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控製閥基礎知識與氣動調節閥【珍藏】

控製閥的基本構成:

執行機構產生推力力矩→調節閥芯位移→改變流通麵積→流量改變→又稱調節閥。

調節閥

控製閥在係統中的作用:

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控製閥基本分類:

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閥體類型:

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執行機構:

控製閥的驅動裝置:

按能源供應分為:氣動,電動,電液。

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氣動薄膜執行機構:

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氣動活塞執行機構:

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電動執行機構:

電動執行機構:以電為能源的執行器,有電動控製,電磁式。(見南社百科發布的電子調節閥相關課件)。

按位移分為:直行程、角行程、多轉式。

具有動作迅速、響應快、電源取用方便、傳輸距離遠等特點。

液動(電液)執行機構

液動(電液)執行機構:

液動、電液或氣液執行機構:主要用於需要大推力、大力矩、快速響應、安全可靠裝置和閥門的配套上。

由於控製上的需要,電液執行機構使用更為廣泛。

控製閥

附件:

控製閥還可配用各種附件來實現產品本身多種控製功能;

附件能滿足控製係統對閥門提出的各種特殊要求;

附件的作用就在於使控製閥的功能更完善更合理,更齊全。

定位器:

氣氣閥門定位器;電氣閥門定位器;智能閥門定位器

閥門定位器:用於改善控製閥調節性能,實現正確定位。氣氣閥門定位器;電氣閥門定位器;智能閥門定位器。

定位器工作原理:

閥門定位器工作原理

空氣過濾減壓器:淨化氣源,具有自動穩壓功能。

空氣過濾減壓器

手輪機構:當氣源或電源信號故障時或執行機構零件損壞時可用手輪繼續人工操作控製閥的功能。

控製閥

還有閥位變送器、電磁閥、限位開關、保位閥、氣動放大器,儲氣罐等。

調節閥特性:

1、流量係數

流量係數Cv:溫度為60°F的水,在1PSI壓降下每分鍾流過調節閥的美國加侖數。

流量係數Kv:溫度為5℃-40℃的水,在100KPa壓降下,一小時內流過調節閥的立平方米數。

Cv為英製單位的流量係數(美加侖/min)。(美加侖=3.785升)

Kv為國際單位的流量係數(m3/h)。

數值關係為Kv=0.8569Cv,Cv=1.167Kv。

Kv或Cv代表閥門的流通能力,他和閥門形式,閥門尺寸,閥座尺寸,閥門行程有關。

KV值的計算:

調節閥流量係數

注:調節閥都會在銘牌上標KV值(閥全開時的額定流量係數)。

2、可調比

控製閥所能控製的最大流量與最小流量之比:

R=Qmax/Qmin

它反映控製閥的調節流量的能力。

一般直通閥R在30-50。旋轉閥能達到300。

3、調節閥的流量特性-調節品質

定義:流體通過控製閥的相對流量和相對行程的函數關係:Q/Qmax=f(L/Lmax)

調節閥的流量特性-調節品質

線性流量特性和等百分比流量特性對比:

舉例:某一調節閥開度變化量10%的流量變化

舉例:調節閥開度變化量10%的流量變化

線性:22.67-13/13=74.4% 90.33-80.67/80.67=12%

等百分比:6.58-4.68/4.68=40.6% 71.17-50.65/50.65=40.6%

線性流量特性在開度小時,流量變化大,靈敏度高,閥來回工作,會造成閥芯受到衝刷嚴重,同時產生閥門振蕩。

當開度大時閥,流量發生較小的變化,靈敏度低,失去調節作用。

等百分比調節特性就改善了這些方麵。

閥芯和流量特性:

不同的閥芯形狀決定不同的流量特性。

套筒閥、柱塞閥、v形開口閥,可修改閥芯形狀改變流量特性。

套筒閥、柱塞閥、v形開口閥

4.泄漏量:

當閥門在規定的關閉推力下處於全關的位置,在規定的壓差和溫度下流體流過閥門的數量測得。

泄漏量通常可以用在額定行程下的流通能力的百分數來表示,或者用在規定時間內流過的累積量表示。

一般用泄露等級表示:

Ⅰ:用戶與廠商協議

Ⅱ:0.5%*Kv

Ⅲ:0.1%*Kv

Ⅳ:0.01%*Kv

Ⅴ:3*10-4ml/min

Ⅵ:氣泡級,軟密封

注意:泄漏量和最小流量的區別。

5.正作用,反作用

控製閥控製開關

整個控製閥,氣開,氣關(故障開、故障關)。

選閥需要知道的參數:

調節閥的選型需要包括機械,電氣,工藝等多方麵的知識。盡可能地提供給GG扑克詳細的工藝參數,有助於GG扑克幫您選擇性價比最高,控製最準確的閥門。以下是調節閥選型所需要的工藝參數。

管道的材質、尺寸和規格。

工藝介質名稱:中英文。

介質特性:狀態,密度,黏度,濃度,是否含有顆粒?是否有腐蝕性等?

最高,正常,最低工作溫度;

最大,正常,最小流量;

最大,正常,最小入口壓力;

最大,正常,最小出口壓力(或壓差);

最大允許關閉壓差;

失氣時調節閥的狀態要求:如故障開關;

儀表控製信號;

連接方式:法蘭,螺紋或焊接。

調節閥的選型:

調節閥的選型步驟:

計算Kv值、通徑、閥門尺寸;

確定流量特性;

確定公稱壓力和材質;

確定控製閥類型;

根據需要選擇閥門附件。

1、計算Kv值、通徑

計算閥門Kv值、通徑

*所選閥門口徑不能小於管道尺寸的一半。

開度的驗算:通常希望控製閥在開度20%-80%工作。

以上計算一般由調節閥的計算軟件程序來完成。

2、確定控製閥的流量特性

目的:滿足控製係統穩定運行。

流量特性的選擇由於計算複雜,多采用經驗準則。

選用直線性流量特性閥的場合一般為:① 差壓變化小,幾乎恒定;② 工藝係統主要參數的變化呈線性;③ 係統壓力損失大部分分配在調節閥上(改變開度,閥上差壓變化相對較小);④ 外部幹擾小,給定值變化小,可調範圍要求小的場合。

優先選用等百分比特性閥的場合為:① 實際可調範圍大;② 開度變化,閥上差壓變化相對較大;③ 管道係統壓力損失大;④ 工藝係統負荷大幅度波動;⑤ 調節閥經常在小開度下運行。

3、確定閥門的公稱壓力和材料

調節閥材料選擇:

1)承受壓力的部件如:閥體、上閥蓋、下法蘭、連接件;有鑄鐵、碳鋼、不鏽鋼、合金鋼等。

2)閥內件材料:閥芯、閥座、套筒。

不鏽鋼、合金鋼、根據需要的堆焊司太萊合金等;

3)執行機構的材料:膜片材質,氣缸,彈簧等;主要調節閥製造廠商選擇。

4、控製閥類型的確定

閥體(單座、套筒);閥蓋(介質的溫度);

填料、填料結構(蒸汽、過熱蒸汽、天然氣、導熱油、有毒有害介質)。

執行機構:

輸出力(矩)(最大關閉壓差、摩擦力);

氣動、電動、電液(價格、可靠性、防爆);

作用方式(故障開、故障關)。

5、附件(工藝要求)

選閥的經驗參數

如果不提供最大允許關閉壓差,按照閥門入口最大壓力來做為最大允許關閉壓差值。

直通閥門標準的的流量特性為等百分比。三通閥的標準流量特性為線性。

電動閥在失電狀態下保持在失電前的位置。如有特殊要求,請說明。

高粘度的流體必須提供其粘度,否則影響閥門流量係數的計算。

選閥的重要性:

如何選擇好調節閥,尤其是閥門口徑和執行機構的推力。使調節閥在一個高水平狀態下運行將是一個很關鍵的問題。

選型不準確,容易引起係統的不穩定,調節性能差,壽命短。

(1)正確選型—係統設計人員(準確的技術參數,工藝圖,同廠家充分溝通);

(2)產品質量—生產廠(使用好的材料,加工技術);

(3)正確安裝、使用、維護—用戶。

氣動調節閥:

氣動調節閥主要由氣動執行機構、閥體、附件三部分組成。執行機構以潔淨壓縮空氣為動力,接收4~20毫安電信號或20~100KPa氣信號,驅動閥體運動,改變閥芯與閥座間的流通麵積,從而達到調節流量的作用。為了改善閥門的線性度,克服閥杆的摩擦力和被調介質工況(溫度、壓力)變化引起的影響,使用閥門定位器與調節閥配套,從而使閥門位置能按調節信號精確定位。

為了機組安全運行,一些重要的閥門設計有電磁閥、保位閥、快速泄壓閥等附件,確保調節閥在失電、失信號或失氣情況下實現快開(關)或保位功能(三斷自鎖保護功能),滿足工藝係統安全運行的要求。

氣動執行機構分類:

按功能:兩位式,調節式;

按氣缸結構:薄膜式,活塞式;

按閥杆移動方式:直行程,角行程;

按閥杆移動方向:正作用,反作用;

按作用方式:單作用,雙作用;

按氣動失效模式分:失氣開-氣關,失氣關-氣開。

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控製閥的三斷保護:

控製閥的三斷保護指:斷氣源保護、斷電源保護、斷信號源保護。是滿足工藝係統安全運行的重要保障。與電磁閥、保位閥、快速泄壓閥等附件組合使用。

控製閥應用示意圖(如下圖):

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執行機構主要組成部件:

隔膜或活塞:隔膜/活塞是執行機構的承壓部件,它的作用是在執行機構內部構成一個密閉的壓力腔室,給閥杆一個驅動力,從而驅動閥杆能向上或者向下運動。

彈簧:彈簧是執行機構重要的組成部分。彈簧力是閥門的驅動力,在失去壓縮空氣時,是靠彈簧力來開/關閥門的。在通入壓縮空氣時,氣壓壓縮或拉伸彈簧,克服彈簧力來開/關閥門。(見下動圖)

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手輪 :手輪機構是與調節閥配套使用的附屬裝置。

氣動杆,連軸器。

閥體主要組成部件有:閥籠;閥瓣;閥座(密封環);

閥杆;閥籠壓環。

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主要附件:

電磁閥-根據係統邏輯保護關係控製閥門動作;

減壓閥-保證供氣氣壓;

過濾器-淨化來自空氣壓縮機的氣源;

電流/氣壓轉換器(I/P)-使控製點的電信號適用於氣動執行機構;

定位器-改善調節閥的靜態和動態特性;

流量放大器-增大進入閥門隔膜氣腔的氣流量。

氣動保位閥-保證重要閥門在氣源突然中斷時能夠實現對調節閥行程的自鎖;

快速泄壓閥-使閥門在失氣後快速回到安全位置;

限位開關-顯示閥門到達全開全關狀態。

閥門定位器

是氣動調節閥的核心部件,起閥門定位作用。它將閥杆位移信號作為反饋測量信號,以DCS或控製器輸出作為設定信號,進行比較,當兩者有偏差時,定位器輸出控製信號到執行機構,驅使執行機構動作,建立閥杆位移與控製器輸出信號之間的一一對應關係。因此,閥門定位器是以閥杆位移為測量信號,以控製器輸出為設定信號的反饋控製係統。

定位器按其結構形式和工作原理可以分成氣定位器、電-氣閥門定位器和智能式閥門定位器。

定位器的輸入信號是標準氣信號,例如,20~100kPa氣信號,其輸出信號也是標準的氣信號。電氣閥門定位器的輸入信號是標準電流或電壓信號,例如, 4~20mA電流。(見下動圖)

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信號或1~5V電壓信號等,在電氣閥門定位器內部將電信號轉換為電磁力,然後輸出氣信號驅動控製閥。智能電氣閥門定位器帶CPU,可處理有關智能運算,它將DCS輸出的電流信號轉換成驅動調節閥的氣信號,根據調節閥工作時閥杆摩擦力,抵消介質壓力波動而產生的不平衡力,使閥門開度對應於DCS輸出的電流信號。並且可以進行智能組態設置相應的參數,達到改善控製閥性能的目的。

定位器工作原理如下:

以薄膜式執行機構配套使用的定位器為例簡述氣定位器工作原理(如下圖):

氣定位器是按力平衡原理工作的。當進入波紋管的信號壓力增加時,杠杆2繞支點轉動,使杠杆末端擋板靠近噴嘴,使噴嘴節流、背壓,這樣使得工作氣源經氣動放大器後進入執行機構薄膜壓力增加,推動連杆並帶動平板一起向下移動,也使得擺杆向下壓,偏心凸輪隨之逆時針轉動,推動滾輪使杠杆1向左運動,將反饋彈簧拉伸,當彈簧對杠杆2的拉力和信號壓力作用在波紋管上的力達到平衡時,執行機構達到平衡,此時一定的信號壓力就對應一定的閥門位置。(見上圖)

電-氣式定位器:是在氣定位器的基礎上將電氣轉換元件集成到定位器上,將電信號轉換為電磁力,然後輸出氣信號驅動控製閥,方便了控製。與氣動定位器相比,用戶隻需要給標準的信號即可(一般是4~20mA電流信號)。

目前智能型閥門定位器在電廠中應用最為廣泛,相對於機械式定位器,智能型定位器結構簡單、操作方便、維護量小、調校迅速,在調節時間上不存在滯後,調節精確等優點。主要生產廠家有ABB、西門子、FISHER、梅索尼蘭等。

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快速泄壓閥:

工作原理:當信號氣壓正常供氣的時候,泄壓側被膜片緊緊蓋住,氣壓能源源不斷地通向氣動頭;當信號氣壓為零時,氣動頭內的氣壓反向頂開隔膜由多孔出口快速泄掉。使閥門在失氣後快速回到安全位置(見下圖)。

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減壓閥:

減壓閥工作原理:壓縮空氣由輸入端進入壓力室,經過濾網過濾後通過閥芯進入輸出腔室。輸出腔室有一小孔與彈簧腔室相連,使輸出氣壓直接作用於彈簧膜片上,當輸出氣壓大於膜片上彈簧壓力時,膜片向上移動,帶動閥芯向上移動,輸入氣源被閥芯隔斷,輸出腔室內的壓縮空氣通過膜片和閥芯頂部之間間隙進入排空腔室由放氣孔排出,使輸出壓力減小。當輸出氣壓小於膜片上彈簧壓力時,膜片向下移動,輸入氣源通過閥芯和閥座之間間隙進入輸出腔室,使輸出腔室內的壓力上升。隻有當輸出壓力與彈簧壓力一致時,閥芯和閥座間隙固定,輸出壓力穩定。因此隻要調整減壓閥頂部的調節螺絲,就控製輸出壓力。(見下圖)

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氣動放大器:

工作原理:定位器輸出信號氣壓從上部進入放大器,壓迫上膜片A產生向下推力F1,推動金屬架C 向下移動,迫使閥芯向下移,使輸出氣壓發生改變,輸出氣壓作用於下膜片B產生向上推力F2,因為上下膜片相等,所以在金屬架C達到平衡時P1=P2。因此,定位器通過放大器輸出到閥門執行機構的空氣流量增加,而壓力不變。當P1減小,P2>P1時,金屬架向上移動與閥塞之間產生間隙,氣室B中空氣從排氣口排出;隨後閥塞在回座彈簧的作用下向上移動,減小與氣流室接觸麵之間的間隙,進氣減少,氣室B中壓力減小,直到P2=P1時達到平衡。

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氣動保位閥:氣動保位閥是閥位保護裝置。當閥門氣源中斷,或氣源供給發生故障時,氣動保位閥能夠自動切斷調節器與調節閥氣室,或定位器輸出與調節閥氣室之間的通道,使調節閥的閥位保持原來的控製位置,避免調節閥因失氣導致閥門開度突變對自動調節係統產生的擾動,保證調節回路中工藝參數不變。這樣介質的被調作用不中斷,故障消除後,氣動保位閥立刻恢複正常位置。


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