過程控制調(diào)節(jié)閥的組成分類和選擇
1 調(diào)節(jié)閥的組成與分類
調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，是執(zhí)行器的主要類型，通過接受調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥一般由執(zhí)行機構和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機構使用的動力，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥，以電為動力源的電動調(diào)節(jié)閥，以液體介質(zhì)(如油等)壓力為動力的電液動調(diào)節(jié)閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現(xiàn)場總線型調(diào)節(jié)閥等。調(diào)節(jié)閥的產(chǎn)品類型很多，結(jié)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(zhí)行機構匹配，也可以與電動執(zhí)行機構或其他執(zhí)行機構匹配。
2 調(diào)節(jié)閥類型的選擇
2.1 調(diào)節(jié)閥的閥體類型選擇閥體的選擇是調(diào)節(jié)閥選擇中重要的環(huán)節(jié)。
調(diào)節(jié)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(zhuǎn)、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(zhì)、工藝條件和參數(shù)進行細心的分析，收集足夠的數(shù)據(jù)，了解系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥的要求，根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)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(jié)構主要根據(jù)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(zhì)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(nèi)部材料要堅硬。
(3)耐腐蝕由于介質(zhì)具有腐蝕性，在能滿足調(diào)節(jié)功能的情況下，盡量選擇結(jié)構簡單閥門。
(4)介質(zhì)的溫度、壓力當介質(zhì)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(chǎn)生在液體介質(zhì)。在實際生產(chǎn)過程中，閃蒸和空化不僅影響流量系數(shù)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(chǎn)生閃蒸和空化。
2.2 調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構的選擇
2.2.1 輸出力的考慮
執(zhí)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(diào)節(jié)閥正常工作，配用的執(zhí)行機構要能產(chǎn)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(zhí)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(zhí)行機構的關鍵在于弄清大的輸出力和電機的轉(zhuǎn)動力矩。對于單作用的氣動執(zhí)行機構，輸出力與閥門的開度有關，調(diào)節(jié)閥上的出現(xiàn)的力也將影響運動特性，因此要求在整個調(diào)節(jié)閥的開度范圍建立力平衡。
2.2.2 執(zhí)行機構類型的確定
對執(zhí)行機構輸出力確定后，根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應的執(zhí)行機構。對于現(xiàn)場有防爆要求時，應選用氣動執(zhí)行機構，且接線盒為防爆型，不能選擇電動執(zhí)行機構。如果沒有防爆要求，則氣動、電動執(zhí)行機構都可選用，但從節(jié)能方面考慮，應盡量選用電動執(zhí)行機構。對于液動執(zhí)行機構，其使用不如氣動、電動執(zhí)行機構廣泛，但具有調(diào)節(jié)精度高、動作速度快和平穩(wěn)的特點，因此，在某些情況下，為了達到較好調(diào)節(jié)效果，必須選用液動執(zhí)行機構，如發(fā)電廠透明機的速度調(diào)節(jié)、煉油廠的催化裝置反應器的溫度調(diào)節(jié)控制等。
3 調(diào)節(jié)閥的作用方式選擇
調(diào)節(jié)閥的作用方式只是在選用氣動執(zhí)行機構時才有，其作用方式通過執(zhí)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(diào)節(jié)閥作用方式有氣開和氣關兩種。對于調(diào)節(jié)閥作用方式的選擇，主要從三方面考慮:a)工藝生產(chǎn)安全;b)介質(zhì)的特性;c)保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟損失小。
4 調(diào)節(jié)閥流，特性的選擇
調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)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(shù))、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(shù))、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(diào)節(jié)及程序控制中，因此調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(jīng)驗準則，具體從下幾方面考慮:①從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)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(diào)節(jié)閥的流量特性，就可以根據(jù)其流量特性確定閥門閥芯的形狀和結(jié)構，但對于像隔膜閥、蝶閥等，由于它們的結(jié)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(xiàn)。
5 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇
調(diào)節(jié)閥口徑的選擇和確定主要依據(jù)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(diào)節(jié)閥進行Cv計算，并提供調(diào)節(jié)閥設計說明書。從調(diào)節(jié)閥的Cv計算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟:
1)計算流量的確定。現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設備負荷及介質(zhì)的狀況，決定計算流量的Qmax和Qmin.
2)閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點選定S(阻力系數(shù))，再確定計算壓差。
3)計算Cv。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計算公式和圖表，求得Cmax和Cmin.
4)選用Cv。根據(jù)Cmax,在所選擇的產(chǎn)品標準系列中選取>Cmax且與其接近的一級C.
5)調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥實際可調(diào)比的驗算。一般要求實際可調(diào)比≮10。
7)閥座直徑和公稱直徑的確定。驗證合適后，根據(jù)C確定。
6 結(jié)束語
調(diào)節(jié)閥的選擇是非常細致的工作，不僅要有扎實的專業(yè)理論知識，還要有豐富實踐經(jīng)驗。選擇得好不僅有利于調(diào)節(jié)控制回路PID參數(shù)的整定，使被調(diào)參數(shù)得到較好地控制效果，也使調(diào)節(jié)閥的使用壽命大大增長。調(diào)節(jié)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(jié)和創(chuàng)新，特別隨著機電一體化技術、計算機和數(shù)字信息技術的應用，調(diào)節(jié)閥的結(jié)構功能變得更好、更全面，為選擇調(diào)節(jié)閥提供了極大的方便。
關鍵字:控制調(diào)節(jié)閥
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