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氣動調節閥的選用

      在過程控製(zhì)中(zhōng),執行機構的控製品質與生產工況的穩定有著密切的聯係,所以對執行(háng)機構的選擇顯得格外重要,對於(yú)安全防爆要求比較高的(de)化工企業,絕大多數執行機構采用的是氣動調節閥。
      氣動調節閥(fá)的選擇一般要從以下幾個方麵進(jìn)行考慮:
      1)根據工藝條件,選擇(zé)合適的調節閥結構(gòu)和類型。
      2)根據工藝對象,選擇合適的流量特性。
      3)根據工藝參數,計算流量(liàng)係數,選擇閥的口徑。
      4)根據工藝要求,選擇材料和輔助(zhù)裝置。
      下麵針對以上4點加以論述。
一、調節閥的結構和類型
  氣動調節閥是(shì)由氣動執行機構和(hé)閥兩部分組(zǔ)成的,氣動執行機構是接收輸入的氣源信號(hào),產生相應的推(tuī)力,使推(tuī)杆發生位移,推動調節閥動作;而閥是指與管路聯接的閥體組件部分,它接受執行機(jī)構的推杆推力,改變閥杆位(wèi)移,從而改變閥(fá)門開度(dù),最終控製流(liú)體流量的變化。
  氣動調節閥按其(qí)行程可分為直行程和角(jiǎo)行(háng)程兩種,按其結構類型分直通單座調節閥、直通雙座調節閥、高(gāo)壓(yā)調節閥、角形閥、套筒調節閥(fá)、隔膜調節閥、蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等。其中直通閥(fá)比較常見,單座閥泄漏量較小,但閥前(qián)後壓(yā)差不能太大,而雙座閥正(zhèng)好與之(zhī)相反。高壓閥適合於高靜壓和高壓差的介質測量(liàng),但在高壓差情況下,流體對材料衝刷和氣蝕嚴重,一般(bān)要考(kǎo)慮閥芯和(hé)閥座的材質,以(yǐ)提高其使用壽命。在高壓差、高黏度、含懸浮物和顆粒狀物質流體(tǐ)的控製中可選用角形閥。隔膜閥更適用於強(qiáng)酸(suān)、強堿等強腐蝕性介質的控製。蝶閥(fá)適用(yòng)於(yú)大流量、低壓差的氣(qì)體介(jiè)質(zhì)。套(tào)筒閥采用平衡型閥芯結構,具有低噪聲的特點,是應用較為廣泛的閥之一。
  氣動調節閥有氣開與氣(qì)關兩種類(lèi)型。確定(dìng)調節閥(fá)開關方式的原(yuán)則是:當信號壓(yā)力中斷時(shí),應保證工藝設備和生產的安全。如果閥門(mén)在信號中斷後處(chù)於打開位置,流體不中斷最安全,則選(xuǎn)用氣關閥;如果(guǒ)閥門在信號壓力中斷後處於關閉位置,流體不通過最安全,則(zé)選用氣開閥。如加熱爐的燃料氣或燃料油管路上的調節閥,應選用(yòng)氣開閥(fá),當信號中斷後,閥自動關閉,燃料被切斷,以免爐溫過高而發生事故;鍋爐進水管路上的調節閥,應選用氣關閥,當信號中斷後,閥自動打開,仍然向鍋(guō)爐內送水,可以避免鍋爐燒幹。Q與閥芯相對行程L(閥門的相對開度)之間的函數關係:
    Q=f(L)
  當調節閥兩端(duān)壓差△P保持不變時,閥的流量特性稱為固有流量特性。固有流量特性主要有直線、等百分比(bǐ)(對數)、拋物線和快開等4種類型,如圖3-1所示:

  在生產中閥的固有流量特性有直(zhí)線、等百分比和快(kuài)開3種。拋物線特性介於直線和等百之間(jiān),一般用(yòng)等百(bǎi)特(tè)性來代替。快開特性主要用於二位式控(kòng)製。
  在一(yī)般情況下,閥兩端壓差不(bú)可能永遠保持不變,這時閥的固有流量特性就會發(fā)生畸變,閥在實際工作(zuò)條件下的特性稱之為工作流量特性。這(zhè)時在確定流量特性時要引入一個稱(chēng)為閥阻比的係數S。
       S=△P/Σ△P
  Σ△P為係統總壓差,是閥、全部工藝(yì)設備和管路係統上的各(gè)壓差(chà)之和。
  從以(yǐ)下3個方麵(miàn)內容對閥的工作流量(liàng)特性進行分析:
       1、從控製係統的控製質量方麵分析
  對(duì)於一個簡(jiǎn)單的控製係統,它是由控製對象(xiàng)、變送器、調節(jiē)器和調節閥幾個基本環節組成的,係統的總放(fàng)大係數K=K1 K2 K3 K4K5
  K1~K5分別表示(shì)變送器、調節器、執行(háng)機構、閥、控製對象的放大係(xì)數。在負荷變動的情況下(xià),要(yào)使控製係統能保持預定的(de)控製指標(biāo),希望總放大係數在(zài)控製係統的整個(gè)操作範圍內保持不變。一般來說,在一個確定的係統(tǒng)裏,K1~K3的係數(shù)是固定不變的,隻有對象的(de)放大係數K5隨負荷的變化而變(biàn)化,為此選擇適(shì)當的流量特性來補償對象特性的變化,保證K4K5的乘積是個常數就保證了係(xì)統的總放大係數K是個穩定值。
       2、從工藝配(pèi)管情況分析
  調節(jiē)閥(fá)總是與管道、設備連(lián)在一起使用的,管道阻力的存在(zài)必然會(huì)使閥(fá)的工作特性與固有特性不同。所以,應(yīng)根據對象的特性,選擇合適的工作特性,再根(gēn)據配管情況選擇相應(yīng)閥(fá)的固有流量特性。考(kǎo)慮工藝配管情況時,可參照(zhào)表3-1來(lái)選擇(zé)閥的固有(yǒu)特性。 

  從表3-1上看,當S=1~0.6時,所選固有流量特性和工作流量特性一致。當S<0.3時,特性曲線(xiàn)畸變嚴重不宜控製。
       3、從負荷(hé)變化情況分析
  直線特(tè)性調節閥(fá)在小開度時流(liú)量相對變化量大,過(guò)於靈敏,容易引(yǐn)起振蕩,閥芯閥座易損壞,故在S值小、負荷(hé)變化幅度大的場合不宜采用。等百分比閥的(de)放大係數隨閥門行程增大而增大,流量(liàng)相(xiàng)對變化量恒定不變。
二、調節閥的口徑  
  調節閥(fá)口徑的確定是在計算閥流量係數CV的基(jī)礎上(shàng)進行的。流量(liàng)係數的定(dìng)義是指在閥門全開(kāi)條件下,閥兩端壓差△P為100kPa,流體密度ρ為(wéi)1 g/cm3時,通過閥的流體體積流量為(wéi)Q(m3/h),其節流公(gōng)式為: 
   
  C是一個比(bǐ)例係(xì)數,它與流量係數的關係是m倍,即CV=mC。當流量特性(xìng)為(wéi)直線型時m=1.63,當流(liú)量特性為(wéi)等(děng)百分比型時(shí)m=1.97。
  式(4-1)是當(dāng)測量介質為液體時的計算方法,當測量介質為氣體時應考慮溫度和壓力對介質體積的影響,其C值的計算分兩種(zhǒng)情況:
  當閥前後壓差(chà)△P小於(yú)0.5倍的閥(fá)前壓力P1,即△P<0.5 P1時 
   
  另外,當介質為(wéi)過熱(rè)蒸汽時(shí),計算C值要考慮蒸汽的過熱度。
  確定完CV值以後,要對調節閥的開(kāi)度(dù)進行驗算,要求最大流量時閥開度不大於90%,最小流量時開度不小於10%。在(zài)正常工況(kuàng)下,閥門開度(dù)應在15%~85%之間。最後根(gēn)據CV值確定調節閥口徑(jìng)。
三、調(diào)節(jiē)閥的材料和輔助裝置  
  調節閥的閥(fá)體一(yī)般選用鑄鐵材質,其耐壓等級、使用溫度範圍、耐腐蝕等方麵應不低於對工藝管道的要求,但在介質為易燃易(yì)爆的流體時應作特殊(shū)考慮。閥(fá)芯、閥座材質的選用應(yīng)考慮到流體(tǐ)中是否有固體(tǐ)顆粒產(chǎn)生的磨損和氣蝕作用對閥內件的衝擊(jī)。一般對於非腐蝕性(xìng)流體,常選用不鏽(xiù)鋼;對於腐蝕性較強的流體,可選用哈氏合金;對於衝擊、振動、磨損嚴重的流體,可選用(yòng)堆焊硬質(zhì)合金或噴塗材質。另外當操作介質溫度高於+200℃時,要選擇帶散熱片的上閥蓋。
  調節閥的輔助裝置主要有閥門定(dìng)位器、電磁閥、回訊開關、過濾減壓器(qì)、保位閥等。
  閥門定位器是調節閥的一個重要附件,常見的有氣動(dòng)閥門定位器(qì)和電氣閥門定位器兩種。它主(zhǔ)要用於:
      1、高壓差(chà)的場合;
      2、高壓、高溫或低溫介質(zhì)的場合;
      3、介質中(zhōng)含有固體懸浮物或黏性流體的(de)場合(hé);
      4、調節閥口徑較大(dà)的場(chǎng)合(hé);
      5、實現分程控(kòng)製;
      6、改善調節閥的流量特性。
  電磁閥的作用是快速地切斷和接通氣源,使閥(fá)處於完全通、斷(duàn)的位置,多用於安全放空閥(fá)。回訊開關是(shì)需要在(zài)控製室(shì)實時監測到閥位的信號(hào)才選用的。保位閥的選擇是根據工藝狀況,當氣源切斷時,閥位(wèi)要求保持在一定的位置上,但這種情況(kuàng)不多見。
四、結論(lùn)
  隨著工業自動化的發展(zhǎn),對氣動調節(jiē)閥的要求越來越高,這些要求包括:新結構、新材料、高性能、與計算機通訊以及優越的動態性能等。因此,對(duì)新型調節閥的研究和學習是一項艱巨而重要的(de)任務。
  調節閥是自動(dòng)控製係統中一個重要的環節,若選擇計算不準確、使用維護不得當,將直接影響控製係統的(de)控製(zhì)質量,甚至(zhì)造成嚴重的生產事故。因(yīn)此,對調(diào)節閥的正確選用、安裝和維修等各項工(gōng)作都必須(xū)高度重視。

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