控制回路中氣動調(diào)節(jié)閥的選用

2012年06月02日 14:08:03人氣：825來源：中國·昌林液壓氣動成套有限公司

控制回路中氣動調(diào)節(jié)閥的選用

     1 引言

    哈爾濱氣化廠是一個利用煤加壓氣化工藝生產(chǎn)煤氣的化工企業(yè)，自動化水平較高，在過程控制中，執(zhí)行器的控制品質(zhì)與生產(chǎn)工況的穩(wěn)定有著密切的，所以對執(zhí)行器的選擇顯得格外重要，對于安全防爆要求比較高的化工企業(yè)，絕大多數(shù)執(zhí)行器采用的是氣動調(diào)節(jié)閥。

    氣動調(diào)節(jié)閥的選擇一般要從以下幾個方面進(jìn)行考慮：

    1）根據(jù)工藝條件，選擇合適的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和類型。

    2）根據(jù)工藝對象，選擇合適的流量特性。

    3）根據(jù)工藝參數(shù)，計(jì)算流量系數(shù)，選擇閥的口徑。

    4）根據(jù)工藝要求，選擇材料和輔助裝置。

    下面針對以上4點(diǎn)加以論述。

2 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和類型

    氣動調(diào)節(jié)閥是由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥兩部分組成的，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是接收輸入的氣源信號，產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿發(fā)生位移，推動閥門動作；而閥是指與管路聯(lián)接的閥體組件部分，它接受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿推力，改變閥桿位移，從而改變閥門開度，zui終控制流體流量的變化。

    氣動調(diào)節(jié)閥按其行程可分為直行程和角行程兩種，按其結(jié)構(gòu)類型分直通單座閥、直通雙座閥、高壓閥、角形閥、套筒閥、隔膜閥、蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等。其中直通閥比較常見，單座閥泄漏量較小，但閥前后壓差不能太大，而雙座閥正好與之相反。高壓閥適合于高靜壓和高壓差的介質(zhì)測量，但在高壓差情況下，流體對材料沖刷和氣蝕嚴(yán)重，一般要考慮閥芯和閥座的材質(zhì)，以提高其使用壽命。在高壓差、高黏度、含懸浮物和顆粒狀物質(zhì)流體的控制中可選用角形閥。隔膜閥更適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制。蝶閥適用于大流量、低壓差的氣體介質(zhì)。套筒閥采用平衡型閥芯結(jié)構(gòu)，具有低噪聲的特點(diǎn)，是應(yīng)用較為廣泛的閥之一。

    氣動調(diào)節(jié)閥有氣開與氣關(guān)兩種類型。確定調(diào)節(jié)閥開關(guān)方式的原則是：當(dāng)信號壓力中斷時，應(yīng)保證工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。如果閥門在信號中斷后處于打開位置，流體不中斷zui安全，則選用氣關(guān)閥；如果閥門在信號壓力中斷后處于關(guān)閉位置，流體不通過zui安全，則選用氣開閥。如加熱爐的燃料氣或燃料油管路上的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)選用氣開閥，當(dāng)信號中斷后，閥自動關(guān)閉，燃料被切斷，以免爐溫過高而發(fā)生事故；鍋爐進(jìn)水管路上的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)選用氣關(guān)閥，當(dāng)信號中斷后，閥自動打開，仍然向鍋爐內(nèi)送水，可以避免鍋爐燒干。

3 調(diào)節(jié)閥的流量特性

    調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥的相對流量q與閥芯相對行程己（閥門的相對開度）之間的函數(shù)關(guān)系：

    q=f（l）

    當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端壓差△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（對數(shù)）、拋物線和快開等4種類型，如圖3—1所示：

    在生產(chǎn)中閥的固有流量特性有直線、等百分比和快開3種。拋物線特性介于直線和等百之間，一般用等百特性來代替?？扉_特性主要用于二位式控制。

    在一般情況下，閥兩端壓差不可能永遠(yuǎn)保持不變，這時閥的固有流量特性就會發(fā)生畸變，閥在實(shí)際工作條件下的特性稱之為工作流量特性。這時在確定流量特性時要引入一個稱為閥阻比的系數(shù)s。

    s=△p/∑△p

    ∑△p為系統(tǒng)總壓差，是閥、全部工藝設(shè)備和管路系統(tǒng)上的各壓差之和。

    從以下3個方面內(nèi)容對閥的工作流量特性進(jìn)行分析：

    1）從控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量方面分析

    對于一個簡單的控制系統(tǒng)，它是由控制對象、變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥幾個基本環(huán)節(jié)組成的，系統(tǒng)的總放大系數(shù)k=k1k2k3k4k5

    k1~k5分別表示變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥、控制對象的放大系數(shù)。在負(fù)荷變動的情況下，要使控制系統(tǒng)能保持預(yù)定的控制指標(biāo)，希望總放大系數(shù)在控制系統(tǒng)的整個操作范圍內(nèi)保持不變。一般來說，在一個確定的系統(tǒng)里，k1~k3的系數(shù)是固定不變的，只有對象的放大系數(shù)x5隨負(fù)荷的變化而變化，為此選擇適當(dāng)?shù)牧髁刻匦詠碡Si、償對象特性的變化，保證k4k5的乘積是個常數(shù)就保證了系統(tǒng)的總放大系數(shù)k是個穩(wěn)定值。

    2）從工藝配管情況分析

    調(diào)節(jié)閥總是與管道、設(shè)備連在一起使用的，管道阻力的存在必然會使閥的工作特性與固有特性不同。所以，應(yīng)根據(jù)對象的特性，選擇合適的工作特性，再根據(jù)配管情況選擇相應(yīng)閥的固有流量特性?？紤]工藝配管情況時，可參照表3—1來選擇閥的固有特性。

表3—1 配管狀況表

配管狀況 s=1~0.6 s=0.6~0.3 s＜0.3 閥的工作特性直線等百分比直線等百分比不宜控制閥的固有特性直線等百分比等百分比等百分比不宜控制
    從表3—1上看，當(dāng)s=1~0．6時，所選固有流量特性和工作流量特性一致。當(dāng)s<0．3時，特性曲線畸變嚴(yán)重不宜控制。

    3）從負(fù)荷變化情況分析

    直線特性調(diào)節(jié)閥在小開度時流量相對變化量大，過于靈敏，容易引起振蕩，閥芯閥座易損壞，故在s值小、負(fù)荷變化幅度大的場合不宜采用。等百分比閥的放大系數(shù)隨閥門行程增大而增大，流量相對變化量恒定不變。

4 調(diào)節(jié)閥的口徑

    調(diào)節(jié)閥口徑的確定是在計(jì)算閥流量系數(shù)cv的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。流量系數(shù)的定義是指在閥門全開條件下，閥兩端壓差△p為100 kpa，流體密度ρ為1g／cm3時，通過閥的流體體積流量為q（m3／h），其節(jié)流公式為：

    c是一個比例系數(shù)，它與流量系數(shù)的關(guān)系是m倍，即cv=mc。當(dāng)流量特性為直線型時m=1．63，當(dāng)流量特性為等百分比型時m=1．97。

    式（4--1）是當(dāng)測量介質(zhì)為液體時的計(jì)算方法，當(dāng)測量介質(zhì)為氣體時應(yīng)考慮溫度和壓力對介質(zhì)體積的影響，其c值的計(jì)算分兩種情況：

    當(dāng)閥前后壓差△p小于0．5倍的閥前壓力p1，即△p<0．5p1時

    另外，當(dāng)介質(zhì)為過熱蒸汽時，計(jì)算c值要考慮蒸汽的過熱度。

    確定完cv值以后，要對調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行驗(yàn)算，要求zui大流量時閥開度不大于90％，zui小流量時開度不小于10％。在正常工況下，閥門開度應(yīng)在15％~85％之間。zui后根據(jù)cv值確定調(diào)節(jié)閥口徑。

5 調(diào)節(jié)閥的材料和輔助裝置

調(diào)節(jié)閥的閥體一般選用鑄鐵材質(zhì)，其耐壓等級、使用溫度范圍、耐腐蝕等方面應(yīng)不低于對工藝管道的要求，但在介質(zhì)為易燃易爆的流體時應(yīng)作特殊考慮。閥芯、閥座材質(zhì)的選用應(yīng)考慮到流體中是否有固體顆粒產(chǎn)生的磨損和氣蝕作用對閥內(nèi)件的沖擊。一般對于非腐蝕性流體，常選用不銹鋼；對于腐蝕性較強(qiáng)的流體，可選用哈氏合金；對于沖擊、振動、磨損嚴(yán)重的流體，可選用堆焊硬質(zhì)合金或噴涂材質(zhì)。另外當(dāng)操作介質(zhì)溫度高于+200℃時，要選擇帶散熱片的上閥蓋。

    調(diào)節(jié)閥的輔助裝置主要有閥門定位器、電磁閥、回訊開關(guān)、過濾減壓器、保位閥等。

    閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的一個重要附件，常見的有氣動閥門定位器和電氣閥門定位器兩種。它主要用于：

    1）高壓差的場合；

    2）高壓、高溫或低溫介質(zhì)的場合；

    3）介質(zhì)中含有固體懸浮物或黏性流體的場合；

    4）調(diào)節(jié)閥口徑較大的場合；

    5）實(shí)現(xiàn)分程控制；

    6）改善調(diào)節(jié)閥的流量特性。

    電磁閥的作用是快速地切斷和接通氣源，使閥處于*通、斷的位置，多用于安全放空閥?；赜嶉_關(guān)是需要在控制室實(shí)時監(jiān)測到閥位的信號才選用的。保位閥的選擇是根據(jù)工藝狀況，當(dāng)氣源切斷時，閥位要求保持在一定的位置上，但這種情況不多見。

6 結(jié)束語

    調(diào)節(jié)閥是自動控制系統(tǒng)中一個重要的環(huán)節(jié)，若選擇計(jì)算不準(zhǔn)確，使用維護(hù)不得當(dāng)，將直接影響控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，甚至造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。為此，對調(diào)節(jié)閥的正確選用、安裝和維修等各項(xiàng)工作都必須高度重視。

    隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，對氣動調(diào)節(jié)閥的要求越來越高，這些要求包括：新結(jié)構(gòu)、新材料、高性能、與計(jì)算機(jī)通訊以及*的動態(tài)性能等。因此，對新型調(diào)節(jié)閥的研究和學(xué)習(xí)是一項(xiàng)艱巨而重要的任務(wù)。

關(guān)鍵詞：氣動調(diào)節(jié)閥過程控制執(zhí)行器高壓閥控制系統(tǒng)

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