氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析

調(diào)節(jié)閥是世界上現(xiàn)代制造業(yè)里非常重要的流體控制元件——合理、正確的選型將為工業(yè)控制系統(tǒng)提高效率、保證生產(chǎn)安全、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟效益。在生產(chǎn)現(xiàn)場，調(diào)節(jié)閥直接控制著工藝介質(zhì)，有些介質(zhì)成分比較復(fù)雜，尤其是高溫、高壓、易燃、易爆等特殊情況，若選擇不當(dāng)，往往給生產(chǎn)控制帶來困難，以致調(diào)節(jié)質(zhì)量下降，甚至造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。在此僅以蒸汽系統(tǒng)上調(diào)節(jié)閥應(yīng)用為例，來探討調(diào)節(jié)閥的選型。下面根據(jù)自己的工作經(jīng)驗并結(jié)合相關(guān)資料，對蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥選型過程中應(yīng)該注意的幾個方面予以闡述。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析如何選擇調(diào)節(jié)閥的型式

首先介紹一下調(diào)節(jié)閥的分類，調(diào)節(jié)閥也被稱為調(diào)節(jié)閥。按驅(qū)動方式分可分為自力式和驅(qū)動式調(diào)節(jié)閥。按結(jié)構(gòu)形式區(qū)分可以分為氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥、液動調(diào)節(jié)閥。當(dāng)然還有許多種別的分類方法。這些調(diào)節(jié)閥分別有各自的特點和適用場合。如調(diào)節(jié)閥前后壓差較小，要求泄漏量較小，一般可選用單座閥;調(diào)節(jié)低壓差、大流量的氣體，可選用蝶閥;調(diào)節(jié)強腐蝕性流體，可選用隔膜閥;既要求調(diào)節(jié)又要求切斷時，可選用偏心旋轉(zhuǎn)閥;噪音較大時可選用套筒閥。這里由于我們只討論蒸汽系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥選型。所以我們一般選用單閥座套筒型氣動或者電動調(diào)節(jié)閥。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析如何選擇調(diào)節(jié)閥的材質(zhì)

根據(jù)介質(zhì)的工作壓力、溫度、腐蝕性、氣蝕沖刷是否嚴(yán)重等選材。一般應(yīng)選鑄鋼;使用要求不高時(120?℃、1.6?MPa以下)也可選用鑄鐵;高溫高壓(22~32?MPa)場合應(yīng)選用鍛造合金鋼;不銹鋼可用于腐蝕性強的介質(zhì)。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析選擇合適的流量特性

調(diào)節(jié)閥的流量特性是介質(zhì)流過調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對位移(調(diào)節(jié)閥的相對開度)間的關(guān)系，一般來說改變調(diào)節(jié)閥的閥芯與閥座的流通截面，便可控制流量。但實際上由于多種因素的影響，如在截流面積變化的同時，還發(fā)生閥前后壓差的變化，而壓差的變化又將引起流量的變化。在閥前后壓差保持不變時，調(diào)節(jié)閥的流量特性稱為理想流量特性;調(diào)節(jié)閥的流量特性有等百分比特性、線性特性、拋物線特性及快開特性四種。下表是這四種的理想流量特性的對照表。就調(diào)節(jié)性能上講，以等百分比特性為，其調(diào)節(jié)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)性能好。我們可以根據(jù)實際使用場合的要求不同，挑選其中任何一種流量特性。但是，蒸汽系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥一般選擇線性和等百分比流量特性。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析選擇合理的調(diào)節(jié)閥尺寸

當(dāng)我們選定了調(diào)節(jié)閥的類型和特性之后，就可進一步?jīng)Q定它的尺寸。流通能力是確定調(diào)節(jié)閥口徑的重要依據(jù)，從工藝提供數(shù)據(jù)到算出流通能力，直到閥的口徑確定，需經(jīng)以下幾個步驟：

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析計算流量

根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)狀況來計算最大流量Qmax和最小流量Qmin。在計算Cv值時應(yīng)按最大流量來考慮，但是最大流量考慮過多的余量時，使調(diào)節(jié)閥口徑偏大;這不但造成經(jīng)濟上的浪費，而且更不利的是使調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度，可調(diào)比減小，調(diào)節(jié)性能變壞，嚴(yán)重時甚至引起振蕩，因而大大降低了閥的使用壽命。

在選擇最大流量時，應(yīng)根據(jù)對象負(fù)荷的變化及工藝設(shè)備的生產(chǎn)能力來合理確定。對于調(diào)節(jié)質(zhì)量高的場合，更應(yīng)以現(xiàn)有的工藝條件來選擇最大流量，但也要注意不能片面強調(diào)調(diào)節(jié)質(zhì)量，以致當(dāng)負(fù)荷變化以及當(dāng)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備經(jīng)過技改或擴建，當(dāng)生產(chǎn)能力稍有提高，調(diào)節(jié)閥就不能適應(yīng)，即需更換。也就是說，應(yīng)當(dāng)兼顧當(dāng)前與今后在一定的范圍內(nèi)擴大生產(chǎn)能力這兩方面的因素，然后合理的確定最大計算流量。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析閥前閥后壓差

要使調(diào)節(jié)閥能起到調(diào)節(jié)作用，就必須在閥前后有一定的壓差，閥上的壓差占整個系統(tǒng)壓差的比值越大，則調(diào)節(jié)流量特性的畸變就越小，調(diào)節(jié)性能就能得到保證，但是閥前后壓差越大，即閥上的壓力損失越大，所消耗的動力越多。因此必須兼顧調(diào)節(jié)性能和動力消耗，合理地計算壓差。調(diào)節(jié)閥的前后壓差ΔP主要是由其閥前壓力P1減去閥后壓力P2得到的。

這里必須注意，在確定計算壓差時，要盡量避免氣蝕和噪音。減小和防止氣蝕，可以從以下幾個方面考慮：

從壓差來看，避免氣蝕的最根本方法，是使調(diào)節(jié)閥的使用壓差ΔP低于不產(chǎn)生氣蝕的最大壓差ΔPC。但要做到這一點比較困難。一般來說，當(dāng)閥上壓差ΔP<1.5MPa時，即使產(chǎn)生氣蝕，但對材質(zhì)的損壞并不嚴(yán)重，不需要采取什么措施。如果ΔP較高，就要設(shè)法解決氣蝕問題。如：增長節(jié)流通道(把閥芯加長、閥座加厚);在閥座密封面上部增設(shè)阻力;減小壓力恢復(fù)程度;削弱氣蝕;也可在閥前、后加裝限流孔板吸收一部分壓降。

從材料來看，一般來說材料硬度越大強抗氣蝕能力越強，由于氣蝕往往發(fā)生在金屬表面，可在閥芯、閥座、閥桿等處噴鍍或堆焊一層硬質(zhì)金屬，這種方法叫表面硬化處理。采用的材料目前有司太萊合金、硬質(zhì)工具鋼、碳化鎢等，其中以Stelite NO12應(yīng)用最為廣泛。經(jīng)表面硬化處理后，以奧氏體不銹鋼(SUS304、1Cr18Ni9Ti)為例，可提高耐氣蝕10倍以上。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析流通能力Cv值的計算：

流通能力Cv是選擇調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)之一，飽和蒸汽的Cv值按下式計算:

⑴ 低于臨界流速，當(dāng) ΔP<0.81(P1/2)

Cv=Qmax/2.1√(Δp(p1+p2))

⑵ 臨界流速，當(dāng)ΔP>=0.81(P1/2)

Cv=Qmax/1.633(P1)

目前調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)廠家都提供計算Cv值的軟件，這里我就不再詳述具體計算過程。根據(jù)計算出的流通能力Cv值大小查調(diào)節(jié)閥廠家的對照表表，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析調(diào)節(jié)閥開度驗算：

一般要求最大計算流量時的開度在85%左右，最小計算流量時的開度不小于10%。如果最大開度過大，調(diào)節(jié)閥會產(chǎn)生過大振動和噪音，調(diào)節(jié)精度不準(zhǔn)確。最小開度，希望不小于10%，否則，閥芯閥座受流體沖蝕嚴(yán)重特性變壞，甚至失靈。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析選擇足夠推力的執(zhí)行機構(gòu)

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析如何選擇氣動執(zhí)行機構(gòu)

一般應(yīng)優(yōu)先選用薄膜執(zhí)行機構(gòu)，當(dāng)薄膜執(zhí)行機構(gòu)不能滿足上述兩項要求時，應(yīng)選用活塞執(zhí)行機構(gòu)。調(diào)節(jié)口徑大或壓差高時，可選用活塞執(zhí)行機構(gòu)。有效面積越大，執(zhí)行機構(gòu)的位移和推力也越大，可按實際關(guān)斷壓力需求進行選擇。

如何選擇電動執(zhí)行機構(gòu)

選擇一臺合適的電動執(zhí)行機構(gòu)規(guī)格時必須考慮的主要因素就是力矩大小。大部分閥門廠商會將力矩參數(shù)提供給客戶。這樣就可以使用閥門廠商提供的配套數(shù)據(jù)表或選型軟件進行選型。有時還需考慮閥門操作的速度和頻率。部分小規(guī)格的直流電動執(zhí)行機構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度。電動執(zhí)行機構(gòu)選型還需要根據(jù)現(xiàn)場工況確定選擇哪種控制種類。主要的有開關(guān)控制和連續(xù)控制兩種，通常調(diào)節(jié)用途都需要連續(xù)控制類型。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析選擇合適的輔助裝置

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析氣動調(diào)節(jié)閥的輔助裝置有：

閥門定位器：包括電氣閥門定位器和氣動閥門定位器，用于改善調(diào)節(jié)閥工作特性，實現(xiàn)正確定位。通常用于摩擦力大，需要精確定位的場合。

電磁閥：實現(xiàn)氣路的自動切換。

手輪機構(gòu)：系統(tǒng)故障時，可切換進行手動操作。

空氣過濾減壓閥：作為氣源過濾、減壓之用。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析密封填料的選擇

此外還需考慮調(diào)節(jié)閥的外泄問題，注意密封填料的選擇。四氟填料，因為工作溫度在 -40~235℃范圍內(nèi)。當(dāng)溫度變化較大時，其密封性能變會明顯下降，老化快，壽命短，柔性石墨填料可克服這些缺點，使用壽命長。但石墨填料的回差大，最初使用時會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。對這方面必須有所考慮。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析閥門噪聲的預(yù)測

調(diào)節(jié)閥的生產(chǎn)廠家一般都有自己的噪聲預(yù)測方法，通常都是按照IEC 60534-8標(biāo)準(zhǔn)為計算依據(jù)，選型時必須考慮到環(huán)境對噪聲的限制，通常要求必須小于85?dB。

1.氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析的選型和選材
調(diào)節(jié)閥的選型按照工藝和自控專業(yè)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(diào)范圍等。
流體腐蝕性的影響主要體現(xiàn)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(zhì)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(zhì)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(diào)節(jié)閥應(yīng)具有的公稱壓力等級是選型的必要條件。它可根據(jù)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(yīng)關(guān)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(guī)定出一些合適的閥型，然后按照這些閥型的優(yōu)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(diào)范圍兩項在初選閥型時尚未確定，需待計算出結(jié)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(shù)據(jù)，如壓力恢復(fù)系數(shù)FL、最大有效壓差比XT、層流系數(shù)FS和可調(diào)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(fù)計算。
氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析主要技術(shù)參數(shù)：

四、氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析執(zhí)行機構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)：

五、氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析主要零部件：

六、氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析許用介質(zhì)壓力和工作溫度關(guān)系：

七、氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析性能參數(shù)：

1、主要技術(shù)性能指標(biāo)

2、始終點偏差

3、允許壓差

八、氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析外形尺寸：

2.調(diào)節(jié)閥流通能力計算和尺寸選擇值
選擇調(diào)節(jié)閥尺寸大小的根本依據(jù)是閥的流通能力能否滿足工藝的要求。調(diào)節(jié)閥的額定流通能力和公稱通徑有一定的對應(yīng)關(guān)系，這是有產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)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(diào)節(jié)閥流通能力的計算（現(xiàn)以液體加以說明）
計算公式：CV值是用來表示調(diào)節(jié)閥的英制單位流量系數(shù)。其定義是，閥處于全開狀態(tài)，兩端壓差為1磅/英寸2（7KPa）的條件下，60℉（15.6℃）的清水，每分鐘通過閥的美加侖數(shù)。
CV＝Q√G/P1-P2+＝Q√G/△P（英制）
CV＝1.17Q+√G/P1-P2+＝1.17Q+√G/△P（公制）
式中：公制Q＝最大流    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）氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析公稱通徑的選擇：
調(diào)節(jié)閥公稱通徑選擇，是由最大Cv值、最小Cv值、額定Cv值、可調(diào)范圍，以及調(diào)節(jié)閥有足夠的調(diào)節(jié)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(shù)值。
a)最大Cv
鑒于額定Cv值之有+20％、-10％的調(diào)節(jié)誤差，建議等百分比閥在90-95％開度內(nèi)的值作為最大Cv值，線性調(diào)節(jié)閥在80-90％開度內(nèi)的值作為最大Cv值。
b)常用Cv值
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值
閥的最小Cv值應(yīng)在固有的可調(diào)范圍之內(nèi)，實際上大多調(diào)節(jié)閥控制流體時，開度變化、閥上壓差也相應(yīng)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(diào)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(nèi)工作，應(yīng)選擇可調(diào)范圍較大的調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍的驗算
為了保證調(diào)節(jié)閥在工藝要求的最大到最小流量的整個范圍內(nèi)滿意地調(diào)節(jié)，就必須進一步驗算可調(diào)范圍R。以往有用規(guī)定最小流量時的調(diào)節(jié)閥開度極限作為指標(biāo)進行校驗的，但這種做法并不十分合適。應(yīng)采用以最小流量計算所得的最小Cv值作為校驗指標(biāo)才為合理，如 果最小Cv值滿足條件Cv+min≥2Cv/R，說明所選閥門滿足了可調(diào)范圍的要求，否則此閥應(yīng)慎用或采用分程控制。

3.調(diào)節(jié)閥流量特性選擇
調(diào)節(jié)閥的流量特性分固有特性和工作特性兩種。對調(diào)節(jié)系統(tǒng)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(diào)節(jié)閥的流量與開度之間的關(guān)系）。而工作特性是由閥的固有特性結(jié)合管路系統(tǒng)阻力情況得到的。因此，先按調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求確定所需的工作流量特性，然后再確定與其相應(yīng)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(tǒng)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?。烧{(diào)范圍要求小的場合）。
d)工藝流程的主要參數(shù)的變化呈線性。
2）等百分比流量特性
a)要求大的可調(diào)范圍。
b)管道系統(tǒng)壓力損失大。
c)開度變化，閥上壓差變化相對較大。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析結(jié)束語

調(diào)節(jié)閥選型實際中還會面臨許多其他問題。這里僅僅以蒸汽系統(tǒng)作為例子粗淺介紹了調(diào)節(jié)閥的基本選型步驟和方法。實踐證明調(diào)節(jié)閥選型不僅僅是計算出Cv值后對照表格選擇閥體口徑這么簡單，而是需要結(jié)合實際應(yīng)用場合多方面考慮。