氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析

調(diào)節(jié)閥根據(jù)驅(qū)動方式分類，。根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為單座調(diào)節(jié)閥、雙座調(diào)節(jié)閥、套筒調(diào)節(jié)閥、角式調(diào)節(jié)閥、球閥、蝶閥等九大類。調(diào)節(jié)閥的計算選型是指在選用調(diào)節(jié)閥時，通過對流經(jīng)閥門介質(zhì)的參數(shù)進(jìn)行計算，確定閥門的流通能力，選擇正確的閥門型式、規(guī)格等參數(shù)，包括公稱通徑，閥座直徑，公稱壓力等，正確的計算選型是確保調(diào)節(jié)閥使用效果的重要環(huán)節(jié)。

氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。氣動執(zhí)行機構(gòu)包括：氣動薄膜、氣動活塞、氣動長行程三種執(zhí)行機構(gòu)、調(diào)節(jié)機構(gòu)為：閥、閘板、調(diào)節(jié)閥等，有直、角行程 2 種。

工作原理：當(dāng) 0.2~1kg/cm2 時的信號壓力輸人薄膜氣室中，產(chǎn)生推力使推桿部件移動、彈簧被壓縮產(chǎn)生的反作用力與信號壓力在薄膜上產(chǎn)生的推力相平衡。推桿的移動即是氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)的行程。正作用式：當(dāng)薄膜氣室的信號壓力為零時，推桿部件位于下方，當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號壓力時，使推桿部件向下移動;反作用式：當(dāng)薄膜氣室的信號壓力為零時，推桿部件位于上方，當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號壓力時，使推桿部件向上移動。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析調(diào)節(jié)閥的流量特性

調(diào)節(jié)閥流量特性 調(diào)節(jié)閥的流量特性，是在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的相對流量與它的開度之間關(guān)系。調(diào)節(jié)閥的流量特性有線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。三種注量特性的意義如下：

1，等百分比特性（對數(shù)）

等百分比特性的相對行程和相對流量不成直線關(guān)系，在行程的每一點上單位行程變化所引起的流量的變化與此點的流量成正比，流量變化的百分比是相等的。所以它的優(yōu)點是流量小時，流量變化小，流量大時，則流量變化大，也就是在不同開度上，具有相同的調(diào)節(jié)精度。

2，線性特性（線性）

線性特性的相對行程和相對流量成直線關(guān)系。單位行程的變化所引起的流量變化是不變的。流量大時，流量相對值變化小，流量小時，則流量相對值變化大。

3，拋物線特性

流量按行程的二方成比例變化，大體具有線性和等百分比特性的中間特性。

從上述三種特性的分析可以看出，就其調(diào)節(jié)性能上講，以等百分比特性為，其調(diào)節(jié)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)性能好。而拋物線特性又比線性特性的調(diào)節(jié)性能好，可根據(jù)使用場合的要求不同，挑選其中任何一種流量特性。

1 氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)計算公式

1.1流量系數(shù)符號：
Cv—英制單位的流量系數(shù)，其定義為：溫度60°F（15.6℃）的水，在16/in2(7KPa)壓降下，每分鐘流過調(diào)節(jié)閥的美加侖數(shù)。
Kv—國際單位制（SI制）的流量系數(shù)，其定義為：溫度5~40℃的水，在105Pa壓降下，每小時流過調(diào)節(jié)閥的立方米數(shù)。
注：Cv≈1.16 Kv
1.2 不可壓縮流體（液體）Kv值計算公式
1.2.1 一般液體的Kv值計算

式中：P1—閥入口絕對壓力KPa 2—閥出口絕對壓力KPa
QL—液體流量 m3/h ρ—液體密度g/cm3
FL—壓力恢復(fù)系數(shù)，與調(diào)節(jié)閥閥型有關(guān)，附后
FF—流體臨界壓力比系數(shù)，
PV—閥入口溫度下，介質(zhì)的飽和蒸汽壓（絕對壓力KPa）
PC—物質(zhì)熱力學(xué)臨界壓力（絕對壓力KPa）
1.2.2 高粘度液體Kv值計算
當(dāng)液體粘度過高時，按一般液體公式計算出的Kv值誤差過大，必須進(jìn)行修正，修正后的流量系數(shù)為
式中：K′V —修正后的流量系數(shù) KV —不考慮粘度修正時計算的流量系數(shù)
FR—粘度修正系數(shù) （FR值從FR~Rev關(guān)系曲線圖中確定）
計算雷諾數(shù)Rev公式如下：
對于只有一個流路的調(diào)節(jié)閥，如單座閥、套筒閥、球閥等:
對于有二個平行流路的調(diào)節(jié)閥，如雙座閥，蝶閥，偏心旋轉(zhuǎn)閥等：
1.3 可壓縮流體—氣體的KV值計算

式中：P1—閥入口絕對壓力KPa P2—閥出口絕對壓力KPa
Qg—氣體流量 Nm3/h G—氣體比重（空氣=1）
t—氣體溫度℃ Z—高壓氣體（PN＞10MPa）的壓縮系數(shù)
注：當(dāng)介質(zhì)工作壓力≤10MPa時，Z=1；當(dāng)介質(zhì)工作壓力＞10MPa時，Z＞1，具體值查有關(guān)資料。
1.4 可壓縮流體—蒸汽的KV值計算
1.4.1 飽和蒸汽的KV值計算

式中：P1—閥入口絕對壓力KPa P2—閥出口絕對壓力KPa
GS—蒸汽流量 kg/h K—蒸汽修正系數(shù)
部分蒸汽的K值如下：

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析

1.4.2 過熱蒸汽的KV值計算

式中：P1、P2、GS、K含義及單位同前 △t—水蒸汽過熱度℃
1.5兩相流流體的Kv值計算
兩相流流體的Kv值計算公式如下：

式中：P1、P2的含義及單位同前； Wg—氣體、蒸汽質(zhì)量流量，kg/h；
WL—液體質(zhì)量流量，kg/h； ρe—兩相流有效密度，kg/m3；
ρm—兩相流密度(P1、T1條件)，kg/m3； ρL—液體密度，kg/m3；
Fg—氣體壓力恢復(fù)系數(shù)； f(x,k)—壓差比修正系數(shù)；
T1—入口絕對溫度，K； FF—液體臨界壓縮比系數(shù)；
1.6IEC推薦的調(diào)節(jié)閥FL、XT數(shù)值表：

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析

2.氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析調(diào)節(jié)閥選型

2.1 流量系數(shù)選擇
當(dāng)流量系數(shù)Kv（Cv）計算出來后，就要對其作適當(dāng)放大，使其符合所選閥型的Kv（Cv）值系列，并確定相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥口徑（或閥座直徑）。
對于S≥0.3的一般工況，采用以下流量系數(shù)放大倍數(shù)：
 等百分比流量特性，m=1.97;
直線流量特性， m=1.63;
圓整后的流量系數(shù)應(yīng)使調(diào)節(jié)閥最小和最大流量系數(shù)時的相對行程處于下表的范圍：
直線流量特性： 10%～80%
等百分比流量特性： 30%～90% 或者 30%～80%（最終按設(shè)計院技術(shù)規(guī)格書要求）
2.2 口徑選擇
當(dāng)KV閥確定后，調(diào)節(jié)閥口徑（公稱通徑）或閥座直徑也就相應(yīng)確定。
所選閥的口徑除滿足開度要求外，還應(yīng)根據(jù)流體流速極限和接管直徑進(jìn)行驗算，防止流速過高對閥門產(chǎn)生的沖擊、振動和摩擦損耗。
2.2.1 流速
2.2.1.1 不可壓縮流體（液體）的流速極限， m/s

注：套筒閥和抗氣蝕調(diào)節(jié)閥的流速極限允許在上表數(shù)據(jù)的1.5倍之內(nèi)。
2.2.1.2 可壓縮流體（氣體、蒸汽）
可壓縮性流體的出口流速不應(yīng)超過音速，且進(jìn)口流速在100m/s之內(nèi)。
2.2.2 接管直徑
調(diào)節(jié)閥直徑可以比接管直徑小兩個規(guī)格，如：
接管直徑為DN250（10″）時，調(diào)節(jié)閥口徑可以為DN150（6″）。
2.3 噪聲預(yù)估
在自控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是最大的噪聲源，因此，必須進(jìn)行噪聲預(yù)估。當(dāng)噪聲超過有關(guān)規(guī)定時（一般為85dB）,應(yīng)考慮低噪聲結(jié)構(gòu)，但是有兩種場合除外：
a.閥門遠(yuǎn)離人區(qū)； 

b.常閉閥。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析氣動薄膜籠式調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品特點：

1、頂導(dǎo)向單座調(diào)節(jié)閥，結(jié)構(gòu)緊湊，部件少、易維修。
2、金屬閥芯適用多種工作場合，達(dá)IV級泄漏標(biāo)準(zhǔn)，ZXPQ型軟密封結(jié)構(gòu)閥芯達(dá)VI級泄漏標(biāo)準(zhǔn)。
3、閥體按流體力學(xué)原理設(shè)計成等截面低流阻流道，額定流量系數(shù)增大30%。
4、可調(diào)范圍大，固有可調(diào)比為50。
5、執(zhí)行機構(gòu)采用多彈簧結(jié)構(gòu)，高度減少30%、重量減輕30%。
6、ZXGV型波紋管密封型調(diào)節(jié)閥，對移動的閥桿形成的密封，堵絕流體外漏。
7、ZXPJ型調(diào)節(jié)閥帶有保溫夾套，用于流體冷卻后易結(jié)晶、凝固造成堵塞的場合。

氣動薄膜籠式調(diào)節(jié)閥零件材料：

☆主要零件材料：
☆閥體、閥蓋：HT200，ZG230-450，ZG1Cr18Ni9Ti
☆閥芯、閥座：1Cr18Ni9Ti，司太萊合金堆焊
☆軟密封閥芯：增強聚四氟乙烯
☆填料：聚四氟乙烯，柔性石墨
☆波紋管：1Cr18Ni9Ti
☆墊片：橡膠石棉板、10、1Cr18Ni9Ti、石棉纏繞墊片
☆膜蓋：A3
☆波紋膜片：丁晴橡膠夾增強滌綸織物
☆彈簧：60SIMN
☆閥桿、推桿：2Cr13、1Cr18Ni9Ti
☆襯套：2Cr13

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析技術(shù)參數(shù)：

本產(chǎn)業(yè)性能指標(biāo)貫徹GB/T4213-92標(biāo)準(zhǔn)

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析氣動薄膜籠式調(diào)節(jié)閥外形尺寸及重量：

標(biāo)準(zhǔn)型、散熱形、高溫型外形尺寸表  單位：MM

散熱高溫型高度（H）為PN16的數(shù)值

夾套型高度H1及H均增加15%

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析氣動薄膜調(diào)節(jié)閥流特性和選型原則

流量特性是指閥位開度和流量大小的關(guān)系，直接影響調(diào)節(jié)質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，與被調(diào)參數(shù)和設(shè)備對象，工藝流程有關(guān)。

1、理想流量特性調(diào)節(jié)閥兩端壓差不變時相對流量與相對開度(行程)的關(guān)系：Q/Qmax=f×l/L式中，Q 為某一開度時，調(diào)節(jié)閥的流量及閥桿行程;f 為閥芯系數(shù);Qmax、L 為調(diào)節(jié)閥全開時的zui大流量及閥桿全行程。理想流量特性取決于閥芯的尺寸，不同的閥芯曲面得到不同的理想流量特性。

2、工作流量特性分析調(diào)節(jié)閥前后端壓差變化情況下得到的流量特性。分為直線特性、對數(shù)特點、拋物線特性等。拋物線特性介于直線和對數(shù)之間。經(jīng)計算、分析，直線特性調(diào)節(jié)閥工作在小開度時調(diào)節(jié)性強，相對流量變化率過于激烈，不易控制，小干擾大克服容易過頭，引起系統(tǒng)振蕩，而在大開度時，相對變化率下，調(diào)節(jié)性能弱，太遲鈍，大的干擾不能很*服;對數(shù)特性是指單位開度變化所引起的相對流量變化值與此點相對流量成正比.經(jīng)計算、分析，對數(shù)閥在小開度時放大倍數(shù)小，緩和平衡，利于操作控制，而在大開度時放大倍數(shù)大，工作能靈敏有效，是zui常用的閥門。

3、 流量特性選擇規(guī)則工業(yè)生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥如直線、對數(shù)、快開特性，一般選取直線、對數(shù)特性即可滿足工藝調(diào)節(jié)要求，快開特性適應(yīng)于二位調(diào)節(jié)，對于比較難控制和要求較嚴(yán)的對象，從以下幾個方面考慮：

a、用調(diào)節(jié)閥的非線性去補償過程的非線性，使系統(tǒng)總的增益變化較小，穩(wěn)定;

b、工藝管道情況，考慮工藝管道阻力情況;

c、適應(yīng)系統(tǒng)的負(fù)荷波動;

d、考慮調(diào)節(jié)閥的工作條件和使用壽命;

e、調(diào)節(jié)閥工作特性改善。

3 流量能力 C 值的計算方法和調(diào)節(jié)閥口徑的確定

C 值的定義：我國規(guī)定在調(diào)節(jié)閥前后壓差為 1kPa、液體重度為 1kPa3 的情況下，以每小時通過調(diào)節(jié)閥門的流體 m3數(shù)值，表示流通能力 C 值的大小(以氧化鋁料漿為例。)

調(diào)節(jié)閥壓差：S=ΔP/(∑ΔPF+ΔP)

式中，ΔP 為調(diào)節(jié)閥差壓;∑ΔPF 為zui大流量時管路阻力降。

C=Q(r/ΔP)1/2=G/(ΔP * r)1/2

式中，Q、G 為工藝所提供的體積或重量流量;ΔP 為閥門前后壓差;r 為重度。

C 值的選取和公稱通徑 Dg 及閥座直徑 dg 的確定，由工藝提供的zui大流量和對應(yīng)的zui小壓差。計算出 Cmax，便可選取合適的閥。

4 氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析氣動薄膜調(diào)節(jié)閥應(yīng)用實例

沉降工段負(fù)責(zé)將高壓溶出的料漿通過洗滌、沉降槽的作用下，將赤泥沉淀、分離出來。在料漿輸送過程中，需要大量的氣動調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)流量。根據(jù)現(xiàn)場的工藝環(huán)境或計算，氣動閥采用了美國 FISHER-ROSEMOUNT 公司生產(chǎn)的氣動調(diào)節(jié)閥，由閥門定位器和調(diào)節(jié)閥組成。閥門定位器采用了位移式氣動閥門定位器，其負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。見圖 1。

為波紋管的有效面積;C 為測量組件的剛度;K 為三級功率放大器的放大倍數(shù);KL 為輸人信號傳動杠桿比;KF 為反饋信號傳動杠桿比;KV/(TVs+1) 是氣動調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)，是一個一階周期環(huán)節(jié)，KV 為調(diào)節(jié)的放大系數(shù)，與執(zhí)行機構(gòu)的薄膜有效面積和彈簧剛度及調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān);TV 為調(diào)節(jié)閥的時間常數(shù)，也與氣室大小等因素有關(guān)。

上述負(fù)反饋系統(tǒng)中，閥桿輸出位移 Y 與輸人的調(diào)節(jié)器壓力領(lǐng)信號 P 之間的傳遞函數(shù)：

W(s)=Y/P≈AEKL/CKF

AE、KL、C、KF 一定時，Y 與 P 之間成一一對應(yīng)的比例關(guān)系。也就是說，通過電一氣閥門定位器的電氣轉(zhuǎn)換，定位器接受來自調(diào)節(jié)器或控制系統(tǒng)的電流信號(4~20mA)，這個信號改變執(zhí)行機構(gòu)氣室的壓力 P，使閥門的位置達(dá)到給定值 Y，從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。

4.1 調(diào)節(jié)閥反向動作和流量特性在應(yīng)用過程中，由于生產(chǎn)需要將一臺氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥改成氣開式調(diào)節(jié)器，在以前就需將閥芯反裝，或采用反作用式執(zhí)行機構(gòu)。在現(xiàn)場改裝比較麻煩，而且需有一定的備品才行。采用閥門定位器后，正作用定位器的輸人信號從 20~100kPa 變化時，它的輸出信號從 20~100kPa 變?yōu)?100~20kPa 即可。具體結(jié)構(gòu)中，用到一個凸輪和兩個噴嘴。左噴嘴用以實現(xiàn)正作用，右噴嘴實現(xiàn)反作用。左、右噴嘴與放大器的氣路用背壓切換板來溝通。調(diào)節(jié)閥的流量特性可以通過改變反饋凸輪的幾何形狀來改變。改變反饋凸輪的幾何形狀能夠改變調(diào)節(jié)閥的反饋量，使定位器的輸出特性發(fā)生變化，從而修正了流量特性。

4.2 手動機構(gòu)的配置當(dāng)氣源信號或電信號出現(xiàn)故障時，或者當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)的主要元件(膜片、彈黃等)損壞時，就需把自動操作改為手動操作，需轉(zhuǎn)動手輪維持調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能;另一方面，這種機構(gòu)也可作為調(diào)節(jié)閥行程的限位器，當(dāng)信號壓力為零時，調(diào)節(jié)閥不是全開就是全關(guān)，如果工藝過程要求調(diào)節(jié)閥有少量的流量，可利用手輪來達(dá)到目的。手輪機構(gòu)有頂裝式和側(cè)裝式，頂裝式只能為單方向限制行程，如果在選型或安裝時，選用側(cè)裝式可以根據(jù)工藝的要求安在左或右側(cè)實現(xiàn)限位?？傊?，手動機構(gòu)可提高調(diào)節(jié)閥運行的可靠性，特別是調(diào)節(jié)閥臺增設(shè)旁路，使用口徑較大的調(diào)節(jié)閥時，使用手輪機構(gòu)從投資費用或占地面積都很合算。所以自動操作完成正常和執(zhí)行機構(gòu)*時，由于不使用手動機構(gòu)，為此經(jīng)常要加油防銹。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計算選型分析安裝調(diào)節(jié)閥須注意

(1)氣動調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在便于維護、修理的地方。

(2)當(dāng)選定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑與工藝管徑不同時應(yīng)加裝異接頭進(jìn)行連接。

(3)安裝在有振源的場合，應(yīng)增加防振措施。

(4)安裝時，必須使閥體上或法蘭上的箭頭方向指向介質(zhì)方向。

(5)安裝前，需要認(rèn)真清洗管道內(nèi)焊渣和其它雜物，在安裝后，應(yīng)將閥芯處于zui大開度，并對管道和閥再一次清洗，以防雜物卡住和損傷節(jié)流件。

氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的正確選型、安裝、使用、維修，不僅能夠提高過程控制的可靠性，而且能夠快速解決閥的故障，增加閥的使用壽命對企業(yè)的節(jié)能降耗有著可觀的經(jīng)濟效益。