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閥門知識科普:調(diào)節(jié)閥的選型

分類:技術(shù)中心 1311人瀏覽 2019-01-30
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調(diào)節(jié)閥是工業(yè)過程控制系統(tǒng)中的終端執(zhí)行元件,工業(yè)過程連續(xù)生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)中一般均需要用調(diào)節(jié)閥來控制過程生產(chǎn)中的各種工藝參數(shù),來達(dá)到對流體的壓力、溫度、流量和液位等參數(shù)的調(diào)節(jié),通常被人們稱之為工業(yè)過程自動化生產(chǎn)中的"手和腳"。它的應(yīng)用質(zhì)量直接反應(yīng)在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)上。作為過程控制中的終端執(zhí)行元件,人們對它的重要性較過去有了更深刻地認(rèn)識。調(diào)節(jié)閥應(yīng)用的好壞,除產(chǎn)品質(zhì)量和用戶是否正確安裝、使用與維護(hù)外,正確地計算選型十分重要。由于計算選型的失誤,造成系統(tǒng)運行不穩(wěn)定,有的甚至無法投用的例子很多。所以,用戶及系統(tǒng)設(shè)計人員要充分認(rèn)識到調(diào)節(jié)閥在現(xiàn)場的重要性,必須對調(diào)節(jié)閥的選型引起足夠的重視。


調(diào)節(jié)閥選型的一般原則是:在滿足使用功能的前提下,所選的調(diào)節(jié)閥應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、價格低廉、壽命長、維護(hù)方便等。下面著重介紹調(diào)節(jié)閥閥型的選擇和和附件的選擇。

1  調(diào)節(jié)閥閥型的選擇


調(diào)節(jié)閥的分類方法很多,目前國內(nèi)和國際上通常采用的一種分類方法是按結(jié)構(gòu)、原理和作用劃分,總共為9大類,即直通單座調(diào)節(jié)閥、直通雙座調(diào)節(jié)閥、套筒調(diào)節(jié)閥、角形調(diào)節(jié)閥、三通調(diào)節(jié)閥、隔膜閥、蝶閥、球閥和偏心旋轉(zhuǎn)閥,這九類產(chǎn)品是最基本、最普通的產(chǎn)品,通常也稱為標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品,其它在此基礎(chǔ)上結(jié)合實際應(yīng)用改進(jìn)而來的,稱為特殊型產(chǎn)品。


1.1標(biāo)準(zhǔn)型調(diào)節(jié)閥的特點及正確選擇


1.1.1直通單座調(diào)節(jié)閥


直通單座調(diào)節(jié)閥只有一個閥芯和一個閥座,容易實現(xiàn)嚴(yán)格的密封,可采用金屬與金屬的硬密封,或金屬與聚四氟乙烯或其它復(fù)合材料的軟密封,標(biāo)準(zhǔn)泄漏量為0.01%C(C是額定流量系數(shù)),允許壓差小,流通能力小,比如DN100單座調(diào)節(jié)閥的允許壓差僅120kPa,流通能力僅為100。流路復(fù)雜,結(jié)構(gòu)簡單,適用于泄漏要求嚴(yán)格、工作壓差較小的干凈介質(zhì)的場合,但小規(guī)格的調(diào)節(jié)閥(DN1/2、3/4、20)亦可用于壓差較大的場合,是應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)閥之一,當(dāng)進(jìn)一步設(shè)計后,可作為切斷閥使用。閥芯形狀決定了流量特性,受沖刷后失去原有特性,更換閥芯可改變流量特性。但流體介質(zhì)對閥芯的推力大,即不平衡力大,需配推力較大的執(zhí)行機構(gòu),因此,在高壓差、大口徑的應(yīng)用場合,不宜采用這類調(diào)節(jié)閥。選用此閥應(yīng)特別注意壓差校核,防止被頂開。


1.1.2直通雙座調(diào)節(jié)閥


直通雙座調(diào)節(jié)閥有兩個閥芯和兩個閥座,由于上閥芯所受向上推力和下閥芯所受向下推力基本平衡,因此,整個閥芯所受不平衡力小,允許壓差大,比如DN100雙座調(diào)節(jié)閥允許壓差280kPa,流通能力大,與相同口徑的其它調(diào)節(jié)閥相比,雙座調(diào)節(jié)閥可流過更多流體,同口徑雙座調(diào)節(jié)閥流通能力比單座調(diào)節(jié)閥流通能力約大20%~50%。例如,DN100雙座調(diào)節(jié)閥的流通能力達(dá)160。因此,為獲得相同的流通能力,雙座調(diào)節(jié)閥可選用較小推力的執(zhí)行機構(gòu)。雙座調(diào)節(jié)閥采用頂?shù)纂p導(dǎo)向,因此,正體閥和反體閥的改裝方便,即只需將閥芯和閥座反過來安裝就能將正體閥改為反體閥,或者將反體閥改為正體閥,而不需要改選執(zhí)行機構(gòu)的正作用或反作用類型。雙座調(diào)節(jié)閥的上、下閥芯不能同時保證關(guān)閉,泄漏量較大,標(biāo)準(zhǔn)泄漏量為0.1%C(C是額定流量系數(shù));流路復(fù)雜,不適用于高壓差的應(yīng)用場合,因為在該種應(yīng)用場合,閥受到高壓流體的沖刷較為嚴(yán)重,并且容易形成閃蒸和空化,加重對閥體的沖刷,同樣它也不適用于含纖維介質(zhì)和高黏度流體的控制。


1.1.3套筒調(diào)節(jié)閥


套筒調(diào)節(jié)閥又稱籠式閥,它的閥內(nèi)件采用閥芯和閥籠(套筒),套筒可以是直通單座調(diào)節(jié)閥,也可以是雙座調(diào)節(jié)閥或角形調(diào)節(jié)閥等:有單密封、雙密封兩種結(jié)構(gòu),前者相當(dāng)于單座調(diào)節(jié)閥,適應(yīng)于單座調(diào)節(jié)閥場合;后者相當(dāng)于雙座調(diào)節(jié)閥,適應(yīng)于雙座調(diào)節(jié)閥場合。除此之外,它還具有穩(wěn)定性好、裝卸方便、維護(hù)方便、有降低噪音和降低空化影響的特點,但價格比單、雙座調(diào)節(jié)閥貴50%~200%,還需要專門的纏繞密封墊,它的應(yīng)用也比較廣泛,僅次于單、雙座調(diào)節(jié)閥,但對于不干凈介質(zhì)和易結(jié)晶、結(jié)巴、結(jié)垢介質(zhì)不應(yīng)選用此閥。


1.1.4角形調(diào)節(jié)閥


角形調(diào)節(jié)閥是具有特殊閥體結(jié)構(gòu)的單座調(diào)節(jié)閥,適用于特定的配管和流體場合,它是將直通的閥體改變?yōu)榻切危ㄏ喈?dāng)于一個彎頭)閥體,其節(jié)流、受力形式完全等同于單座調(diào)節(jié)閥。保留了單座調(diào)節(jié)閥泄漏小、許用壓差小的特點。除此之外,由于其流路簡單具有"自潔"性能,可適用于不干凈介質(zhì),還可進(jìn)一步改進(jìn)為防堵角閥,適用于含有懸浮顆粒介質(zhì)的工況場合,尤其在安裝空間受限制的場合特別適用。


1.1.5三通調(diào)節(jié)閥


三通調(diào)節(jié)閥利用閥芯自身導(dǎo)向,更換氣開、氣關(guān)時必須更換執(zhí)行機構(gòu),應(yīng)注意的是它的氣開、氣關(guān)的含義與其它調(diào)節(jié)閥不一樣,它的氣開和氣關(guān)必須要明確對哪一路而言,即水平位置還是垂直位置。它有三個通道,可代替兩個直通單座調(diào)節(jié)閥用于分流和合流兩組流及溫差≤150℃的場合,當(dāng)DN≤80mm時,合流閥可用于分流場合。


1.1.6隔膜調(diào)節(jié)閥


隔膜調(diào)節(jié)閥由耐腐蝕的隔膜和內(nèi)襯耐腐蝕材質(zhì)的閥體組成,流路簡單,適應(yīng)于不干凈介質(zhì)及弱腐蝕性介質(zhì)的兩位切斷場合。它是最早的調(diào)節(jié)閥之一,由于具有近似快開的流量特性,調(diào)節(jié)品質(zhì)較差,又受隔膜和襯里材質(zhì)的影響,不能用于高溫和高壓等工況,一般工作壓力≤1.6MPa,工作溫度≤150℃,加之隔膜容易損壞、壽命短的缺點,現(xiàn)在使用的場合已不多。


1.1.7蝶閥


蝶閥相當(dāng)于一段管道來做閥體,中央設(shè)閥板節(jié)流,是用于控制的最普通的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥。適用于低壓、中壓或者極少數(shù)情況下用于高靜壓、大流量的場合,但壓差有限制。其體積小、重量輕,比同口徑的球形類調(diào)節(jié)閥輕4~10倍,口徑與價格比小,特別適用于大口徑的場合,且調(diào)節(jié)閥的口徑越大,此特點越顯著。一般當(dāng)DN>300mm時,通常都由蝶閥來完成。


1.1.8球閥


球閥是一種成熟的老產(chǎn)品,有"O"形和"V"形球閥之分,流路最簡單,流阻最小,損失最小,"自潔"性能。"O"形球閥是一種無阻力調(diào)節(jié)閥,同規(guī)格相比,額定流量系數(shù)最大,常用于大流量及不干凈介質(zhì)的場合;"V"形球閥提供近似對數(shù)流量特性,且可調(diào)比大,"V"形球芯與閥座相對旋動時產(chǎn)生剪切作用,尤其適用于高黏度、懸浮流、紙漿等不干凈、含纖維介質(zhì)的調(diào)節(jié)和切斷。球閥的價格比較昂貴。


1.1.9偏心旋轉(zhuǎn)閥


又稱凸輪撓曲閥,它綜合了球閥、蝶閥的長處,流路簡單,"自潔"性能和調(diào)節(jié)性能好,適用于結(jié)晶、結(jié)巴及不干凈介質(zhì)的場合;閥體體積小、重量輕,可根據(jù)現(xiàn)場安裝的位置不更換任何零件而靈活組裝;額定流量系數(shù)大,比同口徑的單座、雙座調(diào)節(jié)閥大10%~30%,可調(diào)比大,可達(dá)100:1;閥座密封可靠,由于閥芯支撐臂的擾性作用以及閥芯球面偏心旋轉(zhuǎn)運動減少了所要求的操作力矩,補償了一些不對稱性,在流開、流閉和高壓差下都能穩(wěn)定運行;比例調(diào)節(jié)時,需配定位器,可通過改變定位器中凸板位置,方便地得到直線或等百分比流量特性。


1.2特殊型調(diào)節(jié)閥的選擇


為特殊應(yīng)用,在上述調(diào)節(jié)閥的基礎(chǔ)上,如果上閥蓋加長、添加散熱片可用于低溫和高溫場合;采用多個彈簧的執(zhí)行機構(gòu)可減小整個調(diào)節(jié)閥的體積和重量;為降低噪聲采用一系列降噪措施設(shè)計可組成低噪聲調(diào)節(jié)閥。此外,還有為便于維護(hù)和清洗采用閥體分離結(jié)構(gòu)的閥體分離調(diào)節(jié)閥;為連鎖動作的快速要求采用的快速切斷調(diào)節(jié)閥;為小流量控制要求設(shè)計的小流量調(diào)節(jié)閥;為防止泄漏采用的波紋管密封調(diào)節(jié)閥等。這些特殊類型的調(diào)節(jié)閥都是為了滿足特殊工藝生產(chǎn)過程或某一特定使用場合使用的專用閥,屬于非標(biāo)準(zhǔn)的。它們具有工作條件復(fù)雜、使用要求高、生產(chǎn)批量小的特點,這些調(diào)節(jié)閥通常都是由標(biāo)準(zhǔn)類型產(chǎn)品針對使用要求演變、改進(jìn)而來的。因此,首先應(yīng)按非特殊性來確定其基本型式,然后再針對特殊性來確定相應(yīng)的變形型式及材料等。


2  附件的選擇


調(diào)節(jié)閥的附件主要有:閥門定位器、閥位開關(guān)、氣動保位閥、氣動繼動器、電磁閥、空氣過濾減壓器、手輪機構(gòu)、閥位傳送器和轉(zhuǎn)換器等。其中閥門定位器有電氣閥門定位器和氣動閥門定位器,主要用于改善調(diào)節(jié)閥的工作特性,實現(xiàn)正確定位,提高調(diào)節(jié)閥位置的線性度,減少調(diào)節(jié)信號的傳遞滯后,改變調(diào)節(jié)閥的流量特性,改變調(diào)節(jié)閥對信號壓力的響應(yīng)范圍,實現(xiàn)分程控制和正確定位。它是調(diào)節(jié)閥最主要的附件之一,其好壞會直接影響到調(diào)節(jié)閥及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能和品質(zhì)。下面著重介紹選擇閥門定位器時需要考慮的幾種主要因素:


1)閥門定位器能否實現(xiàn)"分程"功能,即閥門定位器只對輸入信號的某個范圍有響應(yīng)。若閥門定位器能實現(xiàn)該功能,就可根據(jù)實際需要用一個輸入信號來控制兩臺或多臺調(diào)節(jié)閥;


2)零點和量程的調(diào)校是否容易,標(biāo)定是否獨立,穩(wěn)定性如何;


3)閥門定位器的精度如何。在理想工作狀態(tài)下,對應(yīng)某一輸入信號,調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件(包括調(diào)節(jié)閥的閥芯、閥桿、閥座等)每次都應(yīng)準(zhǔn)確地定位在所需要的位置,而不管行程的方向或者調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件承受多大的負(fù)載;


4)閥門定位器的作用速度如何以及頻率特性如何。因為閥門定位器可以不斷比較輸入信號和閥位,并根據(jù)它們之間的偏差調(diào)節(jié)其本身的輸出。如果閥門定位器對這種偏差響應(yīng)速度快,那么單位時間里介質(zhì)的流動量就大,調(diào)節(jié)系統(tǒng)對設(shè)定點和負(fù)載變化的響應(yīng)就愈快,即系統(tǒng)的誤差愈小,控制品質(zhì)也就愈佳。一般來說,頻率特性愈高,即對頻率響應(yīng)的靈敏度愈高,控制性能就愈好。需要注意的是頻率特性的評估應(yīng)采取實驗和理論相結(jié)合的方法,而非一味憑借理論,并且在評估時,實驗方法必須穩(wěn)定、科學(xué),同時應(yīng)將閥門定位器和執(zhí)行機構(gòu)合并起來一塊考慮;


5)閥門定位器與調(diào)節(jié)閥組合以后,其定位分辨力變化如何。定位分辨力對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制品質(zhì)有非常明顯的作用,因為分辨力越高,調(diào)節(jié)閥的定位就越接近理想值,因調(diào)節(jié)閥過調(diào)而造成的波動變化就可以得到有效抑制,從而最終達(dá)到限制被調(diào)節(jié)量周期性變化的目的。


6)閥門定位器的最大額定供氣壓力是否和執(zhí)行機構(gòu)的額定操作壓力相匹配,安裝和連接是否方便,維護(hù)量和維護(hù)程度如何,等等。


而除閥門定位器外,其它的幾類附件相對來說比較簡單,在此不需要重復(fù)。所有附件都起補充功能和保證調(diào)節(jié)閥正確運行的作用,在選擇時要把握的原則是必要的增加,不必要的舍棄,否則只會提高控制系統(tǒng)的運行成本并降低可靠性。


3  結(jié)論


調(diào)節(jié)閥的正確選型是應(yīng)用好調(diào)節(jié)閥的第一步,也是最關(guān)鍵的一步,選型的好壞直接影響到調(diào)節(jié)閥的使用效果,進(jìn)而影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。當(dāng)然選型工作比較復(fù)雜,同時更是一門學(xué)問,需要在實際運用當(dāng)中不斷探索和總結(jié)。因此,我們有必要在調(diào)節(jié)閥的選型方面,在熟悉相關(guān)專業(yè)知識的前提下,掌握一定的方法和技巧,惟有如此,才能真正發(fā)揮其在工業(yè)過程自動化控制中"手和腳"的作用。

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