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調節閥的選型知識
瀏覽: 發布日期:2018-08-03
    調節閥作為工業過程控制的終端執行器件,它隨著工業自動化水平的不斷提高,已成為工業自動化控制的關鍵設備。調節閥選擇的是否合適直接關系到工業控制品質的好壞,甚至關系到工業生產系統的安全。因此在實際生產過程中,根據工藝條件選擇合適的調節閥是非常必要的。
    1 簡介調節閥
    調節閥由執行機構和調節機構兩部分共同組成。它包括氣動、電動和液動執行器三大類。在化工生產中常用氣動執行器,其它兩種執行器只在特殊要求下采用。執行機構是調節閥的推動部分,調節機構是調節閥的調節部分,即閥門本身。調節機構與調節介質直接接觸,在執行機構的推動下,改變閥芯與閥座之間或阻流件的流通面積,從而達到調節控制介質流量的目的。
    1.1 調節閥的結構形式的選擇
    一般在振動大或噪聲大的場合應選用套筒閥較為合適,如在介質中帶有粘性或有微小顆粒時,選擇偏心旋轉閥較為合適。通常應用較廣泛的閥有直通單座閥、直通雙座閥、角型閥、蝶閥、球閥、隔膜閥等。在選擇閥的結構形式時,還需考慮調節介質的工藝條件和流體特性。
    1.2 調節閥氣開/氣關的選擇和調節器正反作用的確定
    調節閥氣開/氣關的選擇必須從工藝生產需要和安全要求方面考慮確定。原則是當信號壓力中斷時,應保證工藝設備和生產的安全,即保證調節閥失去信號壓力源時閥自動進入安全狀態。
    選定調節閥氣開或氣關形式后,必須根據閥的這一形式確定調節器的正作用和反作用,使調節閥和調節器構成一個負反饋的控制系統。即對于氣開閥,如果被控參數大于給定參數時,要求閥關小,那么調節器選用反作用;對于氣關閥,如果被控參數大于給定參數時,要求閥關小,那么調節器就選用正作用。
    1.3 調節閥的流量特性
    調節閥相對開度和通過閥的相對流量之間的關系稱為閥的流量特性,即Q/Qmax=f(し/L)。
    Q/Qmax相對流量——調節閥在某一開度下的流量Q與全開度流量Qmax之比;
    し/L相對開度——調節閥的某一開度下的行程し與全行程L之比。
    由上式看出:通過閥的相對流量Q/Qmax是調節閥相對開度し/L的函數。通過調節閥的流量不僅與閥門的開度有關,還與閥門兩端的壓差有關,閥門前后壓差一定時的流量特性為閥門的理想特性,閥門前后壓差隨時變化的流量特性為閥門的工作特性。
 理想特性完全取決于閥芯的形狀,典型的四種理想流量特性:
    (1)直線流量特性
    Q/Qmax=R[(し/L)-1]     (R=Qmax/Qmin為調節閥的可調比)
    采用直線流量特性的閥芯時,調節閥的放大倍數是常數。它的特點是在小開度處流量相對變化較大,調節作用強,易產生振蕩;在打開度處流量相對變化較小,調節作用弱,調節緩慢。
    (2)等百分比流量特性(對數流量特性)
    Q/Qmax=e[(し/L)-1]lnR   (R=Qmax/Qmin為調節閥的可調比)
    采用等百分比流量特性的閥芯時,調節閥的放大倍數隨流量增大而增大,但流量的相對變化值是相等的。它在小開度處放大倍數小,調節作用緩和平穩;它在大開度處放大倍數大,調節作用靈敏,為此常被采用。
    (3)拋物線流量特性
        (R=Qmax/Qmin為調節閥的可調比)
    采用拋物線流量特性的閥芯時,在小開度時調節性能好,它的特性曲線介于直線與等百分比特性曲線之間。
    (4)快開流量特性
    快開流量特性沒有一定的數學表達式。采用具有快開流量特性的閥芯時,在開度較小時有較大的流量,隨著開度的增大,流量很快就達到最大值,適用于迅速啟閉的切斷閥或兩位式調節系統。
    2 調節閥口徑的選取
    對不可壓縮性流體,根據流體力學代入伯努力方程得:
    根據連續方程Q=A∗V,上面公式聯解可得:
這就是調節閥的流量方程,其代號及單位為:
    V1、V2——節流前后的流體速度;
    V——是平均流速;
    P1、P2——節流前后的壓力,100KPa;
    A——節流面積,cm2;
    Q——流量,cm3/s;
    C——阻力系數;
    r——重度,Kgf/cm3;
    g——重力加速度,981cm/s2;
    如果上述公式采用工程單位,Q—m3/h;P1、P2—100KPa;r—gf/cm3,那么調節閥的流量方程可化為:
    于是Kv定義為:當調節閥全開,閥兩端壓差ΔP為100KPa,流體重度r為1gf/cm3(常溫水)時,每小時流經調節閥的流量數,以m3/h或t/h計。但國外流量數常用Cv表示,其定義為:當調節閥全開,閥兩端壓差ΔP為1磅/英寸2(0.07Kgf/cm2),介質為600F(15.6℃)清水時,每分鐘流經調節閥的美加侖數,以加侖/分計。Kv與Cv之間換算關系為:
     根據計算出的流量系數Kv或Cv值,然后在調節閥手冊中查找出Kv或Cv額定值,選取合適的調節閥口徑。
    3 結語
    上述闡述如何正確選擇調節閥,只是針對不可壓縮流體流相為紊流而言的,對于其它層流或可壓縮的流體,如氣體或水蒸汽等,有專門的理論加以推導其流體的Kv或Cv的計算方法,其調節閥的選取與上述類同,請另行關注。
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