氣動調(diào)節(jié)閥選型計算

1、氣動調(diào)節(jié)閥選型及計算執(zhí)行器是控制系統(tǒng)的終端控制元件， 是重要的環(huán)節(jié)，氣動調(diào)節(jié)閥 在常用的執(zhí)行器中約占 85%以上?？刂葡到y(tǒng)中因氣動調(diào)節(jié)閥造成不 能投運或運行不良者有占50% -60 %以上。其中除提供的工藝參數(shù)出 入較大，閥制造質(zhì)量欠佳和使用不當外，選型與計算的方法不妥則是 一個相當突出的因素。因此，如何合理正確地選擇和計算氣動調(diào)節(jié)閥 就是自控設(shè)計中至關(guān)重要的問題了。調(diào)節(jié)閥按調(diào)節(jié)儀表的控制信號，直接調(diào)節(jié)流體的流量，在控制系 統(tǒng)中起著十分重要的作用。要根據(jù)使用條件和用途來選擇調(diào)節(jié)閥。 選 擇調(diào)節(jié)閥項目有：結(jié)構(gòu)型式、公稱通經(jīng)、壓力-溫度等級、管道連接、 上閥蓋型式、流量特性、材料及執(zhí)行機構(gòu)等。深入

2、研究各個項目和它 們之間的相互關(guān)系，是極其重要的。選擇調(diào)節(jié)閥必須知道控制系統(tǒng)的 各種工藝參數(shù)，以及調(diào)節(jié)儀表、管道連接等基本條件，才能正確地選 擇調(diào)節(jié)閥。下面為一般選用調(diào)節(jié)閥的基本準則：（圖一、圖二）材質(zhì)（圖一）調(diào)節(jié)閥的選擇確認選擇條件選擇品種規(guī)格寫出規(guī)格書工藝流體條件 流體名稱、流量、進/出口 壓力、全開/全關(guān)時壓差、溫度、 比重、粘度、泥漿等。 調(diào)節(jié)儀表條件 流量特性、作用型式、調(diào)節(jié) 儀表輸出信號等。管道連接條件公稱壓力、法蘭連接型式、 材料等。（圖二）選型和計算（定尺寸）是選擇一個調(diào)節(jié)閥的兩個重要部分。它們 是不同的，然而又是互相關(guān)聯(lián)的。以往，各工業(yè)部門的自控設(shè)計的選 閥工作有些基本上沒有

3、考慮到它們之間的內(nèi)在聯(lián)系。對國內(nèi)一般產(chǎn)品來說，用一組工藝參數(shù)計算兩個不同閥型的流通能力，臨界條件下的 計算結(jié)果最大可相差40%以上。不同結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥有其各自的壓力恢復(fù)特性。 此特性用壓力恢復(fù) 系數(shù)Fl或最大有效壓差比Xt表示。一般的單、雙座閥等屬于低壓力 恢復(fù)閥，F(xiàn)l和Xt較大;蝶閥和球閥等屬于高壓力恢復(fù)閥，F(xiàn)l和Xt較??；偏心旋轉(zhuǎn)閥則介于兩者之間。參數(shù)Fl和Xt的引入有助于在計 算中根據(jù)已知的工藝參數(shù)來確定真正有效壓差， 以計算出精確的流通 能力。Fl和Xt的數(shù)值必須在閥型選定之后才能獲得，而閥型的選定不 僅與流體的性狀、壓力、溫度、腐蝕性等因素有關(guān)，并且與流通能力、 可調(diào)范圍、允許壓差等參

4、數(shù)有關(guān)；但是這些參數(shù)必須經(jīng)計算后才能得 到，而往往由于這些參數(shù)的限制又必須改選閥型；因此問題的關(guān)鍵就在于要設(shè)計出一套合理的方法和步驟， 把選型和計算作為一個有機的 整體綜合起來考慮。氣動調(diào)節(jié)閥選型和計算包括以下幾部分。1 . 氣動調(diào)節(jié)閥的選型和選材調(diào)節(jié)閥的選型按照工藝和自控專業(yè)提出的各項要求進行。 在選型中主要考慮以下各個方面： 流體的性狀、 靜壓、 溫度、 壓差、 腐蝕性、對閥的泄漏要求、閥的動作方式、管道配置、以及流通能力和可調(diào)范圍等。流體腐蝕性的影響主要體現(xiàn)在閥體和閥芯材料的選擇上。 由于不能排除某些材料只許在某種特殊的閥型中使用的限制條件， 因此并不是每種閥型均可任意選擇材料。 閥體材

5、料的選取主要考慮流體介質(zhì)的腐蝕性、靜壓和材料的許用溫度。閥芯材料的選取主要考慮流體介質(zhì)的腐蝕性、材料的許用溫度，以及材料耐沖蝕的性能（即考慮液體的阻塞流，閥壓差和流體的清凈程度） 。 阻塞與否在初選時尚不能確定，需待計算后再進行校核。同時滿足以上各項要求的材料方為合選者。調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有的最低公稱壓力等級是選型的必要條件。 它可根據(jù)流體溫度， 閥入口最大壓力， 按照初選閥體材料在一定溫度條件下與許用壓力的對應(yīng)關(guān)系來確定。選型， 在步驟上可先以流體壓力、 性狀和對閥的泄漏量要求作為考慮因素，規(guī)定出一些合適的閥型，然后按照這些閥型的優(yōu)選次序，逐一對以上其他各種因素進行校核。 流通能力與可調(diào)范圍兩項在初

6、選閥型時尚未確定，需待計算出結(jié)果后，在返回進行校核。定出初選的閥型后，即得該閥型的必要計算數(shù)據(jù)，如壓力恢復(fù)系數(shù)FL 、最大有效壓差比Xt、層流系數(shù)Fs和可調(diào)范圍R等，提供以下各項計算使用。初選閥型若不滿足流通能力要求時需另選閥型，反復(fù)計算2 .調(diào)節(jié)閥流通能力計算和尺寸選擇值選擇調(diào)節(jié)閥尺寸大小的根本依據(jù)是閥的流通能力能否滿足工藝的要求。調(diào)節(jié)閥的額定流通能力和公稱通徑有一定的對應(yīng)關(guān)系，這是有產(chǎn)品技術(shù)標準所規(guī)定的。由此，必須按照工藝條件和初選閥型計算 出流通能力，從初選的閥型中定出合適的公稱通徑。1） 調(diào)節(jié)閥流通能力的計算（現(xiàn)以液體加以說明）計算公式：Cv值是用來表示調(diào)節(jié)閥的英制單位流量系數(shù)。其定義

7、是，閥處于全開狀態(tài)，兩端壓差為 1磅硬寸2 （7KPa）的條件下, 60°F （15.6C）的清水，每分鐘通過閥的美加侖數(shù)。Cv=Q -P2 =Q aG/AP （英制）Cv=1.17Q VG/P1-P2 =1.17QP （公制）式中：公制Q =最大流量G =比重（水=1）修=進口壓力P2=出口壓力英制、=最大流量G =比重（水=1）P1 = 進口壓力P2=出口壓力2） 公稱通徑的選擇：調(diào)節(jié)閥公稱通徑選擇，是由最大gpm （美加侖/分）Psia （最大流量時）Psia （最大流量時）m3/hkgf/cm2 （最大流量時）kgf/cm2 （最大流量時）Cv值、最小Cv值、額定Cv值、 可

8、調(diào)范圍， 以及調(diào)節(jié)閥有足夠的調(diào)節(jié)余量， 這幾個因素來決定的。最大 Cv 值和最小 Cv 值是分別在最大流量和最小流量條件計算出的兩個數(shù)值。a) 最大 Cv 值鑒于額定 Cv 值之有+20、 -10的調(diào)節(jié)誤差，建議等百分比閥在 90-95開度內(nèi)的值作為最大Cv 值， 線性調(diào)節(jié)閥在80-90開度內(nèi)的值作為最大Cv 值。b) 常用 Cv 值常在低開度下工作，閥芯易于磨損，再從控制性能上考慮，希望閥在50-80開度范圍工作。c) 最小 Cv 值閥的最小 Cv 值應(yīng)在固有的可調(diào)范圍之內(nèi)，實際上大多調(diào)節(jié)閥控制流體時，開度變化、閥上壓差也相應(yīng)變化。開度與流量之間的固有流量特性，變成了實際的流量特性，可調(diào)范圍

9、也變小了。閥達到最小Cv 值時， 希望閥在10-20開度上工作，如果要使閥在最小的開度范圍內(nèi)工作，應(yīng)選擇可調(diào)范圍較大的調(diào)節(jié)閥，或者改用一臺大，一臺小的切換閥，用這兩臺閥分程控制流量。3)調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍的驗算為了保證調(diào)節(jié)閥在工藝要求的最大到最小流量的整個范圍內(nèi)滿意地調(diào)節(jié)，就必須進一步驗算可調(diào)范圍R。以往有用規(guī)定最小流量時的調(diào)節(jié)閥開度極限作為指標進行校驗的，但這種做法并不十分合適。應(yīng)采用以最小流量計算所得的最小 Cv 值作為校驗指標才為合理，如 果最小Cv值滿足條件Cv min冷Cv/R,說明所選閥門滿足了可調(diào)范圍 的要求，否則此閥應(yīng)慎用或采用分程控制。3. 調(diào)節(jié)閥流量特性選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性分固有特性和工作特性兩種。 對調(diào)節(jié)系統(tǒng)有影響的是工作特性。 閥本身只具備固有特性 (在閥兩端壓差不變的情況下，不可壓縮流體通過調(diào)節(jié)閥的流量與開度之間的關(guān)系) 。而工作特性是由閥的固有特性結(jié)合管路系統(tǒng)阻力情況得到的。 因此， 先按調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求確定所需的工作流量特性， 然后再確定與其相應(yīng)的固有流量特性。典型的固有流量特性有線性特性和等百分比特性。選擇基本原則：1) 線性流量特性a) 壓差變化小，幾乎恒定。b) 整個系統(tǒng)的壓力損失大部分分配在閥上(開度變化，閥上壓差變化相對較小) 。c)