智能气动薄膜调节阀选型原则

【资料简介】

智能气动薄膜调节阀选型原则

随着我国有色行业的迅猛发展，气动薄膜调节阀由于结构简单、操作方便、使用可靠、防火防爆等特点，广泛应用于氧化铝的生产过程。而作为自动调节系统的重要一环，它的工作状态的好坏将直接影响自动控制过程，本文以自己的工作实践为基础，详细叙述气动薄膜调节阀的工作原理、选型过程、安装及维修。

 智能气动薄膜调节阀选型原则根据使用要求选型

气动薄膜调节阀由阀芯和阀体(包括阀座)两部分组成，按不同的使用要求有不同的结构形式，目前上海彬米阀门制造有限公司使用的气动薄膜调节阀主要有：直通单座阀、双座调节阀和高压角式调节阀。直通单座阀泄漏量小，流体对单座阀芯的推力所形成的不平衡力很大，因此直通单座阀适用于要求泄漏量小、管径小和阀前后压差较低的场合。直通双座阀阀体内有上下两个阀芯，由于流体作用于上下阀芯的推力方向相反而大致抵消；所以双座阀的不平衡力很小，允许阀前后有较大的压差。但由于阀体内流路复杂，用于高压差时对阀体的冲蚀损伤较严重，不宜用于高粘度、含悬浮颗粒或含纤维的介质。此外由于受加工条件的限制，双座阀上下两个阀芯不易同时关严，所以关闭时泄漏量大，尤其是在高温或低温的场合下使用时，因材料的热膨胀系数不同，更易引起严重的泄漏。角式高压阀阀体为直角式，流路简单、阻力小，受高速流体的冲蚀也小，特别适用于高压差、高粘度和含悬浮物颗粒状物质的流体，也可用于处理汽液混相，易闪蒸汽蚀的场合。这种阀体可以避免结焦、粘结和堵塞，便于清洁和自净。

1.2 根据安全性选型

气动薄膜调节阀有气开阀和气闭阀两种形式。根据不同生产工艺上的安全和使用要求考虑，当信号压力中断时调节阀处于打开或关闭位置，对工艺生产造成的危害性大小而定。如果阀门处于关闭位置时危害小，则选用气开阀，信号压力中断时，使调节阀处于关闭位置，反之，则选用气闭阀。

1.3 流量特性

在自控系统的设计过程中选择气动薄膜调节阀应着重考虑流量特性。典型的理想特性有直线流量特性、等百分比流量特性(对数流量特性)、快开流量特性和抛物线流量特性四种。直线流量特性在相对开度变化相同的情况下，流量小时流量相对变化值大；流量大时，流量相对变化值小。因此，直线流量调节阀在小开度(小负荷)情况下调节性能不好，不易控制，往往会产生振荡，故直线流量特性调节阀不宜用于小开度的情况，也不宜用于负荷变化较大的调节系统，而适用于负荷比较平稳，变化不大的调节系统。百分比流量特性的调节阀在小负荷时调节作用弱，大负荷调节作用强，它在接近关闭时调节作用弱，工作和缓平稳，而接近全开时调节作用强，工作灵敏有效，在一定程度上，可以改善调节品质，因此它适用于负荷变化较大的场合，无论在全负荷生产和半负荷生产都较好的起调节作用。

1.4 调节阀口径的选择

应根据已知的流体计算出所要求的流量系数CV，再根据产品技术参数表选取合适的调节阀口径。在计算CV 时要注意液体、气体、水蒸气和其它蒸气的区别。

气动薄膜调节阀主要结构和工作原理

气动执行器由执行机构和调节机构组成。气动执行机构包括：气动薄膜、气动活塞、气动长行程三种执行机构、调节机构为：阀、闸板、调节阀等，有直、角行程 2 种。

智能气动薄膜调节阀选型原则工作原理：

当 0.2~1kg/cm2 时的信号压力输人薄膜气室中，产生推力使推杆部件移动、弹簧被压缩产生的反作用力与信号压力在薄膜上产生的推力相平衡。推杆的移动即是气动薄膜执行机构的行程。正作用式：当薄膜气室的信号压力为零时，推杆部件位于下方，当薄膜气室内输人信号压力时，使推杆部件向下移动;反作用式：当薄膜气室的信号压力为零时，推杆部件位于上方，当薄膜气室内输人信号压力时，使推杆部件向上移动。

智能气动薄膜调节阀选型原则主要零件材料

零件名称	材料	温度范围
阀体上阀盖	HT200	-20～200℃
	ZG230-450	-40～450℃
	ZG1Cr18Ni9Ti	-250～550℃
	ZG0Cr18Ni12Mo2Ti	-250～550℃
阀芯、阀座	1Cr18Ni9	-250～550℃
	0Cr18Ni12Mo2Ti	-250～550℃
填 料	聚四氟乙烯	-40～200℃
膜 片	丁晴橡胶夹增强涤沦织物
压缩弹簧	60Si2Mn
膜 盖	A3

 ■主要技术参数 

公称通径mm			20				25	40		50	65	80	100	150		200	250	300	350	400
阀座直径mm			10	12	15	20	25	32	40	50	65	80	100	125	150	200	250	300	可与本公司      商洽生产
额定流量      系数Kv		直线	1.8	2.8	4.4	6.9	11	17.6	27.5	44	69	110	176	275	440	690	1000	1600
		等百分比	1.6	2.5	4	6.3	10	16	25	40	63	100	160	250	400	630	900	1440
公称压力MPa			0.6   1.6   4.0   6.4
行程mm			10				16	25			40			60			100
流量特性			直线、等百分比、快开型
介质温度℃			-40～230℃(常温型)，散热片式230～450℃(中温型)，特殊订货-100～600℃
法兰标准			符合JB78-59、JB79-59标准，可按JB/79.1-94、JB/79.2-94、ANSI、JIS、DIN 等标准订货生产
阀体材质	PN      (MPa)	0.6,1.6	WCB(ZG230-450) CF3CF8 CF8M
		4.0,6.4	WCB(ZG230-450)、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni12Mo2Ti CF8 CF8M
阀体型式			直通铸造S型阀
阀芯材质			1Cr18Ni9、0Cr18Ni12Mo2Ti CF8 CF8M
上阀盖形式			普通式(常温型)、热片式(中温型)、低温型
可调比R			50:1
气源接头			M16×1.5

注：可为用户提供ANSI、JIS法兰的产品,结构长度也可按用户需要确定。

   
 ■智能气动薄膜调节阀选型原则执行机构主要技术参数

型号	ZHA-22      ZHB-22	ZHA-23      ZHB-23	ZHB-34      ZHB-34	ZHA-45      ZHB-45	ZHA-56      ZHB-56
有效面积cm2	350	350	560	900	1600
行程mm	16	25	40	60	100
弹簧范围KPa	20～100(标准):40～200;      80～240; 20～60; 60～100

■智能气动薄膜调节阀选型原则性能指标

项目		指标值	项目				指标值
基本误差%	不带定位器	±5.0	始      终      点      偏      差      %	气关	不带定位器	始点	±5.0
	带定位器	±1.0				终点	±2.5
回差%	不带定位器	≤3.0			带定位器	始点	±1.0
						终点	±1.0
	带定位器	≤1.0		气开	不带定位器	始点	±2.5
						终点	±5.0
死区%	不带定位器	≤3.0			带定位器	始点	±1.0
						终点	±1.0
	带定位器	≤0.4	允许泄漏量L/h				1×10-4×阀额定容量
额定行程偏差%		±2.5

注：本产品执行GB/T4213-92国家标准。

智能气动薄膜调节阀选型原则气动薄膜调节阀流特性和选型原则

流量特性是指阀位开度和流量大小的关系，直接影响调节质量和系统的稳定性，与被调参数和设备对象，工艺流程有关。

1、理想流量特性调节阀两端压差不变时相对流量与相对开度(行程)的关系：Q/Qmax=f×l/L式中，Q 为某一开度时，调节阀的流量及阀杆行程;f 为阀芯系数;Qmax、L 为调节阀全开时的大流量及阀杆全行程。理想流量特性取决于阀芯的尺寸，不同的阀芯曲面得到不同的理想流量特性。

2、工作流量特性分析调节阀前后端压差变化情况下得到的流量特性。分为直线特性、对数特点、抛物线特性等。抛物线特性介于直线和对数之间。经计算、分析，直线特性调节阀工作在小开度时调节性强，相对流量变化率过于激烈，不易控制，小干扰大克服容易过头，引起系统振荡，而在大开度时，相对变化率下，调节性能弱，太迟钝，大的干扰不能很服;对数特性是指单位开度变化所引起的相对流量变化值与此点相对流量成正比.经计算、分析，对数阀在小开度时放大倍数小，缓和平衡，利于操作控制，而在大开度时放大倍数大，工作能灵敏有效，是常用的阀门。

3、 流量特性选择规则工业生产中常用的调节阀如直线、对数、快开特性，一般选取直线、对数特性即可满足工艺调节要求，快开特性适应于二位调节，对于比较难控制和要求较严的对象，从以下几个方面考虑：

a、用调节阀的非线性去补偿过程的非线性，使系统总的增益变化较小，稳定;

b、工艺管道情况，考虑工艺管道阻力情况;

c、适应系统的负荷波动;

d、考虑调节阀的工作条件和使用寿命;

e、调节阀工作特性改善。

3 流量能力 C 值的计算方法和调节阀口径的确定

C 值的定义：我国规定在调节阀前后压差为 1kPa、液体重度为 1kPa3 的情况下，以每小时通过调节阀门的流体 m3数值，表示流通能力 C 值的大小(以氧化铝料浆为例。)

调节阀压差：S=ΔP/(∑ΔPF ΔP)

式中，ΔP 为调节阀差压;∑ΔPF 为大流量时管路阻力降。

C=Q(r/ΔP)1/2=G/(ΔP * r)1/2

式中，Q、G 为工艺所提供的体积或重量流量;ΔP 为阀门前后压差;r 为重度。

C 值的选取和公称通径 Dg 及阀座直径 dg 的确定，由工艺提供的大流量和对应的小压差。计算出 Cmax，便可选取合适的阀。

4智能气动薄膜调节阀选型原则 气动薄膜调节阀应用实例

沉降工段负责将高压溶出的料浆通过洗涤、沉降槽的作用下，将赤泥沉淀、分离出来。在料浆输送过程中，需要大量的气动调节阀来调节流量。根据现场的工艺环境或计算，气动阀采用了美国 FISHER-ROSEMOUNT 公司生产的气动调节阀，由阀门定位设备和调节阀组成。阀门定位设备采用了位移式气动阀门定位设备，其负反馈闭环系统。见图 1。

图中 A 为波纹管的有效面积;C 为测量组件的刚度;K 为三级功率放大器的放大倍数;KL 为输人信号传动杠杆比;KF 为反馈信号传动杠杆比;KV/(TVs 1) 是气动调节阀的传递函数，是一个一阶周期环节，KV 为调节的放大系数，与执行机构的薄膜有效面积和弹簧刚度及调节的结构等因素有关;TV 为调节阀的时间常数，也与气室大小等因素有关。

上述负反馈系统中，阀杆输出位移 Y 与输人的调节器压力领信号 P 之间的传递函数：W(s)=Y/P≈AEKL/CKFAE、KL、C、KF 一定时，Y 与 P 之间成一一对应的比例关系。也就是说，通过电一气阀门定位设备的电气转换，定位设备接受来自调节器或控制系统的电流信号(4~20mA)，这个信号改变执行机构气室的压力 P，使阀门的位置达到给定值 Y，从而达到调节的目的。

4.1 调节阀反向动作和流量特性在应用过程中，由于生产需要将一台气关式调节阀改成气开式调节器，在以前就需将阀芯反装，或采用反作用式执行机构。在现场改装比较麻烦，而且需有一定的备品才行。采用阀门定位设备后，正作用定位设备的输人信号从 20~100kPa 变化时，它的输出信号从 20~100kPa 变为 100~20kPa 即可。具体结构中，用到一个凸轮和两个喷嘴。左喷嘴用以实现正作用，右喷嘴实现反作用。左、右喷嘴与放大器的气路用背压切换板来沟通。调节阀的流量特性可以通过改变反馈凸轮的几何形状来改变。改变反馈凸轮的几何形状能够改变调节阀的反馈量，使定位设备的输出特性发生变化，从而修正了流量特性。

4.2 手动机构的配置当气源信号或电信号出现故障时，或者当执行机构的主要元件(膜片、弹黄等)损坏时，就需把自动操作改为手动操作，需转动手轮维持调节阀的调节功能;另一方面，这种机构也可作为调节阀行程的限位器，当信号压力为零时，调节阀不是全开就是全关，如果工艺过程要求调节阀有少量的流量，可利用手轮来达到目的。手轮机构有顶装式和侧装式，顶装式只能为单方向限制行程，如果在选型或安装时，选用侧装式可以根据工艺的要求安在左或右侧实现限位。总之，手动机构可提高调节阀运行的可靠性，特别是调节阀台增设旁路，使用口径较大的调节阀时，使用手轮机构从投资费用或占地面积都很合算。所以自动操作完成正常和执行机构*时，由于不使用手动机构，为此经常要加油防锈。