控制阀固有流量特性选择与特性调整探讨

    对控制阀的特性选择及改变，随着现代技术的发展，其概念有所扩展。本文研究了一些工程项目中对控制阀特性的选择方法，并对现代工程上用控制阀特性补偿对象特性，达到系统稳定运行的硬件、软件方法予以介绍。
    1 控制系统需要不同控制阀特性
    控制阀流量特性的选择影响系统的稳定运行，实际应用时通过合理选择控制阀的流量特性，使其增益K能随对象增益的变化而变化，而开环总增益基本不变，来满足控制系统稳定运行准则。但控制阀特性都是按理想流量特性（固有流量特性）来设计制造，即控制阀两端压降恒定时的流量特性，由于管道等阻力在工作状况下（压降变化），控制阀的流量特性会变化，即工作流量特性（使用时的流量特性）与控制阀出厂时的理想流量特性会有一定改变，有些工况可通过智能阀门定位器或DCS编制软件来改变控制阀流量特性。
    2 控制阀流量特性的选择
    2.1 理论上控制阀理想流量特性选择
    控制阀理想流量特性有线性、等百分比、快开（理想）、快开（实际）等。其选择的原则是根据系统稳定运行准则，通过调节机构的特性来补偿因对象特性变化而造成的开环总特性变化的影响。

图1 控制阀理想流量特性与阀芯形状图

    2.2 工程实际应用上对控制阀理想特性的选择
    由于控制阀是系统调节的重要手段之一，各行业都有多年实际应用的经验，从了解中，常用有以下的方法。在工程上对控制阀理想特性的选择首先具有行业的考虑，一般按同类装置以前的特性选用，具有针对性。如：①造纸行业由于纤维等原因用到快开阀；②石化、化工、医药等行业一般只用到线性，等百分比两种特性；③由于控制阀在动作不快时，等百分比都适合应用，有些行业从习惯上，已选用等百分比特性，如某些石化装置；④有些装置用到大口径、大压差控制阀，由于大口径的线性控制阀比等百分比控制阀动作快（特别小开度时），故在大口径大压差的情况下采用线性阀，以减少动作滞后；⑤一个装置有多个不同的控制对象，根据控制对象特点选择不同阀门特性，一般线性特性不能涵盖装置所有的控制阀门，如温度调节对象应选用等百分比阀，通常每个装置含有多个温控对象。
    3 控制阀流量特性的改变
    3.1 定位器改变控制阀流量特性的调查
    阀门定位器增大控制阀输出功率，减少调节信号的传递滞后，加快阀杆的移动速度，能够提高阀门的线性度，克服阀杆摩擦力并消除不平衡力的影响，从而保证控制阀的正确定位。所以，一般工程上，控制阀都采用阀门定位器，随着科技的进步，智能阀门定位器普遍的使用，用阀门定位器改变控制阀流量特性，改善控制阀的调节性能，使控制阀的工作流量特性符合装置的实际要求有了应用改变软件的考虑。由于控制阀是一个机械运动的产品，因此，在流量少量改变时，其装配误差等不能像电信号那样灵敏动作。而且，用户在控制阀门选型的规格书或数据表中已经注明所需阀门的流量特性，厂家生产的阀门基本上都能满足用户流量特性的要求，控制阀门运行后，用户很少用阀门定位器来改变阀门的流量特性以提高控制品质。如将线性特性改成等百分比特性或反之。但在必须情况下，现场曾有用改换控制阀芯形状来改变特性和对模拟定位器用改变定位器凸轮来改变特性的情况。
    3.2 控制阀特性调整的各种方法
    从控制系统稳定考虑，希望在工作过程中，不是大幅度改变特性，而是适当调整控制阀工作流量特性（安装流量特性），达到系统稳定。现在，可以采用如下的改变硬件、软件的系统方法。
    （1）当控制阀流量特性确定后传统的改变控制阀特性的方法是用定位器的位置反馈凸轮形状来最后确定阀的理想流量特性，或者，改变控制阀阀芯的形状来实现，因是硬件改变，故改变控制阀特性要停车，才能改变凸轮特性或更换阀芯。

1-输入波纹管2-主杠杆3-迁移弹簧4-反馈凸轮转动支点
5-反馈凸轮6-副杠杆7-副杠杆支点8-薄膜执行机构膜头气室9-反馈杆
10-滚轮11-反馈弹簧12-调零弹簧13-挡板14-喷嘴15-主杠杆支点
16-气动单向放大器
图2 模拟阀门定位器结构图

    （2）随着现代技术的发展又增加了两种方法在应用过程中可改变软件，不变动硬件，仅用软件可变，进行调整的方法，智能阀门定位器是当今的新技术产品。用智能定位器的反馈信号予以曲线改变，仅软件改变即可，亦可在应用过程中改变软件，不改变硬件。

图3 智能阀门定位器反馈框图

    （3）用DCS的调节输出的前/后，仅在前/后通道上，改变多点折线，仅用改变软件的方法亦可补偿改变控制阀的固有流量特性，仅用软件方法即可。

图4 DCS通道信号改变图
（FOXBORO公司的多点折线功能块CHARC的功能示意图）

    4 小结
    对改变控制阀特性补偿对象特性，稳定系统运行是一个传统概念，由于现代DCS及智能阀门定位器的出现，可以在装置不停车、不改变硬件仅用软件改变来改善和稳定系统运行，但在这方面的实际运用的范例还需介绍、推广，希望大家都能对此予以重视，运用现代技术提高控制质量，并对此功能予以工程的讨论。