调节阀的简介（共4篇）
调节阀的简介 篇1
摘要：本文对调节阀的分类、选型以及流量特性和故障分析做了简要的介绍, 供用户在选用调节阀时进行参考。
关键词：调节阀,分类,选型,流量特性,故障分析
调节阀可以安装在锅炉过热器一级、二级喷水减温器的喷水管道上, 用以调节喷水量, 以达到调节锅炉过热器或再热器汽温的目的, 还可以安装在锅炉给水管道或高加疏水管路上, 调节水量。也可安装在燃油锅炉的回油管路上, 调节回油量。我国很多用户对调节阀的选型和阀门的故障分析知识了解的还很少, 在调节阀的使用过程中, 可能会发生各种故障引起阀门动作不灵敏或者阀门不动作, 从而造成很多不必要的事故及损失。以下内容主要对调节阀的选型参数及使用过程中可能出现的故障进行分析并阐述其解决方法, 供用户进行参考。
1 调节阀的分类
1.1 按执行机构分:
气动调节阀:气动薄膜式、气动活塞式、滚动膜片式、长行程执行机构;
电动调节阀:直行程、角行程、多转式;
(电) 液动调节阀;
智能调节阀。
1.2 按阀芯形状分:
平板形、柱塞行、窗口形、套筒形、多极形、偏旋形、碟形、球形。
1.3 按流量特性分:
直线特性、等百分比特性、抛物线特性、快开特性。
2 调节阀的选型
在调节阀设计前, 用户应向调节阀设计者提供如下设计参数:
2.1 调节阀用途 (安装位置) ;
2.2 流量【最大流量 (T/h) 、最小可调流量 (T/h) 】或阀门流量系数KV; (KV:采用国际单位制时, 流量系数用KV表示。定义为5~40℃的水在105Pa压降下, 1小时内流过阀的立方米数。 (m3/h) CV:很多采用英寸制单位的国家用CV表示流量系数。定义为:用5~20℃的水, 保持阀门两端压差为1psi, 阀门全开状态下每分钟流过的水的美加仑数。 (gal/min) 换算:CV=1.167KV)
2.3 调节阀前压力 (MPa) 、调节阀后压力 (MPa) ;
2.4 介质温度 (℃) ;
2.5 泄漏等级;
2.6 控制方式 (气动、液动、电动) 。
2.7 配管尺寸 (mm)
3 调节阀的流量特性
3.1 直线特性
是指调节阀的相对流量与相对位移成直线关系。 (见图1)
3.2 等百分比特性
也称对数流量特性, 是指单位相对位移变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系。 (见图1)
3.3 抛物线特性
是指单位相对位移的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系。 (见图1)
3.4 快开特性
这种流量特性在开度较小时就有较大的流量, 随开度的增大, 流量很快就达到最大, 此后, 增加开度, 流量变化较小。 (见图1)
3.5 双曲线特性 (见图1)
3.6 各流量特性的优缺点:
3.6.1 直线特性
在开度小时, 流量相对变化值大, 灵敏度高, 不宜控制, 甚至发生振荡;而在开度大时, 流量相对变化值小, 调节缓慢, 不够及时。
3.6.2 等百分比
在小开度时, 调节阀放大系数小, 调节平稳缓和;在大开度时, 放大系数大, 调节灵敏有效。
3.7 泄漏等级 (见表1)
4 调节阀的故障分析
调节阀在使用的过程中, 由于阀门质量或者使用不当等原因, 可能造成阀门的故障, 主要的故障原因有:阀门电装或者气动装置产生的故障导致阀门不工作, 或者由于阀门元件本身的故障导致阀门不工作。阀门的主要故障元件有:
4.1 阀体
要经常检查阀体内壁的受腐蚀和磨损情况, 特别是用于腐蚀介质和高压差、空化作用等恶劣工艺条件下的阀门, 必须保证其耐压强度和耐腐、耐磨性能。
4.2 阀瓣
因为阀瓣起到调节和切断流体的作用, 是活动的节流元件, 因此受介质的冲刷、腐蚀、颗粒的碰撞最为严重, 在高压差、空化作用情况下更易损坏, 所以要检查它的各部分是否破坏、磨损、腐蚀, 是否要维修或更换。
4.3 阀座
阀座接合面是保证阀门关闭的关键, 它受磨损、冲蚀的情况也比较严重。而且由于介质的渗透, 使固定阀座的螺纹内表面常常受到腐蚀而松动, 要特别检查这一部位。
4.4 阀杆
要检查阀杆与阀芯、推杆的连接有无松动, 是否产生过大的变形、裂纹和腐蚀。
4.5 填料
检查聚四氟乙烯或其他填料是否老化、缺油、变质, 填料是否压紧。垫片及O形圈:这些易损零件不能裂损、老化。
结束语
以上内容阐述了调节阀用途, 对调节阀的选型、阀门的特点以及阀门元件可能产生的故障做了简单的分析介绍;当调节阀出现故障时, 应及时修理并定期维护, 这样可以保证阀门的使用寿命, 减少更换阀门的次数, 降低企业运行成本。
调节阀的简介 篇2
自力式调节阀主要是依靠流经阀内介质自身的压力、温度作为能源驱动阀门自动工作，不需要外接电源和二次仪表。这种自力式调节阀都利用阀输出端得反馈信号（压力、压差、温度）通过信号管传递到执行机构驱动阀瓣改变阀门的开度，达到调节压力、流量、温度的目的。这种调节阀又分为直接作用式和间接作用式两种。
直接作用式又称为弹簧负载式，其结构内有弹性元如：件弹簧、波纹管、波纹管式的温包等，利用弹性力与反馈信号平衡的原理。间接作用式调节阀，增加了一个指挥器（先导阀）它起到对反馈信号的放大作用然后通过执行机构，驱动主阀阀瓣运动达到改变阀开度的目的。
如果是压力调节阀，反馈信号就是阀的出口压力，通过信号管引入执行机构。
如果是流量调节阀，阀的出口处就有一个孔板（或者是其他阻力装置）由孔板两端取出压差信号引入执行机构。
汽轮机调节系统发展简介 篇3
轮机 (turbin) 同时发展起来的, 早期的汽轮机调节系统是由离心飞锤、杠杆、凸轮等机械部件和错油门、油动机等液压部件构成, 称为机械液压式调节系统 (mechanical hydraulic-control MHC) , 简称液调。这种系统的控制器是由机械元件组成, 执行器是由液压元件组成的。通常只具有窄范围的闭环转速调节功能和超速跳闸功能, 并且系统的响应速度较低, 由于机械间隙引起的迟缓率较大, 静态特性是固定的, 不能根据要求任意改变, 但因为它能满足机组运行的基本要求, 所以至今仍在使用。在大型再热机组中, 为了克服功率滞后、提高机组对负荷的适应性, 在系统中, 加有含微分环节的动态校正器, 当系统受扰时, 可是高压调节阀动态过开 (关) , 并迅速适应负荷的变化, 但微分器本身也容易造成系统不稳定, 调整工作有一定困难。
2 随着机组单机容量的增加, 再热机组的
出现, 单元制运行方式和滑压运行方式的采用, 机组的启、停次数增加, 以及电网集中调度等问题的提出, 产生了电气液压式调节系统 (electric hydraulic control, EHC) , 简称电液调节。这种系统有两个控制器, 控制器重由电气元件组成, 控制器2由机械元件组成, 执行部分仍保留原采的液压部分。这种系统很容易实现信号的综合处理, 控制精度高, 很适应复杂的运行工况, 而且操作、调整、修改都比较方便。由于早期电器元件的可靠性还比较低, 组成电路的可靠性还不能满足汽轮机调节系统的要求, 因此保留控制器2作为后备, 当电调的电路因故障退出工作时, 还有机械液压系统接替工作。
3 随着电气元件可靠性的提高, 20世纪
50年代中期, 出现了不依靠机械液压式调节系统作后备的纯电调系统。开始采用的纯电调系统由模拟电路组成, 称为模拟式电气液压调节系统 (analogelectrichydrauliccon-trol, AEH) , 也称模拟电调。这种系统的控制器是由模拟电路组成的, 执行部分仍保留原有的液压部分, 两者之间通过电液转换器相连接。该系统以集成运算放大器为基本元件, 通过三种回路组成控制系统, 即转速调节回路;功率调节回路;功率一频率调节回路。
4 数字计算机技术的发展及其在过程自
动化领域中的应用, 将汽轮机控制技术向前推进了一大步, 20世纪80年代出现了以数字计算机为基础的数字式电气液压控制系统 (digita electric hydraulic control, DEH) , 做称数字电调, 其组成特点是控制器由数字计算机实现, 执行部分保留液压系统, 近年来, 在分散控制系统发展的影响下, 均采用了由分散控制系统组成的电调, 这是当今大型机组普遍采用的控制方法。
中间再热式汽轮机数字式电液调节系统方框, 它的调节对象考虑了调节级汽室压力特性、发电机功率特性、电网的频率, 系统由内回路和外回路组成, 在DEHIII型调节系统中设置了3个主回路, 在外环一次调频回路基础上增设了中环功率校正回路与内环调节级压力校正回路。
用调节级汽室压力的变化来加快反映由于调节汽阀开度的变化、蒸汽参数的变化, 它比电功率信号及转速波动信号快得多, 所以内环调节级压力校正回路是一快速内回路, 不但能消除蒸汽参数波动引起的内扰, 而且能快速粗调机组功率的作用。功率的细调是通过中环功率校正回路的进一步调整莱完成的。
5 各种调节系统的比较。从发展观点看,
再热机组调节系统从液压系统、功频模拟电调系统到数字电调系统, 是从低一级向高一级的调节系统发展, 一般而言, 后一种系统优于前一种系统。
功频模拟电调与液压调节系统比较, 突出的优点是:
5.1 模拟电调系统的电气部分, 具有快速、
准确和灵敏度高的特点, 系统的调节精确度高, 迟缓率为0.1%, 而一般的液压调节系统, 迟缓率则高达0.3%~0.5%。
5.2 功频模拟电调为多回路多变量调节系
统, PID的综合运算能力强, 具有较强的适应外界负荷变化和抗内扰能力, 而液压系统仅为单变量的比例调节系统, 调节性能较差。
5.3 功频模拟电调的转速或功率实际值,
能准确地等于给定值, 静态特性良好;在动态特性方面更为突出, 机组甩负荷时, 由于功率给定切除可以防止反调, 转速稳定在3000r/min上, 系统的动态升速比液压调节系统减少一个速度变动率值, 动态特性很好。
5.4 功频模拟电调可提供调频、带基本负
荷和单向调频等不同的运行方式。在机组启动过程中, 有大小范围测速可供选择, 大范围测速从100~200r/min起就能精确地对转速实行闭环控制, 即使蒸汽参数波动, 亦能保持给定转速, 升速稳定, 精确度可达士2~3r/min;转速达到2850r/min左右, 改投小范围测速系统, 调节精确度更有所提高, 便于并网。而一般的液压调节系统, 转速达到2700r/min后才可投入闭环控制系统, 调节精确度仅为±7~15r/min, 差距较大。
5.5 功频模拟电调中的电气部分, 便于比
较、综合各种信号, 便于在线改变运行方式和调节参数, 便于参数调整和运行检修, 便于机炉协调控制, 有利于机组的自动化, 而未经改造液压调节系统, 这些方面几乎都受到局限, 在实现机炉协调控制方面的难度较大。
无论是模拟电调或数字电调系统, 目前都还没有电气元件取代推力大、动作迅速的液压执行机构, 都得继续保留使用, 因而都有把电信号转换成液压信号的电液转换装置, 所不同的是对液压机构进行了许多重大的改进, 例如采用高压抗燃油的液压伺服机构, 把油压从过去
的 (0.98~1.96) MPa提高到 (12.42~14.49) MPa, 提
高了十倍之多, 使结构紧凑, 推力大, 动作更加迅速。
数字电调和模拟电调比较, 可以说模拟电调与液压调节系统比较的那些优点, 数字电调系统都具备, 由于实施计算机控制, 还增加了许多新的特点:
5.5.1 用计算机取代模拟电调中的电子硬
件, 特别是采用微处理机和使功能分散到各处理单元后, 显著提高了可靠性。
5.5.2 计算机的运算、逻辑判断与处理功能
特别强, 除控制手段外, 在数据处理、系统监控、可靠性分析、性能诊断和运行管理 (参数与指标显示、制表打印、报警、事故追忆和人机对话) 等方面, 都可以得到充分的发挥。
5.5.3 调节品质高, 系统的静态和动态特性
良好。例如, 在蒸汽参数稳定的条件下, 300MW机组数字电调的调节精度:对功率调节在MW, 对转速调节在2r/min以内。此外, 由于硬件采用积木式结构, 系统扩展灵活, 维修测试方便;在冗余控制手段, 保护措施严密等方面, 均比模拟电调有明显的优势。
由于大型机组转子相对较轻, 超速的可能性大, 对调节品质和安全措施方面都要求很高, 液压或模拟电调系统都已很难适应, 因此, 随着计算机性能价格比的提高, 运行经验的积累, 特别是自控部分在大型电厂中应受重视已为人们所共识, 所以, 现在国内外300MW以上的大型机组, 及力求减少运行人员的发达地区小电厂, 都较普遍地采用数字电液调节系统。
责任编辑:袁依凡
摘要：汽轮机调节的任务是, 首先要保证汽轮机的安全运行, 其次要满足用户所需要的功率, 再次要保证电网周波不变也就是汽轮机转速不变。它的发展已经有了相当长的历史, 并随着科学技术的进步得到了大的发展。
水轮机调节PID控制算法简介 篇4
PID控制是生产过程中应用最广泛、最成熟的一种控制方法, 它的控制系统原理就是将比例环节、积分环节、微分环节并联起来共同对传来的偏差信号进行处理。
水轮机的调节过程实际上是以机组的频率fg为被调量, 然后与机组的给定频率cf做差比较;与此同时导叶的开度y与给定的导叶开度cy比较, 并通过永态转差系数bp转换至控制规律前与频率的转差叠加形成实际的控制偏差e, 然后通过一定的控制规律将偏差转换为接力器的行程, 从而改变导叶的开度, 进一步调节机组的有功功率的输出。所以控制规律的好坏直接影响到调节系统的动态响应过程的好坏。
PID控制器是一种线性控制器, 它根据给定值c (t) 与被控参量 (反馈量) x (t) 构成控制偏差e (t) =c (t) -x (t) 。将偏差的比例 (Proportional) 、积分 (Integral) 、微分 (Derivative) 通过线性组合构成控制量, 对被控对象进行控制。由于PID控制器结构简单, 稳定性好, 工作可靠, 调整方便, 能满足大多数水轮机调节的需要, 所以PID算法成为了最为普遍使用的控制规律。
1比例环节、积分环节、微分环节简介
比例环节:及时成比例的反映控制系统的偏差信号, 偏差一旦产生, 控制器立即产生控制作用, 以减少偏差。比例增益越小, 调节速度越慢;比例增益越大, 调节过程加快。但过大的比例增益KP会引起超调, 甚至引起系统的振荡。
积分环节:主要用于消除静态误差, 提高系统的调节精度。积分增益KI越大, 积分作用越强, 消除静态的速度加快;反之, KI越小, 积分作用越弱, 静态消除的速度越慢。但过大的KI可能引起过调, 导致系统在平衡点附近反复振荡。
微分环节:调节量与偏差的微分成正比, 能反映偏差信号的变化趋势 (变化速率) , 并在偏差信号信号值变得太大之前引入一个早期修正信号, 从而可加快系统的响应速度, 减小调节时间。KD越大, 抑制超调的能力越强;但过大的KD过能使系统产生自激振荡。
2 PI控制算法
比例环节与积分环节投入, 微分环节暂不使用。令KP=1, KI=1, 对于单位阶跃响应, 利用MATLAB进行时域分析, 得出的时域响应特性曲线如图所示。
PI控制不但给系统引进了一个纯积分环节提高了系统的无差度阶数, 从而有效地改善系统的稳态性能, 但稳定性会有所下降。不过附加的零点 (该控制规律的传递函数为G (s) =s+1/s, 增加零点-1) 有助于改善系统的稳定性能, 因此传递函数的零点正好弥补了积分环节的副作用。综上所述, 比例加积分控制可以在对系统的稳定性影响不大的情况下, 有效的改善系统的稳态性能。
3 PID控制算法
比例环节、积分环节与微分环节均投入使用。针对实际的水轮机开机时进行仿真, 对于一些小型机组, 可直接给定频率, 令cf=1。然后给定三组控制参数进行仿真。第一组KP=1, KI=1, KD=1;第二组KP=2, KI=5, , KD=5;第三组KP=5, KI=10, , KD=2。然后得出三种情况下, 时域的响应情况。
第一组: 第二组:
第三组:
写出PID控制算法的传递函数会发现, 控制系统增加了微分控制器后, 由于引入了一个位于坐标原点的几点, 可使系统的型别增加1, 同时还引入两个负实数零点。将PID控制算法与PI算法进行比较, PID算法比PI算法多一个负实数零点, 所以PID在保持PI算法的稳定性的同时, 改善了系统的动态响应特性。但由以上三组参数可以得出, 并不是增加了微分环节它的动态响应特性就一定会变好, 因为不恰当的微分增益的选取可能会导致调节系统的振荡。如第二组, 它的比例增益、积分增益、微分增益都比第一组大, 应该响应速度加快, 但是系统却最终趋于振荡, 第三组的参数选取较为恰当, 响应时间与超调量都比第一组小, 所以水轮机调节参数的选取是很重要的。在实际工程设计中, PID参数的选取在很多时候也是都过多次试验才取得相对比较合理的值的。
4总结
PID控制方法在水电厂中有很广泛的应用, 它结构简单, 调整方便, 各环节的增益系数通过实验的整定后有较好的静态和动态特性。现在也提出了许多改进的PID控制算法, 如积分分离PID控制算法、遇限削弱积分PID控制算法、带死区的PID控制算法等, 相信通过不断的新理论的提出与试验, PID控制器的功能将得到进一步的完善。
参考文献
[1]程远楚, 水轮机调节, 中国水利水电出版社, 2010
[2]高国燊, 自动控制原理, 第3版。华南理工大学出版社, 2009