专用电动调节阀流量特性分析

付绍良 余玲玲

1.四川红华实业有限公司 四川 峨眉山 614200

2.四川省质量技术监督学校 四川 峨眉山 614200

一、背景

公司某生产系统供料过程采用专用电动调节阀进行流量控制，电动调节阀在设计上是通过对实现弹簧箱底部锥体与阀座通道进行密封和流量控制。但是由于系统设计采购的电动调节阀本身通道漏量较大，即本身弹簧箱底部椎体与阀座空间较大，不能实现密封。经过调节阀内部加装套筒的改造方式减少了阀门通道漏量，但是实际上并没有完全改变弹簧箱底部椎体与阀座间的距离，实际是通过减少阀门上端出口孔径大小及加厚了阀门内壁实现了阀门一定量的密封。

正常电动调节阀有效开度一般为10%～70%，使用的改造后的电动调节阀由于其密封原理的改变，其有效开度也有所改变，流量特性也随之改变。经过运行数据分析，每一组电动调节阀有效行程为0%～100%，在不同开度下有不同的流量特性曲线，结合运行开度、流量变化进行流量特性曲线分析，实现流量精准控制。

二、过程分析

通过调取某台电动调节阀工作过程前后压力、流量、开度变化趋势进行对比、分析，曲线有共性，见下图1：

图1 供料压力、开度趋势图

通过图1曲线分析可得,电动调节阀流量特性曲线分为四个阶段,第一阶段为开度0%～15%部分，第二部分为开度15%～30%部分,第三部分为开度30%～100%部分,第四部分为开度稳定100%部分，下面分别进行计算分析。

第一阶段(0%～15%)：

结合电动调节阀工作过程压力、开度变化以及其内部构造,我们可以确定电动调节阀工作时,通道不是等量增加,而是弹簧箱横切出囗圆形通道的方式,所以流量增量应该是一个先增加后减少的状态,在电调阀打开时调节阀的特性曲线可以确定趋近于等百分比型，流过调节阀压差：

其中，ΔP—调节阀前后压差,单位Pa；

δ—阻力系数；

ρ—流体密度,单位kg/m3；

u—流体流速,单位m/s；

带入公式：

A—截面积，单位m2；

Q—流体流量，单位m3/s；

（1）、（2）式推导可得：

对于等百分比调节器其流量特性可知：

由（3）、（4）式可得：

L—开度百分比；

结合实际工作过程电动调节阀运行参数，在某一阶段，供料量保持在150kg/h，我们选取两组参数进行电动调节阀流量特性的确定，数据见下表1：

表1 电动调节阀工作参数表

供料过程为气态供料，关于工作物质气态密度计算公式为：

其中，M为352g/mol；

T—温度，单位℃；

表一数据代入（5）、（6），可以计算出k0、k1值，其中，计算供料量为150kg/h，电动调节阀后压力取综合平均值为5kPa，则可得到：

k0=1.000072，k1=1.01×10-7

在开度0%～15%阶段电动调节阀流量特性公式为：

第二阶段（15%～30%）：

第二阶段电动调节阀流量特性也为等百分比型，代入表2数据；

表2 电动调节阀工作参数表

第三阶段（30%～100%）：

第三阶段电动调节阀流量特性也为等百分比型，代入表3数据；

表3 电动调节阀工作参数表

第四阶段（100%）：

电动调节阀为全开状态，只有在临界点刚好并入时单组供料容器满足工作，数据为表4内第一组数据，此后单组供料压力不能满足工作，必须并入一组新容器，此时压力、流量较低，流体为层流，阻力系数变化不大，可以得到流量计算公式：

其中，K4为常数；

P1—电动调节阀阀前压力，单位kPa；

P2—电动调节阀阀后压力，单位kPa；

表4 电动调节阀工作参数表

其中，数据1为电调阀开度刚达到100%时的数据，得到：

数据2为调节阀开度维持100%—段时间后,新容器并联工作时的参数,通过验证,数据2流量也满足条件。

三、目的意义

通过以上方式，可以得到系统所有电动调节阀在各阶段的流量特性曲线，通过对专用电动调节阀流量特性进行分析计算,在流量控制过程可以做到精确控制供料流量,保证系统稳定性。