上海沪工阀门厂(集团)有限公司

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摘要:简单介绍了调节阀的工作原理、调节阀结构型式及选择、调节阀的流量特性及选择、调节阀口径的计算及选择、调节阀材质的选择。

关键词:调节阀;流量特性;流量系数

1 前言

调节阀是工业生产过程中一种常用的调节机构,它的作用就是按照调节器发出的控制信号的大小和方向,通过执行机构来改变阀门的开度以实现调节流体流量的功能,从而把生产过程中被调参数控制在工艺所要求的范围内,从而实现生产过程的白动化。调节阀是自动化控制系统中一个十分重要且不可或缺的组成部分,正确的选择和使用调节阀,直接关系到整个自动控制系统的控制质量,直接影响生产产品的质量。然而,自动控制系统不能正常投人运行的,有许多是由于调节阀的选型不当造成的,因此,如何正确选择合适的调节阀,必须引起我们每一位自动化控制技术人员的高度重视。调节阀所反应出来的问题大多集中在调节阀的工作特性和结构参数上,如流通能力、公称通径及流量特性等。在这些参数中,流通能力更重要,它的大小直接反映调节阀的容觉,它是设计选型中的主要参数。因此,调节阀的选择主要从以上几个因素进行考虑。本人根据工作中调节阀的选型经验简单介绍一下调节阀的选型原则及注意事项。

2 调节阀的工作原理

在有流体流动的管道中,调节阀是一节流件,假设流体是不可压缩且充满管道,根据伯努利方程式和流体的连续性定律可知:通过阀门的体积流量 Qv 与阀门的有效流通截面积 A 和通过阀门前后的压降 ΔP(ΔP=P1-P2)的平方根成正比,与流体的密度 ρ 和阀门的阻力系数 ζ 的平方根成反比,即:

调节阀公式

其中 n——为常数,C——调节阀的流量系数,又叫流通能力。

根据调节阀的流量方程式可得出如下结论:

(l)在流体的密度 ρ 和阀门上的压降 ΔP 一定的情况下,调节阀的流量系数 C 与流量 Qv,C 值的大小反映了阀能通过的流量的大小。

(2)流量系数 C 与流通面积 A 成正比,流通能力随流通截面的增减而增减。

(3)流量系数 C 与阀门的阻力系数 ζ 的平方根成反比,增大阀门的阻力系数 ζ 就是阀门的流通能力减小,如果阀门的口径相同,则不同结构的阀门阀门的阻力系数 ζ 就不相同,流通系数 C 也就不同。

3 调节阀结构形式的选择

调节阀结构形式的选择,应根据实际生产中工艺条件(温度、压力、流量等)、工艺介质的性质(如粘度、腐蚀性、有无毒害等)、调节系统的要求(调节范围、泄漏量、噪音)以及防止调节阀产生汽蚀现象等因素综合加以考虑。平常在我们实际使用中,应用最多的是普通单座调节阀、双座调节阀、套筒调节阀、蝶阀等。一般来讲,在流量小、压差小、要求泄漏量小的场合,选择单座调节阀即可满足生产需要,而且经济实惠;在流量大、压差大、泄漏量要求不严格的场合,应优先考虑双座调节阀;套筒调节阀最适宜用在介质压差大、振动大的场合;蝶阀适宜用于低压状态的空气或其它气体的压力、流最调节。

4 调节阀流量特性的选择

控制阀的流量特性是指流体流过阀门的相对流量和阀门的相对开度之间的关系,即:

Q/Q100=f(L/L100)

式中,Q/Q100——阀门在某一开度下的流量与全开时流量的比;L/L100——阀门在某一开度下的行程与全开时行程的比。

调节阀的流量特性一般常用的有如下四种:

(l)等百分比特性

等百分比特性也称为对数特性,是指阀门的开度增加同样的值时,通过的调节阀的流最按照等百分比增加。调节阀在同样开度变化值下,流量小时流量的变化也小,调节作用缓和平稳;流量大时.流量的变化也大,调节作用灵敏而有效。等百分比特性的阀门在全行程阀门内的控制精度时不变的。

(2)直线特性

直线特性是指调节阀的相对流量和相对开度的比值为常数。调节阀在同样开度变化值下,流量小时流量的变化值相对较大,凋节作用较强,容易产生超调和引起振荡;流量大时,流量的变化值相对较小,调节作用不够灵敏。

(3)抛物线特性

抛物线特性是指调节阀的相对流量与相对开度的二次方根成正比。抛物线特性介于直线特性和等百分比特性之间,改善了直线特性在小开度时调节性能差的缺点。

(4)快开特性

快开特性是指调节阀在开度很小时流量就已经较大,随着开度增加,流量很快达到最大值。

从调节阀的流量特性可以看出,调节阀的流量特性对选用调节阀有非常重要的意义,直接影响到自动控制系统的质量和稳定性,因此必须正确合理选择调节阀的流量特性。在工程应用中,我们选用最多的是等百分比特性,对于压差变化小、可调范围小、开度变化小的场合,也可以选用直线特性的调节阀,V 型球阀一般选用抛物线特性。

5 调节阀口径的选定

计算选定调节阀口径的方法在工程中常用 C 值法,即流通能力法。首先根据工艺条件和调节要求选定阀门的结构型式和流量特性,并且确定流量系数 C 的计算方法和计算公式,然后把各项数值带人计算公式计算出最大流量下调节阀流量系数 Cmax 值,然后在标准阀门额定 Cv 值表中选择与 1.2Cmax 相近的 Cv 值,其对应的阀径即为所选择调节阀的阀径,最后进行噪声和开度验算,在最大流最下一般调节阀的开度不超过 85%,最小流量下开度不小于 20%,若验算结果满意,阀门口径就选定了,若验算结果不满意,则应从新选择额定 Cv 值,再进行验算,直到得到满意的结果。

6 调节阀材质的选择

调节阀材质的选择主要是指两个方面:一是阀体、阀盖材质的选择,二是阀内组件(阀杆、阀芯、阀座)材质的选择。阀体、阀盖相当于压力容器,因此要求其必须能承受介质的温度、压力和腐蚀,而阀内组件主要起节流作用,对它的基本耍求是耐腐蚀、耐冲刷,这是调节阀材质选择的出发点。选择调节阀的材质必须把握两个大的原则:一是要保证安全可靠,也就是根据工艺特性,选择诸如耐高温、耐低温、耐高压、耐汽蚀以及耐腐蚀的材质;二是在满足使用要求的前提下,还要考虑其性能、使用寿命和经济性。

7 结束语

调节阀的选择是否合理关系到整个自动控制系统的好坏,直接影响到被调参数的是否满足工艺要求,决定能否生产出优质合格的工艺产品,因此我们选择调节阀时一定谨慎。


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