關(guān)于調(diào)節(jié)閥的工作原理和計算選型探討(新)(DOC)

1、調(diào)節(jié)閥的工作原理及計算選型摘要：人們常把測量儀表稱之為生產(chǎn)過程自動化的“眼睛”；把控制器稱之為“大腦”；把執(zhí)行器稱之為“手腳”。自動控制系統(tǒng)一切先進的控制理論、巧秒的控制思想、復(fù)雜的控制策略都是通過執(zhí)行器對被控對象進行作用的。調(diào)節(jié)閥是生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)中最常見的一種執(zhí)行器，是化工生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，調(diào) 節(jié)閥的計算選型是否合理是影響閥門壽命的重要因素，本文將從工作原理和計算選型加以介紹。關(guān)鍵詞：調(diào)節(jié)閥 原理 計算 材料 選型正確選取符合某一具體的控制系統(tǒng)要求的調(diào)節(jié)閥，必須掌握流體力學(xué)的基本理論。充分了解各種類型閥的結(jié)構(gòu)型式及其特性，深入了解控制對象和控制系統(tǒng)組成的特征。選取調(diào)節(jié)閥的重點是閥

2、徑選擇，而閥 徑選擇在于流通能力的計算。流通能力計算公式已經(jīng)比較成熟，而且可借助于計算機，然而各種參數(shù)的選 取很有學(xué)問，最后的拍板定案更需要深思熟慮。一、調(diào)節(jié)閥工作原理（一）伯努利方程由水力學(xué)觀點來看，調(diào)節(jié)閥是一個具有局部阻力的節(jié)流元件。當流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時，由于閥芯、閥座 處的流通面積縮小，形成局部阻力，并產(chǎn)生能量損失，通常用閥前后的壓差來表示能量損失的大小。根據(jù) 伯努利方程式，對不可壓縮的流體：VRP2、亠H=K也可表示為H=，式中:2grH:為單位重量的流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時的能量損失K:為阻力系數(shù)S:調(diào)節(jié)閥流通面積：厘米r:流體重度：克/厘米PTP2：調(diào)節(jié)閥前、后絕對壓力，kgf/cm2代入上

3、述公式得出:代入具體數(shù)值后得岀:V:流體平均流速,Q:流體體積流量:（V =Q）M3/小時g:重力加速度,981厘米/秒令5.04S=C，則.KQ=c_P米3/時,C稱為調(diào)節(jié)閥流通系數(shù)或流通能力C值表示調(diào)節(jié)閥全開時，其兩端壓力降厶P=1kgf/cm2,流體重度為1克/cm2時，每小時通過閥門的立方米數(shù)。（二）調(diào)節(jié)閥的重要地位調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖如下所示:圖1：調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖二、調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥是通過行程的變化，改變閥芯與閥座間的節(jié)流面積，來達到控制流量的目的。因此閥芯與閥座的節(jié)流面積跟著行程怎樣變化，對調(diào)節(jié)閥的工作特性能有很大影響。所謂閥門的相對開度是指調(diào)節(jié)閥某一開度行程與全開行程之比（角行程

4、與直行程道理相同），用匸L/Lmax來表示。所謂閥門的相對節(jié)流面積是指調(diào)節(jié)閥某一開度下的節(jié)流面積與全開時的節(jié)流面積之比，用q=Q/Qmax來表示。調(diào)節(jié)閥流量特性的數(shù)學(xué)表達式為：q=f（I）（2-1）由公式（1-1）流過調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)流量不僅與閥門的開度有關(guān)，還與閥門兩端的壓差有關(guān)，故流量特性有理想特性和工作特性之分。（一）理想流量特性(1-1)在閥門兩端壓差固定的情況下，流量特性完全取決于閥芯的形狀，不同的閥芯曲面可以得到不同的流量特性。這是調(diào)節(jié)閥固有的流量特性，稱為理想流量特性。（二）調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比R（可調(diào)范圍）是指調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量和最小流量之比，即R=Qmax/Qmin

5、（2-2）式中，Qmin指的是調(diào)節(jié)閥可調(diào)流量的下限值，一般為最大流量的2%-4%當調(diào)節(jié)閥的前后壓差不變時得到的是理想可調(diào)比，一般為R=30,在實際應(yīng)用中，管道的阻力隨流量增加而增加，使調(diào)節(jié)閥的最大流量減小，從而降低了實際的可調(diào)比。（三）通常流量特性介紹調(diào)節(jié)閥的流量特性一般有線性特性，等百分比特性和快開特性，調(diào)節(jié)閥通常使用等百分比和線性特性。先看看下面這張流量特性圖：1.00.90.80.70.60.5大 最C CC C0.40.30.20.1圖2:調(diào)節(jié)閥流量特性（R-可調(diào)比）1、線性流量特性00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0h/hh/h最大Q/Qmax=1/R+（1

6、-1/R）l/L （2-3）式中，R為調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比。采用具有線性流量特性的閥芯時，調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)是常數(shù)，在小開度處有較大的流量相對變化值， 調(diào)節(jié)作用強，但容易產(chǎn)生振蕩；在大開度處有較小的流量相對變化值，調(diào)節(jié)作用弱，調(diào)節(jié)緩慢。這個特點, 往住使直線結(jié)構(gòu)特性閥門在小開度情況下的靈敏度過高而導(dǎo)致控制性能變壞。2、等百分比流量特性（對數(shù)流量特性）Q/Qmax=（ 2-42-4）采用具有等百分比流量特性的閥芯時，調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)隨流量增大而增大，但流量的相對變化值是相等 的，在小開度處放大倍數(shù)小，調(diào)節(jié)作用緩和，平穩(wěn)；在大開度處放大倍數(shù)大，調(diào)節(jié)作用靈敏，有效。三、調(diào)節(jié)閥的流通能力及Kv值計算選型調(diào)節(jié)閥

7、的流通能力是指在規(guī)定條件下通過一個調(diào)節(jié)閥的流量。（一）Cv值和Kv值得定義和區(qū)別具體衡量調(diào)節(jié)閥流通能力的指標是流量系數(shù)，目前常用的流量系數(shù)有兩類一是以美國為代表的以英制單位定義的流量系數(shù)Cv,二是以德國為代表的以公制單位定義的流量系數(shù)Kv。兩者的換算關(guān)系為Cv-1.167Kvo流量系數(shù)Cv值定義：一個與調(diào)節(jié)閥的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)的、對于一個給定行程的常數(shù)，可用來衡量流通能力。它是在每平方英寸1磅（psi）的壓力降下，每分鐘流過調(diào)節(jié)閥的60T水的美國加侖數(shù)。流量系數(shù)Kv值定義：一個與調(diào)節(jié)閥的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)的、對于一個給定行程的常數(shù)，可用來衡量流通能（二）Kv值的計算1、氣體（要考慮壓縮系數(shù)）Kv值計算3

8、Q:NM3/hrH：標準狀態(tài)下氣體重度kg/NM3 :氣體膨脹系數(shù)t:介質(zhì)溫度C力。它是在1bar壓力降下，每小時流過調(diào)節(jié)閥的5- 40 C度水的立方米數(shù)。當P20.5P!時Kv式中:P - P如一120.5P1時WKv3.1 &P -R)1當P2w0.5P1時KWKv-17.3 P式中:W:重量流量 公斤/時r1:介質(zhì)在操作狀態(tài)下的重度公斤/米3 :介質(zhì)膨脹系數(shù)，算法同上。（三）調(diào)節(jié)閥的Kv值范圍等百分比閥門閥門的額定Kv值通常是正常流量Kv值的2倍，或者最大流量Kv值的1.3倍，或者說，正常流量Kv值是閥門額定Kv值的30%70%。線性閥門閥門的額定Kv值是正常流量Kv值的1.5倍

9、，或者最大流量Kv值的1.1倍，或者說，正常流量Kv值 是閥門額定Kv值的60%80%。（四）調(diào)節(jié)閥的Kv值范圍在最大流量Kv值下，線性調(diào)節(jié)閥的行程應(yīng)w90%，等百分比閥的行程應(yīng)w92%，在最小流量Kv值下, 調(diào)節(jié)閥的行程應(yīng)10%。蝶閥的最大開度應(yīng)w60。任何調(diào)節(jié)閥的全行程時間均應(yīng)w30秒。（五）調(diào)節(jié)閥的閥體尺寸根據(jù)計算岀的Kv值，查表，以確定調(diào)節(jié)閥的閥體尺寸。調(diào)節(jié)閥的閥體尺寸可比工藝管道直徑小1級,最多可以小2級。但是閥體尺寸不應(yīng)小于其上游管道直徑尺寸的一半。如R_巳0.08,P =1-0.46PR當R20.5R1時，Kv280RrH(273 t)四、調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機構(gòu)選型調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機構(gòu)，通

10、常首選氣動薄膜式執(zhí)行機構(gòu)（其彈簧為反作用），對于活塞式執(zhí)行機構(gòu)（即氣缸式），首選多彈簧雙作用型執(zhí)行機構(gòu)。對于帶電磁閥的調(diào)節(jié)閥，要求選用帶彈簧的執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)的彈簧材質(zhì)至少應(yīng)為碳鋼，并在出廠時進行了防腐涂層處理。當供氣壓力為4.15kgf/cm2（60Psig）時，對于薄膜執(zhí)行機構(gòu)的膜片盒應(yīng)采用鋼材質(zhì)，并且其壓力等級至少為I.OMPag。五、調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)型式及其選擇現(xiàn)將各種型式常用調(diào)節(jié)閥的特點及適用場合介紹如：單座調(diào)節(jié)閥（VP，JP）:泄漏量?。~定Kv值的0.01%）允許壓差小，JP型閥并且有體積小、重量輕 等特點，適用于一般流體，壓差小、要求泄漏量小的場合。雙座調(diào)節(jié)閥（VN）：不平衡力小

11、，允許壓差大，流量系數(shù)大，泄漏量大（額定K值的0.1%）,適用于 要求流通能力大、壓差大，對泄漏量要求不嚴格的場合。套簡閥（VM.JM）：穩(wěn)定性好、允許壓差大，容易更換、維修閥內(nèi)部件，通用性強，更換套筒閥即可改 變流通能力和流量特性，適用于壓差大要求工作平穩(wěn)、噪音低的場合。角形閥（VS）：流路簡單，便于自潔和清洗，受高速流體沖蝕較小，適用于高粘度，含顆粒等物質(zhì)及 閃蒸、汽蝕的介質(zhì)；特別適用于直角連接的場合。偏心旋轉(zhuǎn)閥（VZ）：體積小，密封性好，泄漏量小，流通能力大，可調(diào)比寬R=100，允許壓差大，適用于要求調(diào)節(jié)范圍寬，流通能力大，穩(wěn)定性好的場合。V型球閥（VV）：流通能力大、可調(diào)比寬R=200

12、300，流量特性近似等百分比，v型口與閥座有剪切作用，適應(yīng)用于紙漿、污水和含纖維、顆粒物的介質(zhì)的控制。O型球閥（VO）:結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，流通能力大，密封性好，泄漏量近似零，調(diào)節(jié)范圍寬R=100200， 流量特性為快開，適用于紙漿、污水和高粘度、含纖維、顆粒物的介質(zhì)，要求嚴密切斷的場合。隔膜調(diào)節(jié)閥（VT）：流路簡單，阻力小，采用耐腐蝕襯里和隔膜有很好的防腐性能，流量特性近似為 快開，適用于常溫、低壓、高粘度、帶懸浮顆粒的介質(zhì)。蝶閥（VW）：結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕，易于制成大口徑，流路暢通，有自潔作用，流量特性近似等百分比，適用于大口徑、大流量含懸浮顆粒的流體控制。蝶閥通常用較大口徑，最小為4

13、”最大使用壓力wC1600。六、調(diào)節(jié)閥的噪音（應(yīng)符合IEC60534-8標準）（一）調(diào)節(jié)閥噪音的來源調(diào)節(jié)閥的噪音主要來源于閥內(nèi)件機械噪音和流體噪音。（二）允許范圍應(yīng)w85dB（在距閥1米處），有些場合要求W75db，任何場合都不允許105db。七、調(diào)節(jié)閥的密封填料函（參見API608規(guī)范）40C以下，采用聚四氟乙烯合成體或石墨纖維。40C230C之間，采用聚四氟乙烯和石墨。230C以上采用石墨填料。對于高壓氣體介質(zhì)，可以采用雙填料。一般不用石棉或封裝石棉作填料。石墨填料，不應(yīng)含有氯離子。要求石墨填料中的可濾岀氯離子35kgf/cm2或500Psig）時，均應(yīng)采用經(jīng)過硬化處理的閥芯（如316+S

14、tellite，或316+鎢鉻鉆合金）。九、關(guān)于閃蒸、空化及氣蝕在調(diào)節(jié)閥內(nèi)流動的液體，常常出現(xiàn)閃蒸和空化兩種現(xiàn)象。它們的發(fā)生不但影響口徑的選擇和計算，而 且將導(dǎo)致嚴重的噪聲、振動、材質(zhì)的破壞等，直接影響調(diào)節(jié)閥的使用壽命。因此在閥門的計算和選擇過程 中是不可忽視的問題。（一） 閃蒸當液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥節(jié)流孔時，流速突然增加，而靜壓力驟然下降，當節(jié)流孔后壓力降到等于或小于該液體在入口溫度下的飽和蒸汽壓（Pv）時，部分液體就汽化成為氣體，（即產(chǎn)生許多小氣泡，）形成汽液兩相混合流共存的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為閃蒸。（二） 空化如上所述，產(chǎn)生閃蒸時，對閥芯、閥座材質(zhì)已開始有侵蝕破壞作用。如果產(chǎn)生閃蒸之后，閥后壓力

15、（P2）不是保持在飽和蒸汽壓Pv以下，而是在離開節(jié)流孔之后又急劇上升，致使氣泡產(chǎn)生破裂并轉(zhuǎn)化為液態(tài)，這個過程即為空化作用?？梢?，空化作用是一種兩個階段現(xiàn)象，第一階段是液體內(nèi)部形成氣泡，即閃蒸現(xiàn)象； 第二階段是這些氣泡的破裂，即空化階段。（三） 氣蝕閃蒸和空化只產(chǎn)生在液體介質(zhì)?？栈饔玫牡谝浑A段是閃蒸，閥門的出口壓力保持在液體的飽和蒸氣 壓之下，但對閥門內(nèi)件已經(jīng)產(chǎn)生了侵蝕作用，由于在閥芯和閥座環(huán)的接觸線附近流體的速度最高，因此破 壞也發(fā)生在這里。閃蒸破壞后的閥芯外表面有一道道磨痕。在空化的第二階段，閥后壓力升高到飽和蒸氣 壓以上，由于氣泡的突然破裂，所有的能量集中在破裂點，產(chǎn)生極大的沖擊力，可高達幾千牛頓，因此嚴 重的沖撞和破壞閥芯、閥座和閥體，這種破壞作用稱為氣蝕。這種作用如同砂子噴在閥芯表面，把固體表 層撕裂，形成一個粗糙的、渣孔般的外表面。氣蝕產(chǎn)生的破壞作用是十分嚴重的，在高壓差惡劣條件的空化情況下，極硬的閥芯和閥座也只能使用 很短的時間。在這種情況下，選擇閥門應(yīng)該有適當?shù)姆椒ê痛胧?。十、小結(jié)調(diào)節(jié)閥設(shè)計選型計算是一項技術(shù)性很強的工作，要想使調(diào)節(jié)閥設(shè)計選型的結(jié)果符合現(xiàn)場的實際