调节阀

概述

调节阀又名控制阀,在工业自动化过程控制领域中,通过接受调节控制单元输出的控制信号,借助动力操作去改变介质流量、压力、温度、液位等工艺参数的最终控制元件。一般由执行机构和阀门组成。如果按行程特点,调节阀可分为直行程和角行程;按其所配执行机构使用的动力,可以分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀三种;按其功能和特性分为线性特性,等百分比特性及抛物线特性三种。调节阀适用于空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品等介质。英文名:control valve,位号通常FV开头。调节阀常用分类:气动调节阀,电动调节阀,液动调节阀,自力式调节阀。


工作原理

调节阀用于调节介质的流量、压力和液位。根据调节部位信号,自动控制阀门的开度,从而达到介质流量、压力和液位的调节。调节阀分电动调节阀、气动调节阀和液动调节阀等。

调节阀由电动执行机构或气动执行机构和调节阀两部分组成。调节阀通常分为直通单座式调节阀和直通双座式调节阀两种,后者具有流通能力大、不平衡办小和操作稳定的特点,所以通常特别适用于大流量、高压降和泄漏少的场合。

应用

在现代化工厂的自动控制中,调节阀起着十分重要的作用,这些工厂的生产取决于流动着的液体和气体的正确分配和控制。这些控制无论是能量的交换、压力的降低或者是简单的容器加料,都需要*某些最终控制元件去完成。最终控制元件可以认为是自动控制的“体力”。在调节器的低能量级和执行流动流体控制所需的高能级功能之间,最终控制元件完成了必要的功率放大作用。

调节阀是最终控制元件的最广泛使用的型式。其他的最终控制元件包括计量泵、调节挡板和百叶窗式挡板(一种蝶阀的变型)、可变斜度的风扇叶片、电流调节装置以及不同于阀门的电动机定位装置。

尽管调节阀得到广泛的使用,调节系统中的其它单元大概都没有像它那样少的维护工作量。在许多系统中,调节阀经受的工作条件如温度、压力、腐蚀和污染都要比其它部件更为严重,然而,当它控制工艺流体的流动时,它必须令人满意地运行及最少的维修量。

在气动调节系统中,调节器输出的气动信号可以直接驱动弹簧一薄膜式执行机构或者活塞式执行机构,使阀门动作。在这种情况下,确定阀位所需的能量是由压缩空气提供的,压缩空气应当在室外的设备中加以干燥,以防止冻结,并应净化和过滤。

当一个气动调节阀和电动调节器配套使用时,可采用电一气阀门定位器或电一气转换器。压缩空气的供气系统可以和用于全气动的调节系统一样来考虑。

在调节理论的术语中,调节阀既有静态特性,又有动态特性,因而它影响整个控制回路成败。静态特性或增益项是阀的流量特性,它取决于阀门的尺寸、阀芯和阀座的组合结构、执行机构的类型、阀门定位器、阀前和阀后的压力以及流体的性质。第5章中将详细地介绍这些内容。

动态特性是由执行机构或阀门定位器一执行机构组合决定的。对于较慢的生产过程,如温度控制或液位控制,阀的动态特性在可控性方面一般不是限制因素。对于较快的系统,如液体的流量控制,调节阀可能有明显的滞后,在回路的可控性方面一定要有所考虑。一般只有控制系统的专家才需要关心调节阀的动态持性,关于应用阀门定位器的正规考虑如第9章中所讨论的,将满足大多数调节阀装置的需要。

自动调节阀的历史可追溯到自力式调压阀,它包括一个带有重物杆的球形阀,重物用来平衡阀芯力,从而得到某种程度的调节,另一种早期的自力式调压阌的形式是压力平衡式调压阀。工艺过程的压力用管线接到弹簧薄膜调压阀的薄膜气室上。无论是减压阀、阀后压力式调压阀或是差压调压阀都笔够从这种基型阀门的变更而制造出来。

气动变送器和调节器的出现,就必然地导致气动词节阀的应用。它们本质上是减压阀或阀后压力式调压阀,改用仪表压缩空气来代替工艺过程的流体。许多生产减压阀的公司已经发展成为调节阀制造厂。调节阀的应用从数量上和复杂性方面继续不断地得到发展,许多阀门的阀体和附件的改进可以用来解决各种各样的问题。本手册的意图是使工程们熟悉调节阀的结纸醉金迷和因素,帮助仪表工程师在应用中选用最好的阀体、执行机构和附件。

调节阀按行程特点可分为:直行程和角行程。直行程包括:单座阀、双座阀、套筒阀、角形阀、三通阀、隔膜阀;角行程包括:蝶阀、球阀、偏心旋转阀、全功能超轻型调节阀。调节阀按驱动方式可分为:气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀;按调节形式可分为:调节型、切断型、调节切断型;按流量特性可分为:线性、等百分比、抛物线、快开。调节阀适用于空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品等介质。

分类

1、气动调节阀

① 按气动执行机构的形式分类

(a) 薄膜执行机构。又分直装式(正作用和反作用)及侧装式(正作用和作用)

(b) 活塞执行机构,又分比例式(正作用和反作用和二位式。

(c) 长行程执行机构

(d) 滚动薄膜执行机构。

② 按调节形式分类:(a)调节型;(b)切断型;(c)调节切断型。

③ 按移动型式分类:(a)直行程;(b)角行程。

④ 按阀芯形状分类:(a)平板形阀芯;(b)柱塞形阀芯;(c)窗口形阀芯;(d)套筒形阀芯;(e)多级形阀芯;(f)偏旋形阀芯;(g)蝶形阀芯;(h)球形阀芯。

⑤ 按流量特性分类:(a)直线;(b)等百分比;(c)抛物线;(d)快开。

⑥ 按上阀盖形式分类:(a)普通型;(b)散(吸)热型;(c)长颈型;(d)波纹管密封型。

2、电动调节阀

① 按电动职称机构的形式分类:(a)角行程;(b)直行程;(c)多回转式。

②按附件形式分类:(a)伺服放大器;(b)限位开关。

③按流量特性分类:(a)直线;(b)等百分比;(c)抛物线;(d)快开。

④按上盖形式分类:(a)普通型;(b)散(吸)热型;(c)长颈型;(d)波纹管密封型。

3、手动调节阀。按阀芯性状分类:圆锥形;柱塞形;套筒形;多级形;偏旋形;蝶形;球形或半球形。

4、(电)液动调节阀。

5、智能调机阀。

选型指南

调节阀的阀体种类很多,常用的阀体种类有直通单座、直通双座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋转、蝶形、套筒式、球形等。在具体选择时,可做如下考虑:

(1) 阀芯形状结构

主要根据所选择的流量特性和不平衡力等因素考虑。

(2) 耐磨损性

当流体介质是含有高浓度磨损性颗粒的悬浮液时,阀的内部材料要坚硬。

(3) 耐腐蚀性

由于介质具有腐蚀性,尽量选择结构简单阀门。

(4) 介质的温度、压力

当介质的温度、压力高且变化大时,应选用阀芯和阀座的材料受温度、压力变化小的阀门。

(5) 防止闪蒸和空化

闪蒸和空化只产生在液体介质。在实际生产过程中,闪蒸和空化会形成振动和噪声,缩短阀门的使用寿命,因此在选择阀门时应防止阀门产生闪蒸和空化。

调节阀执行机构的选择

为了使调节阀正常工作,配用的执行机构要能产生足够的输出力来保证高度密封和阀门的开启。

对于双作用的气动、液动、电动执行机构,一般都没有复位弹簧。作用力的大小与它的运行方向无关,因此,选择执行机构的关键在于弄清最大的输出力和电机的转动力矩。对于单作用的气动执行机构,输出力与阀门的开度有关,调节阀上的出现的力也将影响运动特性,因此要求在整个调节阀的开度范围建立力平衡。

执行机构类型的确定

对执行机构输出力确定后,根据工艺使用环境要求,选择相应的执行机构。对于现场有防爆要求时,应选用气动执行机构。从节能方面考虑,应尽量选用电动执行机构。若调节精度高,可选择液动执行机构。如发电厂透明机的速度调节、炼油厂的催化装置反应器的温度调节控制等。

调节阀的作用方式选择

调节阀的作用方式只是在选用气动执行机构时才有,其作用方式通过执行机构正反作用和阀门的正反作用组合形成。组合形式有4种即正正(气关型)、正反(气开型)、反正(气开型)、反反(气关型),通过这四种组合形成的调节阀作用方式有气开和气关两种。对于调节阀作用方式的选择,主要从三方面考虑:

a)工艺生产安全;

b)介质的特性;

c)保证产品质量,经济损失最小。

维护保养

调节阀日常维护工作内容分为巡回检查和定期维护两部分,巡回检查工作内容如下。

   1.向当班工艺操作人员了解调节阀的运行情况。

   2.查看调节阀和有关附件的供给能源(气源、液压油或电源)

   3.检查液压油系统运行情况。

   4.检查调节阀的各静、动密封点有无泄漏。

   5.检查调节阀连接管线和接头有无松动或腐蚀。

   6.检查调节阀有无异常声音和较大振动,检查供给情况。

   7.检查调节阀的动作是否灵活,在控制信号变化时是否及时变化

   8.侦听阀芯、阀座有无异常振动或杂音。

   9.发现问题及时联系处理。

   10.做好巡回检查的记录,并归档。

   定期维护工作内容如下:

   1.定期对调节阀外部进行清洁工作。

   2.定期对调节阀填料函和其他密封部件进行调整,必要时应更换密封部件,保持静、动密封点的密封性。

   3.定期对需润滑的部件添加润滑油。

   4.定期对气源或液压过滤系统进行排污和清洁工作。

   5.定期检查各连接点的连接情况,腐蚀情况,必要时应更换连接件。

注意事项

1、 本阀应存放在干燥的室内,通路两端必须堵塞,不准堆置存放。

2、 长期存放的调节阀应定期检查,清除污垢,在各运动部分及加工面上应涂以防锈油,防止生锈。

3、 本阀应安装在水平管道上,必修垂直安装。阀杆向上。

4、 必修按图示箭头所指士介质进行安装。

故障排除

调节阀振动的解决方法

1)增加刚度法

对振荡和轻微振动,可增大刚度来消除或减弱,如选用大刚度的弹簧,改用活塞执行机构等办法都是可行的。

2)增加阻尼法

增加阻尼即增加对振动的摩擦,如套筒阀的阀塞可采用“O”形圈密封,采用具有较大摩擦力的石墨填料等,这对消除或减弱轻微的振动还是有一定作用的。

3)增大导向尺寸,减小配合间隙法

轴塞形阀一般导向尺寸都较小,所有阀配合间隙一般都较大,有0.4~lmm,这对产生机械振动是有帮助.因此,在发生轻微的机械振动时,可通过增大导向尺寸,减小配合间隙来削弱振动。

4)改变节流件形状,消除共振法

因调节阀的所谓振源发生在高速流动、压力急剧变化的节流口,改变节流件的形状即可改变振源频率,在共振不强烈时比较容易解决。具体办法是将在振动开度范围内阀芯曲面车削0.5~1.0mm。如某厂家属区附近安装了一台自力式压力调节阀,因共振产生啸叫影响职工休息,我们将阀芯曲面车掉0.5mm后,共振啸叫声消失。

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