6控制阀的数学模拟的行为
6.2使用模拟
使用仿真可分为三个方面:
在新产品的开发。
支持客户的流程应用程序。
在培训人员的流体流动控制和控制阀。
在新产品的开发,仿真可以用来测试新的想法,开发和优化建筑原型制造之前。模拟从而减少所需的原型数量。它也可以用来研究不同扰动的影响控制阀门。
交付给客户之前,操作控制阀包可以模拟的,同等条件下真正的工艺条件。模拟可以研究整个控制回路的操作,包括客户的过程。仿真程序也可以用来研究各种相关问题过程安全的植物。
当人员培训领域的控制阀门、模拟可以用来说明不同的控制阀单元的操作流程的管道。此外,仿真可以检验不同控制阀特性在整个控制回路。
模拟客户的控制应用程序是一个先进的服务设计研究控制阀动态行为之前交付。详细的动态分析中执行模拟工艺条件提高了最优控制阀门选择客户的要求控制阀门的应用程序。
6.3数学模型的控制阀门
控制阀仿真程序的起点是一个综合的数学模型描述的操作控制阀,从控制信号从控制器到流体通过阀门。
直角回转控制阀的动力学方程可以发现使用的基本方程(84)和(85)。
方程(84)和(85)可以用来产生的动力学方程的直角回转控制阀安装在方程(86)。
致动器系数(b)中使用方程(86)是一个函数的执行机构将角(ψ)和摩擦系数(μ)。图74显示了一个制造商的致动器的致动器系数作为致动器的函数相对旅行(h),当摩擦系数(μ)被认为是常数。
执行机构的非线性系数(b)取决于执行机构的杠杆机制。在实践中,致动器摩擦系数差异很大速度的函数。这意味着,在现实中,线性致动器系数小于如图74所示。
图74。致动器的致动器系数。
图75。衍生品在方程(86)的函数相对旅行
图75显示了非线性方程的衍生品(86)的致动器检查,作为致动器的函数相对(h)旅行。一阶导数在图74描述了执行机构之间的非线性活塞位置(x)和阀门转向角(ψ)。衍生品取决于杆的非线性机制的执行机构。
控制阀的动态方程(86)包括压力pA、pB,影响双方的致动器活塞,他们必须解决的数学模型描述定位器动力学和热力学致动器。
在方程(86),阀的负载已经分为由摩擦引起的负载(Mvμ)和动态转矩引起的负载(Md),因为动态转矩通常倾向于关闭阀。阀的负载由阀座摩擦、压盖填料摩擦力,轴承摩擦和动态转矩的阀门。需要一个数学模型来解决这些阀门扭矩的函数(h)和旅行整个阀节流压差(∆p)元素。因为在节流压差(∆p)元素变化很大在控制的情况下,尤其是大旅行改变,控制阀的数学模型必须包括管流的动态模型。
非定常计算管道流量控制使用连续性方程(87)和运动方程,方程(88)。
6.4控制阀模拟程序
解决数学模型描述控制阀在时空不是,然而,数学可能如此,因为是复杂和非线性方程。由于这个原因,计算机程序产生的数值解已被采纳。计算机程序的一个优点是,非线性控制阀门不需要线性化。此外,计算机程序是灵活的,因为不同的变化和干扰因素,根据时间和状态,很容易插入。
6.5摩擦模型
大量减少摩擦系数对阀开始移动后的一个重要因素的动力学控制阀门配有气缸气动执行机构。这意味着正确的摩擦行为建模是决定性的模拟程序的正常运行。
润滑机制可分为接触润滑和流体润滑。润滑,滑动轴承接触表面相互接触,虽然润滑剂限制接触点之间的接触面积的渗透。流体润滑的轴承中产生压力阻止任何接触表面,只创建了摩擦力和剪应力的润滑剂。
使用的接触摩擦模型的出发点是指数摩擦模型,摩擦力的指数取决于相对滑动速度(vr)。应用该模型给出了方程(89)和(90)的接触摩擦系数。
控制阀摩擦模型可以由近似的接触摩擦,使用指数摩擦系数,通过假设流体摩擦速度成正比。
6.6测试和实现仿真程序
测试位置控制
创建的模拟程序第一次被测试了单级气动定位器,双作用气缸执行机构和阀负载系数(Lp)。在这种情况下,执行机构负载因子(Lp)是阀负载除以致动器额定输出扭矩。76年和77年的数据显示一种阶跃响应仿真程序,计算和相应的阀相对旅游(h)测量相对输入信号(I)变化从值0.4至0.45。变得明显从图76中给出的一步反应,反应的形式使用模拟程序计算理论上是相当符合相应的响应测量在实验室的示波器。
图76。阶跃响应计算理论与仿真程序的价值相对信号变化从40%降至45%。
图77。对应的阶跃响应使用示波器测量在实验室。
安装控制阀的研究
图78显示了水锤的初步研究三种不同的固有流量特性曲线。计算是基于一个单级气动定位器,双作用气缸执行机构和线性的,平等的百分比,和持续获得内在的流动特性。
压差比(DP特征f)确定描述管道使用方程(91)。
情况下是一个常数的起点获得固有流量特性阀执行信号改变从100%降至10%。比例相等的开阀门与一个相应的稳态压差和流量变化,信号变化从100%降至12.0%。对于一个线性阀,相应的信号变化从100%降至3.2%。
图78显示造成的水锤阀线性固有流量特性是非常强大和尖锐。以同样的比例和持续获得内在的流动特性,water-hammers相当小。注意,在恒定增益固有的流动特性,流量几乎是线性的变化作为时间的函数。
图78年。水锤引起的通过一个阀与不同的固有的流特征。