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氣動調節閥的選型與計算尺寸[好文]

執行器是控制系統的終端控制元件,是重要的環節,氣動調節閥在常用的執行器中約占85﹪以上?刂葡到y中因氣動調節閥造成不能投運或運行不良者有占50﹪-60﹪以上。其中除提供的工藝參數出入較大,閥制造質量欠佳和使用不當外,選型與計算的方法不妥則是一個相當突出的因素。因此,如何合理正確地選擇和計算氣動調節閥就是自控設計中至關重要的問題了。

調節閥按調節儀表的控制信號,直接調節流體的流量,在控制系統中起著十分重要的作用。要根據使用條件和用途來選擇調節閥。選擇調節閥項目有:結構型式、公稱通經、壓力-溫度等級、管道連接、上閥蓋型式、流量特性、材料及執行機構等。深入研究各個項目和它們之間的相互關系,是極其重要的。選擇調節閥必須知道控制系統的各種工藝參數,以及調節儀表、管道連接等基本條件,才能正確地選擇調節閥。下面為一般選用調節閥的基本準則:(圖一、圖二)

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調節閥的選擇




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選型和計算(定尺寸)是選擇一個調節閥的兩個重要部分。它們是不同的,然而又是互相關聯的。以往,各工業部門的自控設計的選閥工作有些基本上沒有考慮到它們之間的內在聯系。對國內一般產品來說,用一組工藝參數計算兩個不同閥型的流通能力,臨界條件下的計算結果最大可相差40%以上。

不同結構的調節閥有其各自的壓力恢復特性。此特性用壓力恢復系數FL或最大有效壓差比XT表示。一般的單、雙座閥等屬于低壓力恢復閥,FL XT較大;蝶閥和球閥等屬于高壓力恢復閥,FL XT較;偏心旋轉閥則介于兩者之間。參數FL XT的引入有助于在計算中根據已知的工藝參數來確定真正有效壓差,以計算出精確的流通能力。

FL XT的數值必須在閥型選定之后才能獲得,而閥型的選定不僅與流體的性狀、壓力、溫度、腐蝕性等因素有關,并且與流通能力、可調范圍、允許壓差等參數有關;但是這些參數必須經計算后才能得到,而往往由于這些參數的限制又必須改選閥型;因此問題的關鍵就在于要設計出一套合理的方法和步驟,把選型和計算作為一個有機的整體綜合起來考慮。

氣動調節閥選型和計算包括以下幾部分。

1. 氣動調節閥的選型和選材

調節閥的選型按照工藝和自控專業提出的各項要求進行。在選型中主要考慮以下各個方面:流體的性狀、靜壓、溫度、壓差、腐蝕性、對閥的泄漏要求、閥的動作方式、管道配置、以及流通能力和可調范圍等。

流體腐蝕性的影響主要體現在閥體和閥芯材料的選擇上。由于不能排除某些材料只許在某種特殊的閥型中使用的限制條件,因此并不是每種閥型均可任意選擇材料。閥體材料的選取主要考慮流體介質的腐蝕性、靜壓和材料的許用溫度。閥芯材料的選取主要考慮流體介質的腐蝕性、材料的許用溫度,以及材料耐沖蝕的性能(即考慮液體的阻塞流,閥壓差和流體的清凈程度)。阻塞與否在初選時尚不能確定,需待計算后再進行校核。同時滿足以上各項要求的材料方為合選者。

調節閥應具有的最低公稱壓力等級是選型的必要條件。它可根據流體溫度,閥入口最大壓力,按照初選閥體材料在一定溫度條件下與許用壓力的對應關系來確定。

選型,在步驟上可先以流體壓力、性狀和對閥的泄漏量要求作為考慮因素,規定出一些合適的閥型,然后按照這些閥型的優選次序,逐一對以上其他各種因素進行校核。流通能力與可調范圍兩項在初選閥型時尚未確定,需待計算出結果后,在返回進行校核。定出初選的閥型后,即得該閥型的必要計算數據,如壓力恢復系數FL、最大有效壓差比XT、層流系數FS和可調范圍R等,提供以下各項計算使用。初選閥型若不滿足流通能力要求時需另選閥型,反復計算。

2. 調節閥流通能力計算和尺寸選擇值

選擇調節閥尺寸大小的根本依據是閥的流通能力能否滿足工藝的要求。調節閥的額定流通能力和公稱通徑有一定的對應關系,這是有產品技術標準所規定的。由此,必須按照工藝條件和初選閥型計算出流通能力,從初選的閥型中定出合適的公稱通徑。

1) 調節閥流通能力的計算(現以液體加以說明)

計算公式:CV值是用來表示調節閥的英制單位流量系數。其定義是,閥處于全開狀態,兩端壓差為1/英寸27KPa)的條件下,60℉(15.6℃)的清水,每分鐘通過閥的美加侖數。



CVQ G/P1-P2 Q G/P(英制)



CV1.17Q G/P1-P2 1.17Q G/P(公制)

式中:公制  Q=最大流量           gpm(美加侖/分)

            G=比重(水=1

            P1=進口壓力          Psia(最大流量時)

P2=出口壓力          Psia(最大流量時)

      英制  Q=最大流量           m3/h

            G=比重(水=1

            P1=進口壓力          kgf/cm2(最大流量時)

P2=出口壓力          kgf/cm2(最大流量時)

2)  公稱通徑的選擇:

  調節閥公稱通徑選擇,是由最大Cv值、最小Cv值、額定Cv值、可調范圍,以及調節閥有足夠的調節余量,這幾個因素來決定的。

最大Cv值和最小Cv值是分別在最大流量和最小流量條件計算出的兩個數值。

a) 最大Cv

鑒于額定Cv值之有+20%、-10%的調節誤差,建議等百分比閥在90-95%開度內的值作為最大Cv值,線性調節閥在80-90%開度內的值作為最大Cv值。

b) 常用Cv

常在低開度下工作,閥芯易于磨損,再從控制性能上考慮,希望閥在50-80%開度范圍工作。

c) 最小Cv

閥的最小Cv值應在固有的可調范圍之內,實際上大多調節閥控制流體時,開度變化、閥上壓差也相應變化。開度與流量之間的固有流量特性,變成了實際的流量特性,可調范圍也變小了。閥達到最小Cv值時,希望閥在10-20%開度上工作,如果要使閥在最小的開度范圍內工作,應選擇可調范圍較大的調節閥,或者改用一臺大,一臺小的切換閥,用這兩臺閥分程控制流量。  

3) 調節閥可調范圍的驗算

    為了保證調節閥在工藝要求的最大到最小流量的整個范圍內滿意地調節,就必須進一步驗算可調范圍R。以往有用規定最小流量時的調節閥開度極限作為指標進行校驗的,但這種做法并不十分合適。應采用以最小流量計算所得的最小Cv值作為校驗指標才為合理,如果最小Cv值滿足條件Cv min2Cv/R,說明所選閥門滿足了可調范圍的要求,否則此閥應慎用或采用分程控制。

3. 調節閥流量特性選擇

調節閥的流量特性分固有特性和工作特性兩種。對調節系統有影響的是工作特性。閥本身只具備固有特性(在閥兩端壓差不變的情況下,不可壓縮流體通過調節閥的流量與開度之間的關系)。而工作特性是由閥的固有特性結合管路系統阻力情況得到的。因此,先按調節系統要求確定所需的工作流量特性,然后再確定與其相應的固有流量特性。典型的固有流量特性有線性特性和等百分比特性。

選擇基本原則:

1) 線性流量特性

a) 壓差變化小,幾乎恒定。

b) 整個系統的壓力損失大部分分配在閥上(開度變化,閥上壓差變化相對較。。

c) 外部干擾小,給定值變化。ǹ烧{范圍要求小的場合)。

d) 工藝流程的主要參數的變化呈線性。

2) 等百分比流量特性

a) 要求大的可調范圍。

b) 管道系統壓力損失大。

c) 開度變化,閥上壓差變化相對較大。

選型與計算還包括有:閥體材料、閥芯材料、閥門定位器、最大開度、最小開度、噪聲值和備注等等,在這里就不一一介紹了。


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