氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析

隨著我國(guó)有色行業(yè)的迅猛發(fā)展，氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、使用可靠、防火防爆等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于氧化鋁的生產(chǎn)過(guò)程。而作為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要一環(huán)，它的工作狀態(tài)的好壞將直接影響自動(dòng)控制過(guò)程，本文以自己的工作實(shí)踐為基礎(chǔ)，詳細(xì)敘述氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的工作原理、選型過(guò)程、安裝及維修。



氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析主要結(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(zhǎng)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)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥為老一代ZMAM型的改進(jìn)型產(chǎn)品。具有穩(wěn)定性好、通用性強(qiáng)、易維修等優(yōu)點(diǎn)。單密封型適用于泄漏要求較嚴(yán)，壓差不大的干凈介質(zhì)場(chǎng)合，改進(jìn)后，可當(dāng)切斷閥使用；雙密封型適用于泄漏要求不嚴(yán)，壓差較大的干凈介質(zhì)場(chǎng)合。小孔節(jié)流型，可作低噪音閥使用。

1、采用平衡型閥芯，不平衡力下，允許壓差大，操作穩(wěn)定。

2、閥芯導(dǎo)向面大，可改善由渦流和沖擊引起的振蕩。

3、比普通的單、雙座調(diào)節(jié)閥噪聲降低10dB左右。

4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆維修方便，并具有如下優(yōu)點(diǎn)：

?、俨捎闷胶馐浇Y(jié)構(gòu), 閥前后介質(zhì)壓差對(duì)閥瓣產(chǎn)生的不平衡力非常小, 相同工況下同類型閥門所需要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力小, 所以其閥桿直徑比單座非平衡閥設(shè)計(jì)或選擇更小。

?、陂y桿與填料之間的摩擦力比較小, 減小了閥門動(dòng)作的阻力, 且閥桿和填料的磨損也小, 使用壽命增加。另外, 較小直徑的閥桿在中高溫時(shí)熱脹冷縮變化量小, 避免了在中高溫時(shí)閥桿與填料之間摩擦力增大或互相抱卡塞住的情況發(fā)生。

?、塾捎谛滦吞淄查y是平衡式結(jié)構(gòu), 與非平衡式的直通單座閥比較, 所配置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以比較小, 但卻可以克服比直通單座調(diào)節(jié)閥高的介質(zhì)壓差。例如, DN200/ DN250/ DN300 的新型套筒調(diào)節(jié)閥可配置氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu), 可適應(yīng)更大范圍的工作壓差。最大閥座直徑時(shí),允許工作壓差是相同配置直通單座調(diào)節(jié)閥的2倍左右,也可配置薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)和防爆電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

?、苄滦吞淄舱{(diào)節(jié)閥采用自對(duì)中無(wú)螺紋卡入式閥座結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì), 閥門拆裝方便, 并能達(dá)到Ⅳ級(jí)以上泄漏量標(biāo)準(zhǔn)。

⑤在150℃以下時(shí), 金屬硬密封可以達(dá)到Ⅳ級(jí)以上泄漏量標(biāo)準(zhǔn), 聚四氟乙烯軟密封可以達(dá)到Ⅵ級(jí)泄漏量標(biāo)準(zhǔn)。DN200/ DN250/ DN300 的新型套筒調(diào)節(jié)閥使用壽命高于直通單座調(diào)節(jié)閥。



氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析工作原理：

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)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型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。
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(guò)于激烈，不易控制，小干擾大克服容易過(guò)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zui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(guò)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(guó)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(guò)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，由工藝提供的大流量和對(duì)應(yīng)的小壓差。計(jì)算出 Cmax，便可選取合適的閥。



氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析技術(shù)參數(shù)：

閥體部分

閥體型式：鑄造球型閥 

公稱通徑：DN25、32、40、50、65、80、100、200、250、300、350、400、450

公稱壓力：PN  1.6、2.5、4.0、6.4、10Mpa

ANSI 150、300、600Lb

              JIS  10K、20K、30K

連接方式：法蘭： FF、RF、RTJ、等

焊接：SW、BW

法蘭距：符合IEC 534

閥蓋形式：標(biāo)準(zhǔn)型、加長(zhǎng)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

執(zhí)行機(jī)構(gòu)：氣動(dòng)：薄膜多彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣開式、氣關(guān)式、雙作用氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)

電動(dòng)：普通型381L PSL、防爆型381L系列

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(guò)濾減壓器等

閥內(nèi)部件

閥芯型式：?jiǎn)巫淄查y芯、雙座套筒型閥芯

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

氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析

閥體材質(zhì)：WCB、WC9、CF8、CF8M等

閥蓋材質(zhì)：WCB、WC9、CF8、CF8M

閥芯材質(zhì)：304、304+STL/PTFE、316、316+STL/PTFE

填料材質(zhì)：“V”型PTFE、柔性石墨、波紋管

氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析外形尺寸：



公稱通徑	L（mm）			H（mm）		H1（mm）	A（mm）	重量（kg）
	PN1.6MPa	PN4.0MPa	PN6.4MPa	普通型	散熱片型
25	184	197	210	410	560	72	285	34
40	222	235	251	455	620	87		45
50	254	267	286	457	627	92		52
65	276	292	311	610	790	105	360	95
80	298	317	337	622	807	110		110
100	352	368	394	640	850	127		138
150	451	473	508	870	1130	174	470	244
200	600	600	650	890	1150	209		317
250	720	760	800	1210	1490	300	620	495
300	820	850	870	1230	1510	350		715

 

4 氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析應(yīng)用實(shí)例
沉降工段負(fù)責(zé)將高壓溶出的料漿通過(guò)洗滌、沉降槽的作用下，將赤泥沉淀、分離出來(lái)。在料漿輸送過(guò)程中，需要大量的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)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)。
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(shuō)，通過(guò)電一氣閥門定位設(shè)備的電氣轉(zhuǎn)換，定位設(shè)備接受來(lái)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(guò)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(lái)溝通。調(diào)節(jié)閥的流量特性可以通過(guò)改變反饋凸輪的幾何形狀來(lái)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(guò)程要求調(diào)節(jié)閥有少量的流量，可利用手輪來(lái)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?？傊謩?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)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)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析安裝調(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(guò)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。