閥門定位器對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥靜特性的改善
國(guó)營(yíng)樂(lè)山造紙廠計(jì)量處黃偉
日前工業(yè)上常用的調(diào)節(jié)閱有氣動(dòng)， 電動(dòng)
和液動(dòng)等類型， 而相對(duì)用得多的則是氣動(dòng)調(diào)
節(jié)閱。因?yàn)樗烷y門定位器配合， 不僅可以
克服閥桿的摩擦力和消除一部分被調(diào)介質(zhì)壓
力變化的影響， 便調(diào)節(jié)閥能按調(diào)節(jié)器的控制
信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門位置的正確定位， 而且對(duì)讕
節(jié)闐的靜特勝還有顯著地改善作用。
一
、氣動(dòng)調(diào)節(jié)聞夏奠靜特性
氣動(dòng)讕節(jié)閥： 由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體組
成的。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受來(lái)自調(diào)節(jié)器或電氣
轉(zhuǎn)換器輸出的氣壓信號(hào)，獲得能量使閥桿帶
著闊芯移動(dòng)。閥體是通過(guò)閥門的開度變化來(lái)
改變流體流量大小的。氣動(dòng)調(diào)節(jié)嗣的特性一
般可以用傳遞函數(shù)Kv／(Tvs+1)的型式來(lái)
表示， 其中放大系數(shù)Kv是閥的靜特性(也
即固有流量特性)， 時(shí)間常數(shù) 、v是閾的動(dòng)
特性。在沒(méi)有使用閣門定位器的情況下， 調(diào)
節(jié)閑的放大系數(shù)Kv主要由閾休米決定， 這
時(shí)Kv也叫閥體放大系數(shù)。閥體放大系數(shù)是
指流過(guò)闋的流體流量與闊芯移動(dòng)的距離之
比， 也即閥的靜特性。
目前生產(chǎn)上廣泛使用的調(diào)節(jié)閱的靜特性
有線性， 等百分比及快開特性三種。調(diào)節(jié)閥
靜特性的選擇主要是根據(jù)被調(diào)對(duì)象放大系數(shù)
K。所需的匹配而定， 匹配的日的是使兩個(gè)
放大系數(shù)的乘積K。·Kv等于常數(shù)。在系統(tǒng)
設(shè)計(jì)時(shí)， 調(diào)節(jié)閑靜特性一般是根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)
或經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇的。若系統(tǒng)在整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程
中， 對(duì)象的放大系數(shù)不隨負(fù)荷及其它因素的
影響而改變， 或者變化較小， 那么按計(jì)算數(shù)
據(jù)或經(jīng)驗(yàn)選擇的調(diào)節(jié)閥是完全可以滿足系統(tǒng)
控制質(zhì)量的要求。然而在實(shí)際使用過(guò)程中，
往往同調(diào)節(jié)閥一起串聯(lián)著設(shè)備、閥門和管道
阻力等， 使調(diào)節(jié)閥前后壓差處于變動(dòng)狀態(tài)，
因而使調(diào)節(jié)閥的工作流量特性與靜特性嚴(yán)重
不符。也就是說(shuō)， 由于被調(diào)對(duì)象放大系數(shù)
K。的變化引起丁調(diào)節(jié)閩靜特性的改變， 為
了保證系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量， ⋯般要求調(diào)節(jié)闐能
對(duì)K。的變化進(jìn)行補(bǔ)償。
二、閥門定位囂作用原理及其對(duì)調(diào)節(jié)閥
靜特性的改善
由上面的討論知道， 在系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)盡量保證K?！v的值不變或變化很小。但實(shí)
際上K。是變化的， 這種變化輕剛影響系統(tǒng)
的控制精度，_嚴(yán) 螢齄使系統(tǒng)不穩(wěn)定，l所以必
須使Kv有相反的變化來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。這個(gè)補(bǔ)
償我們可以用閥門定位器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
閥門定位器的作用原理如圖1。它的作
用就是接受調(diào)節(jié)器或電氣轉(zhuǎn)換器的輸出信
號(hào)， 然后再以它的輸出信號(hào)去控制氣動(dòng)執(zhí)行
器， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)閥的定位作用。當(dāng)氣動(dòng)執(zhí)
行器動(dòng)作時(shí)， 閻桿的位移又通過(guò)機(jī)械裝置反
饋到閥門定位器， 因此閥門定位器和執(zhí)行器
就組成了一個(gè)閉環(huán)回路如圖2。
圖l 氣動(dòng)閥門定位器原理瞄
l一醴垃督， 2一托柱} 8一擋板I 4～ 噴唏
5一放大器} B一反饋凸輪} 7一匣憤軒I
8一一桿J 9一膜頭
圖2 定位器柞用圖
由調(diào)節(jié)閥和定位器的結(jié)構(gòu)和作用原理我
們知道t對(duì)于已出廠的閥門，其靜特性是一
定的(除非用戶還訂有與之配套的閥芯)，
這時(shí)Kv的變化就必須用閥門定位器的反饋
凸輪的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在大多數(shù)調(diào)節(jié)閥制造
廠為適應(yīng)用戶不同要求設(shè)計(jì)制造丁包括實(shí)現(xiàn)
*17卷
線性，快開和等百分比作用的各種凸輪。為
了說(shuō)明問(wèn)題， 我們?cè)诖藘H討論常用的三種凸
輪對(duì)不同調(diào)節(jié)閣靜特性的改變， 它們是線性
凸輪，快開凸輪和對(duì)數(shù)凸輪(等百分比特
性)，下面簡(jiǎn)稱為A、B、c。
閾門定位器是怎樣改變調(diào)節(jié)閥靜特性的
呢?如圖3所示，通常調(diào)節(jié)閥特性是指閥桿
位移變化的百分?jǐn)?shù)與流量變化的百分?jǐn)?shù)之
比。當(dāng)氣壓變化與閥桿移動(dòng)成正比時(shí)，那么
氣壓信號(hào)與流量的關(guān)系也代表了閥的特性，
如圖4。囝4也是加了閥門定位器后在不珂
情況下氣壓與閥桿變化的關(guān)系。
氣 1a寸 ·％ ，
圈4
接入閥門定位器后若用氣壓、位移、流
量三者的關(guān)系來(lái)表示調(diào)節(jié)閥的特性， 可得闐
的放大系數(shù)為Kv的數(shù)學(xué)關(guān)系式如下：
I ．Q
一手×年 。
P． -『
式中， 詈 ／÷代表了閥的特性，它與
閥的閥芯、形狀和工作情況有關(guān)。—}／
口一是包含了閥門定位器在內(nèi)的反饋特性。用更換不同曲線的反饋凸輪的辦法，就
可以改變閣門定位器的反饋?zhàn)饔茫答伹闆r
的變化使氣壓信號(hào)與閔桿間的位移出現(xiàn)如圖
4所示的關(guān)系。
由此可知：若將圖3的線性特性與圖4
臺(tái)并起來(lái)， 就可以得到以氣壓信號(hào)變化的百
分?jǐn)?shù)與流量變化百分?jǐn)?shù)之間的曲線關(guān)系，如
圖5所示
田5
這就是說(shuō)， 一個(gè)靜特性為線性的調(diào)節(jié)
閥， 如果選用具有快開特性曲線的凸輪B，
那么閥將具有快開特性，而選用具有等百分
比(對(duì)數(shù))特性曲線的凸輪，它卻能把線性
!
口
0
蠟
行程I‘L 『o r)
8．罰節(jié)舟特性
×
周改變成等百分比特性。根據(jù)這個(gè)道理，對(duì)
于快開特性閥， 如果它的閥門定位器的反饋
凸輪選用具有對(duì)數(shù)特性的凸輪C，就能使快
開特性變成線性。同理， 等百分比特性的調(diào)
節(jié)閥，若定位器反饋凸輪選用B凸輪，亦能
使其特性線接近線性。
三、應(yīng)用示倒
為了說(shuō)明上述原理在實(shí)際使用中的可行
性和有效性， 現(xiàn)特以我們常?？赡芘龅降亩?br>個(gè)問(wèn)題為例， 予以說(shuō)明。
問(wèn)題1：某廠新上一工程，按設(shè)計(jì)要求
向儀表廠訂購(gòu)了具有等比例特性的調(diào)節(jié)閾，
由于某種原因，得到的卻是具有線性特性的
閥門， 如果更換的話， 時(shí)問(wèn)又不允許， 要求
我們?cè)O(shè)法處理。
分析處理： 我們不妨先將到手的具有線
性特性的詞節(jié)閥安裝好，觀察系統(tǒng)的運(yùn)行情
況。如果運(yùn)行情況不好，采用上述的辦法，
用帶有對(duì)數(shù)特性曲線凸輪的定位器對(duì)調(diào)節(jié)闋
進(jìn)行補(bǔ)償系統(tǒng)就可以正常運(yùn)行。如圖6所示。
暑 星
1 0 0
x{％
蔫囂日 后弭節(jié)田特性
問(wèn)題2： 有一過(guò)程控制系統(tǒng)， 運(yùn)行正
常。其調(diào)節(jié)閣帶有定位器，定位器的反饋凸
輪是線性的。現(xiàn)由于工況發(fā)生變化， 使系統(tǒng)
出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，要求消除振蕩。
分析處理t系統(tǒng)由運(yùn)行正常到出現(xiàn)振
蕩， 說(shuō)明調(diào)節(jié)回路的總放大系數(shù)增大了， 也
就是說(shuō)被調(diào)對(duì)象Ko增大。解決的辦法一是
增大調(diào)節(jié)器的比例度(即減小調(diào)節(jié)器的放大
倍數(shù))，系統(tǒng)可以復(fù)穩(wěn)。但這種方法不僅麻
煩， 而且對(duì)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量也有一定的影
響，尤其對(duì)比較復(fù)雜的系統(tǒng)。*二種辦法就
是通過(guò)閥門定位器，使闐的放大系數(shù)K，減
小。因此，只要把對(duì)數(shù)曲線凸輪換成線性凸
輪即可。
實(shí)際使用證明 在不是十分特殊的情況
下， 這種處理效果很好。
后說(shuō)明一點(diǎn)：如果用戶手上投有臺(tái)適
的反饋凸輪更換，可參考有關(guān)資料計(jì)算后在
本廠加工亦可。