1.2.Расходная характеристика

В рабочих условиях вид пропускной характеристики изменяется в зависимости от изменения гидравлического сопротивления трубопроводной сети и режимов движения регулируемого потока. Характеристику РО в рабочих условиях принято называть расходной характеристикой, представляющей собой зависимость относительного расхода среды от степени открытия РО m = f (s), где m = Q _s / Q _{s макс.}; Q_s – расход среды при положении затвора РО s; Q_макс. - расход среды при полностью открытом РО при s = 1

Конструктивные, пропускные и расходные характеристики регулирующих органов связаны между собой соотношениями

где Dp _{РО макс.} – безвозвратная потеря напора в РО при его полном открытии, Па;

p _{РО s} – то же при положении затвора РО s;

w_{РО макс.} – средняя скорость вещества во входном патрубке РО при его полном открытии, м/с;

w_{РО s} – то же при положении затвора s.

Пропускная характеристика поворотной заслонки близка к равнопроцентной, пропускные характеристики шиберов обоих исполнений – к линейной.

Если РО установлен в системе с трубопроводом, вид расходной характеристики РО изменяется.

Безвозвратная потеря напора в системе Dp _с складывается из потерь напора в трубопроводной линии p _л и в РО Dp _РО:

p _с =p _л + Dp _РО (1)

Безвозвратные потери напора Dp _л и Dp _РО и условные коэффициенты сопротивления линии z _л и РО z _РО связаны следующими зависимостями:

Dp_л = z _л r w_РО²/2, Па; (2)

Dp _РО = z _РО r w_РО²/2, Па, (3)

где r – плотность вещества, кг/м³.

Условный коэффициент сопротивления линии выражает общее гидравлическое сопротивление линии, приведённое к скорости во входном патрубке РО. Отдельные участки линии могут иметь различные внутренние диаметры, а следовательно, и различные скорости движения вещества. При расчёте условного коэффициента сопротивления линии можно было бы использовать скорость вещества на любом участке и иметь соответствующие значения z_л, но более целесообразно использовать скорость во входном патрубке РО, так как в этом случае все формулы упрощаются.

Если положить, как это имеет место в большинстве промышленных АСР, что плотность проходящего через РО вещества является величиной постоянной, и что условный коэффициент сопротивления линии не зависит от нагрузки, потерю напора в системе Dp _с для любого расхода можно выразить так:

Dp _с = (z _л + z _РО) r w_РО²/ 2, Па.

Расход вещества через РО при некотором положении его затвора s может быть определён из выражения

, м³/с,

а относительный расход из выражения

(4)

где F_РО – площадь проходного сечения входного патрубка РО, м²;

z_{РО макс.} и z_{РО s} – условные коэффициенты сопротивления РО соответственно при его полном открытии и при положении затвора s;

Dp_{с макс.} и Dp_с – потери напора в системе соответственно при полном открытии РО и при положении s его затвора, Па.

Из этих выражений следует, что чем больше развит трубопровод, тем больше отличается расходная характеристика от пропускной. При полном отсутствии трубопровода эти две характеристики совпадают.

На рис. 2 изображены примеры расходных характеристик шибера и поворотной заслонки при различных значениях условного коэффициента сопротивления линии.

Для обеспечения требуемых значений статических и динамических параметров при расчётах АСР требуется правильный выбор формы пропускной характеристики РО. Задача выбора условно может быть разделена на два этапа:

1)выбор формы расходной характеристики, обеспечивающей постоянство коэффициента передачи РО во всём диапазоне нагрузок объекта регулирования;

2)выбор формы пропускной характеристики, обеспечивающей в данных условиях желаемую форму расходной характеристики регулирующего органа.

Если в АСР действуют преимущественно внутренние возмущения, идущие по каналу регулирующих воздействий, предпочтительным является применение РО с равнопроцентной пропускной характеристикой, поскольку в этом случае коэффициент передачи РО k = dm / ds существенно не изменяется.

При преимущественно внешних возмущениях (изменение нагрузки, задания и др.) коэффициент передачи остаётся неизменным у РО с линейной пропускной характеристикой.

Эти рекомендации действительны, однако, лишь в тех случаях, когда гидравлическое сопротивление в сети определяется почти исключительно РО, т.е. когда z _{РО макс.} >> z _л. В большинстве практических случаев это требование не выполняется. Как следует из рис. 2, форма расходных характеристик существенно изменяется в зависимости от соотношения потерь напора в линии и в РО или, что то же, соотношения условных коэффициентов сопротивления линии и РО Dp_л / Dp_РО = z_л / z_РО. Поэтому выбор вида расходной характеристики в каждом конкретном случае применения РО диктуется необходимостью получения с заданной точностью постоянства коэффициента передачи РО k в заданном диапазоне изменения нагрузок от s₁ до s₂, а не формой предпочтительной пропускной характеристики РО, где s₁ и s₂ – пределы перемещения затвора РО в АСР.

Формулирование рекомендаций для выбора возможного диапазона перемещения затвора от s₁ до s₂ при различных отношениях условных коэффициентов сопротивления линии и РО для шибера и поворотной заслонки должно явиться главным результатом настоящей работы.