調(diào)節(jié)閥的流量特性校正

1. 前言

    在控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，調(diào)節(jié)閥的選擇是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，閥的流量特性直接關(guān)系到系統(tǒng)的控制質(zhì)量。

    1.1 調(diào)節(jié)閥流量特性定義

   調(diào)節(jié)閥流量特性是指流過閥門的相對(duì)流量（Q/Q_max）與閥心相對(duì)行程（L/L_max）的關(guān)系，即：

    Q/Q_max=f（L/L_max）

   式中：Q-某一開度下的流量；Q_max-全開時(shí)的流量；L-某一開度下的閥心相對(duì)行程；L_max-閥心全行程。

    1.2 理想流量特性

   一般說來(lái)，改變調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)閥與閥座間的節(jié)流面積便可以調(diào)節(jié)流量。但實(shí)際上節(jié)流面積改變的同時(shí)，還發(fā)生閥前后壓差的變化，這種變化會(huì)引起流量的變化。

   研究閥特性時(shí)，總是現(xiàn)假設(shè)閥前后壓差相等，即ΔP為常數(shù)，這樣可以得到調(diào)節(jié)閥的理想流量特性（圖1）：（a）線性流量特性；（b）等百分比流量特性；（c）快開流量特性。

    1.3 實(shí)際流量特性

   閥門串接在管路系統(tǒng)中，當(dāng)管路兩端的總壓降固定不變時(shí)，管路內(nèi)的直管沿程阻力和管件局部阻力都會(huì)隨流量而變化，其結(jié)果會(huì)使調(diào)節(jié)閥的工作特性與理想特性有許多差異。

   由于閥前后壓差與管路總壓差兩者之間關(guān)系變化，在全開時(shí)閥上壓降與管路系統(tǒng)總壓降值比S越小，閥流量特性曲線畸變?cè)絿?yán)重（圖2）。

   從上面對(duì)調(diào)節(jié)閥流量特性分析可知，閥在不同壓差情況下的畸變是很嚴(yán)重的，這種畸變給控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了困難，也會(huì)嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

   因此，考慮對(duì)調(diào)節(jié)閥在各種S情況下的畸變進(jìn)行補(bǔ)償和自動(dòng)校正，將是非常有意義的一件工作。本文考慮采用彈片機(jī)依據(jù)閥的流量特性和實(shí)際工作特性的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償和校正，給出了補(bǔ)償校正原理，并給出了相關(guān)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程成本低，效果好，有很好的應(yīng)用空間。

    2. 調(diào)節(jié)閥的線性補(bǔ)償原理

    2.1 補(bǔ)償原理說明

   圖3為補(bǔ)償原理圖，調(diào)節(jié)閥的畸變自動(dòng)校正由補(bǔ)償裝置來(lái)完成。給定器根據(jù)理想的流量特性給出閥的開度信號(hào)L/L_max，希望調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量為Q_i^*/Q_max=f（L_i/L_max）。由于閥在實(shí)際工作中存在特性畸變，在沒有補(bǔ)償裝置的情況下，實(shí)際得到的是相對(duì)流量為Q_k/Q_max=f（L_i/L_max），顯然Q_k/Q_max與Q_i/Q_max存在很大差異。所以補(bǔ)償裝置的任務(wù)就是在得到給定器輸出的開度信號(hào)L/L_max后，通過儲(chǔ)存在補(bǔ)償裝置中的理想閥流量特性數(shù)據(jù)表或公式，轉(zhuǎn)換而得到對(duì)應(yīng)的理想相對(duì)流量，再根據(jù)理想的相對(duì)流量算出實(shí)際需要的開度行程信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥。

    2.2 補(bǔ)償算法實(shí)現(xiàn)步驟

    我們用一單片機(jī)，以查表法來(lái)補(bǔ)償調(diào)節(jié)閥的非線性，其步驟為：

    （1）將理想閥流量特性數(shù)據(jù)存入補(bǔ)償裝置。
   （2）取給定器輸出的開度信號(hào)L/L_max=0~100%之間N個(gè)值L₁、L₂、…、L_N，采樣對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)閥的流量Q₁、Q₂、…、Q_N并儲(chǔ)存在單片機(jī)內(nèi)（圖3虛線所示）。
   （3）當(dāng)給定器輸出開度信號(hào)為L(zhǎng)_i^*_，由補(bǔ)償裝置將開度對(duì)應(yīng)的理想流量Q_i^*找出。即從（2）步采樣得到的Q₁、Q₂、…、Q_N找出Q_i、Q_i+1及對(duì)應(yīng)的L_i、L_i+1，使得Q_i≤Q_i^*≤Q_i+1。
   （4）計(jì)算出為保證輸出Q_i^*對(duì)應(yīng)的LL_i：

   當(dāng)Q_i≤Q_i^*≤Q_i+1時(shí)，

   當(dāng)Q_i=Q_i+1時(shí)，LL_i=L_i+1

   當(dāng)Q_i=Q_i^*時(shí)，LL_i=L_i，LL_i為補(bǔ)償后補(bǔ)償裝置輸出的開度信號(hào)。

    3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

   我們對(duì)一線性閥在S≈0.5，Q_max≈25m³/h條件下，加上補(bǔ)償裝置和不加補(bǔ)償裝置時(shí)做了有關(guān)實(shí)驗(yàn)，得出流量特性曲線見圖4，有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 補(bǔ)償前后調(diào)節(jié)閥有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

   實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，補(bǔ)償裝置能較好地將閥實(shí)際特性曲線畸變校正過來(lái)，使特性曲線直線度比外補(bǔ)償前提高了許多，可全程工作。

   閥補(bǔ)償裝置除了能校正調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線畸變外，還能按特殊需要而設(shè)計(jì)的流量特性曲線工作。要做到這一點(diǎn)，只要將該設(shè)計(jì)好的流量特性曲線代替理想流量特性曲線數(shù)據(jù)即可。