范文一:精确等百分比特性高性能密封蝶阀流量特性计算及其仿真分析
第 ,, 卷第 , 期 湖南工业职业技术学院学报 ,,,( ,, ,,( , ,,,, 年 , 月 ,,,, 年 湖南工业职业技术学院学报 ,,,,,,, ,, ,,,,, ,,,,,,,, ,,,,,,,,,,, 第,期 ,,,( ,,,, 精确等百分比特性高性能密封蝶 阀流量特性计算及其仿真分析 王振华 (无锡职业技术学院,江苏 无锡,,,,,,,) 〔摘 要〕 本文介绍了一种蝶阀, 阀板上设有球面扇形外缘,背脊部有光滑的凹曲面能使蝶阀实现精确的等百分比流量 特性。等百分比流量特性能提高蝶阀的调节性, 使控制接近压力设置点。通过流场仿真分析,结果验证了设计的准确性。 〔关键词〕 等百分比流量特性; 蝶阀; 阀板;调节性能 〔中图分类号〕 ,,,,,(,,;,,,,, 〔文章标识码〕 , ) 〔文章编号〕 ,,,,,,,,, (,,,, ,,,,,,, ,,, ,,,,,;,,,,,,,; ,,,,,, ,,, ,,,,,,,,,, ,, ,,;,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,, ,,,, ,,,;,,, ,?,,, ,,,;,,,,,, ,,,, ,,,,,;,,
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的关键在于阀板的结构,传统的阀板包括球 本文旨在介绍一种精确的等百分比调节性能的蝶阀,蝶阀 形扇面外缘、背脊,采用整体铸造成形,背脊上?衅闹峥缀土
宓鹘诜段г诜判谐的 ,,,,,,,,而传统蝶阀阀板调节 接销孔。而图 , 所示的阀板,除了包括球形扇面外缘、背脊以范围为 ,,,,,,,,调节性能是传统蝶阀的两倍以上,使控制接 外,在阀板偏心轴孔一侧增加了圆弧球面轮廓边缘,仍采用整近压力设置点,可应用于既要求精确调节性能,又要求大流通 体铸造成形。圆弧球面轮廓边缘与背脊围成连贯平滑的曲面,能力的工况,替代大口径单座或套筒调节阀。节约成本和工业 使装有此种阀板的蝶阀具有精确的等百分比调节性能。原料,提高生产效率。 蝶阀设计人员也通过使用流体仿真软件对蝶阀进行了仿真计算。 ,,,,, 及 ,,, 分析了蝶阀的三维不可压缩流体的速度及压力分布,并提出了改善蝶阀启闭特性及气蚀的措施〔,〕。 , , ,,,, 通过使用 ,,,,,, 软件进行了单阀板及双阀板蝶阀的流场对比,并将结果与实验数据进行对比〔,〕。 阀板的结构较复杂,理论计算难度大,结合有限元仿真分析使得设计更为可靠。 图 , 阀板结构示意图 〔收稿日期〕 ,,,,,,,, 〔作者简介〕 王振华 , 江苏无锡人, (,,,,— ) 男, 无锡职业技术学院机械制造实验师。 , 第,期 湖南工业职业技术学院学报 ,,,, 年 以为依据,确定阀板的结构参数,则得到的蝶阀其流量特性能, 流量特性计算 够符合等百分比特性。 等百分比(对数)特性在单位行程变化引起相对流量变化 蝶阀在不同开度下的流通面积,阀
相对流量成正比,及调节阀的放大系数是变化的,它 板旋转不同的角度 θ与该点的
时,分别得到由阀板球形扇面外圆、阀体通道、圆弧球面边缘轮随相对流量的增加而放大 。等百分比特性在行程过程中的流 〔,〕 廓、连贯平滑曲面组成的流通面积,蝶阀的动作模型见图 ,。量满足以下关系式: 由此得出: 图 , 蝶阀动作模型 以具体阀为例, 密封圈等零部件确定, 将阀体、 阀板的厚度 及偏心尺寸根据工况及设计标准确定,则为阀板调节曲线几何 尺寸的函数: 因此单位位移变化引起的流量变化与点的原有流量成正比,而流量相对变化的百分比总是相等的。 由于其放大系数 , 随开度的增加而增加,因此有利于系统调节。在小开度时,流量小,流量的变化也小,调节阀放大系数小,调节平稳缓和;在大开度时,流量大,流量的变化也大,调节阀放大系数大,调节灵敏有效。在同一行程时, 其流量比直线特性小。 ,,—非调整曲线侧在阀板转动过程中的流通面积,为流 道圆与?О逍纬的面积; ,,—调整曲线侧在阀板转动过程中的流通面积,为流道 圆与阀板曲线形成的面积; 转换为空间球面坐标进行积分。由于计算较为复杂,计算 机编程实现确定各计算点,初步得出阀板的扇面外缘,及背部 曲线。 将得到的初步模型再通过复算及反求进行修正。 , 流量特性仿真分析 理论计算得出阀板的参数,蝶阀的固有流量特性通过仿真 进行验证。利用 ,,,,,, 软件进行蝶阀流量特性的仿真计算。 ,(, 仿真模型 建立仿真流道如图 , 所示,按照标准 〔,〕规定,固有流量特 性试验要求,仿真模型在蝶阀入口端加长 ,,,出口端加长 ,,。, 流通面积的确定 (, 推导出蝶阀各个开度下的流通面积。 由公式 ) 图 , 仿真模型 ,(, 数值计算方法 ) (, 式为等百分比流量特性蝶阀,开度为时的流通面积。 根据标准 〔,〕规定,计算流体为室温的水,出口端与入口端 , ,,,, 年 湖南工业职业技术学院学报 第,期的压差为 ,(,,,,,经初算,流体的雷诺数大于 ,,,,因此,雷诺数的影响很小,属湍流状态,遵循 ,,,, 方
程式:,(, 湍流模型 求解上述方程,常用的湍流模型为 ,, 模型、 ,, ,,ε 模型、模型,选择蝶阀的某个开度,分别使用上述三种进行对比。各有优缺点,最终选择 ,,ε 模型,它不涉及非线性阻尼系数,更准确和灵活,更适用于圆管流动求解。,(, 仿真结果及分析 ) (, 蝶阀固有流量特性曲线 ,,,、 分 别选取阀阀门 ,,,、 ,,,、 ,,,、 ,,,、 ,,,、 ,,,、 图 , 蝶阀流场仿真结果(,,?、,,?、,,?、 ) ,,? ,,,等九个开度,,,,、 设置好初始条件及边界条件。得到该蝶阀各开度时的流场分布图及蝶阀的固有特性曲线, 具体参见图 ,。 分析结果可以看出: 固有流量特性的仿真结果与理论计算结果基本吻合,整个 开度范围内的差距小于 ,(,,。阀门的流量特性符合等百分比特 性。 ,,,,,,,开度都能实现流量调节,而传统双偏心蝶阀在 ,,,以后调节作用较差。 开度越小,阀板背面产生的湍流程度越高,背面压力小,产 生阀板附加翻转力矩,易于阀板动作。 结 语 ,、本文提出的蝶阀阀板具有精确的等百分比调节性能,设 ) (, 各开度下的压力云图 备的控制更接近工业压力设置点。蝶阀拥有精确的等百分比调 节性能,避免了工业原料的浪费。 ,、精确的调节性能使装备了该新型阀板的双偏心蝶阀的 应用范围更广,能替代体积大而笨重的大口径单座、套筒调节 阀,节约成本。 ,(蝶阀流量特性的理论计算较为复杂,可通过修改参数化 几何模型,结合仿真来修正调节曲线,较为直观。 〔参考文献〕 〔,〕,,,,,, ,( ,,, ,,,, ,(,( ,,,,,,,
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,,, ,,,,,, ,,,,, ,,,,,〔,〕(,,,,,,, ,, ,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,:,,,,,,,( (, 各开度下的速度云图 ) , 〔,〕, , ,,,, , , ,,,, ( ,,,, ,,,,,;,,,,,,,;, ,,, ,,,,,,,,,;, ,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,, ,,,,, ,,,,, ,,,,,,;,, ,,,,,,,,〔,〕( ,,,, ,,,, ,,,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,; ,,;,,,,,, ,,, ,,,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,,,,,, ,;,,,;, ,,,,,,,( 〔,〕明赐东(调节阀应用 ,,,, 问〔,〕(北京:化学工业出版社,,,,,( 〔,〕,,,,,,,,,(,,,,,,,,工业过程控制阀〔,〕(北京:中国标准出版社,,,,,( 〔,〕,,,,,,,,,(,,,,,,,工业过程控制阀〔,〕(北京:中国标准出版社,,,,,( ) (; 各开度下的流线分布 ,.
范文二:精确等百分比特性高性能密封蝶阀流量特性计算及其仿真分析
精确等百分比特性高性能密封蝶
阀流量特性计算及其仿真分析
王振华
(无锡职业技术学院,江苏 无锡,214121)
,摘 要, 本文介绍了一种蝶阀,阀板上设有球面扇形外缘,背脊部有光滑的凹曲面能使蝶阀实现精确的等百分比流量
特性。等百分比流量特性能提高蝶阀的调节性,使控制接近压力设置点。通过流场仿真分析,结果验证了设计的准确性。
,关键词, 等百分比流量特性;蝶阀;阀板;调节性能
,中图分类号, TQ055.81;TH134 ,文章标识码, A ,文章编号, 1671-5004 (2013) 03-0001 -03
aracterisict esign and lation of xcellet ightess tterfly alve ChDSimuEnTnBuV
ith Precise qual Percentage Flow haracterisict wEC
WANG Zhen-hua
(Wuxi Institute of Technology, Wuxi 214121 ,Jiangsu)
,Abstract, This article describes a butterfly valve with the outer edge of the sphere sectors and smooth concave surfaces on the back, enabling butterfly
valve to realize the precise equal percentage flow characteristic, which provides an improved throttling range that allows you to control closer to the target set
point, regardless of process disturbances. The results of the flow characteristics simulation verify the accuracy of the design,and we improved the surfacesslightly according to the results.
,Key words, equal percentage flow characteristics; butterfly valve; disc; throttling capabilities
前言1 蝶阀结构
蝶阀的紧凑结构和较为适中的转矩要求,使其在控制中得 蝶阀由阀体、阀板、密封环、密封圈、压环、螺钉组成,结构 到广泛应用在各类阀门中,蝶阀阀体所用的材料最少,占用的 如图 1 所示通过阀板上由背脊圆弧球面轮廓边缘围成的调 。。、管线空间最小,压力切断能力仅要求一般的执行机构功率。 节曲面与阀门流道共同作用,实现阀门的精确调节作用。
随着国内控制阀技术的不断发展,蝶阀已成为工业控制过
程主流控制设备之一,过程控制中对蝶阀的调节性、可靠性、稳
定性也提出了更高的要求。在已有技术中,各类蝶阀阀板均采
用球阀唇缘式密封技术,使用聚合材料或弹性金属环密封座与
阀板的球形扇面外缘吻合达到密封的要求,调节特性为近似等
百分比,控制性能不足,导致工业生产原料浪费,生产效率低,
局限了蝶阀的应用。使得蝶阀的流通能力大,不易堵塞等优点
无法体现。 图 1 蝶阀结构示意图 本文旨在介绍一种精确的等百分比调节性能的蝶阀,蝶阀 实现调节性能的关键在于阀板的结构,传统的阀板包括球 阀板调节范围在阀门行程的 15-70,而传统蝶阀阀板调节 %%形扇面外缘背脊,采用整体铸造成形,背脊上有偏心轴孔和连 、范围为 30%-50%,调节性能是传统蝶阀的两倍以上,使控制接 接销孔。而图 2 所示的阀板,除了包括球形扇面外缘、背脊以 近压力设置点,可应用于既要求精确调节性能,又要求大流通 外,在阀板偏心轴孔一侧增加了圆弧球面轮廓边缘,仍采用整 能力的工况,替代大口径单座或套筒调节阀节约成本和工业 。体铸造成形。圆弧球面轮廓边缘与背脊围成连贯平滑的曲面, 原料,提高生产效率 。使装有此种阀板的蝶阀具有精确的等百分比调节性能。 蝶阀设计人员也通过使用流体仿真软件对蝶阀进行了仿
真计算。 Huang 及 Kim 分析了蝶阀的三维不可压缩流体的速度及 [1]压力分布,并提出了改善蝶阀启闭特性及气蚀的措施 。 S Y Jeon 通过使用 fluent 软件进行了单阀板及双阀板蝶阀 [2]的流场对比,并将结果与实验数据进行对比。 阀板的结构较复杂,理论计算难度大,结合有限元仿真分
析使得设计更为可靠。
图 2 阀板结构示意图
,收稿日期, 2013-5-6
第 3 期 2013 年 湖南工业职业技术学院学报
以为依据,确定阀板的结构参数,则得到的蝶阀其流量特性能 2 流量特性计算够符合等百分比特性。
蝶阀在不同开度下的流通面积,阀板旋转不同的角度 θ 等百分比(对数)特性在单位行程变化引起相对流量变化
时,分别得到由阀板球形扇面外圆、阀体通道、圆弧球面边缘轮 与该点的相对流量成正比,及调节阀的放大系数是变化的,它
[3]、连贯平滑曲面组成的流通面积,蝶阀的动作模型见图 3。 廓随相对流量的增加而放大等百分比特性在行程过程中的流 量。
满足以下关系式:
由此得出:
图 3 蝶阀动作模型 以具体阀为例,将阀
体密封圈等零部件确定,阀板的厚度 、
及偏心尺寸根据工况及设计标准确定,则为阀板调节曲线几何
尺寸的函数:
因此单位位移变化引起的流量变化与点的原有流量成正
比,而流量相对变化的百分比总是相等的 。
由于其放大系数 K 随开度的增加而增加,因此有利于系
统调节。在小开度时,流量小,流量的变化也小,调节阀放大系
数小,调节平稳缓和;在大开度时,流量大,流量的变化也大,调
节阀放大系数大,调节灵敏有效在同一行程时,其流量比直线 。
非调整曲线侧在阀板转动过程中的流通面积,为流 A1—特性小。
道圆与阀板形成的面积;
A2—调整曲线侧在阀板转动过程中的流通面积,为流道
圆与阀板曲线形成的面积;
转换为空间球面坐标进行积分由于计算较为复杂,计算 。
机编程实现确定各计算点,初步得出阀板的扇面外缘,及背部
曲线。
将得到的初步模型再通过复算及反求进行修正。
4 流量特性仿真分析
理论计算得出阀板的参数,蝶阀的固有流量特性通过仿真
进行验证。利用 fluent 软件进行蝶阀流量特性的仿真计算。
4.1 仿真模型
[4]建立仿真流道如图 4 所示,按照标准规定,固有流量特
性试验要求,仿真模型在蝶阀入口端加长 2D,出口端加长 6 D。
3 流通面积的确定
由公式(3)推导出蝶阀各个开度下的流通面积。
图 4 仿真模型
4.2 数值计算方法 [4]规定,计算流体为室温的水,出口端与入口端根据标准(4)式为等百分比流量特性蝶阀,开度为时的流通面积 。
2
第 3 期 2013 年 湖南工业职业技术学院学报
.1MPa,经初算,流体的雷诺数大于 105,因此,雷诺数 的压差为 0
的影响很小,属湍流状态,遵循 RANS 方程式:
4.3 湍流模型 求解上述方程,常用的湍流模型为 k- 模型、k-ε 模型、RS 模型,选择蝶阀的某个开度,分别使用上述三种进行对比各有 。 优缺点,最终选择 k-ε 模型,它不涉及非线性阻尼系数,更准 确和灵活,更适用于圆管流动求解 。 4.4 仿真结果及分析 (d)蝶阀固有流量特性曲线 分别选取阀阀门 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、 图 5 蝶阀流场仿真结果(20?、40?、70?、90?) 8090等九个开度,设置好初始条件及边界条件得到该蝶阀 %、%。
各开度时的流场分布图及蝶阀的固有特性曲线,具体参见图 5 。
分析结果可以看出:
固有流量特性的仿真结果与理论计算结果基本吻合,整个
开度范围内的差距小于 6.5%。阀门的流量特性符合等百分比特 性 。 15%:70%开度都能实现流量调节,而传统双偏心蝶阀在 50以后调节作用较差。 % 开度越小,阀板背面产生的湍流程度越高,背面压力小,产
生阀板附加翻转力矩,易于阀板动作。 结 语 1、本文提出的蝶阀阀板具有精确的等百分比调节性能,设 备的控制更接近工业压力设置点蝶阀拥有精确的等百分比调 。 节性能,避免了工业原料的浪费 。(a)各开度下的压力云图 2精确的调节性能使装备了该新型阀板的双偏心蝶阀的 、 应用范围更广,能替代体积大而笨重的大口径单座、套筒调节 阀,节约成本。 3.蝶阀流量特性的理论计算较为复杂,可通过修改参数化 几何模型,结合仿真来修正调节曲线,较为直观。
[参考文献 ] [1]Huang, C. and Kim, R.H. Threedimensional analysis of partially open but- terfly valve flows[J].Journal of Fluid Engineering,1996, 123:562-568. [2]S Jeon ,J oon . Flow Characteristics and Perforance Evaluation of Y Y Ym(b)各开度下的速度云图 Butterfly Valve Using Numerical Analysis[J]. 25th IAHR Symposium on Hy- draulic Machinery and Systems,Earth and Environmental Science 12,2010. [3] 明赐东调节阀应用. 1000 问[].北京:化学工业出版社,2006. M [4]B/17213.102005,工业过程控制阀[S].北京:中国标准出版社,2006. GT- [5]GB/T17213.9-2005,工业过程控制阀[S].北京:中国标准出版社,2006.
(c)各开度下的流线分布
3
范文三:蝶阀流量特性曲线在V形滤池恒水位控制中的应用
蝶阀流量特性曲线在 V 形滤池恒水位控制中的应用 袁泉
(金科 (北京) 环保工程有限公司 , 100015)
摘要 为减少 V 形滤池滤后水调节阀的动作频率 , 通过采用 S IPA R TPS2 智能型定位器 , 对
蝶阀的流量特性曲线进行校正 , 同时对 PL C 程序优化调整 , 使蝶阀工作在良好的状态下 , 降低
了维护费用 , 保证了滤池系统稳定运行 。
关键词 智能型电气阀门定位器 ; 蝶阀 ; 流量特性 ; 调节阀
中图分类号 : TH137152 文献标识码 : A
Appl icat ion of curve of butterf l y valve f l o w characterist ics
in V2type f ilter bed in the control of invaria bleness water level
YUAN Q uan (() )J inke BeijingEnviro nment p rotectio n Engineering Co . L t d , 100015 , China
Abstract : In o rder to decrease movement f requency of water mo dulating valve af ter filtering in V2t ype
filter bed , t hro ugh adop ting S IPA R TPS2 intelligent localizer , curve of but terfly valve flow character2
istics is p roof readed , and meanw hile , PL C p ro gram is op timized and adjusted , to make t he but terfly
valve wo r ks in a goo d co nditio n , and decease t he co st o n maintenance and ensure smoot hly operatio n of
filter bed system.
Key words : intelligent elect ric valve localizer ; but terfly valve ; flow characteristic ; mo dulating valve
() 1 概述稳定在 2140 m。因此 , 滤后水调节阀及阀门定位
近年来 V 形滤池在自来水厂得到了较为普遍 器是水厂滤池稳定运行的关键设备 。滤后水调节阀 的应用 , 该滤池中的关键设备 ———滤后水调节阀因 的工作方式 , 决定了阀门动作频繁 。 实际使用中动作频率非常高 , 使水厂运行不到半
年 , 4 台滤后水调节阀的气缸 、阀体等构件均出现
了不同程度的磨损 。通过采用校正该蝶阀的流量特
性曲线等手段 , 优化了阀门的整体性能 , 降低了阀
门的动作频率 , 从而达到了稳定生产 、降低维修成
本的目的 。
2 滤后水调节阀工作原理
V 形滤池的过滤是采用 “恒水位过滤控制”的
( ) 方式运行 图 1。过滤时通过超声波液位计实时
监测滤池水位变化 , 根据水位的变化控制滤后水调
节阀的开度 , 以达到恒水位控制的目的 , 该水厂滤
池的工作液位为石英砂上 1120 m , 液位计显示此液 图 1 恒水位过滤 “液位计 - 滤后水调节阀”P ID 调节
( ) 位值为 2140 m 。当滤池液位上升 > 2140 m或下 3 滤后水调节阀运行中出现的问题
( ) 降 < 2140="" m时="" ,="" 通过="" p="" id="" 运算使滤后水调节阀="" 滤后水调节阀动作频率测试结果如图="" 2="" 所示="">
开启度增大或减小 , 使滤床之上的水位保持恒定
( ) 作者简介 : 袁泉 1969 - , 男 , 从事给水厂和污水厂的设备安装及运营管理工作 。
阀 门 2007 年第 3 期 — 24 —
从图 2 中反映的数据可知 , 在 15 min 内 , 阀门 , 这种畸变严重影响自 量特性的畸变是比较严重的
动控制系统的工作性能 。动作了 85 次 , 动作频率高达 517 次/ min , 每天动
作 8 160 次 , 动作角行程为 1 102?, 按照这个动作 频对于 P ID 调节来说 , 蝶阀理想的工作特性应 率计算 , 该阀门相当于每天全开 、全关 1057 次 。 这该是直线的 , 但因为阀门的流量特性畸变影响到系 种频繁动作的情况对阀门损伤非常大 , 水厂运行 统的控制质量 , 使控制系统的输出变得不可预计 ,
因此有必要对蝶阀的畸变进行校正 。约半年时间 , 阀门各部分构件均出现了不同程度的
磨损 。驱动蝶阀的双作用气缸 , 因动作频繁 , 缸体 S IPA R TPS2 智能型电气阀门定位器 , 具有对 橡胶密封圈 2 个多月就出现磨损并开始泄漏 , 继续 阀门流量特性校正的功能 。在其功能菜单中 , SL 0
,SL 20 可以设定数值转折点 , 每个设定点可以从运行到 3 个月时 , 气缸的动作就变得缓慢 , 必须更
换橡胶圈才能正常使用 。而蝶阀阀体的磨损也比较 5 %的行程上赋予流量特性值 。这些点组成一个多 严重 , 阀门转轴因为转动频繁 , 出现严重磨损 , 长 边形 , 共由 20 条直线组成 , 从而导出一个理想的
阀门特性曲线 。采用这种方法 , 能够实现对阀门流期这样运行将会很快损坏 。
() 量特性的畸变进行补偿 表 1。
图 2 滤后水调节阀动作频率
4 蝶阀流量特性曲线调整
根据实际工况 , 通过采取对蝶阀流量特性曲线 图 3 蝶阀流量特性曲线
表 1 的畸变补偿方式是在定位器得到 PL C 所 的测量和校正及修改 PL C 控制程序等手段 , 减少
给定的开度信号后 , 通过储存在智能定位器中的理 了阀门的动作频率 , 稳定了水厂供水系统的运行 。想状态阀门流量特性曲线数据 , 转换得到相对应的 411 蝶阀流量特性曲线测量理想相对流量 , 再根据理想的相对流量算出实际需
蝶阀型号为 D643 X - 10 , 公称直径为 DN350 , 要的开度行程信号控制蝶阀 , 这样由 PL C 给定的 为了解阀门在实际使用状态下的流量特性 , 实地测 阀门相对开度与蝶阀的实际输出流量之间校正为一
条直线的关系 , 如图 3 中 2 # 曲线所示 。 定了安装后蝶阀的流量特性曲线 。首先通过定位器
413 阀门调节性能的综合优化 采取定位器对蝶阀( ) 将阀门的开启度设定在某一数值 如 5 % 、10 %,
流量校正后 , 又对 PL C 编 测定 液 位 在 滤 池 中 从 2160 , 2140 m 下 降 的 时 间 ,
程软件进行了优化 。由于在维持滤池恒水位的基础通过体积变化计算出该开启度下的流量 。然后改变
上降低阀体动作频率是解决问题的最根本方法 , 所 阀门开启度 , 采用同样的方法测量从 5 %, 100 %
以对 P ID 调节后的输出增加了一些限制条件 。 的流量 , 绘制成如图 3 所示的蝶阀在使用状态下的
?原来的恒水位稳定带设定为 ?2cm , 为了使 流量特性曲线 。
412 智能型阀门定位器对流量曲线的校正 恒水位过滤达到一定精度 , 同时又不使出水比例阀
频繁动作 , 将恒水位稳定带调整为 ?5cm 。 V 形滤池装置采用 P ID 的控制方式对蝶阀进
?增大 P ID 调节的死区 , 当滤池的液位在设 行开度调节以达到恒定液位的目的 , 而 P ID 控制
定液位的 ?3cm 之内波动时 , 不 输 出 阀 门 动 作 指 是典型的线性调节 , 但蝶阀实际工作状态的特性为
快开特 性 , 蝶 阀 的 主 要 工 作 范 围 为 10 %, 50 % ,令 。
?当 P ID 运 算 后 , 阀 门 动 作 幅 度 小 于 3?时 ,在此 区 段 蝶 阀 的 开 启 度 变 化 40 % , 而 流 量 变 化
5712 % , 这会导致控制系统的超调 。就是说 , 其流
阀 门 2007 年第 3 期 — 25 —
不输出阀门动作指令 。 5cm 以外 , 每 5s 输出一 ?如果水位变化在 ?
次 P ID 指令 。?调 整 P ID 的 各 项 系 数 , 减 小 比 例 项 常 数 、
增大积分项的常数 , 减小阀门的动作幅度 , 也降低 通过采取综合处理与优化 , 减少了滤后水调节 阀门动作的灵敏度 。通过反复试验调整 , 选择合适 阀的动作频率 , 调整后该阀门每天动作少于 1 000 的参数 。 次 , 经半年多的使用 , 系统装置故障率大大降低 ,
?降低阀门动作指令的输出 频 率 , 上 述 工 况稳定性能提高 。
下 , 每 30s 输出一次 P ID 指令 。
表 1 采用智能定位器对蝶阀流量特性的校正( 实际测量数据)
定位器的给定值 校正前 校正后
蝶阀实际 蝶阀实际PL C 给出的实际 PL C 给出的 蝶阀实际 实际 相对 蝶阀实际 相对 的相对 开的相对 定位器设 蝶阀相对 流量 开启角度 流量 度 电流值 开启角度 流量 流量 开度 定点 SL 开度 ()? 33% m/ h ()? m/ h % mA % % %
0 0 410 0 010 0 010 010 010 0 010 1 5 418 5 318 254 1818 114 318 74 515 2 10 516 10 716 417 3019 217 716 136 1011 3 15 614 15 1114 492 3614 410 1114 192 1412 4 20 712 20 1512 660 4819 511 1512 261 1913 5 25 810 25 1910 750 5516 714 1910 347 2517 6 30 818 30 2218 930 6819 917 2218 419 3110 7 35 916 35 2616 1 015 7512 1414 2616 454 3316 8 40 1014 40 3014 1 110 8212 1614 3014 524 3818 9 45 1112 45 3412 1 160 8519 1814 3412 622 4611 10 50 1210 50 3810 1 190 8811 2114 3810 678 5012 11 55 1218 55 4118 1 200 8819 2417 4118 765 5617 12 60 1316 60 4516 1 230 9111 2615 4516 805 5916 13 65 1414 65 4914 1 250 9216 2813 4914 906 6711 14 70 1512 70 5312 1 290 9516 3015 5312 956 7018 15 75 1610 75 5710 1 290 9516 3419 5710 1 003 7413 16 80 1618 80 6018 1 290 9516 3819 6018 1 095 8111 17 85 1716 85 6416 1 308 9619 4415 6416 1 177 8712 18 90 1890 685914 14 1 330 9815 13 6814 1 233 9113 19 95 1912 95 7212 1 340 9913 6916 7212 1 288 9514 20 100 2010 100 7610 1 350 10010 10010 7610 1 350 10010 5 结语 参 考 文 献 为减少滤后水调节阀的动作频率 , 测量了蝶阀
〔1〕 周红燕. 一种用智能型阀门定位器改变调节阀静态特性的方 在 V 形滤池工况下的流量特性曲线 。通过智能型 法 〔J 〕. 中国测试技术 , 2005 . 1 , ( 44,45) . 阀门定位器对蝶阀流量特性曲线进行校正 , 并结合 管丰年 , 徐森. 自控工程设计中控制阀流量特性的选用问题 〔2〕
〔J 〕. 石油化工自动化 , 2004 . 4 , ( 92,95) . PL C 编程软件的优化 , 减少了 V 形滤池滤后水调 史登峰 , 韦节延 , 陶进 , 等. 单叶钢制蝶阀流量特性的研究 〔3〕 节阀的动作频率 , 从 8 000 次/ d 减少至少于1 000 ( ) 〔J 〕. 通风除尘 , 1994 . 1 , 28,29.
王 根 平. 调 节 阀 的 流 量 特 性 校 正 〔J 〕. 计 量 与 测 试 技 术 , 次/ d , 水位的变化在 ?5cm , 大大降低了设备维护 〔4〕 2004 . 4 , ( 21,23) . 费用 , 延长了阀门使用寿命 , 提高了供水稳定性 。 ( 收稿日期 : 2007 . 01 . 10)
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范文四:蝶阀流量特性曲线在V形滤池恒水位控制中的应用
蝶阀流量特性曲线在V形滤池恒水位控制中的应用
2007年第3期??????????????????????????????????
文章编号:1002??5855(2007)03??0023??03
阀??????门??????????????????????????????????????23??????
袁泉
(金科(北京)环保工程有限公司,100015)
????摘要??为减少V形滤池滤后水调节阀的动作频率,通过采用
SIPARTPS2智能型定位器,对蝶阀的流量特性曲线进行校正,同时对PLC
程序优化调整,使蝶阀工作在良好的状态下,降低了维护费用,保证了
滤池系统稳定运行。
????关键词??智能型电气阀门定位器;蝶阀;流量特性;调节阀
????中图分类号:TH137152????????文献标识码:A
Applicationofcurveofbutterflyvalveflowcharacteristics
inV??typefilterbedinthecontrolofinvariablenesswaterlevel
YUANQuan
(Jinke(Beijing)EnvironmentprotectionEngineeringCo.Ltd,100015,China)
Abstract:InordertodecreasemovementfrequencyofwatermodulatingvalveafterfilteringinV??typefilterbed,throughadoptingSIPARTPS2intelligentlocalizer,curveofbutterflyvalveflowcharacter??isticsisproofreaded,andmean———————————————————————————————————————————————
while,PLCprogramisoptimizedandadjusted,tomakethebutterflyvalvework
sinagoodcondition,anddeceasethecostonmaintenanceandensuresmoothl
yoperationoffilterbedsystem.
Keywords:intelligentelectricvalvelocalizer;butterflyvalve;flowcharacteristi
c;modulatingvalve1??概述
近年来V形滤池在自来水厂得到了较为普遍
的应用,该滤池中的关键设备??????滤后水调节阀因
实际使用中动作频率非常高,使水厂运行不到半
年,4台滤后水调节阀的气缸、阀体等构件均出现
了不同程度的磨损。通过采用校正该蝶阀的流量特
性曲线等手段,优化了阀门的整体性能,降低了阀
门的动作频率,从而达到了稳定生产、降低维修成
本的目的。
2??滤后水调节阀工作原理
V形滤池的过滤是采用 恒水位过滤控制!的
方式运行(图1)。过滤时通过超声波液位计实时
监测滤池水位变化,根据水位的变化控制滤后水调
节阀的开度,以达到恒水位控制的目的,该水厂滤
池的工作液位为石英砂上1??20m,液位计显示此液
位值为2??40m。当滤池液位上升(>2??40m)或下
降(<2??40m)时,通过PID运算使滤后水调节阀
———————————————————————————————————————————————
开启度增大或减小,使滤床之上的水位保持恒定
(稳定在2??40m)。因此,滤后水调节阀及阀门定位器是水厂滤池稳定运行的关键设备。滤后水调节阀的工作方式,决定了阀门动作频繁。图1??恒水位过滤 液位计-滤后水调节阀!PID调节3??滤后水调节阀运行中出现的问题滤后水调节阀动作频率测试结果如图2所示。
??????24??????????????????????????????????????阀??????门??????????????????????????????2007年第3期????从图2中反映的数据可知,在15min内,阀门动作了85次,动作频率高达5??7次/min,每天动作8160次,动作角行程为1102?,按照这个动作频率计算,该阀门相当于每天全开、全关1057次。这种频繁动作的情况对阀门损伤非常大,水厂运行约半年时间,阀门各部分构件均出现了不同程度的磨损。驱动蝶阀的双作用气缸,因动作频繁,缸体橡胶密封圈2个多月就出现磨损并开始泄漏,继续运行到3个月时,气缸的动作就变得缓慢,必须更换橡胶圈才能正常使用。而蝶阀阀体的磨损也比较严重,阀门转轴因为转动频繁,出现严重磨损,长
期这样运行将会很快损坏。
量特性的畸变是比较严重的,这种畸变严重影响自动控制系统的工作性能。
对于PID调节来说,蝶阀理想的工作特性应该是直线的,但因为阀门的流量特性畸变影响到系统的控制质量,使控制系统的输出变得不可预计,因此有必要对蝶阀的畸变进行校正。
SIPARTPS2智能型电气阀门定位器,具有对阀门流量特性校正的功———————————————————————————————————————————————
能。在其功能菜单中,SL0~SL20可以设定数值转折点,每个设定点可以从5%的行程上赋予流量特性值。这些点组成一个多边形,共由20条直线组成,从而导出一个理想的阀门特性曲线。采用这种方法,能够实现对阀门流量特性的畸变进行补偿(表1)。
图2??滤后水调节阀动作频率
4??蝶阀流量特性曲线调整
根据实际工况,通过采取对蝶阀流量特性曲线的测量和校正及修改PLC控制程序等手段,减少了阀门的动作频率,稳定了水厂供水系统的运行。4??1??蝶阀流量特性曲线测量
????蝶阀型号为D643X-10,公称直径为DN350,为了解阀门在实际使用状态下的流量特性,实地测定了安装后蝶阀的流量特性曲线。首先通过定位器将阀门的开启度设定在某一数值(如5%、10%),测定液位在滤池中从2??60~2??40m下降的时间,通过体积变化计算出该开启度下的流量。然后改变阀门开启度,采用同样的方法测量从5%~100%的流量,绘制成如图3所示的蝶阀在使用状态下的流量特性曲线。
4??2??智能型阀门定位器对流量曲线的校正V形滤池装置采用PID的控制方式对蝶阀进行开度调节以达到恒定液位的目的,而PID控制是典型的线性调节,但蝶阀实际工作状态的特性为快开特性,蝶阀的主要工作范围为10%~50%,在此区段蝶阀的开启度变化40%,而流量变化
57,令。
图3??蝶阀流量特性曲线
———————————————————————————————————————————————
????表1的畸变补偿方式是在定位器得到PLC所给定的开度信号后,通过储存在智能定位器中的理想状态阀门流量特性曲线数据,转换得到相对应的理想相对流量,再根据理想的相对流量算出实际需要的开度行程信号控制蝶阀,这样由PLC给定的阀门相对开度与蝶阀的实际输出流量之间校正为一条直线的关系,如图3中2#曲线所示。4??3??阀门调节性能的综合优化
采取定位器对蝶阀流量校正后,又对PLC编程软件进行了优化。由于在维持滤池恒水位的基础上降低阀体动作频率是解决问题的最根本方法,所以对PID调节后的输出增加了一些限制条件。
#原来的恒水位稳定带设定为?2cm,为了使恒水位过滤达到一定精度,同时又不使出水比例阀频繁动作,将恒水位稳定带调整为?5cm。
%增大PID调节的死区,当滤池的液位在设定液位的?3cm之内波动时,不输出阀门动作指
&3
2007年第3期??????????????????????????????????
阀??????门??????????????????????????????????????25??????
)如果水位变化在?5cm以外,每5s输出一次PID指令。
通过采取综合处理与优化,减少了滤后水调节阀的动作频率,调整后该阀门每天动作少于1000次,经半年多的使用,系统装置故障率大大降低,稳定性能提高。
不输出阀门动作指令。
?调整PID的各项系数,减小比例项常数、增大积分项的常数,减小———————————————————————————————————————————————
阀门的动作幅度,也降低阀门动作的灵敏度。通过反复试验调整,选择
合适的参数。
(降低阀门动作指令的输出频率,上述工况下,每30s输出一次PID
指令。
表1??采用智能定位器对蝶阀流量特性的校正(实际测量数据)
定位器的给定值PLC给出的
定位器设定点SL
01234567891011121314151617181920
蝶阀相对开度%05101520253035404550556065707580859095100
PLC给出的电流值
mA4??04??85??66??47??28??08??89??610??411??212??012??813??61
4??415??216??016??817??618??419??220??0
蝶阀实际的相对开
度%05101520253035404550556065707580859095100
校正前
蝶阀实际开启角度
(?)0??03??87??611??415??219??022??826??630??434??238??041??84
5??649??453??257??060??864??668??472??276??0
实际流量
m3/h025441749266075093010151110116011901200123012501290129
012901308133013401350
相对流
———————————————————————————————————————————————
量%0??018??830??936??448??955??668??975??282??285??988??188??991??192??695??695??695??696??998??599??3100??0
蝶阀实际的相对开
度%0??01??42??74??05??17??49??714??416??418??421??424??726??528??330??534??938??944??559??369??6100??0
校正后
蝶阀实际开启角度
(?)0??03??87??611??415??219??022??826??630??434??238??041??845??649??453??257??060??864??668??472??276??0
实际流量
m3/h074136192261347419454524622678765805906956100310951177123312881350
相对流
量%0??05??510??114??219??325??731??033??638??846??150??256??759??667??170??874??381??187??291??395??4100??0
5??结语
为减少滤后水调节阀的动作频率,测量了蝶阀在V形滤池工况下
的流量特性曲线。通过智能型阀门定位器对蝶阀流量特性曲线进行校
正,并结合PLC编程软件的优化,减少了V形滤池滤后水调节阀的动作
频率,从8000次/d减少至少于1000次/d,水位的变化在?5cm,大大降低
了设备维护费用,延长了阀门使用寿命,提高了供水稳定性。
参考文献
———————————————————————————————————————————————
?1+??周红燕.一种用智能型阀门定位器改变调节阀静态特性的方
法?J+.中国测试技术,2005.1,(44~45).
?2+??管丰年,徐森.自控工程设计中控制阀流量特性的选用问题
?J+.石油化工自动化,2004.4,(92~95).
?3+??史登峰,韦节延,陶进,等.单叶钢制蝶阀流量特性的研究?J+.通风除尘,1994.1,(28~29).
?4+??王根平.调节阀的流量特性校正?J+.计量与测试技术,
2004.4,(21~23).
(收稿日期:2007.01.10)
让我们一起来办阀门????让阀门成为您的朋友
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范文五:蝶阀流量特性曲线在V形滤池恒水位控制中的应用
2007年第3期 文章编号:1002 5855(2007) 03 0023 03
阀 门 23
蝶阀流量特性曲线在V 形滤池恒水位控制中的应用
袁泉
(金科(北京) 环保工程有限公司, 100015)
摘要 为减少V 形滤池滤后水调节阀的动作频率, 通过采用SIPARTPS2智能型定位器, 对蝶阀的流量特性曲线进行校正, 同时对PLC 程序优化调整, 使蝶阀工作在良好的状态下, 降低
了维护费用, 保证了滤池系统稳定运行。
关键词 智能型电气阀门定位器; 蝶阀; 流量特性; 调节阀 中图分类号:TH137152 文献标识码:A
Application of curve of butterfly valve flow characteristics in V type filter bed in the control of invariableness water level
YU AN Quan
(Jinke (Beijing ) Environment pr otection Engineer ing Co. L td, 100015, China)
Abstract:In order to decrease movement frequency of water modulating valve after filtering in V type filter bed, through adopting SIPART PS2intelligent localizer, curve of butterfly valve flow character istics is proofreaded, and meanwhile, PLC program is optim ized and adjusted, to make the butterfly v alve w orks in a good condition, and decease the cost on maintenance and ensure smoothly operation of filter bed system.
Key words:intelligent electric valve localizer; butterfly valve; flow characteristic; modulating valve 1 概述
近年来V 形滤池在自来水厂得到了较为普遍的应用, 该滤池中的关键设备 滤后水调节阀因实际使用中动作频率非常高, 使水厂运行不到半年, 4台滤后水调节阀的气缸、阀体等构件均出现了不同程度的磨损。通过采用校正该蝶阀的流量特性曲线等手段, 优化了阀门的整体性能, 降低了阀门的动作频率, 从而达到了稳定生产、降低维修成本的目的。
2 滤后水调节阀工作原理
V 形滤池的过滤是采用 恒水位过滤控制! 的方式运行(图1) 。过滤时通过超声波液位计实时监测滤池水位变化, 根据水位的变化控制滤后水调节阀的开度, 以达到恒水位控制的目的, 该水厂滤池的工作液位为石英砂上1 20m , 液位计显示此液位值为2 40m 。当滤池液位上升(>2 40m) 或下降(<2 40m)="" 时,="" 通过pid="" 运算使滤后水调节阀开启度增大或减小,="">2>
(稳定在2 40m ) 。因此, 滤后水调节阀及阀门定位器是水厂滤池稳定运行的关键设备。滤后水调节阀的工作方式, 决定了阀门动作频繁。
图1 恒水位过滤 液位计-滤后水调节阀! PI D 调节
3 滤后水调节阀运行中出现的问题
滤后水调节阀动作频率测试结果如图2所示。
24 阀 门 2007年第3期 从图2中反映的数据可知, 在15m in 内, 阀门动作了85次, 动作频率高达5 7次/min, 每天动作8160次, 动作角行程为1102?, 按照这个动作频率计算, 该阀门相当于每天全开、全关1057次。这种频繁动作的情况对阀门损伤非常大, 水厂运行约半年时间, 阀门各部分构件均出现了不同程度的磨损。驱动蝶阀的双作用气缸, 因动作频繁, 缸体橡胶密封圈2个多月就出现磨损并开始泄漏, 继续运行到3个月时, 气缸的动作就变得缓慢, 必须更换橡胶圈才能正常使用。而蝶阀阀体的磨损也比较严重, 阀门转轴因为转动频繁, 出现严重磨损, 长
期这样运行将会很快损坏。
量特性的畸变是比较严重的, 这种畸变严重影响自动控制系统的工作性能。
对于PID 调节来说, 蝶阀理想的工作特性应该是直线的, 但因为阀门的流量特性畸变影响到系统的控制质量, 使控制系统的输出变得不可预计, 因此有必要对蝶阀的畸变进行校正。
SIPART PS2智能型电气阀门定位器, 具有对阀门流量特性校正的功能。在其功能菜单中, SL0~SL20可以设定数值转折点, 每个设定点可以从5%的行程上赋予流量特性值。这些点组成一个多边形, 共由20条直线组成, 从而导出一个理想的阀门特性曲线。采用这种方法, 能够实现对阀门流量特性的畸变进行补偿(表1) 。
图2 滤后水调节阀动作频率
4 蝶阀流量特性曲线调整
根据实际工况, 通过采取对蝶阀流量特性曲线的测量和校正及修改PLC 控制程序等手段, 减少了阀门的动作频率, 稳定了水厂供水系统的运行。4 1 蝶阀流量特性曲线测量
蝶阀型号为D643X-10, 公称直径为DN350, 为了解阀门在实际使用状态下的流量特性, 实地测定了安装后蝶阀的流量特性曲线。首先通过定位器将阀门的开启度设定在某一数值(如5%、10%) , 测定液位在滤池中从2 60~2 40m 下降的时间, 通过体积变化计算出该开启度下的流量。然后改变阀门开启度, 采用同样的方法测量从5%~100%的流量, 绘制成如图3所示的蝶阀在使用状态下的流量特性曲线。
4 2 智能型阀门定位器对流量曲线的校正V 形滤池装置采用PID 的控制方式对蝶阀进行开度调节以达到恒定液位的目的, 而PID 控制是典型的线性调节, 但蝶阀实际工作状态的特性为快开特性, 蝶阀的主要工作范围为10%~50%, 在此区段蝶阀的开启度变化40%, 而流量变化
57, 令。
图3 蝶阀流量特性曲线
表1的畸变补偿方式是在定位器得到PLC 所给定的开度信号后, 通过储存在智能定位器中的理想状态阀门流量特性曲线数据, 转换得到相对应的理想相对流量, 再根据理想的相对流量算出实际需要的开度行程信号控制蝶阀, 这样由PLC 给定的阀门相对开度与蝶阀的实际输出流量之间校正为一条直线的关系, 如图3中2#曲线所示。4 3 阀门调节性能的综合优化
采取定位器对蝶阀流量校正后, 又对PLC 编程软件进行了优化。由于在维持滤池恒水位的基础上降低阀体动作频率是解决问题的最根本方法, 所以对PID 调节后的输出增加了一些限制条件。
#原来的恒水位稳定带设定为?2cm, 为了使恒水位过滤达到一定精度, 同时又不使出水比例阀频繁动作, 将恒水位稳定带调整为?5cm 。
%增大PID 调节的死区, 当滤池的液位在设定液位的?3cm 之内波动时, 不输出阀门动作指
&3
2007年第3期
阀 门 25
) 如果水位变化在?5cm 以外, 每5s 输出一次PID 指令。
通过采取综合处理与优化, 减少了滤后水调节阀的动作频率, 调整后该阀门每天动作少于1000次, 经半年多的使用, 系统装置故障率大大降低, 稳定性能提高。
不输出阀门动作指令。
?调整PID 的各项系数, 减小比例项常数、增大积分项的常数, 减小阀门的动作幅度, 也降低阀门动作的灵敏度。通过反复试验调整, 选择合适的参数。
(降低阀门动作指令的输出频率, 上述工况下, 每30s 输出一次PID 指令。
表1 采用智能定位器对蝶阀流量特性的校正(实际测量数据)
定位器的给定值PLC 给出的
定位器设定点SL
01234567891011121314151617181920
蝶阀相对开度%05101520253035404550556065707580859095100
PLC 给出的电流值mA 4 04 85 66 47 28 08 89 610 411 212 012 813 614 415 216 016 817 618 419 220 0
蝶阀实际的相对开度%05101520253035404550556065707580859095100
校正前
蝶阀实际开启角度(?) 0 03 87 611 415 219 022 826 630 434 238 041 845 649 453 257 060 864 668 472 276 0
实际流量m 3/h 025441749266075093010151110116011901200123012501290129012901308133013401350
相对流量%0 018 830 936 448 955 668 975 282 285 988 188 991 192 695 695 695 696 998 599 3100 0
蝶阀实际的相对开度%0 01 42 74 05 17 49 714 416 418 421 424 726 528 330 534 938 944 559 369 6100 0
校正后
蝶阀实际开启角度(?) 0 03 87 611 415 219 022 826 630 434 238 041 845 649 453 257 060 864 668 472 276 0
实际流量m 3/h 074136192261347419454524622678765805906956100310951177123312881350
相对流量%0 05 510 114 219 325 731 033 638 846 150 256 759 667 170 874 381 187 291 395 4100 0
5 结语
为减少滤后水调节阀的动作频率, 测量了蝶阀在V 形滤池工况下的流量特性曲线。通过智能型阀门定位器对蝶阀流量特性曲线进行校正, 并结合PLC 编程软件的优化, 减少了V 形滤池滤后水调节阀的动作频率, 从8000次/d 减少至少于1000次/d, 水位的变化在?5cm, 大大降低了设备维护费用, 延长了阀门使用寿命, 提高了供水稳定性。
参考文献
?1+ 周红燕. 一种用智能型阀门定位器改变调节阀静态特性的方
法?J +. 中国测试技术, 2005. 1, (44~45) .
?2+ 管丰年, 徐森. 自控工程设计中控制阀流量特性的选用问题
?J +. 石油化工自动化, 2004. 4, (92~95) .
?3+ 史登峰, 韦节延, 陶进, 等. 单叶钢制蝶阀流量特性的研究?J +. 通风除尘, 1994. 1, (28~29) .
?4+ 王根平. 调节阀的流量特性校正?J +. 计量与测试技术,
2004. 4, (21~23) .
(收稿日期:2007. 01. 10)
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