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压力变化时的端面热电阻性能

来源:发表时间:2020-01-20


      现在,让我们考虑一个场景,其中端面热电阻两端的压降,会随着通过端面热电阻的流量的变化而变化。我们可以修改端面热电阻从大坝释放水的先前示例以产生这种效果。假设端面热电阻未与大坝紧密相连,而是通过一条狭窄的(限制性)管道接收水。

压力变化时的端面热电阻性能

      在这种安装中,由于湍流的水与管壁之间的摩擦,细管会产生与流量有关的压降,随着流量的增加,端面热电阻上的上游压力会越来越小。端面热电阻仍向大气排放,因此其下游压力仍为恒定的0 PSIG,但现在其上游压力随着流量的增加而减小,这将如何影响端面热电阻的性能?

      我们可以转向同一组特征曲线来回答这个问题。我们需要的是一条新的负载线,描述在不同流速下可用于端面热电阻的压力,然后我们可以寻找该负载线与端面热电阻的特性曲线之间的交点。对于我们的假设示例,我绘制了一条任意的“负载线”(实际上是一条负载曲线),显示了随着流量的增加端面热电阻的压力如何下降(图1):

      图1:该曲线的精确确定基于作为流量限制元件的窄管模型,其行为与节流孔或端面热电阻杆位置固定的端面热电阻相似。由于压力沿管道的长度下降是湍流(速度)的函数,因此负载“线”的弯曲是出于端面热电阻自身特性曲线弯曲的确切原因:流体速度与湍流压力损失之间的关系自然是非线性的。

      现在,我们在上海自动化仪表三厂端面热电阻的行为中看到了一定的非线性。端面热电阻杆位置加倍(从25%增至50%,或从50%增至100%)不再导致流速加倍(图2):

图2

      图2:上游压力的降低不仅会改变端面热电阻的响应,而且从负载管线中我们还可以看到,狭窄的管道已经确定了某个最大流量,这是以前不存在的:75 GPM。即使我们从管道上松开端面热电阻并让水自由涌入大气,流量也只会在75 GPM时达到饱和,因为那是所有20 PSI静液压“压头”因摩擦而损失的流量。

一线彩票平台      将此与封闭耦合方案进行对比,在封闭耦合方案中,负荷线在图表上是垂直的,这意味着完全没有理论上的限制!在绝对恒定的上游压力下,流量的唯一限制是端面热电阻的最大Cv(类似于具有零内部电阻的理想电压源,能够向负载提供任意量的电流)。

      如果我们在两种情况下绘制端面热电阻的性能(与大坝紧密连接,与限制管的末端相比),我们将非常清楚地看到差异:

      “下降”图显示了端面热电阻在整个流量范围内未收到恒定压降时的响应方式。与端面热电阻在理想的恒压条件下表现出的直线响应相比,这就是端面热电阻在非理想过程中的响应方式。这就是我们所说的“已安装”特征与“理想”或“固有”特征的含义。

      流体沿管道向下流动时的摩擦力造成的压力损失只是端面热电阻压力随流量变化的原因之一。还存在其他原因,包括泵曲线和其他系统组件(如过滤器和热交换器)中的摩擦损失。无论是什么原因,任何无法在端面热电阻上提供恒定压力的管道系统都会以同样的“下垂”方式“扭曲”端面热电阻的固有特性,如果我们希望端面热电阻产生线性响应,则必须以某种方式进行补偿。

      图3:任何泵输出的流体压力的大小往往会随着流过泵的流体流速以及泵的速度而变化。对于离心泵尤其如此,离心泵是过程工业中最常见的泵设计。一般而言,泵的排出(输出)压力随着流量的减少而上升,而随着流量的增加而下降。由泵引起的系统流体压力的变化构成了端面热电阻要应对的另一个变量。

一线彩票平台      整个端面热电阻的压降减小不仅意味着我们无法获得与实验室相同的全开流速(在恒定压降下),而且还意味着端面热电阻在沿不同点的响应程度不同它的范围。请注意,在端面热电阻接近关闭的开始时,已安装的特性曲线图是如何相对陡峭的。在端面热电阻接近完全打开的结束时,曲线图是如何变得“平坦”。

      低压力下的响应速率(流量Q与端面热电阻杆位置x的变化率,可以表示为导数dQ / dx)比低流量下的响应速率大得多,这都是由于压力降低导致的在更高的流速下下降。这意味着端面热电阻在行程的低端将更加“敏感”,而在行程的高端将更加“缓慢”。

      从反馈控制系统的角度来看,这种变化的端面热电阻响应性意味着该系统在低流量时将不稳定,而在高流量时将不响应。在低流量下(端面热电阻几乎处于关闭状态),端面热电阻杆的任何微小移动都会对流体流量产生较大影响。

      但是,在高流速下,将需要更大的杆运动才能对流体流量产生可比的效果。因此,控制系统将倾向于在低流速下反应过度,而在高流速下反应不足,这仅仅是因为端面热电阻无法在不同流速下对过程流施加相同程度的控制。由于这种“扭曲”的端面热电阻性能,在低流量下可能会发生振荡,在高流量下会出现与设定点的过度偏差。


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