上海申弘閥門有限公司
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氣動薄膜套筒調(diào)節(jié)閥選購分析主要結(jié)構(gòu)和工作原理
氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：氣動薄膜、氣動活塞、氣動長行程三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為：閥、閘板、調(diào)節(jié)閥等，有直、角行程 2 種。氣動薄膜調(diào)節(jié)閥從數(shù)學(xué)模型上分析，閃蒸的產(chǎn)生是因為P2<Pv。P2是閥門的下游壓力，是下游過程和管道的一個函數(shù)。Pv是流體和工作溫度的一個函數(shù)。因此，定義閃蒸的變量不是由閥門直接控制的。這進(jìn)一步意味著，對任何閥門來說都無法防止閃蒸。閃蒸不能靠閥門來避免，辦法是選擇合適的幾何形狀和材料的閥門來避免或盡量減小破壞。
1.氣動薄膜套筒調(diào)節(jié)閥選購分析結(jié)構(gòu)
閥門結(jié)構(gòu)與閃蒸無關(guān)，但是卻能控制閃蒸的破壞。選擇流體方向改變盡可能少的閥門可以使顆粒沖擊數(shù)量減到最小。比如：
（1）采用介質(zhì)自上而下流動的角形閥。由于角形閥中的介質(zhì)直接流向閥體內(nèi)部下游管道的中心，而不是像球形閥一樣直接沖擊體壁，所以大大減少了沖擊閥體體壁的飽和蒸汽氣泡數(shù)量。
（2）帶有旋啟式閥瓣的閥門結(jié)構(gòu)也是一種有效方法。在閥體內(nèi)部下游一側(cè)安裝旋啟式閥瓣，把閥體下游的壓力控制在飽和蒸汽壓力以下，使閃蒸出現(xiàn)在下游管線，有一段下游管線來承受閃蒸的破壞。
2.材料選擇
一般情況下，硬度校高的材料更能抵御閃蒸和氣蝕的破壞。對于那些肯定會受到流體沖擊的閥內(nèi)區(qū)域，如閥座表面，選擇盡可能硬的材料。硬質(zhì)合金鋼是常用的抗腐蝕材料，如電力行業(yè)經(jīng)常選用鉻鉬合金鋼閥門。對于角形閥，其閥體可采用碳鋼結(jié)構(gòu)，但其下游管道需要選用硬度高的材料，因為其閃蒸發(fā)生在閥體下游。對于球形閥，最好采用合金鋼閥體，因為閃蒸出現(xiàn)在閥體內(nèi)部。
1.可以根據(jù)流量大小來定制閥芯大小。
2.密封默認(rèn)金屬密封，可選軟密封。
3.根據(jù)介質(zhì)和工況，上閥蓋形式可選標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、波紋管型、低溫型等。
標(biāo)準(zhǔn)型：閥蓋為常溫上閥蓋，閥蓋材質(zhì)與閥體材質(zhì)一樣。起到封閉閥體和連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用。工作溫度：-30℃~+250℃。
高溫型：閥蓋專為高溫工況設(shè)計，通過散熱片增大閥蓋與周圍空氣的接觸面積，起到散熱作用。能有效的保護(hù)填料，以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。工作溫度：+230℃~+530℃。
低溫型：閥蓋適用于低溫狀態(tài)下的介質(zhì)（如液氮)。該類型上閥蓋能有效保護(hù)填料和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)材料是304或者316.也可根據(jù)工況采用不同膨脹系數(shù)的材料。工作溫度：-196℃~-45℃。
波紋管型：閥蓋內(nèi)裝有不銹鋼波紋管組件，將介質(zhì)與外界隔絕，并能保證閥桿作上下移動。此外在上閥蓋里面仍有標(biāo)準(zhǔn)填料函，確保不會因介質(zhì)外漏而造成浪費(fèi)或引起環(huán)境污染。工作溫度：-60℃~+530℃。
氣動薄膜套筒調(diào)節(jié)閥選購分析工作原理：
當(dāng) 0.2~1kg/cm2 時的信號壓力輸人薄膜氣室中，產(chǎn)生推力使推桿部件移動、彈簧被壓縮產(chǎn)生的反作用力與信號壓力在薄膜上產(chǎn)生的推力相平衡。推桿的移動即是氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程。正作用式：當(dāng)薄膜氣室的信號壓力為零時，推桿部件位于下方，當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號壓力時，使推桿部件向下移動;反作用式：當(dāng)薄膜氣室的信號壓力為零時，推桿部件位于上方，當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號壓力時，使推桿部件向上移動。
氣動薄膜套筒調(diào)節(jié)閥選購分析流特性和選型原則
流量特性是指閥位開度和流量大小的關(guān)系，直接影響調(diào)節(jié)質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，與被調(diào)參數(shù)和設(shè)備對象，工藝流程有關(guān)。
1、理想流量特性調(diào)節(jié)閥兩端壓差不變時相對流量與相對開度(行程)的關(guān)系：Q/Qmax=f×l/L式中，Q 為某一開度時，調(diào)節(jié)閥的流量及閥桿行程;f 為閥芯系數(shù);Qmax、L 為調(diào)節(jié)閥全開時的zui大流量及閥桿全行程。理想流量特性取決于閥芯的尺寸，不同的閥芯曲面得到不同的理想流量特性。
流量特性
調(diào)節(jié)閥的流量特性是在閥兩端壓差不變的情況下，不可壓縮流體通過調(diào)節(jié)閥的流量與開度之間的關(guān)系，這種流量特性叫做固有流量特性。
典型的固有流量特性有線性特性和等百分特性。實際上，調(diào)節(jié)閥控制工藝介質(zhì)時，開度的變化閥上壓差也是相應(yīng)變化的。
在這種情況下，調(diào)節(jié)閥的開度與流量之間的特性曲線就會偏離固有流量特性曲線，我們把這種流量特性叫做實際的流量特性。
線性流量特性：指調(diào)節(jié)閥的流量與開度成直線比例關(guān)系。通常用于壓差變化小，幾乎恒定；或閥門上的壓力降成為系統(tǒng)的主要壓力降時，一般使用線性流量特性。
等百分比流量特性：指行程變化所引起的流量變化率與此點(diǎn)原來的流量成正比關(guān)系。通常用于要求較大的可調(diào)范圍；或整個系統(tǒng)的壓力損失大大高于閥門的力損失：或開度變化、閥上壓差變化相對較大。
快開：主用應(yīng)用于開關(guān)控制系統(tǒng)，要求開度較小時就有較大的流量，隨開度的增加，流量很快就達(dá)到最大；此后再增加開度，流量的變化很小。
2、工作流量特性分析調(diào)節(jié)閥前后端壓差變化情況下得到的流量特性。分為直線特性、對數(shù)特點(diǎn)、拋物線特性等。拋物線特性介于直線和對數(shù)之間。經(jīng)計算、分析，直線特性調(diào)節(jié)閥工作在小開度時調(diào)節(jié)性強(qiáng)，相對流量變化率過于激烈，不易控制，小干擾大克服容易過頭，引起系統(tǒng)振蕩，而在大開度時，相對變化率下，調(diào)節(jié)性能弱，太遲鈍，大的干擾不能很快克服;對數(shù)特性是指單位開度變化所引起的相對流量變化值與此點(diǎn)相對流量成正比.經(jīng)計算、分析，對數(shù)閥在小開度時放大倍數(shù)小，緩和平衡，利于操作控制，而在大開度時放大倍數(shù)大，工作能靈敏有效，是常用的閥門。
3、 流量特性選擇規(guī)則工業(yè)生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥如直線、對數(shù)、快開特性，一般選取直線、對數(shù)特性即可滿足工藝調(diào)節(jié)要求，快開特性適應(yīng)于二位調(diào)節(jié)，對于比較難控制和要求較嚴(yán)的對象，從以下幾個方面考慮：
a、用調(diào)節(jié)閥的非線性去補(bǔ)償過程的非線性，使系統(tǒng)總的增益變化較小，穩(wěn)定;
b、工藝管道情況，考慮工藝管道阻力情況;
c、適應(yīng)系統(tǒng)的負(fù)荷波動;
d、考慮調(diào)節(jié)閥的工作條件和使用壽命;
e、調(diào)節(jié)閥工作特性改善。
3 流量能力 C 值的計算方法和調(diào)節(jié)閥口徑的確定
C 值的定義：我國規(guī)定在調(diào)節(jié)閥前后壓差為 1kPa、液體重度為 1kPa3 的情況下，以每小時通過調(diào)節(jié)閥門的流體 m3數(shù)值，表示流通能力 C 值的大小(以氧化鋁料漿為例。)
調(diào)節(jié)閥壓差：S=ΔP/(∑ΔPF ΔP)
式中，ΔP 為調(diào)節(jié)閥差壓;∑ΔPF 為zui大流量時管路阻力降。
C=Q(r/ΔP)1/2=G/(ΔP * r)1/2
式中，Q、G 為工藝所提供的體積或重量流量;ΔP 為閥門前后壓差;r 為重度。
C 值的選取和公稱通徑 Dg 及閥座直徑 dg 的確定，由工藝提供的zui大流量和對應(yīng)的zui小壓差。計算出 Cmax，便可選取合適的閥。
氣動薄膜套筒調(diào)節(jié)閥選購分析 技術(shù)參數(shù)及性能：
閥體部分：
| 閥體型式： | 直通鑄造球型閥 |
| 公稱通徑： | DN20 、25 、32 、40 、50 、65 、80 、100 、200 |
| 公稱壓力： | PN 1.6、2.5、4.0、6.4、10.0Mpa |
| ANSI 150、300、 600Lb | |
| JIS 10K、20K、30K、40K | |
| 連接方式： | 法蘭：FF、RF、RTJ、等 |
| 螺紋：（適用于 1"以下） | |
| 焊接：SW、BW | |
| 法蘭距： | 符合IEC 534 |
| 閥蓋形式： | 標(biāo)準(zhǔn)型、加長型（散熱、低溫、波紋管密封） |
| 填 料： | V型聚四氟乙烯、柔性石墨填料等 |
| 密封墊： | 金屬夾石墨密封墊、聚四氟乙烯墊 |
| 執(zhí)行機(jī)構(gòu)： | 氣動：多彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu) 、單彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu) |
| 電動：3810L系列 、PSL系列 |
閥內(nèi)部件：
| 閥芯型式： | 窗口式套筒 |
| 流量特性： | 等百分比、線性 、快開 |
| 內(nèi)件材質(zhì)： | 標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)組合及使用溫度、壓力范圍請參閱附錄 |
表1．可提供的用戶選擇
| 閥體 | 型式 | 直通 | 閥蓋 | 型式 | 標(biāo)準(zhǔn)、加長型 |
| 材質(zhì) | WCB、WC9、304、316等 | 材質(zhì) | WCB、WC9、304、316等 | ||
| 閥芯 | 特性 | 直線、等百分比、快開 | 填料 | “V"型PTFE、柔性石墨、波紋管 | |
| 材質(zhì) | 304、304+STL/PTFE、316、316+STL/PTFE | ||||
| 執(zhí)行器 | 氣動:見表8 | ||||
| 電動:見表7 | |||||
| 定位器 | 電氣閥門定位器、智能型數(shù)字定位器 | ||||
| 附件 | 電磁閥、閥位反饋器、手操機(jī)構(gòu)、保位閥、空氣過濾減壓器等 | ||||
氣動薄膜套筒調(diào)節(jié)閥 材料及內(nèi)部結(jié)構(gòu)
表2．本體材質(zhì)為碳鋼
表3．本體材質(zhì)為不銹鋼
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4 氣動薄膜套筒調(diào)節(jié)閥選購分析應(yīng)用實例
沉降工段負(fù)責(zé)將高壓溶出的料漿通過洗滌、沉降槽的作用下，將赤泥沉淀、分離出來。在料漿輸送過程中，需要大量的氣動調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)流量。根據(jù)現(xiàn)場的工藝環(huán)境或計算，氣動閥采用了美國 FISHER-ROSEMOUNT 公司生產(chǎn)的氣動調(diào)節(jié)閥，由閥門定位設(shè)備和調(diào)節(jié)閥組成。閥門定位設(shè)備采用了位移式氣動閥門定位設(shè)備，其負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。見圖 1。為波紋管的有效面積;C 為測量組件的剛度;K 為三級功率放大器的放大倍數(shù);KL 為輸人信號傳動杠桿比;KF 為反饋信號傳動杠桿比;KV/(TVs 1) 是氣動調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)，是一個一階周期環(huán)節(jié)，KV 為調(diào)節(jié)的放大系數(shù)，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的薄膜有效面積和彈簧剛度及調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān);TV 為調(diào)節(jié)閥的時間常數(shù)，也與氣室大小等因素有關(guān)。上述負(fù)反饋系統(tǒng)中，閥桿輸出位移 Y 與輸人的調(diào)節(jié)器壓力領(lǐng)信號 P 之間的傳遞函數(shù)：
W(s)=Y/P≈AEKL/CKF
AE、KL、C、KF 一定時，Y 與 P 之間成一一對應(yīng)的比例關(guān)系。也就是說，通過電一氣閥門定位設(shè)備的電氣轉(zhuǎn)換，定位設(shè)備接受來自調(diào)節(jié)器或控制系統(tǒng)的電流信號(4~20mA)，這個信號改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力 P，使閥門的位置達(dá)到給定值 Y，從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。
4.1 調(diào)節(jié)閥反向動作和流量特性在應(yīng)用過程中，由于生產(chǎn)需要將一臺氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥改成氣開式調(diào)節(jié)器，在以前就需將閥芯反裝，或采用反作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在現(xiàn)場改裝比較麻煩，而且需有一定的備品才行。采用閥門定位設(shè)備后，正作用定位設(shè)備的輸人信號從 20~100kPa 變化時，它的輸出信號從 20~100kPa 變?yōu)?100~20kPa 即可。具體結(jié)構(gòu)中，用到一個凸輪和兩個噴嘴。左噴嘴用以實現(xiàn)正作用，右噴嘴實現(xiàn)反作用。左、右噴嘴與放大器的氣路用背壓切換板來溝通。調(diào)節(jié)閥的流量特性可以通過改變反饋凸輪的幾何形狀來改變。改變反饋凸輪的幾何形狀能夠改變調(diào)節(jié)閥的反饋量，使定位設(shè)備的輸出特性發(fā)生變化，從而修正了流量特性。
4.2 手動機(jī)構(gòu)的配置當(dāng)氣源信號或電信號出現(xiàn)故障時，或者當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要元件(膜片、彈黃等)損壞時，就需把自動操作改為手動操作，需轉(zhuǎn)動手輪維持調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能;另一方面，這種機(jī)構(gòu)也可作為調(diào)節(jié)閥行程的限位器，當(dāng)信號壓力為零時，調(diào)節(jié)閥不是全開就是全關(guān)，如果工藝過程要求調(diào)節(jié)閥有少量的流量，可利用手輪來達(dá)到目的。手輪機(jī)構(gòu)有頂裝式和側(cè)裝式，頂裝式只能為單方向限制行程，如果在選型或安裝時，選用側(cè)裝式可以根據(jù)工藝的要求安在左或右側(cè)實現(xiàn)限位?？傊?，手動機(jī)構(gòu)可提高調(diào)節(jié)閥運(yùn)行的可靠性，特別是調(diào)節(jié)閥臺增設(shè)旁路，使用口徑較大的調(diào)節(jié)閥時，使用手輪機(jī)構(gòu)從投資費(fèi)用或占地面積都很合算。所以自動操作完成正常和執(zhí)行機(jī)構(gòu)無時，由于不使用手動機(jī)構(gòu)，為此經(jīng)常要加油防銹。
氣動薄膜套筒調(diào)節(jié)閥選購分析安裝調(diào)節(jié)閥須注意
(1)氣動調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在便于維護(hù)、修理的地方。
(2)當(dāng)選定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑與工藝管徑不同時應(yīng)加裝異接頭進(jìn)行連接。
(3)安裝在有振源的場合，應(yīng)增加防振措施。
(4)安裝時，必須使閥體上或法蘭上的箭頭方向指向介質(zhì)方向。
(5)安裝前，需要認(rèn)真清洗管道內(nèi)焊渣和其它雜物，在安裝后，應(yīng)將閥芯處于zui大開度，并對管道和閥再一次清洗，以防雜物卡住和損傷節(jié)流件。
氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的正確選型、安裝、使用、維修，不僅能夠提高過程控制的可靠性，而且能夠快速解決閥的故障，增加閥的使用壽命對企業(yè)的節(jié)能降耗有著可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
