專用電動調節閥流量特性分析

付紹良 余玲玲

1.四川紅華實業有限公司 四川 峨眉山 614200

2.四川省質量技術監督學校 四川 峨眉山 614200

一、背景

公司某生產系統供料過程采用專用電動調節閥進行流量控制，電動調節閥在設計上是通過對實現彈簧箱底部錐體與閥座通道進行密封和流量控制。但是由于系統設計采購的電動調節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，不能實現密封。經過調節閥內部加裝套筒的改造方式減少了閥門通道漏量，但是實際上并沒有完全改變彈簧箱底部椎體與閥座間的距離，實際是通過減少閥門上端出口孔徑大小及加厚了閥門內壁實現了閥門一定量的密封。

正常電動調節閥有效開度一般為10%～70%，使用的改造后的電動調節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。經過運行數據分析，每一組電動調節閥有效行程為0%～100%，在不同開度下有不同的流量特性曲線，結合運行開度、流量變化進行流量特性曲線分析，實現流量精準控制。

二、過程分析

通過調取某臺電動調節閥工作過程前后壓力、流量、開度變化趨勢進行對比、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,電動調節閥流量特性曲線分為四個階段,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,第四部分為開度穩定100%部分，下面分別進行計算分析。

第一階段(0%～15%)：

結合電動調節閥工作過程壓力、開度變化以及其內部構造,我們可以確定電動調節閥工作時,通道不是等量增加,而是彈簧箱橫切出囗圓形通道的方式,所以流量增量應該是一個先增加后減少的狀態,在電調閥打開時調節閥的特性曲線可以確定趨近于等百分比型，流過調節閥壓差：

其中，ΔP—調節閥前后壓差,單位Pa；

δ—阻力系數；

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）式推導可得：

對于等百分比調節器其流量特性可知：

由（3）、（4）式可得：

L—開度百分比；

結合實際工作過程電動調節閥運行參數，在某一階段，供料量保持在150kg/h，我們選取兩組參數進行電動調節閥流量特性的確定，數據見下表1：

表1 電動調節閥工作參數表

供料過程為氣態供料，關于工作物質氣態密度計算公式為：

其中，M為352g/mol；

T—溫度，單位℃；

表一數據代入（5）、（6），可以計算出k0、k1值，其中，計算供料量為150kg/h，電動調節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%階段電動調節閥流量特性公式為：

第二階段（15%～30%）：

第二階段電動調節閥流量特性也為等百分比型，代入表2數據；

表2 電動調節閥工作參數表

第三階段（30%～100%）：

第三階段電動調節閥流量特性也為等百分比型，代入表3數據；

表3 電動調節閥工作參數表

第四階段（100%）：

電動調節閥為全開狀態，只有在臨界點剛好并入時單組供料容器滿足工作，數據為表4內第一組數據，此后單組供料壓力不能滿足工作，必須并入一組新容器，此時壓力、流量較低，流體為層流，阻力系數變化不大，可以得到流量計算公式：

其中，K4為常數；

P1—電動調節閥閥前壓力，單位kPa；

P2—電動調節閥閥后壓力，單位kPa；

表4 電動調節閥工作參數表

其中，數據1為電調閥開度剛達到100%時的數據，得到：

數據2為調節閥開度維持100%—段時間后,新容器并聯工作時的參數,通過驗證,數據2流量也滿足條件。

三、目的意義

通過以上方式，可以得到系統所有電動調節閥在各階段的流量特性曲線，通過對專用電動調節閥流量特性進行分析計算,在流量控制過程可以做到精確控制供料流量,保證系統穩定性。