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择要:从实践利用要求动身,讨论了调治阀流量系数与可调比干系,提出把可调比看作流量特征曲线的特性参数。在此底子上,指出国度尺度和 IEC 尺度对流量系数偏向划定的区别,并经过响应盘算得出国际现有尺度及产品设计中存在的不敷之处。

要害词调治阀流量系数可调比

调治阀有两种根本的流量特征:

线性流量特征调治阀流量系数与可调比干系的研讨-公式1

等百分比流量特征 Ф=Ф0Rh (2)

式中:Ф 为对应某开度是的流量系数;R 为可调比;h 为绝对开度;Ф0 为 h=0 是的流量系数。

依照传统的表明,可调比 R 是指所能控制最大流量的比值,即

调治阀流量系数与可调比干系的研讨-公式3

在设计调治阀时,需先设定一个 R 值,然后盘算各开度下的流量系数 Ф,以此作为设计阀芯曲线和套简窗口的根据。国际调治阀行业的两次一致设计,都是在设定 R=30 条件下,盘算出了各开度对应的流量系数实际值(见表 1)。

表 1 R=30 调治阀各绝对开度的流量系数 Ф
流量特征 Ф0 各绝对开度 Ф 值
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
线性 3.33 13.00 22.67 32.33 42.00 51.67 61.33 71.00 80.67 90.33 100.00
等百分比 3.33 4.68 6.58 9.25 12.99 18.26 25.65 36.05 50.65 71.17 100.00

从使用角度,盼望调治阀的缩小倍数 KD 大一些,而 KD 与可调治比 R 有关,

线性特征调治阀流量系数与可调比干系的研讨-公式4

等百分比特征调治阀流量系数与可调比干系的研讨-公式5

式中:L 为全行程开度。可以看出,增大 KD,应进步 R 值,因而,制造厂都将可调比大于某一数值作为一项功能目标予以标明。但调治阀 R 值越大,设计制造难度越大。对单、双座调治阀,若 R 值过大,阀芯制造时会在 90%~100% 开度范畴内发生根切征象;对套筒调治阀,若 R 值太大,在 90%~100% 开度范畴内会因窗口尺寸过宽而无法制造。这些都限定了 R 值的进步。

制造厂是在 R=30 条件下设计制造出调治阀产品,但对换节阀产品实践 R 值是多大、它与 R=30 的偏向等题目,现在尚未惹起人们的器重。由于,设计职员对 R 值的了解仅范围在 Qmax 和 Qmin 的比上,而 Qmin 只是个实际上存在的数值,无法举行丈量,因而以为实践可调比也是无法盘算的。在现在见到的有关调治阀的材料中,尚未看到这方面的叙述。国际外调治阀的 尺度中,也未提出对 R 值的丈量、盘算和稽核措施。这是由于对可调比观点的单方面了解所形成的,如今有须要从可调比与流量系数的干系动手作进一步探究与研讨。

1、可比阀与流量特征曲线的干系

从流量系数的盘算公式可以看出,R 值取决于,但它决议了恣意一个绝对行程时的流量系数值。因而,无论从调治阀的设计、制造和使用角度讲,这一点都具有很紧张的实践意义。由于,任何调治阀都不行能利用在它的最小开度,也便是不会用其 Qmin 来事情,少量的利用场所是在某一开度(一样平常在全行程的 20%~80%)上对流量举行控制。此时,调治阀的流量系数巨细决议了调治阀的事情开度,流量系数绝对于行程的变革量决议了调治阀的缩小倍数,这些均与 R 值有关。因而,不克不及复杂地从 Qmax 和 Qmin 的比去了解 R 值,而该当把 R 值看作是整个流量特征曲线的一个特性参数。

剖析式(1)、式(2)与式(3)、式(4)可以看出,R 值变革对线性流量特征影响不大,分外在 R>1 时,Ф 与 KD 均与 R 值有关;对等百分比特征影响则较大,因而本文讨论值对流量系数的影响仅限于等百分比特征。

当 R 值作为流量特征曲线的一个特性参数时,可以假想将全行程的流量特征曲线当作由几个差别 R值决议的几段流量特征曲线组合而成。在 0~80% 开度时,R 值取大一些,使调治阀在事情行程范畴内有充足的 R 值,也便是有充足的缩小倍数。在 80%~100% 开度范畴,R 值取小一些,使调治阀制造历程中,阀芯曲线和套筒开窗都容易完成。进步事情开度下的 R值,也可以作为在调治阀设计中探究进步流畅才能的一个途径。分段取差别的 R 值这一头脑,已从 IEC534—2—4(草案)和外洋一些调治阀流量系数表中表现出来,这时可调比的寄义曾经不再是 Qmax 和 Qmin 之比了,它该当作为流量特征曲线的一个特性参数被了解、被研讨。

2 R 值盘算办法

调治阀实践可调比 R 值是可以盘算出来的,依据公式(2)可推导出

lnФ=lnФ0+hlnR (6)

在 lnФ—h 坐标系中,等百分比流量特征曲线是不停线,R 值实践上决议了该直线的斜率。实践丈量一台调治阀的流量特征,可以失掉多少组(Ф,h)数据,由于制造和丈量偏差,这些丈量值在 lnФ—h 坐标系中呈类似直线散布,并以为这条类似直线便是这台调治阀的实践流量特征曲线。要失掉如许一条直线,并使其最靠近坐标系中的这些点,发起用最小二乘法求解。

在丈量一台调治阀于差别开度时的流量系数时,可以失掉绝对行程和流量系数的 K 组数据,代入公式(6)失掉方程组

调治阀流量系数与可调比干系的研讨-公式7

式中:Ф0,R 为这台调治阀的实践值,可从方程组(7)中用最小二乘法求其类似值:

调治阀流量系数与可调比干系的研讨-公式8

一样平常状况下取 10 个开度举行丈量,即 hi 辨别去 0.1,0.2,0.3,…,1.0。此时有 K=10,调治阀流量系数与可调比干系的研讨-款式1=5.5;调治阀流量系数与可调比干系的研讨-款式2=3.85,代入式(8)则有

调治阀流量系数与可调比干系的研讨-公式9

将丈量所得流量系数 Фi 代入公式(9),即可解出该台调治阀的实践可调比 R 值。若将表 1 中等百分比流量系数的实际值代入公式(9),即可反算出 R=30。按式(9)解出的是全行程的可调比,为了正确理解调治阀在事情段的可调比,hi 可辨别取 0.2,0.3,…,0.8,即 k=7,调治阀流量系数与可调比干系的研讨-款式3=3.5,调治阀流量系数与可调比干系的研讨-款式4=2.03,则有

调治阀流量系数与可调比干系的研讨-公式10

代入 20%~80% 开度时的各流量系数,可以失掉该段流量特征的 R 值。异样,将表 1 中实际值数据代入式(10),也可反算出 R=30。由于式(9)、式(10)中 Ф 值都因此比值情势呈现,无论用相对流量系数或绝对流量系数盘算其后果都是相称的。因而,用来盘算 R 值是很利便的。异样,当必要盘算恣意段流量特征曲线的 值时,都可以推出响应的盘算公式。

3 国际外一些调治阀 R 值的比力

根据式(9)用国际一致设计的双座调治阀和团结设计的套筒调治阀,以及 Fisher 公司的 ED 型套筒阀的流量系数盘算响应的 R 值,其后果见表 2~表 4。

从表中可以看出,只管双座调治阀和套筒调治阀在设计时事后设定 R=30,但实践消费的种种规格的调治阀其 R 值是不相反的。

表 2 双座调治阀流量系数 Ф 值及 R 盘算值
公称通径 DN×dN 各绝对开度 Ф 值 可调比 R
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
25 2.65 4.57 7.84 12.76 17.96 25.04 35.00 49.11 74.53 103.39 51.5
32 3.09 6.30 9.90 13.99 18.90 24.60 30.10 42.80 74.40 100.00 34.6
40 7.44 10.28 11.52 13.22 16.88 21.92 28.82 52.84 78.92 92.00 17.4
50 7.68 11.89 14.90 18.40 22.90 29.50 37.80 53.50 70.40 98.20 14.6
65 3.95 7.72 11.36 15.53 20.20 26.56 36.51 50.77 77.53 99.58 28.9
80 3.34 7.64 10.49 14.63 19.85 28.00 37.75 50.28 75.49 97.25 32.4
100 4.70 7.68 10.32 14.20 18.81 27.35 37.02 52.82 72.39 97.60 27.1
125 4.14 6.49 9.47 12.89 19.37 27.61 37.34 51.88 66.66 103.63 32.3
150 2.55 5.70 8.50 12.42 18.17 25.45 34.98 48.48 76.74 96.81 45.7
200     12.20 16.10 20.10 25.10 32.00 46.50 75.80 100.50 20.0
表 3 套筒调治阀流量系数 Ф 值及 R 盘算值
公称通径 DN×dN 各绝对开度 Ф 值 可调比 R
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
25 4.10 7.90 12.10 16.50 20.40 29.60 42.20 61.00 81.50 103.00 30.9
40
C=16
2.12 6.06 10.00 14.31 18.75 24.75 34.50 51.06 73.75 96.88 45.3
60
C=25
6.54 9.12 11.76 14.84 20.24 28.16 38.60 56.00 78.00 99.20 21.3
50 3.10 6.45 9.90 15.05 22.48 32.50 46.50 67.50 90.50 97.75 45.2
65 3.25 6.83 10.24 14.63 20.63 27.46 40.32 58.73 86.35 107.94 41.2
80 4.20 7.67 11.10 14.97 21.05 29.70 40.60 60.50 80.10 92.60 29.9
100 3.57 7.37 11.03 15.21 21.80 30.39 44.13 64.90 82.06 93.23 34.9
125
C=250
3.69 7.00 10.80 15.24 21.20 29.80 41.60 59.60 87.60 102.80 36.9
125
C=370
3.34 7.14 10.84 15.19 21.89 31.62 45.95 65.41 82.43 93.24 37.5
200 3.17 6.90 10.79 15.66 22.41 31.90 42.76 60.34 81.21 96.03 37.8
300 3.31 6.92 10.54 14.54 20.23 28.62 43.85 64.23 82.31 94.08 38.3
表 4 Fisher 公司 ED 型套简阀流量系数 Ф 值及 R 盘算值
公称通径 DN×dN 各绝对开度 Ф 值 可调比 R
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

1*1/4×1*5/16

0.783 1.54 2.20 2.89 4.21 5.76 7.83 10.9 14.1 17.2 27.4
1*1/2×1*7/8 1.52 2.63 3.87 5.41 7.45 11.2 17.4 24.5 30.8 35.8 36.3
2×2*5/16 1.66 2.93 4.66 6.98 10.8 16.5 25.4 37.3 50.7 59.7 57.6
2*1/2×2*7/8 3.43 7.13 10.8 15.1 22.4 33.7 49.2 71.1 89.5 99.4 41.3
3×3*7/16 4.32 7.53 10.9 17.1 27.2 43.5 66.0 97.0 120 136 54.2
4×4*3/8 5.85 11.6 18.3 30.2 49.7 79.7 125 171 205 224 64.8
6×7 12.9 25.8 43.3 67.4 104 162 239 316 368 394 47.1
8×8L=2 18.5 38.0 58.4 86.7 130 189 268 371 476 567 41.9
8×8L=3 27.0 58.1 105 188 307 478 605 695 761 818 43.1

比力表 2、表 3 这两个系列调治阀的 R 值可以看出,双座调治阀种种规格的 R 值偏向较大,套筒调治阀种种规格的 R 值偏向较小。这与两种阀设计时对流量特征接纳差别偏差判断尺度相符合,双座调治阀以最大流量值的 10% 作为每个行程流量值的偏向范畴,而套筒阀接纳国际 IEC 尺度中的斜率法盘算流量特征偏向的办法。显然,后一种办法较前一种办法更能包管 R 值到达设计要求,这也阐明了 IEC 尺度斜率法的先辈性。

比力表 2、表 3、表 4 还可以看出,国产调治阀的 R 值比外洋调治阀小,国际双座阀R的均匀值=30.5、套简阀R的均匀值=36.2;Fisher 公司 ED 型套简阀R的均匀值=45.9。

再按式(10)盘算国际套简阀和 Fisher 公司 ED 型套简阀在事情行程段(h=0.2~0.8)时的 R 值,并与全行程时的 R 值相比力,后果见表 5 与表 6。可以看出,国产套简阀事情行程段的 R 值和全行程 R 值靠近,无明显改动,R的均匀值=34.2,而 Fisher 公司套简阀在事情行程段的 R 值分明高于全行程的 R 值,R的均匀值=60.5。

进步事情行程段的 R 值,其良好性在于它能更好地满意自控体系的必要,还能进步 80% 开度时的流量系数值,从而使全开时阀的流畅才能有较明显的进步。经过对 R 值的剖析比力,阐明了国际外调治阀在设计程度上存在肯定的差距。

表 5 国产套筒调治阀 R 值
套筒阀行程段 套筒阀各规格 R 值 R 均匀
20 40
C=16
40
C=25
50 65 80 100 125
C=250
125
C=370
200 300
全行程 30.9 45.3 21.3 45.2 41.2 29.9 34.9 36.9 37.5 37.8 38.3 36.2
h=0.2~0.8 26.9 28.9 20.5 49.2 33.4 29.5 35.4 33.0 39.2 35.2 38.4 34.2
表 6 Fisher 公司套筒阀 R 值
套筒阀行程段 套筒阀各规格 R 值 R 均匀
1*1/4×1*5/1 1*1/2×1*7/8 2×2*5/16 2*1/2×2*7/8 3×3*7/16 4×4*3/8 6×7 8×8L=2 8×8L=3
全行程 27.4 35.3 57.6 41.3 54.2 64.8 67.1 41.9 43.1 45.9
h=0.2~0.8 25.8 41.5 69.7 46.2 78.1 99.7 69.0 45.0 69.7 60.5

4、对 IEC 534—2—4(草案)的了解

IEC 534—2—4(草案)第 3.3 款对等百分比流量特征做了如下划定:

“在 h=0.2 和 h=0.8 之间,恣意两个相邻流量系数宣布值的对数之间的差值应在 0.13 和 0.2 范畴内”。“低于 h=0.2 这两个值响应为 0.13 和 0.25;高于 h=0.8,此值应响应为 0.03 和 0.2”。

这里作为流量特征偏向范畴的选取,该当看作是按 R 值的变革范畴决议的,试盘算

R=20,0.1×logR=0.13
R=100,0.1×logR=0.20
R=300,0.1×logR=0.25
R=2,0.1×logR=0.03

也便是说,流量特征偏向实践上是分段限定 R 值的变革范畴,即

h=0.2~0.8,R=20~80;
h=0.8~1.0,R=2~100;
h=0~0.2,R=20~300;

IEC 的这一划定正是表现了将 R 值作为流量特征曲线的一个特性参数,并完成了在全行程范畴内可以取差别 R 值这一设计头脑。而国标 GB 4213—84《气动调治阀通用技能条件》在这个题目上是和 IEC 尺度存在肯定差别的。深化讨论 R 值及流量系数的干系,无论对设计、制造、使用调治阀都有肯定的意义,对增强调治阀的底子实际研讨,进步我国调治阀设计制造程度,都是非常须要的。


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