氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的選型探討
摘要：本文對(duì)工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閻選型過(guò)程中各個(gè)步驟的注意事項(xiàng)及選擇要點(diǎn)做了全面介紹了。包括流量系數(shù)的計(jì)算，口徑、結(jié)構(gòu)形式、材料，流量特性、作用方式、彈簧范圍、以及填料、流向的確定，以及相應(yīng)的附件的選取。
關(guān)鍵詞：氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閻選型流量系數(shù)工作流量特性
中圖分類(lèi)號(hào)：TQl53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007．3973（2009）10-108-03
電工委員會(huì)（IEC）對(duì)調(diào)節(jié)閥（Control Valve）的定義為：工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中由動(dòng)力操作的裝置形成的終端原件，它包括一個(gè)閥，內(nèi)部有一個(gè)改變過(guò)程流體流率的組件，閥又與一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連接，執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來(lái)響應(yīng)控制元件送來(lái)的信號(hào)。
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是以壓縮空氣為能源的調(diào)節(jié)閥，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、維修方便、防火防爆等特點(diǎn)，因此廣泛的應(yīng)用于化工、石油、冶金、發(fā)電等工業(yè)部門(mén)中。
由于調(diào)節(jié)閥是直接安裝在工藝管道上，使用條件惡劣，如高溫高壓、深度冷凍、易燃易爆、易結(jié)晶、強(qiáng)腐蝕、高粘度、含固津雜質(zhì)等。為了適應(yīng)這些環(huán)境，人們?cè)O(shè)計(jì)發(fā)明了種類(lèi)繁多的調(diào)節(jié)閥。如果選型不當(dāng)，就會(huì)直接影響生產(chǎn)的安全穩(wěn)定的運(yùn)行，因此，在設(shè)計(jì)中閥門(mén)的選型就是一個(gè)至關(guān)重要的過(guò)程，也是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥常見(jiàn)結(jié)構(gòu)特征
調(diào)節(jié)閥是由閥體部件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。閥體部件直接安裝在工藝管道上，起改變流體流率的作用。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)裝置，它根據(jù)控制信號(hào)的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的推動(dòng)力，從而帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥芯動(dòng)作改變調(diào)節(jié)閥的節(jié)流面積，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。
調(diào)節(jié)閥按照能源的不同，主要分為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、液動(dòng)調(diào)節(jié)閥三大類(lèi)。
閥體部件根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式，可分為單座閥、雙座閥、套筒閥、三通閥、角閥、球閥、閘閥、隔膜閥等。
本文主要論述在各種工況下，氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的選用以及計(jì)算。
1調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)的計(jì)算
流量系數(shù)是一個(gè)與閥門(mén)的結(jié)構(gòu)和給定行程有關(guān)的系數(shù)，用來(lái)衡量閥門(mén)的流通能力，即把不同工作條件下所需要的流量轉(zhuǎn)化為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)條件下的流量。
表示調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)的符號(hào)有：C、Cv、Kv，它們的意義是相同的，都表示特定的流體（如：溫度5-40"C的水），在一定的壓降下（如：100kPa），I小時(shí)內(nèi)流過(guò)調(diào)節(jié)閥的體積數(shù)。只是由于定義和運(yùn)算單位不同（即標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不同）在數(shù)值上有一些差別。
C、Cv、Kv三者之間的關(guān)系為：Cv=1．17Kv，Kv=1．0I C
雖然三者的定義是“1小時(shí)內(nèi)流過(guò)調(diào)節(jié)閥的體積數(shù)”，但由于是系數(shù)，所以是沒(méi)有量綱的。
只要確定了閥門(mén)的zui大流量、閥全開(kāi)時(shí)的壓力、介質(zhì)密度等參數(shù)，就可以根據(jù)下表的公式計(jì)算這是流體的zui大流量系數(shù)。
其中：P。、P：為閥全開(kāi)時(shí)的進(jìn)出口壓力100kPa，氣體和蒸汽用絕壓。
△P：閥的進(jìn)出口壓力，即Ap-．-_pI-P2
QN：標(biāo)況下氣體的流量Nm3／h
p，工況下液體的比重，水為l
pN：標(biāo)況下氣體的比重，空氣為l
G。：蒸汽流量，kg／11
T：工況下的溫度℃
T。：工況下，飽和蒸汽的溫度℃
t：氣體的操作溫度℃
流量系數(shù)的計(jì)算公式有很多種，大的方面就可以分為壓縮系數(shù)法和平均重度法兩大派，不論選哪種，計(jì)算的都是一種理想狀態(tài)，出入并不大，從選型上講，有一種就夠了。（以上是我院用的公式，實(shí)踐證明簡(jiǎn)單有效）
2 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式的選擇
這是閥門(mén)選型中zui重要的方面，直接決定閥門(mén)的使用和維護(hù)，所以要結(jié)合具體的使用工況，綜合考慮。
工藝介質(zhì)：必須清楚工藝介質(zhì)的物理狀態(tài)，像高粘度、含懸浮物、閃蒸液體、氣體、蒸汽都必須選擇適當(dāng)?shù)拈y門(mén)，以解決對(duì)閥門(mén)的沖蝕及耐磨損問(wèn)題。
泄漏量：閥門(mén)長(zhǎng)期使用的泄漏量必須滿足工藝要求。有些種類(lèi)的閥門(mén)，長(zhǎng)期使用后泄漏量會(huì)增加很多，對(duì)于一些對(duì)泄漏要求高的場(chǎng)合就不能使用。
壓差：閥門(mén)工作壓差應(yīng)小于閥的允許壓差，如不行，則須從特殊角度考慮或另選它閥。
溫度：介質(zhì)的溫度在閥的工作溫度范圍內(nèi)，環(huán)境溫度也要符合要求。
根據(jù)介質(zhì)的潔凈情況考慮閥的防堵問(wèn)題。
根據(jù)介質(zhì)的化學(xué)性能從結(jié)構(gòu)考慮閥的耐腐蝕問(wèn)題。
綜合性?xún)r(jià)比后，考慮順序一般為：蝶閥一單座閥一雙座閥一套筒閥一角形閥一三通閥一球閥一偏心旋轉(zhuǎn)閥一隔膜閥。
3 彈簧范圍的選擇
彈簧是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的主要零部件，用來(lái)使膜片克服氣室壓力反方向運(yùn)動(dòng)，所以是用壓力來(lái)表示，即xx—xxxkPa，也就是一臺(tái)閥在靜態(tài)時(shí)從開(kāi)始移動(dòng)到走完行程的膜室壓力的變化范圍。
為了保證調(diào)節(jié)閥的正常關(guān)閉，就必須用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力來(lái)克服壓差對(duì)閥芯產(chǎn)生的不平衡力。對(duì)氣閉閥來(lái)說(shuō)，膜室壓力必須先保證閥門(mén)關(guān)閉到位，然后繼續(xù)增加這部分力，才能把閥芯緊壓在閥座上：對(duì)氣開(kāi)閥來(lái)說(shuō)，當(dāng)控制要求關(guān)閥時(shí)，彈簧必須克服膜室壓力，才能把閥芯緊壓在閥座上。
由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力是膜片壓力、彈簧張力、摩擦力等的合力，所以，在選擇彈簧的時(shí)候，要充分利用氣源250kPa的壓力，才能使閥門(mén)穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。
4 材料的選擇
材料的選擇主要是根據(jù)介質(zhì)的壓力、溫度、腐蝕性、氣蝕、沖蝕五方面決定的。
閥體耐壓等級(jí)、使用溫度和耐腐蝕性能等方面應(yīng)不低于工藝連接管道的要求，并應(yīng)優(yōu)先選用制造廠定型產(chǎn)品。
金屬的耐腐蝕材料的選擇是調(diào)節(jié)閥材料選擇的主要內(nèi)容，在強(qiáng)腐蝕類(lèi)的介質(zhì)中選擇耐腐蝕材料時(shí)，必須根據(jù)其濃度、溫度、壓力三者結(jié)合起來(lái)綜合考慮，這方面有專(zhuān)門(mén)的耐腐蝕材料手冊(cè)，必要時(shí)可考慮防腐襯里。
選擇襯里材料（橡膠、塑料）還要考慮閥動(dòng)作時(shí)對(duì)它物理、機(jī)械的破壞（如剪切破壞）和老化。
真空閥不宜選用閥體內(nèi)襯橡膠、塑料結(jié)構(gòu)。
對(duì)于汽蝕、沖蝕嚴(yán)重的閥門(mén)，如高壓介質(zhì)、含固體顆粒的介質(zhì)，首先應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮，然后再考慮材料的耐磨損問(wèn)題，對(duì)于切斷類(lèi)硬密封調(diào)節(jié)閥，必須加強(qiáng)密封面的保護(hù)，因?yàn)槊芊饷媸莦ui容易被磨損的，可選用的zui常用的耐磨材料是司太萊合金表面堆焊和鈷基含金耐磨涂層。
閥體與節(jié)流件分別對(duì)待，閥體內(nèi)壁流速小并允許有一定的腐蝕，其腐蝕率可以在lmm／年左右；節(jié)流件受到高速?zèng)_刷、腐蝕會(huì)引起泄漏增大，其腐蝕率應(yīng)小于0．1mm／年。
5 作用方式的選擇
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥案執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用方式分為兩種：氣開(kāi)閥和氣閉閥。氣開(kāi)閥隨著調(diào)節(jié)信號(hào)的增加，逐步加大調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，無(wú)信號(hào)時(shí)，閥門(mén)處于關(guān)閉位置：氣閉則相反。
氣開(kāi)、氣閉的選擇主要是從生產(chǎn)安全的角度考慮．也就是考慮當(dāng)系統(tǒng)出故障，調(diào)節(jié)閥無(wú)信號(hào)壓力時(shí)，調(diào)節(jié)閥處于哪種位置對(duì)生產(chǎn)zui有利，若閥處于全關(guān)位置時(shí)對(duì)生產(chǎn)危害小，則選用氣開(kāi)閥，反之，則選用氣閉閥。
控制系統(tǒng)中規(guī)定g氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)信號(hào)增加時(shí)，推動(dòng)閥桿向下運(yùn)動(dòng)的，為正作用；推動(dòng)閥桿向上運(yùn)動(dòng)的，為反作用。
6 調(diào)節(jié)閥的工作流量特性的選擇
調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度的關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Q／QMAx=F（1／L）
一般說(shuō)來(lái)。改變調(diào)節(jié)閥的節(jié)流面積，便可以調(diào)節(jié)流量。在
實(shí)際使用中，節(jié)流面積的改變，流量改變，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中所有阻力的改變。使調(diào)節(jié)閥前后壓差改變，在日常的選型過(guò)程中，我們假定閥門(mén)前后壓差不變，稱(chēng)為理想流量特性，又稱(chēng)為固有流量特性。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，理想流量特性主要有線性、等百分比兩種。
線性特性是指調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量和相對(duì)開(kāi)度成直線關(guān)系，即單位行程變化引起的流量變化是常數(shù)。
直線特性的閥門(mén)在小開(kāi)度工作時(shí)，流量相對(duì)變化太大，調(diào)節(jié)作用太強(qiáng)，容易引起振蕩；而在大開(kāi)度時(shí)，變化太小，調(diào)節(jié)太弱。等百分比特性是指單位形成變化引起的流量變化。與該點(diǎn)的相對(duì)流量成正比，即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的，它隨著流量的增加而變大。等百分比特性的調(diào)節(jié)閥在小開(kāi)度時(shí)，流量小，調(diào)節(jié)悶的放大系數(shù)小，調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和，大開(kāi)度時(shí)，流量大。調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)大，調(diào)節(jié)靈敏有效。
在實(shí)際使用中，系統(tǒng)的各種阻力會(huì)嚴(yán)重的削弱調(diào)節(jié)閥的靈敏性，永遠(yuǎn)達(dá)不到上述的理想狀態(tài)。
7 流向的選擇
在節(jié)流口，介質(zhì)對(duì)著閥芯開(kāi)方向流為流開(kāi)，向關(guān)方向流為流閉。一般閥門(mén)對(duì)流向的要求可分為三種情況：
A對(duì)流向沒(méi)要求，如球閥、蝶閥
B流向不得改變，如三通閥、文丘里閥
C可雙向工作的閥門(mén)，如單座閥、角閥
一般情況下選流開(kāi)，即閥門(mén)全關(guān)時(shí)，介質(zhì)的流向是閥門(mén)打開(kāi)，因?yàn)檫@時(shí)候閥門(mén)的背壓低，閥蓋，及閥桿的密封壓力小。對(duì)于高壓、有氣蝕作用或是雜質(zhì)較多的管道，則宜選用流閉閥，以提高壽命。
8 上閥蓋的選擇
上閥蓋的作用是容納填料函中的填料，并使之在一定的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的工作而保證密封性能。所以根據(jù)調(diào)節(jié)閥的使用溫度分為三種：
A普通型，溫度范圍：鑄鐵．40--200"C，鑄鋼-40-250"C
B散熱型，溫度范圍：碳鋼．40～450"C，不銹鋼一60-250"C
C長(zhǎng)頸型，溫度范圍：．250---200℃
9 填料和附件的選擇
填料指的是閥桿和閥體之間的密封材料
A有些介質(zhì)對(duì)密封填料有特殊要求。比如氧氣要求填料要禁油。
B對(duì)于有毒有害或貴重流體，可選擇波紋管密封。
調(diào)節(jié)閥的附件主要有：定位器、轉(zhuǎn)換器、減壓閥、過(guò)濾器、行程開(kāi)關(guān)、電磁閥、手輪機(jī)構(gòu)等。選擇原則主要有以下幾點(diǎn)：
A附件起補(bǔ)充功能和保證閥運(yùn)行的作用，不必要的不要增加。
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