上海申弘閥門有限公司
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氣動(dòng)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(dòng)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括:氣動(dòng)薄膜、氣動(dòng)活塞、氣動(dòng)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(dòng)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?yàn)镻2<Pv。P2是閥門的下游壓力,是下游過程和管道的一個(gè)函數(shù)。Pv是流體和工作溫度的一個(gè)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(duì)于那些肯定會(huì)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(duì)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?yàn)槠溟W蒸發(fā)生在閥體下游。對(duì)于球形閥,最好采用合金鋼閥體,因?yàn)殚W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(jì),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(dòng)。此外在上閥蓋里面仍有標(biāo)準(zhǔn)填料函,確保不會(huì)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(dòng)薄膜套筒調(diào)節(jié)閥選購分析工作原理:
當(dāng) 0.2~1kg/cm2 時(shí)的信號(hào)壓力輸人薄膜氣室中,產(chǎn)生推力使推桿部件移動(dòng)、彈簧被壓縮產(chǎn)生的反作用力與信號(hào)壓力在薄膜上產(chǎn)生的推力相平衡。推桿的移動(dòng)即是氣動(dòng)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(hào)壓力為零時(shí),推桿部件位于下方,當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號(hào)壓力時(shí),使推桿部件向下移動(dòng);反作用式:當(dāng)薄膜氣室的信號(hào)壓力為零時(shí),推桿部件位于上方,當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號(hào)壓力時(shí),使推桿部件向上移動(dòng)。
氣動(dòng)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(duì)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(shí)相對(duì)流量與相對(duì)開度(行程)的關(guān)系:Q/Qmax=f×l/L式中,Q 為某一開度時(shí),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(shí)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(shí)際上,調(diào)節(jié)閥控制工藝介質(zhì)時(shí),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(huì)偏離固有流量特性曲線,我們把這種流量特性叫做實(shí)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(shí),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(gè)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(duì)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(shí)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(duì)數(shù)特點(diǎn)、拋物線特性等。拋物線特性介于直線和對(duì)數(shù)之間。經(jīng)計(jì)算、分析,直線特性調(diào)節(jié)閥工作在小開度時(shí)調(diào)節(jié)性強(qiáng),相對(duì)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(shí),相對(duì)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(duì)數(shù)特性是指單位開度變化所引起的相對(duì)流量變化值與此點(diǎn)相對(duì)流量成正比.經(jīng)計(jì)算、分析,對(duì)數(shù)閥在小開度時(shí)放大倍數(shù)小,緩和平衡,利于操作控制,而在大開度時(shí)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(duì)數(shù)、快開特性,一般選取直線、對(duì)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(duì)于比較難控制和要求較嚴(yán)的對(duì)象,從以下幾個(gè)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(dòng);
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(jì)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(shí)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(shí)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(duì)應(yīng)的zui小壓差。計(jì)算出 Cmax,便可選取合適的閥。
氣動(dòng)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(dòng):多彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu) 、單彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu) |
電動(dòng):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(qǐng)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(dòng):見表8 | ||||
電動(dòng):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(dòng)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(dòng)薄膜套筒調(diào)節(jié)閥選購分析應(yīng)用實(shí)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(dòng)調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)流量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工藝環(huán)境或計(jì)算,氣動(dòng)閥采用了美國 FISHER-ROSEMOUNT 公司生產(chǎn)的氣動(dòng)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(dòng)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(cè)量組件的剛度;K 為三級(jí)功率放大器的放大倍數(shù);KL 為輸人信號(hào)傳動(dòng)杠桿比;KF 為反饋信號(hào)傳動(dòng)杠桿比;KV/(TVs 1) 是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù),是一個(gè)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(shí)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(hào) P 之間的傳遞函數(shù):
W(s)=Y/P≈AEKL/CKF
AE、KL、C、KF 一定時(shí),Y 與 P 之間成一一對(duì)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(hào)(4~20mA),這個(gè)信號(hào)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(dòng)作和流量特性在應(yīng)用過程中,由于生產(chǎn)需要將一臺(tái)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(chǎng)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(hào)從 20~100kPa 變化時(shí),它的輸出信號(hào)從 20~100kPa 變?yōu)?100~20kPa 即可。具體結(jié)構(gòu)中,用到一個(gè)凸輪和兩個(gè)噴嘴。左噴嘴用以實(shí)現(xiàn)正作用,右噴嘴實(shí)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(dòng)機(jī)構(gòu)的配置當(dāng)氣源信號(hào)或電信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí),或者當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要元件(膜片、彈黃等)損壞時(shí),就需把自動(dòng)操作改為手動(dòng)操作,需轉(zhuǎn)動(dòng)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(hào)壓力為零時(shí),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(shí),選用側(cè)裝式可以根據(jù)工藝的要求安在左或右側(cè)實(shí)現(xiàn)限位。總之,手動(dòng)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(tái)增設(shè)旁路,使用口徑較大的調(diào)節(jié)閥時(shí),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(dòng)操作完成正常和執(zhí)行機(jī)構(gòu)無時(shí),由于不使用手動(dòng)機(jī)構(gòu),為此經(jīng)常要加油防銹。
氣動(dòng)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(dòng)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(shí)應(yīng)加裝異接頭進(jìn)行連接。
(3)安裝在有振源的場(chǎng)合,應(yīng)增加防振措施。
(4)安裝時(shí),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(duì)管道和閥再一次清洗,以防雜物卡住和損傷節(jié)流件。
氣動(dòng)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(duì)企業(yè)的節(jié)能降耗有著可觀的經(jīng)濟(jì)效益。