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、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。總之，手動機(jī)構(gòu)可提高調(diào)節(jié)閥運行的可靠性，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。
