工业自动化系统中的流量自动调节阀原理图

在工业自动化系统中，流量自动调节系统占30%～40%。图2-1所示为流量自动调节系统的原理图。

升压设备SP压送到管路介质的流量为q_V，可借助于流量变送器TF测量。变送器的标准输出信号x_r传送给调节器C；给定信号x_i在串级调节情况下，是另一个调节器C的输出，图中用虚线表示，x_i是个常数，由操作人员给定；调节器发生的控制信号x_c，通过阀门定位器P_z作用在调节阀上。

图2-1 流量自动调节系统的原理图

SP—升压设备 TF—流量变送器 C—调节器 RR—调节阀，P_z—阀门定位器

如果管路中的流量下降，调节器C使调节阀开大，一直到回复原来的流量。在流量增加的时候，调节器使调节阀关小。

图2-1中流量自动调节系统的运行情况，可用图2-2解释。图2-2中示出了内部特性（泵的）和外部特性（管路的）。它们的方程式为

p_p=an²+bnq_V-Cq²_V （2-1）

p_c=p_v+kq²_V （2-2）

式中，p_p为泵产生的压力（Pa）；n为泵的转速（m/s）；q_V为体积流量（m³/s）；p_v为液体流出罐中的压力（Pa）；a、b、c、k为常数。

图2-2 管路和升压设备的特性曲线

a）阻力变化时，管路特性曲线的变化 b）流出罐中的液体压力p_v变化时，管路特性曲线的变化

1—离心泵的特性曲线 2～8—管路的特性曲线

图2-2a所示为泵的转速是常数时，管路和泵的特性曲线。工作点是在两条曲线的交点，坐标是（q_V0，p₀）。

设想由于某些原因，使管路的压力损失增加。在这种情况下，管路新的特性曲线以曲线3表示，此时流量下降到q_V1。为了使流量重新回到q_V0，必须使调节阀开度增大，以抵消管路压力损失的增大。这样，外特性曲线将重叠在曲线2上，流量q_V1重新回到给定值q_V0。

当管路的压力损失降低时（外特性曲线4），与前面的情况相反。在这种情况下，流量自动调节系统将关小调节阀，重新使流量q_V2回到给定值q_V0。(www.xing528.com)

图2-2b示出了在有干扰的情况下，如何确定流量值。干扰来自管路的起点压力p_v的变化。管路的特性曲线5和6表示管路起点压力变化为±Δp_v，此时得出新的流量值q_V1和q_V2。通过调节器C对调节阀的作用，特性曲线5和6变为特性曲线7和8，流量重新回到给定值q_V0。

在大多数情况下，流量自动调节系统的调节阀安装在回流管上。这种情况下，所用的升压设备是容积泵、离心式压缩机，有时是离心泵。

图2-3a所示为一个调节阀安装在回流管上的流量自动调节系统。泵的总排量是外管路流量q_Vc和回流量q_Vb之和。在初始稳定状态下，泵-管路系统的工作点（q_V0，p₀）保证外管路的流量为q_Vc0，压力为p₀（图2-3b）。外管路的给定流量是q_Vc0。

如果外管路上的管路阻力增加，那么曲线就要从2的位置移到2′，而整个管路系统的特性曲线改变到3′的位置。在这种情况下，液体排出的压力是p₀₁，通过导管的流量是q_Vc1。因为q_Vc1<q_Vc0，调节器C控制回流管路上的调节阀关小，回流管路的特性曲线将移到1′的位置。而整个管路系统的特性曲线移到3″的位置。泵的新工作点（q_V1，p₁）重新对应于给定流量q_Vc0。在这种情况下，泵有比较大的出口压力p₁。

对于干扰导致外管路阻力下降的情况，也可以画出类似图2-3b的曲线图。

在工业中，除应用离心泵外，转子式容积泵也有少量应用。在容积泵中，经常使用的是齿轮泵，用来输送黏度大的介质，如油品。图2-4a所示为流量自动调节系统的原理图。因为升压设备是齿轮泵，其特性曲线如图2-4b所示。此时调节阀必须安装在回流管上。

图2-3 调节阀安装在回流管上的流量自动调节系统

a）系统的简图 b）管路-离心泵系统的静态特性曲线

1—回流管路特性曲线 2—给定流量为常数值q_Vc0的外管路特性曲线 3—管路系统的特性曲线

图2-4 齿轮泵管路系统的流量自动调节系统

a）系统的原理图 b）管路-齿轮泵系统的静态特性曲线

1—回流管路的特性曲线 2—需保持恒定流量q_Vc0的外管路特性曲线 3—整个管路系统的特性曲线 4—齿轮泵的特性曲线

经常出现的干扰之一，是齿轮泵电动机转速的变化。图2-4b示出，转速从n₁下降到n₂时，通过外管路的流量从q_Vc0下降到q_Vc1，调节器的作用是使安装在回流管路上的调节阀进行调节，使流量重新回到给定值q_Vc0。