调节阀的原理及选型2016

调节阀的原理及选型2016.02–调节阀又称控制阀，它是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置。调节阀由执行机构和调节机构组成（见图2-1和图2-2)。–以压缩空气为动力源的调节阀称为气动调节阀（图2-1）；以电为动力源的调节阀则为电动调节阀（图2-2)。这两种是用得最多的调节阀。调节阀基础知识调节阀基础知识2.2执行机构•2.2.1传统的执行机构•2．2．1．1气动执行机构•（1)气动薄膜执行机构•气动薄膜执行机构是一种最常用的机构，它的传统结构如图2-4所示。它的结构简单，动作可靠，维修方便，价格低廉。调节阀基础知识调节阀基础知识调节阀基础知识•气动薄膜执行机构分正作用和反作用两种形式，国产型号为ZMA型（正作用）和ZMB型（反作用）。信号压力一般是20-l00kPa，气源压力的最大值为600kPa。信号压力增加时推杆向下动作的叫正作用执行机构；信号压力增加时推杆向上动作的．叫反作用执行机构。调节阀基础知识•正、反作用执行机构基本相同，均由上、下膜盖、波纹薄膜、推杆、支架、压缩弹簧、弹簧座、调节件、标尺等组成。在正作用执行机构上加上一个装0形密封圈的填块，只要更换个别零件，即可变为反作用执行机构。气动调节阀是如何调节的？调节阀基础知识•(2)气动活塞式执行机构•没有弹簧的气动活塞式执行机构如图2-5所示。它的活塞随气缸两侧的压差而移动，在气缸两侧输人一个固定的信号和一个变动信号，或者在两侧都输入变动信号。•调节阀基础知识转角执行机构一二调节阀基础知识•主要类型•（1）直通单座阀•图2-29表示一个常用的直通单座阀。它是由上阀盖、下阀盖、阀体、阀座、阀芯、阀杆、填料和压板等零部件组成的。调节阀基础知识调节阀基础知识•(2）直通双座阀•阀体内有两个阀芯和阀座，流体从左侧进入，通过阀座和阀芯后，由右侧流出。它比同口径的单座阀能流过更多的介质。流体作用在上、下阀芯上的不平衡力可以互相抵消，所以不平衡力小，允许压差大。但因为上、下阀芯不容易保证同时关闭，所以泄漏量较大。调节阀基础知识调节阀基础知识调节阀基础知识•ANSI压力等级和公称压力对照ANSI压力等级/psi公称压力/barANSI压力等级/psi公称压力/bar1501615002503004025004006001004500700900160•(3）套筒阀（图2-34)•套筒阀也称为笼式阀，是一种结构特殊的调节阀。它的阀体与一般的直通单座阀相似。但阀内有一个圆柱形套筒，也叫笼子，根据流通能力的大小要求，套筒的窗口可为四个、二个或一个，利用套筒导向，阀芯可以在套筒中上下移动，由于这种移动改变了笼子的节流孔面积，形成了各种流量特性并实现流量的调节。•由于套筒阀采用平衡型的阀芯结构，阀芯和套筒侧面导向，因此不平衡力小，稳定性好，不易振荡，从而改善原有阀芯容易损坏的情况。这种调节阀的允许压差大，而且有降低噪声的作用。当改变套筒节流孔形状时，就能得到所需的流量特性（见下图）。这种阀的阀座不用螺纹连接，维修方便，加工容易，通用性强。调节阀基础知识调节阀基础知识调节阀基础知识•4）三通阀（图2-36)•阀体上有三个通道与管道连接，按其作用方式，三通阀可分为分流型（把一种介质分成两路，见左图）。合流型（把两种介质混合成一路，见右图）。出口入口入口出口入口出口调节阀基础知识•(5)蝶阀(图2-37)•蝶阀结构较简单，它由阀体、阀板、阀板轴和密封等部件组成。蝶阀阻力损失小，结构紧凑，寿命长，特别适用于低压差、大口径、大流量气体和带有悬浮物流体的场合，一般泄漏量较大；但也有高性能、低泄漏量的蝶阀结构。它的流量特性在转角60°前与等百分比特性相似，60°后转矩增大，工作不稳定，特性变差，所以蝶阀常在60°范围之内使用。调节阀基础知识调节阀基础知识•（6）球阀•球阀按阀芯型式可分为0形球阀和V形球阀。•0形球阀球体上开有一个直径和管道直径相等的通孔，阀杆可以把球体在密封座中旋转，从全开位置到全关位置的转角为90°。调节阀基础知识•V形球阀它的球体上开有一个V形口，随着球的旋转，开口面积不断发生变化，但开口面的形状始终保持为三角形。当V形口旋转到阀体内，球体和阀体中的密封圈紧密接触。开、关的角度范围是90°调节阀基础知识•（7）偏心旋转阀（图2-39)•偏心旋转阀的特点是阀芯与阀座闭合时依靠柔臂的弹性变形，自动对中，密封性好，泄漏量少，流路简单，流阻小，比同样口径的其他阀流通能力大，流体不平衡力小，允许压差大，可耐受较高温度。此外，它结构简单，体积小，重量轻，价格低。调节阀基础知识•2.4上阀盖的结构形式①普通型适用于常温场合，工作温度为-20～200℃.调节阀基础知识②散（吸）热型适用于高温或低温，工作温度为-60~+450℃,散（吸）热片的作用是散掉高温流体传给调节阀的热量，或吸收外界传给调节阀的热量，以保证填料在允许的温度范围之内工作。调节阀基础知识③长颈型适用于深度冷冻的场合，工作温度为-60~-250℃，它的上阀盖增加了一段直颈，有足够的长度，可以保护填料在允许的低温范围而不致冻结，颈的长短取决于温度的高低和阀口径的大小。调节阀基础知识•④波纹管密封型适用于有毒性、易挥发或贵重的流体，可以避免介质的外漏损耗，防止有毒、易爆介质外漏而发生危险和伤人事故。调节阀基础知识•流量系数（CV值）释义：•是指单位时间内、在测试条件中管道保持恒定的压力，管道介质流经阀门的体积流量，或是质量流量。即阀门的最大流通能力。阀门的CV值须通过测试和计算确定。•流量系数与阀门开度：•阀门/调节阀流量系数（CV值）与开度是两个不同的概念，CV值名称起源于西方的工业流程控制领域对于阀门流量系数的定义。在中国通常称为：KV值，KV表示的是阀门的流通能力，其定义是：当调节阀全开时，阀门前、后两端的压差ΔP为100KPa，流体重度r为1gf/cm3（即常温水）时，每小时流经调节阀的流量数，以m3/h或t/h计。•（例如一台Kv=50的调节阀，则表示当阀两端压差为100KPa时，每小时的水量为50m3/h。）调节阀基础知识•流量系数的单位换算：•Kv与Cv值的换算•国外，流量系数常以Cv表示，其定义的条件与国内不同。Cv的定义为：当调节阀全开，阀两端压差ΔP为1磅/英寸²，介质为60℉清水时每分钟流经调节阀的流量数，以加仑/分计。由于Kv与Cv定义不同，试验所测得的数值不同，它们之间的换算关系为：•Cv=1.167Kv≈1.17KV调节阀基础知识•6.1调节阀的测试•6．1．1．1静特性的各项指标•静特性是指阀门行程和输入信号之间的静态关系，所以也称为静态特性。下面是各种静特性的基本定义。调节阀基础知识•（1）基本误差•（2）始、终点偏差•（3）回差•（4）死区•（5）重复性•6.1.2气密性测试•6.1.3密封性测试•6.1.4泄漏量测试调节阀基础知识•6.1调节阀的测试•世界上各个国家的调节阀生产厂家和各个公司对调节阀产品的性能测试标准和方法都不太一样。测试项目很多，一般可以分为产品的出厂检验项目和型式的测试项目。产品的出厂检验项目是必不可少的，即对每一台产品的这些性能一定要进行检查，主要指标包括各项静特性（基本误差、始终点偏差、额定行程偏差、回差、死区、重复性、再现性误差等项），还有气密性、密封性、泄漏性、耐压强度和外观等项，这些都是出厂前的必查项目，生产厂家必须保证所有各项的技术指标都合乎标准，用户验收也按这些项目进行。型式测试是为了提高产品质量和研究、开发产品时所确定的试验项目，例如额定流量系数试验、流量特性试验、压力恢复系数试验、响应特性、阶跃过渡过程试验、噪声试验等。对每台产品不必都进行专项试验，但要定期抽查，合格时才能继续生产。用户有特殊要求时，可以专门测试某一专项。•（2）气密性的试验方法•气动执行机构的气密性试验有两种方法。第一种方法是当执行机构测试气室的压力达到额定压力之后，利用截止阀切断气源，观察并测试膜头中的气压变化，在规定时间之内不允许气压的下降值超过规定值。第二种方法是在执行机构的测试气室的压力达到额定压力之后，在各密封处涂肥皂水，不允许有泄漏气泡出现。调节阀基础知识试验过程中，可能发生泄漏的位置有：①上、下膜盖与薄膜的连接密封处；②限位件、托盘与薄膜的连接密封处；③每个O型密封圈的位置；④每个气室的壁面，各个连接点；调节阀基础知识•（3）国家标准的规定•根据国家标准GB/T4213-92，在额定的气源压力下，5分钟内薄膜气室内的压力下降不得大于2.5kPa，活塞式各气室内的压力下降不得大于5kPa。调节阀基础知识•密封性试验注意事项•a.在阀门的进口侧输入试验压力，另一端一定要密封，要使试验压力保持稳定。•b.试验过程中，阀杆动作次数为每分钟3次以上。试验期间要用试验锤轻轻敲打有关的部位，特别是密封部位。•c.用水试验时不渗漏水珠，用空气试验时不冒泡（密封部位涂有肥皂水）。•(4）国家标准的规定•国家标准规定调节阀的填料函及其他连接处应保证在1．1倍公称压力下无渗漏现象。对调节阀应以1.5倍公称压力的试验压力，进行3分钟以上的耐压强度试验，试验期间不应有肉眼可见的渗漏。•6.1.4泄漏t测试•（1)泄漏量的定义•泄漏量是指在规定的试验条件下和阀门关闭情况下，流过阀门的流体流量。•这里所指的试验条件包括执行机构有足够的推力，阀座和阀芯能够压紧，阀门前、后有一定压差，在室温下进行。•(2）测试装置及方法•在使用调节阀时，有些场合希望阀门在关闭时，阀芯和阀座之间的密封面的泄漏量越小越好；有的工艺条件甚至要求调节阀不能泄漏，因此，为了达到低泄漏量的目的，有多种多样的结构及使用材料，例如，用软密封，即采用橡胶或聚四氟乙烯等软材料作为密封面。•影响泄漏量的因素很多，如压紧力的大小、密封面的材料、密封面的磨损情况、阀内件的受力及变形情况等等。在进行检测时，要在阀前保持一定的流体压力，在阀后测量泄漏量。•6.1．10其他测试及检验规定•调节阀的试验项目很多，除了上述各种测试项目外，比较简单的出厂检验项目还有外观检验和耐压强度检验。•（1)外观检验•调节阀的气动（电动）执行机构和阀的外表应涂漆或其他涂料，不锈钢和铜阀体可以不涂漆，阀体上的箭头及文字涂红漆。表面涂层应光洁、完好，不得有剥落、碰伤及斑痕等缺点。紧固件不能松动和损伤。阀上应有标尺行程指针或其他阀位标志。•(2)耐压强度•用１.５倍公称压力的室温水，在调节阀的入口方向输入阀体内，另一端封闭，使所有在运行中受压的阀腔同时承受５min的实验压力。在实验期间，调节阀应处于全开位置。•6.2调节阀的安装•调节阀的正确安装与正确选择同样重要，安装的好坏是关系到操作性能、安全程度、成本高低的头等大事。•调节阀必须严格按照工程要求和控制系统要求进行安装，一旦阀门产生故障，将导致火灾、爆炸、中毒等严重事故和人身伤害，损失是无法计算的。•在安装调节阀之前，应该检查调节阀的质量，从外观检查开始，再检查运输过程中零件和附件有无丢失，有无合格证，必要时进行静态特性的检查或专项检查。在运输过程中被损坏的调节阀绝对不能使用。•调节阀的品种、类型越来越多，工艺配管也越来越复杂，因此安装难度越来越大。•6.2.1安装调节阀的准则•6.2.1．1确保安全性•（1)防止泄漏•安装过程不允许阀门产生泄漏。调节阀在使用过程中，如果在填料函、法兰垫片等部位形成缝隙或小孔就可能产生泄漏。如果流体介质的操作条件非常苛刻，例如高温、高压、流体有腐蚀性，那么损坏将越来越严重，泄漏越来越厉害。•防止泄漏的方法很多。在安装过程中，填料的选择、密封方法的选择、压力的降低、用密封性好的阀门，都是安装人员必须考虑的因素。••(2)安装放空阀或排放阀•a.任何一个管路设计和安装，在切断时都会不可避免地积留高压流体。如果积聚流体的潜在能量有很大危险性，应在调节阀的每一侧安装放空阀和（或）排放阀。•b.对于积聚有大量高压物料的阀门，要考虑安装两个放空阀或排放阀。这样，在两个阀门之间只积聚少量物料，同时能逐步释放系统的压力。在这个过程中调节阀必须打开。•c.在切断阀之间积留的大量高压