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當(dāng)前位置：
計(jì)算控制閥的安裝流量和增益
指定控制閥時(shí)，涉及多個(gè)任務(wù)。首先，必須選擇閥門(mén)的樣式。這通常是基于過(guò)程參數(shù)（例如壓力，溫度，介質(zhì)的腐蝕性和磨蝕性），工廠(chǎng)偏好和經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮。接下來(lái)，需要選擇閥門(mén)的固有流量特性（線(xiàn)性或相等百分比）。有選擇固有特性的經(jīng)驗(yàn)法則。例如，一些權(quán)威人士建議，由于管路短而動(dòng)態(tài)壓力損失很小的系統(tǒng)，以及諸如隔離閥，彎頭，熱交換器等其他壓力消耗少的系統(tǒng)，其線(xiàn)性特性很小。對(duì)于管路長(zhǎng)的系統(tǒng)和其他壓力消耗元件，建議使用等百分比的閥門(mén)。
在正常操作過(guò)程中，規(guī)格說(shuō)明者還必須考慮閥門(mén)應(yīng)使用多少控制范圍的標(biāo)準(zhǔn)。例如，通常建議閥在最大要求流量時(shí)開(kāi)度在約60％至80％之間，以提供足夠但不過(guò)度的安全系數(shù)，并在可能的情況下盡可能在最小要求開(kāi)度下不少于20％。避免流量特性在開(kāi)度低于10％時(shí)無(wú)法預(yù)測(cè)。一旦確定將使用哪種閥門(mén)樣式，便可以使用許多可用的閥門(mén)尺寸計(jì)算程序之一來(lái)執(zhí)行尺寸計(jì)算。
可以幫助說(shuō)明者選擇閥門(mén)的兩個(gè)工具是正在考慮應(yīng)用的所有閥門(mén)的已安裝流量特性1和已安裝增益2的圖表。圖1顯示了針對(duì)相同應(yīng)用的兩種可能的閥選擇（部分球閥，其固有流量等百分比）的安裝流量特性和安裝增益，其中該過(guò)程包括長(zhǎng)管道運(yùn)行和離心泵。6英寸的閥門(mén)將在10％的行程范圍內(nèi)控制所需的80至550 gpm的流量范圍，而在40％的開(kāi)啟范圍內(nèi)則僅控制其全部行程能力的30％，這使得流量對(duì)閥門(mén)位置變化非常敏感。在低端沒(méi)有太多的安全系數(shù)，超過(guò)最大流量550 gpm的流量浪費(fèi)了很多，這既昂貴又不必要。
3英寸的閥門(mén)將控制所需的全部流量范圍，在其全行程能力的50％左右（開(kāi)度為22％至72％）之間，從而使流量對(duì)閥門(mén)位置變化的敏感性降低。最小和最大指定流量對(duì)稱(chēng)地放置在閥門(mén)的已安裝流量特性上，并且在指定控制范圍的每一端都具有相同數(shù)量的安全系數(shù)。
在正常操作過(guò)程中，規(guī)格說(shuō)明者還必須考慮閥門(mén)應(yīng)使用多少控制范圍的標(biāo)準(zhǔn)。例如，通常建議閥在最大要求流量時(shí)開(kāi)度在約60％至80％之間，以提供足夠但不過(guò)度的安全系數(shù)，并在可能的情況下盡可能在最小要求開(kāi)度下不少于20％。避免流量特性在開(kāi)度低于10％時(shí)無(wú)法預(yù)測(cè)。一旦確定將使用哪種閥門(mén)樣式，便可以使用許多可用的閥門(mén)尺寸計(jì)算程序之一來(lái)執(zhí)行尺寸計(jì)算。
可以幫助說(shuō)明者選擇閥門(mén)的兩個(gè)工具是正在考慮應(yīng)用的所有閥門(mén)的已安裝流量特性1和已安裝增益2的圖表。圖1顯示了針對(duì)相同應(yīng)用的兩種可能的閥選擇（部分球閥，其固有流量等百分比）的安裝流量特性和安裝增益，其中該過(guò)程包括長(zhǎng)管道運(yùn)行和離心泵。6英寸的閥門(mén)將在10％的行程范圍內(nèi)控制所需的80至550 gpm的流量范圍，而在40％的開(kāi)啟范圍內(nèi)則僅控制其全部行程能力的30％，這使得流量對(duì)閥門(mén)位置變化非常敏感。在低端沒(méi)有太多的安全系數(shù)，超過(guò)最大流量550 gpm的流量浪費(fèi)了很多，這既昂貴又不必要。
3英寸的閥門(mén)將控制所需的全部流量范圍，在其全行程能力的50％左右（開(kāi)度為22％至72％）之間，從而使流量對(duì)閥門(mén)位置變化的敏感性降低。最小和最大指定流量對(duì)稱(chēng)地放置在閥門(mén)的已安裝流量特性上，并且在指定控制范圍的每一端都具有相同數(shù)量的安全系數(shù)。
圖1：比較同一系統(tǒng)中的兩個(gè)閥的樣品控制閥安裝流量和安裝增益特性。添加了重點(diǎn)以顯示圖表的一部分，該部分屬于用戶(hù)指定的流量范圍，介于最小所需流量和最大所需流量之間（80至550 gpm）。
通常，已安裝的流量特性以相對(duì)流量與相對(duì)行程的關(guān)系圖表示，如圖1所示。該流量以0到1的比例繪制，即從零流量到完全打開(kāi)流量的100％，并且閥行程為以0到1的比例繪制圖形，即從完全關(guān)閉到完全打開(kāi)。該圖很好地直觀(guān)顯示了流量與閥門(mén)行程的線(xiàn)性關(guān)系，以及所需流量范圍在閥門(mén)行程范圍內(nèi)的位置。繪制相對(duì)流量圖所遺漏的是所考慮的閥門(mén)的已安裝流量圖的相對(duì)斜率。如果已安裝的流量圖上的兩個(gè)閥門(mén)以gpm（或kg / h）的垂直刻度繪制，則6英寸閥門(mén)的圖表在100％打開(kāi)（相對(duì)行程為1.0％）時(shí)會(huì)高得多，其斜率將是陡峭得多。
繪制安裝增益的圖形可以從不同方面說(shuō)明控制閥的安裝性能，并將不同尺寸和不同樣式的閥放在同一根基上，以便對(duì)其進(jìn)行檢查和比較。任何設(shè)備的增益定義為輸出的變化率除以輸入的變化率。對(duì)于控制閥，輸入是閥的位置，輸出是通過(guò)閥的流量。在已安裝的增益圖上，流量刻度顯示為相對(duì)流量，參考點(diǎn)為用戶(hù)指定的最大所需流量。用戶(hù)的最大指定流量稱(chēng)為Qmax。
在圖1中，Q / Qmax標(biāo)尺上的1.0表示示例的最大指定流量550 gpm，而Q / Qmax標(biāo)尺上的0.4表示220 gpm。這樣做是為了使不同樣式和尺寸的閥門(mén)可以直接相互比較。
極低的增益是不希望的，因?yàn)榈驮鲆嬉馕吨?dāng)閥門(mén)移動(dòng)時(shí)，流量變化不大。為什么不希望獲得高收益可能并不那么明顯。具有高增益的音頻放大器可能是理想的。但是，控制閥是機(jī)械設(shè)備，因此，在相互接觸的情況下運(yùn)動(dòng)的零件在不運(yùn)動(dòng)時(shí)往往會(huì)粘住。如果閥由于在不移動(dòng)時(shí)容易卡住而只能定位在所需位置的2％之內(nèi)，并且增益為4，則流量只能在8％的步幅內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，這可能是不希望的。一家閥門(mén)制造商為指定流量范圍內(nèi)的安裝增益推薦以下增益標(biāo)準(zhǔn)：
增益0.5
獲得3.0
盡可能恒定
盡可能接近1.0
增益（最大）/增益（最小）2.0
將所需流量范圍內(nèi)的增益變化限制為2到1的原因是，可以更輕松地調(diào)整控制器以在整個(gè)所需流量范圍內(nèi)獲得穩(wěn)定和快速的響應(yīng)。
除了使用已安裝的流量和增益分析來(lái)比較不同的閥門(mén)尺寸外，它在比較同一系統(tǒng)中的不同閥門(mén)樣式時(shí)也很有用。假設(shè)有人將其安裝在10英寸分段球閥上進(jìn)行應(yīng)用。采購(gòu)代理可能會(huì)指出10英寸的高性能蝶閥會(huì)更加經(jīng)濟(jì)。部分球閥通常具有接近完美的等百分比固有流量特性，而高性能蝶閥的固有流量特性介于線(xiàn)性和等百分比之間。那么，哪一個(gè)是最佳選擇？它確實(shí)取決于系統(tǒng)。具有較大動(dòng)態(tài)損失的系統(tǒng)可能會(huì)通過(guò)扇形球閥得到更好的控制，但是具有中等動(dòng)態(tài)損失的系統(tǒng)可能會(huì)受到高性能蝶閥的更好控制。已安裝的流量和增益分析可以幫助做出選擇。
一些截止閥往往具有低于理想的固有線(xiàn)性或等百分比的固有流量特性。對(duì)于特定系統(tǒng)，偏心旋轉(zhuǎn)旋塞閥會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇嗎？
這里介紹了一個(gè)用于創(chuàng)建已安裝流量和增益圖的簡(jiǎn)單過(guò)程模型。該方法基于以下原理：管道壓力損失大約與流量平方成正比。該過(guò)程模型僅對(duì)完全湍流有效，應(yīng)視為近似值。
為了說(shuō)明該方法，此處已在Microsoft Excel中實(shí)現(xiàn)了該方法。此處顯示了作者的Excel工作表，分為三個(gè)表。表1到表3顯示了足夠的細(xì)節(jié)，因此具有Excel經(jīng)驗(yàn)的任何人都應(yīng)該能夠?qū)嵤┯行У腅xcel工作表。或者，用戶(hù)可以在其首選的編程環(huán)境中實(shí)現(xiàn)該方法。該方法包括使用用戶(hù)首選的控制閥選型軟件，并結(jié)合過(guò)程模型根據(jù)用戶(hù)在表1的D25中輸入的流量計(jì)算出的P1和P2或Delta P值。
表1：過(guò)程模型
表1至表3中的樣本計(jì)算基于圖2所示的系統(tǒng)。系統(tǒng)的靜態(tài)分析產(chǎn)生了表中所示并以圖形方式顯示的壓力值。該計(jì)算基于對(duì)3英寸部分球閥的分析，該球閥具有等百分比的固有流量特性。
因?yàn)橄到y(tǒng)中涉及大量管道，所以事實(shí)證明安裝的流量特性接近線(xiàn)性。
圖2：示例安裝的流量和增益計(jì)算中使用的系統(tǒng)
在不考慮閥門(mén)實(shí)際安裝系統(tǒng)的情況下，無(wú)法任意指定尺寸計(jì)算中使用的Δp。必須記住的是，除控制閥（管道，配件，隔離閥，熱交換器等）外，系統(tǒng)的所有其他組件都是固定的，且處于系統(tǒng)所需的流量下（將熱化學(xué)藥品冷卻到指定溫度或在罐中保持指定液位），這些固定元件中的每個(gè)固定元件的壓力損失也都固定。
只有控制閥是可變的，并且它連接到自動(dòng)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)將調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)至建立所需流量所需的任何位置，從而達(dá)到規(guī)定的溫度，液位或其他要求。在這一點(diǎn)上，整個(gè)系統(tǒng)壓差（系統(tǒng)開(kāi)始時(shí)和系統(tǒng)結(jié)束時(shí)的壓力之差）未被固定元件消耗的部分必須出現(xiàn)在整個(gè)控制閥上。
進(jìn)行計(jì)算
在表1中，基于過(guò)程模型，單元格D25中的流量條目將產(chǎn)生該流量時(shí)的P1，P2和增量P（控制閥兩端的壓降）值。在D25中，唯一需要用戶(hù)費(fèi)力的流量輸入是所考慮的閥門(mén)完全打開(kāi)時(shí)的流量。這需要一些簡(jiǎn)單的猜測(cè)工作。
一個(gè)很好的第一選擇是輸入指定的所需最大流量增加10％。使用流量的第一個(gè)猜測(cè)，將其輸入D25。另外，將您的流量估算值與P1以及在D列中為該流量計(jì)算出的P2或Delta P輸入到您首選的控制閥軟件中，并觀(guān)察定徑程序返回的閥行程百分比。目的是優(yōu)化您的流量猜測(cè)（輸入到過(guò)程模型和閥門(mén)選型程序中），直到閥門(mén)行程盡可能接近100％。
在工作表（表2中所示）的單元格L35中輸入此完全開(kāi)放的流量，然后在第35行中填寫(xiě)所有剩余流量。（全開(kāi)流量X相對(duì)流量。）這可以通過(guò)簡(jiǎn)單的公式或手動(dòng)完成。同樣，用過(guò)程模型和CV中的P1和Delta P來(lái)完成L列，并根據(jù)閥門(mén)尺寸調(diào)整程序來(lái)完成相對(duì)行程。可以使用過(guò)程模型和大小調(diào)整程序來(lái)填寫(xiě)其余列表數(shù)據(jù)。
表2：繪制已安裝的流量特性圖
表2：繪制已安裝的流量特性圖
此時(shí)，您已具有使用表2中的指示來(lái)構(gòu)建相對(duì)流量與相對(duì)行程的圖所需的所有數(shù)據(jù)。然后，您將具有足夠的信息來(lái)填寫(xiě)表3的已安裝增益圖表的表格數(shù)據(jù)并進(jìn)行構(gòu)造按照表3中的說(shuō)明安裝增益圖。
表3：繪制安裝增益圖
表3：繪制安裝增益圖
您可以通過(guò)兩種方法在已安裝的流程圖上標(biāo)記最小和最大指定流量的點(diǎn)。一種方法是，您可以從閥門(mén)尺寸計(jì)算中找到相對(duì)的最小和最大指定流量與安裝的流量圖相交的位置。當(dāng)您將閥門(mén)的最小和最大指定流量點(diǎn)的大小定為百分比開(kāi)度時(shí)，相對(duì)行程將由您的尺寸確定程序計(jì)算得出。將其除以100得到相對(duì)行程。第二種方法是，您可以找到在Qmin /全開(kāi)流量時(shí)已安裝的流量圖與相對(duì)流量標(biāo)度上的最小指定流量相交的位置，以及在Qmax /全開(kāi)流量時(shí)，您可以找到安裝的流量圖與相對(duì)流量標(biāo)度上的最大指定流量相交的位置。
在安裝的增益圖中，給定的最大指定流量在Q / Qmax刻度上始終為1.0。Q / Qmax標(biāo)尺上的最小設(shè)計(jì)流為Qmin / Qmax。對(duì)于用戶(hù)正在過(guò)程D的第9列至第14列中輸入的系統(tǒng)參數(shù)表示的系統(tǒng)所考慮的任何閥門(mén)尺寸或樣式，已安裝增益圖的Q / Qmax刻度上的這兩點(diǎn)將相同。模型，可以輕松比較它們的控制功能。
參考
喬恩·蒙森（Monsen），《閥門(mén)選徑內(nèi)幕指南*選擇》，F(xiàn)low Control，2015年2月，第XXI，第2號(hào)，第29-32頁(yè)。
喬恩·蒙森（Monsen，Jon），《將安裝增益作為控制閥選型標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)幕人士指南》，F(xiàn)low Control 2015年5月，第1期。XXI，第5號(hào)，第22-25頁(yè)。
喬恩·蒙森（Jon F. Monsen），體育博士，是華菱公司（Valin Corporation）的控制閥技術(shù)顧問(wèn)，擁有30多年的經(jīng)驗(yàn)。他在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上就控制閥的應(yīng)用和尺寸進(jìn)行了演講，并且是《ISA實(shí)踐指南》中有關(guān)控制閥的“計(jì)算機(jī)控制閥尺寸”一章的作者。Monsen還是《控制閥應(yīng)用技術(shù)：選擇正確的控制閥的技術(shù)和注意事項(xiàng)》一書(shū)的作者。