气动薄膜调节阀的选型探讨
时间：2011-04-01 阅读：364
气动薄膜调节阀的选型探讨
摘要：本文对工业过程控制系统中调节阎选型过程中各个步骤的注意事项及选择要点做了全面介绍了。包括流量系数的计算，口径、结构形式、材料，流量特性、作用方式、弹簧范围、以及填料、流向的确定，以及相应的附件的选取。
关键词：气动薄膜调节阎选型流量系数工作流量特性
中图分类号：TQl53 文献标识码：A 文章编号：1007．3973（2009）10-108-03
电工委员会（IEC）对调节阀（Control Valve）的定义为：工业过程控制系统中由动力操作的装置形成的终端原件，它包括一个阀，内部有一个改变过程流体流率的组件，阀又与一个或多个执行机构相连接，执行机构用来响应控制元件送来的信号。
气动调节阀是以压缩空气为能源的调节阀，它具有结构简单、性能稳定、价格低廉、维修方便、防火防爆等特点，因此广泛的应用于化工、石油、冶金、发电等工业部门中。
由于调节阀是直接安装在工艺管道上，使用条件恶劣，如高温高压、深度冷冻、易燃易爆、易结晶、强腐蚀、高粘度、含固津杂质等。为了适应这些环境，人们设计发明了种类繁多的调节阀。如果选型不当，就会直接影响生产的安全稳定的运行，因此，在设计中阀门的选型就是一个至关重要的过程，也是一个复杂的过程。
气动调节阀常见结构特征
调节阀是由阀体部件和执行机构两部分组成。阀体部件直接安装在工艺管道上，起改变流体流率的作用。执行机构是调节阀的推动装置，它根据控制信号的大小，产生相应的推动力，从而带动调节阀的阀芯动作改变调节阀的节流面积，达到调节的目的。
调节阀按照能源的不同，主要分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀三大类。
阀体部件根据其结构形式，可分为单座阀、双座阀、套筒阀、三通阀、角阀、球阀、闸阀、隔膜阀等。
本文主要论述在各种工况下，气动薄膜调节阀的选用以及计算。
1调节阀流量系数的计算
流量系数是一个与阀门的结构和给定行程有关的系数，用来衡量阀门的流通能力，即把不同工作条件下所需要的流量转化为一个标准条件下的流量。
表示调节阀流量系数的符号有：C、Cv、Kv，它们的意义是相同的，都表示特定的流体（如：温度5-40"C的水），在一定的压降下（如：100kPa），I小时内流过调节阀的体积数。只是由于定义和运算单位不同（即标准状态不同）在数值上有一些差别。
C、Cv、Kv三者之间的关系为：Cv=1．17Kv，Kv=1．0I C
虽然三者的定义是“1小时内流过调节阀的体积数”，但由于是系数，所以是没有量纲的。
只要确定了阀门的zui大流量、阀全开时的压力、介质密度等参数，就可以根据下表的公式计算这是流体的zui大流量系数。
其中：P。、P：为阀全开时的进出口压力100kPa，气体和蒸汽用绝压。
△P：阀的进出口压力，即Ap-．-_pI-P2
QN：标况下气体的流量Nm3／h
p，工况下液体的比重，水为l
pN：标况下气体的比重，空气为l
G。：蒸汽流量，kg／11
T：工况下的温度℃
T。：工况下，饱和蒸汽的温度℃
t：气体的操作温度℃
流量系数的计算公式有很多种，大的方面就可以分为压缩系数法和平均重度法两大派，不论选哪种，计算的都是一种理想状态，出入并不大，从选型上讲，有一种就够了。（以上是我院用的公式，实践证明简单有效）
2 调节阀结构形式的选择
这是阀门选型中zui重要的方面，直接决定阀门的使用和维护，所以要结合具体的使用工况，综合考虑。
工艺介质：必须清楚工艺介质的物理状态，像高粘度、含悬浮物、闪蒸液体、气体、蒸汽都必须选择适当的阀门，以解决对阀门的冲蚀及耐磨损问题。
泄漏量：阀门长期使用的泄漏量必须满足工艺要求。有些种类的阀门，长期使用后泄漏量会增加很多，对于一些对泄漏要求高的场合就不能使用。
压差：阀门工作压差应小于阀的允许压差，如不行，则须从特殊角度考虑或另选它阀。
温度：介质的温度在阀的工作温度范围内，环境温度也要符合要求。
根据介质的洁净情况考虑阀的防堵问题。
根据介质的化学性能从结构考虑阀的耐腐蚀问题。
综合性价比后，考虑顺序一般为：蝶阀一单座阀一双座阀一套筒阀一角形阀一三通阀一球阀一偏心旋转阀一隔膜阀。
3 弹簧范围的选择
弹簧是气动调节阀的主要零部件，用来使膜片克服气室压力反方向运动，所以是用压力来表示，即xx—xxxkPa，也就是一台阀在静态时从开始移动到走完行程的膜室压力的变化范围。
为了保证调节阀的正常关闭，就必须用执行机构的输出力来克服压差对阀芯产生的不平衡力。对气闭阀来说，膜室压力必须先保证阀门关闭到位，然后继续增加这部分力，才能把阀芯紧压在阀座上：对气开阀来说，当控制要求关阀时，弹簧必须克服膜室压力，才能把阀芯紧压在阀座上。
由于执行机构的输出力是膜片压力、弹簧张力、摩擦力等的合力，所以，在选择弹簧的时候，要充分利用气源250kPa的压力，才能使阀门稳定、可靠的运行。
4 材料的选择
材料的选择主要是根据介质的压力、温度、腐蚀性、气蚀、冲蚀五方面决定的。
阀体耐压等级、使用温度和耐腐蚀性能等方面应不低于工艺连接管道的要求，并应优先选用制造厂定型产品。
金属的耐腐蚀材料的选择是调节阀材料选择的主要内容，在强腐蚀类的介质中选择耐腐蚀材料时，必须根据其浓度、温度、压力三者结合起来综合考虑，这方面有专门的耐腐蚀材料手册，必要时可考虑防腐衬里。
选择衬里材料（橡胶、塑料）还要考虑阀动作时对它物理、机械的破坏（如剪切破坏）和老化。
真空阀不宜选用阀体内衬橡胶、塑料结构。
对于汽蚀、冲蚀严重的阀门，如高压介质、含固体颗粒的介质，首先应从结构上考虑，然后再考虑材料的耐磨损问题，对于切断类硬密封调节阀，必须加强密封面的保护，因为密封面是zui容易被磨损的，可选用的zui常用的耐磨材料是司太莱合金表面堆焊和钴基含金耐磨涂层。
阀体与节流件分别对待，阀体内壁流速小并允许有一定的腐蚀，其腐蚀率可以在lmm／年左右；节流件受到高速冲刷、腐蚀会引起泄漏增大，其腐蚀率应小于0．1mm／年。
5 作用方式的选择
气动调节阀案执行机构的作用方式分为两种：气开阀和气闭阀。气开阀随着调节信号的增加，逐步加大调节阀的开度，无信号时，阀门处于关闭位置：气闭则相反。
气开、气闭的选择主要是从生产安全的角度考虑．也就是考虑当系统出故障，调节阀无信号压力时，调节阀处于哪种位置对生产zui有利，若阀处于全关位置时对生产危害小，则选用气开阀，反之，则选用气闭阀。
控制系统中规定g气动薄膜执行机构当信号增加时，推动阀杆向下运动的，为正作用；推动阀杆向上运动的，为反作用。
6 调节阀的工作流量特性的选择
调节阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度的关系，其数学表达式为：Q／QMAx=F（1／L）
一般说来。改变调节阀的节流面积，便可以调节流量。在
实际使用中，节流面积的改变，流量改变，会导致系统中所有阻力的改变。使调节阀前后压差改变，在日常的选型过程中，我们假定阀门前后压差不变，称为理想流量特性，又称为固有流量特性。在调节系统中，理想流量特性主要有线性、等百分比两种。
线性特性是指调节阀的相对流量和相对开度成直线关系，即单位行程变化引起的流量变化是常数。
直线特性的阀门在小开度工作时，流量相对变化太大，调节作用太强，容易引起振荡；而在大开度时，变化太小，调节太弱。等百分比特性是指单位形成变化引起的流量变化。与该点的相对流量成正比，即调节阀的放大系数是变化的，它随着流量的增加而变大。等百分比特性的调节阀在小开度时，流量小，调节闷的放大系数小，调节平稳缓和，大开度时，流量大。调节阀的放大系数大，调节灵敏有效。
在实际使用中，系统的各种阻力会严重的削弱调节阀的灵敏性，永远达不到上述的理想状态。
7 流向的选择
在节流口，介质对着阀芯开方向流为流开，向关方向流为流闭。一般阀门对流向的要求可分为三种情况：
A对流向没要求，如球阀、蝶阀
B流向不得改变，如三通阀、文丘里阀
C可双向工作的阀门，如单座阀、角阀
一般情况下选流开，即阀门全关时，介质的流向是阀门打开，因为这时候阀门的背压低，阀盖，及阀杆的密封压力小。对于高压、有气蚀作用或是杂质较多的管道，则宜选用流闭阀，以提高寿命。
8 上阀盖的选择
上阀盖的作用是容纳填料函中的填料，并使之在一定的温度范围内稳定的工作而保证密封性能。所以根据调节阀的使用温度分为三种：
A普通型，温度范围：铸铁．40--200"C，铸钢-40-250"C
B散热型，温度范围：碳钢．40～450"C，不锈钢一60-250"C
C长颈型，温度范围：．250---200℃
9 填料和附件的选择
填料指的是阀杆和阀体之间的密封材料
A有些介质对密封填料有特殊要求。比如氧气要求填料要禁油。
B对于有毒有害或贵重流体，可选择波纹管密封。
调节阀的附件主要有：定位器、转换器、减压阀、过滤器、行程开关、电磁阀、手轮机构等。选择原则主要有以下几点：
A附件起补充功能和保证阀运行的作用，不必要的不要增加。