調節閥作為工業過程控制的終端執行器件,它隨著工業自動化水平的不斷提高,已成為工業自動化控制的關鍵設備。調節閥選擇的(de)是否合適(shi)直(zhi)接關(guan)系到工(gong)業(ye)控制品質的(de)好(hao)壞,甚(shen)至關(guan)系到工(gong)業(ye)生產系統的(de)安全。因此在實際生產過程中,根據(ju)工(gong)藝(yi)條件選擇合適(shi)的(de)調節閥(fa)是非常必要的(de)。
1 簡(jian)介調節閥
調節閥由執行機構和調節機構兩部分共同組成。它包括氣動、電動和液動執行器三大類。在化工生產中常用氣動執行器,其它兩種執行器只在特殊要求下采用。執行機構是調節閥的推動部分,調節機構是調節閥的調節部分,即閥門本身(shen)。調節(jie)機構與調節(jie)介(jie)質直接(jie)接(jie)觸(chu),在執行機構的(de)推動(dong)下(xia),改變(bian)閥芯與閥座之間或阻流(liu)件的(de)流(liu)通面積,從而達到調節(jie)控(kong)制介(jie)質流(liu)量的(de)目的(de)。
1.1 調(diao)節閥的結構形式的選擇
一般在振動大或噪聲大的場合應選用套筒閥較為合適,如在介質中帶有粘性或有微小顆粒時,選擇偏心旋轉閥較為合適。通常應用較廣泛的閥有直通單座閥、直通雙座閥、角型閥、蝶閥、球閥、隔膜閥等。在選擇閥(fa)的(de)結構形式時,還(huan)需(xu)考慮調(diao)節介質的(de)工藝條(tiao)件和流(liu)體特性(xing)。
1.2 調節閥氣開/氣關的(de)選擇和調節器正反作(zuo)用的(de)確(que)定
調節閥氣開/氣關的選擇必須從工(gong)藝(yi)生(sheng)(sheng)產需要(yao)和(he)安全要(yao)求方面考慮確定。原則是當信號壓力中斷時,應(ying)保(bao)證(zheng)工(gong)藝(yi)設備和(he)生(sheng)(sheng)產的安全,即(ji)保(bao)證(zheng)調節閥失去信號壓力源時閥自動進入安全狀態。
選定調(diao)節閥(fa)(fa)(fa)氣(qi)開(kai)或氣(qi)關(guan)形(xing)式(shi)后(hou),必須根據閥(fa)(fa)(fa)的這(zhe)一形(xing)式(shi)確(que)定調(diao)節器(qi)(qi)的正作(zuo)用(yong)和(he)反作(zuo)用(yong),使調(diao)節閥(fa)(fa)(fa)和(he)調(diao)節器(qi)(qi)構成一個負反饋的控(kong)制(zhi)系(xi)統。即對于(yu)氣(qi)開(kai)閥(fa)(fa)(fa),如(ru)果被(bei)控(kong)參(can)(can)數(shu)(shu)大(da)于(yu)給定參(can)(can)數(shu)(shu)時(shi),要(yao)求(qiu)閥(fa)(fa)(fa)關(guan)小(xiao),那么調(diao)節器(qi)(qi)選用(yong)反作(zuo)用(yong);對于(yu)氣(qi)關(guan)閥(fa)(fa)(fa),如(ru)果被(bei)控(kong)參(can)(can)數(shu)(shu)大(da)于(yu)給定參(can)(can)數(shu)(shu)時(shi),要(yao)求(qiu)閥(fa)(fa)(fa)關(guan)小(xiao),那么調(diao)節器(qi)(qi)就(jiu)選用(yong)正作(zuo)用(yong)。
1.3 調節閥的(de)流(liu)量(liang)特性(xing)
調節閥相對開度和通過閥的相對流量之間的關系稱為閥的流量特性,即Q/Qmax=f(し/L)。
Q/Qmax相對流(liu)(liu)量(liang)——調節閥(fa)在某(mou)一開度下(xia)的流(liu)(liu)量(liang)Q與全開度流(liu)(liu)量(liang)Qmax之比(bi);
し/L相對(dui)開度(du)——調(diao)節(jie)閥(fa)的某一開度(du)下(xia)的行程し與全行程L之比。
由上式看出:通過閥的相對流量Q/Qmax是調節閥相對開度し/L的函數。通過調節閥的流量不僅與閥門的開度有(you)關(guan),還與閥(fa)門兩(liang)端的壓差有(you)關(guan),閥(fa)門前后壓差一(yi)定(ding)時的流量特性為閥(fa)門的理想特性,閥(fa)門前后壓差隨時變(bian)化的流量特性為閥(fa)門的工作特性。
理(li)想(xiang)特(te)性完全取決(jue)于閥芯(xin)的(de)形狀,典(dian)型(xing)的(de)四種理(li)想(xiang)流(liu)量特(te)性:
(1)直線流量特性
Q/Qmax=R[(し/L)-1] (R=Qmax/Qmin為調節閥的可調比(bi))
采用(yong)直線流(liu)量特(te)性的閥芯時,調節(jie)閥的放大(da)倍數是(shi)常數。它的特(te)點是(shi)在小(xiao)開度(du)(du)處(chu)流(liu)量相對(dui)變(bian)化較大(da),調節(jie)作用(yong)強,易產(chan)生振蕩;在打開度(du)(du)處(chu)流(liu)量相對(dui)變(bian)化較小(xiao),調節(jie)作用(yong)弱(ruo),調節(jie)緩(huan)慢。
(2)等百(bai)分比流量特性(xing)(xing)(對數流量特性(xing)(xing))
Q/Qmax=e[(し/L)-1]lnR (R=Qmax/Qmin為調節閥(fa)的(de)可(ke)調比(bi))
采(cai)用(yong)等百分(fen)比流量(liang)特性的(de)閥芯時,調(diao)節(jie)(jie)閥的(de)放大(da)(da)倍(bei)數(shu)隨流量(liang)增大(da)(da)而(er)增大(da)(da),但流量(liang)的(de)相(xiang)(xiang)對變化值是相(xiang)(xiang)等的(de)。它(ta)在小開度(du)處放大(da)(da)倍(bei)數(shu)小,調(diao)節(jie)(jie)作用(yong)緩和平穩;它(ta)在大(da)(da)開度(du)處放大(da)(da)倍(bei)數(shu)大(da)(da),調(diao)節(jie)(jie)作用(yong)靈敏,為此常被(bei)采(cai)用(yong)。
(3)拋物線流量特性
(R=Qmax/Qmin為(wei)調(diao)節閥的可調(diao)比)
采用(yong)拋物線(xian)流(liu)量特性(xing)的(de)閥芯時,在小開度(du)時調節(jie)性(xing)能好,它的(de)特性(xing)曲線(xian)介于直(zhi)線(xian)與等(deng)百分比特性(xing)曲線(xian)之間。
(4)快(kuai)開流量特性(xing)
快(kuai)開(kai)(kai)流(liu)(liu)量特(te)性沒(mei)有(you)一定的(de)數學表達式。采(cai)用具(ju)有(you)快(kuai)開(kai)(kai)流(liu)(liu)量特(te)性的(de)閥(fa)芯時(shi),在開(kai)(kai)度較小(xiao)時(shi)有(you)較大的(de)流(liu)(liu)量,隨(sui)著開(kai)(kai)度的(de)增大,流(liu)(liu)量很(hen)快(kuai)就達到最大值,適用于迅速啟閉的(de)切斷閥(fa)或兩位式調節系統(tong)。
2 調節閥(fa)口徑的選取
對不可壓縮性流體,根(gen)據流體力學(xue)代入伯努力方程得:
根據連續方程Q=A∗V,上(shang)面(mian)公(gong)式聯解可得:
這就是調節閥的流量方程,其代號及單位為:
V1、V2——節流(liu)前(qian)后的流(liu)體速(su)度;
V——是平(ping)均流速;
P1、P2——節流(liu)前后的壓力,100KPa;
A——節流面積,cm2;
Q——流量,cm3/s;
C——阻力系數;
r——重度,Kgf/cm3;
g——重力加速度,981cm/s2;
如果上述公式采用工程單位,Q—m3/h;P1、P2—100KPa;r—gf/cm3,那么(me)調節(jie)閥的流(liu)量方程可化為:
于是Kv定義為:當調節閥全開,閥兩端壓差ΔP為100KPa,流體重度r為1gf/cm3(常溫水)時,每小時流經調節閥的流量數,以m3/h或t/h計。但國外流量數常用Cv表示,其定義為:當調節閥全開,閥兩端壓差ΔP為1磅/英寸2(0.07Kgf/cm2),介質(zhi)為600F(15.6℃)清水(shui)時,每分(fen)鐘流經(jing)調節閥的美(mei)加(jia)(jia)侖(lun)數,以加(jia)(jia)侖(lun)/分(fen)計。Kv與Cv之(zhi)間換(huan)算關系為:
根據計算出的流量系數Kv或Cv值(zhi),然后(hou)在調節閥手冊中查找出Kv或Cv額定值(zhi),最(zui)終(zhong)選(xuan)取合(he)適的調節閥口(kou)徑。
3 結語
上(shang)(shang)述(shu)闡(chan)述(shu)如何正確選擇調節閥,只是(shi)針對(dui)不可(ke)壓縮流體(ti)(ti)流相(xiang)為紊流而(er)言的(de),對(dui)于(yu)其(qi)它(ta)層流或可(ke)壓縮的(de)流體(ti)(ti),如氣體(ti)(ti)或水蒸汽(qi)等(deng),有專門的(de)理論加以推導(dao)其(qi)流體(ti)(ti)的(de)Kv或Cv的(de)計算方法,其(qi)調節閥的(de)選取與上(shang)(shang)述(shu)類同,請另行關注。