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常熟市常陽儀表科技有限公司
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過程控制調節閥的選型
日期：2025-05-10 12:54
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摘要：
調節閥在過程控制中的作用是接受調節器或計算機的控制信號，改變被調介質的流量，使被調參數維持在所要求的范圍內，從而達到生產過程的自動化。如果把自動調節系統與人工調節過程相比較，檢測單元是人的眼睛，調節控制單元是人的大腦，那么執行單元— 調節閥就是人的手和腳。要實現對工藝過程某一參數如溫度、壓力、流量、液位等的調節控制，都離不開調節閥。因此正確選擇調節閥在過程自動化中具有重要意義。 1 調節閥的組成與分類調節閥又稱控制閥，是執行器的主要類型，通過接受調節控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。調節閥一般由執行機構和閥門組成。如果按其所配執行機構使用的動力，調節閥可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動調節閥，以電為動力源的電動調節閥，以液體介質(如油等)壓力為動力的電液動調節閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現場總線型調節閥等。調節閥的產品類型很多，結構也多種多樣，而且還在不斷更新和變化。一般來說閥是通用的，既可以與氣動執行機構匹配，也可以與電動執行機構或其他執行機構匹配。 2 調節閥類型的選擇 2.1 調節閥的閥體類型選擇閥體的選擇是調節閥選擇中重要的環節。調節閥閥體種類很多，常用的有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉、蝶形、套筒式、球形等10種。在選擇閥門之前，要對控制過程的介質、工藝條件和參數進行細心的分析，收集足夠的數據，了解系統對調節閥的要求，根據所收集的數據來確定所要使用的閥門類型。在具體選擇時，可從以下幾方面考慮: (1)閥芯形狀結構主要根據所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。 (2)耐磨損性當流體介質是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥芯、閥座接合面每一次關閉都會受到嚴重摩擦。因此閥門的流路要光滑，閥的內部材料要堅硬。 (3)耐腐蝕由于介質具有腐蝕性，在能滿足調節功能的情況下，盡量選擇結構簡單閥門。 (4)介質的溫度、壓力當介質的溫度、壓力高且變化大時，應選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。 (5) 防止閃蒸和空化閃蒸和空化只產生在液體介質。在實際生產過程中，閃蒸和空化不僅影響流量系數的計算，還會形成振動和噪聲，使閥門的使用壽命變短，因此在選擇閥門時應防止閥門產生閃蒸和空化。 2.2 調節閥執行機構的選擇 2.2.1 輸出力的考慮執行機構不論是何種類型，其輸出力都是用于克服負荷的有效力(主要是指不平衡力和不平衡力矩加上摩擦力、密封力、重力等有關力的作用)。因此，為了使調節閥正常工作，配用的執行機構要能產生足夠的輸出力來克服各種阻力，保證高度密封和閥門的開啟。對于雙作用的氣動、液動、電動執行機構，一般都沒有復位彈簧。作用力的大小與它的運行方向無關，因此，選擇執行機構的關鍵在于弄清大的輸出力和電機的轉動力矩。對于單作用的氣動執行機構，輸出力與閥門的開度有關，調節閥上的出現的力也將影響運動特性，因此要求在整個調節閥的開度范圍建立力平衡。 2.2.2 執行機構類型的確定對執行機構輸出力確定后，根據工藝使用環境要求，選擇相應的執行機構。對于現場有防爆要求時，應選用氣動執行機構，且接線盒為防爆型，不能選擇電動執行機構。如果沒有防爆要求，則氣動、電動執行機構都可選用，但從節能方面考慮，應盡量選用電動執行機構。對于液動執行機構，其使用不如氣動、電動執行機構廣泛，但具有調節精度高、動作速度快和平穩的特點，因此，在某些情況下，為了達到較好調節效果，必須選用液動執行機構，如發電廠透明機的速度調節、煉油廠的催化裝置反應器的溫度調節控制等。 3 調節閥的作用方式選擇調節閥的作用方式只是在選用氣動執行機構時才有，其作用方式通過執行機構正反作用和閥門的正反作用組合形成。組合形式有4種即正正(氣關型)、正反(氣開型)、反正(氣開型)、反反(氣關型)，通過這四種組合形成的調節閥作用方式有氣開和氣關兩種。對于調節閥作用方式的選擇，主要從三方面考慮:a)工藝生產**;b)介質的特性;c)保證產品質量，經濟損失小。 4 調節閥流，特性的選擇調節閥的流量特性是指介質流過閥門的相對流量與位移(閥門的相對開度)間的關系，理想流量特性主要有直線、等百分比(對數)、拋物線和快開等4種，特性曲線和閥芯形狀如圖1和圖2所示。常用的理想流量特性只有直線、等百分比(對數)、快開三種。拋物線流量特性介于直線和等百分比之間，一般可用等百分比特性來代替，而快開特性主要用于二位調節及程序控制中，因此調節閥特性的選擇實際上是直線和等百分比流量特性的選擇。調節閥流量特性的選擇可以通過理論計算，但所用的方法和方程都很復雜。目前多采用經驗準則，具體從下幾方面考慮:①從調節系統的調節質量分析并選擇;②從工藝配管情況考慮;③從負荷變化情況分析。選擇好調節閥的流量特性，就可以根據其流量特性確定閥門閥芯的形狀和結構，但對于像隔膜閥、蝶閥等，由于它們的結構特點，不可能用改變閥芯的曲面形狀來達到所需要的流量特性，這時，可通過改變所配閥門定位器的反饋凸輪外形來實現。 5 調節閥口徑的選擇調節閥口徑的選擇和確定主要依據閥的流通能力即Cv。在各種工程的儀表設計和選型時，都要對調節閥進行Cv計算，并提供調節閥設計說明書。從調節閥的Cv 計算到閥的口徑確定，一般需經以下步驟: 1)計算流量的確定。現有的生產能力、設備負荷及介質的狀況，決定計算流量的Qmax和Qmin. 2)閥前后壓差的確定。根據已選擇的閥流量特性及系統特點選定S(阻力系數)，再確定計算壓差。 3)計算Cv。根據所調節的介質選擇合適的計算公式和圖表，求得Cmax和Cmin. 4)選用Cv。根據Cmax,在所選擇的產品標準系列中選取>Cmax且與其接近的**C. 5)調節閥開度驗算。一般要求大計算流量時的開度≯90%，小計算流量時的開度≮10%。 6)調節閥實際可調比的驗算。一般要求實際可調比≮10。 7)閥座直徑和公稱直徑的確定。驗證合適后，根據C確定。調節閥的選擇是非常細致的工作，不僅要有扎實的理論知識，還要有豐富實踐經驗。選擇得好不僅有利于調節控制回路PID參數的整定，使被調參數得到較好地控制效果，也使調節閥的使用壽命大大增長。調節閥的選擇要因地制宜，并非一成不變，要在實踐的過程中不斷總結和**，特別隨著機電一體化技術、計算機和數字信息技術的應用，調節閥的結構功能變得更好、更**，為選擇調節閥提供了極大的方便。
