m3/s；

（1）、（2）式推導(dǎo)可得：

對于等百分比調(diào)節(jié)器其流量特性可知：

由（3）、（4）式可得：

L—開度百分比；

結(jié)合實(shí)際工作過程電動調(diào)節(jié)閥運(yùn)行參數(shù)，在某一階段，供料量保持在150kg/h，我們選取兩組參數(shù)進(jìn)行電動調(diào)節(jié)閥流量特性的確定，數(shù)據(jù)見下表1：

表1 電動調(diào)節(jié)閥工作參數(shù)表

供料過程為氣態(tài)供料，關(guān)于工作物質(zhì)氣態(tài)密度計(jì)算公式為：

其中，M為352g/mol；

T—溫度，單位℃；

表一數(shù)據(jù)代入（5）、（6），可以計(jì)算出k0、k1值，其中，計(jì)算供料量為150kg/h，電動調(diào)節(jié)閥后壓力取綜合平均值為5kPa，則可得到：

k0=1.000072，k1=1.01×10-7

在開度0%～15%階段電動調(diào)節(jié)閥流量特性公式為：

第二階段（15%～30%）：

第二階段電動調(diào)節(jié)閥流量特性也為等百分比型，代入表2數(shù)據(jù)；

表2 電動調(diào)節(jié)閥工作參數(shù)表

第三階段（30%～100%）：

第三階段電動調(diào)節(jié)閥流量特性也為等百分比型，代入表3數(shù)據(jù)；

表3 電動調(diào)節(jié)閥工作參數(shù)表

第四階段（100%）：

電動調(diào)節(jié)閥為全開狀態(tài)，只有在臨界點(diǎn)剛好并入時(shí)單組供料容器滿足工作，數(shù)據(jù)為表4內(nèi)第一組數(shù)據(jù)，此后單組供料壓力不能滿足工作，必須并入一組新容器，此時(shí)壓力、流量較低，流體為層流，阻力系數(shù)變化不大，可以得到流量計(jì)算公式：

其中，K4為常數(shù)；

P1—電動調(diào)節(jié)閥閥前壓力，單位kPa；

P2—電動調(diào)節(jié)閥閥后壓力，單位kPa；

表4 電動調(diào)節(jié)閥工作參數(shù)表

其中，數(shù)據(jù)1為電調(diào)閥開度剛達(dá)到100%時(shí)的數(shù)據(jù)，得到：

數(shù)據(jù)2為調(diào)節(jié)閥開度維持100%—段時(shí)間后,新容器并聯(lián)工作時(shí)的參數(shù),通過驗(yàn)證,數(shù)據(jù)2流量也滿足條件。

三、目的意義

通過以上方式，可以得到系統(tǒng)所有電動調(diào)節(jié)閥在各階段的流量特性曲線，通過對專用電動調(diào)節(jié)閥流量特性進(jìn)行分析計(jì)算,在流量控制過程可以做到精確控制供料流量,保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。