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氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析

調(diào)節(jié)閥根據(jù)驅(qū)動(dòng)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(jì)算選型是指在選用調(diào)節(jié)閥時(shí)，通過對(duì)流經(jīng)閥門介質(zhì)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)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(jì)算選型是確保調(diào)節(jié)閥使用效果的重要環(huán)節(jié)。

氣動(dòng)執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：氣動(dòng)薄膜、氣動(dòng)活塞、氣動(dòng)長(zhǎng)行程三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)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(shí)的信號(hào)壓力輸人薄膜氣室中，產(chǎn)生推力使推桿部件移動(dòng)、彈簧被壓縮產(chǎn)生的反作用力與信號(hào)壓力在薄膜上產(chǎn)生的推力相平衡。推桿的移動(dòng)即是氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程。正作用式：當(dāng)薄膜氣室的信號(hào)壓力為零時(shí)，推桿部件位于下方，當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號(hào)壓力時(shí)，使推桿部件向下移動(dòng);反作用式：當(dāng)薄膜氣室的信號(hào)壓力為零時(shí)，推桿部件位于上方，當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號(hào)壓力時(shí)，使推桿部件向上移動(dòng)。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)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(duì)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(duì)數(shù)）

等百分比特性的相對(duì)行程和相對(duì)流量不成直線關(guān)系，在行程的每一點(diǎn)上單位行程變化所引起的流量的變化與此點(diǎn)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(diǎn)是流量小時(shí)，流量變化小，流量大時(shí)，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(duì)行程和相對(duì)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(shí)，流量相對(duì)值變化小，流量小時(shí)，則流量相對(duì)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(chǎng)合的要求不同，挑選其中任何一種流量特性。

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

1.1流量系數(shù)符號(hào)：
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(guó)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(shí)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(jì)算公式
1.2.1 一般液體的Kv值計(jì)算

式中：P1—閥入口絕對(duì)壓力KPa 2—閥出口絕對(duì)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(duì)壓力KPa）
PC—物質(zhì)熱力學(xué)臨界壓力（絕對(duì)壓力KPa）
1.2.2 高粘度液體Kv值計(jì)算
當(dāng)液體粘度過高時(shí)，按一般液體公式計(jì)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(shí)計(jì)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(jì)算雷諾數(shù)Rev公式如下：
對(duì)于只有一個(gè)流路的調(diào)節(jié)閥，如單座閥、套筒閥、球閥等:
對(duì)于有二個(gè)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—?dú)怏w的KV值計(jì)算

式中：P1—閥入口絕對(duì)壓力KPa P2—閥出口絕對(duì)壓力KPa
Qg—?dú)怏w流量 Nm3/h G—?dú)怏w比重（空氣=1）
t—?dú)怏w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(shí)，Z=1；當(dāng)介質(zhì)工作壓力＞10MPa時(shí)，Z＞1，具體值查有關(guān)資料。
1.4 可壓縮流體—蒸汽的KV值計(jì)算
1.4.1 飽和蒸汽的KV值計(jì)算

式中：P1—閥入口絕對(duì)壓力KPa P2—閥出口絕對(duì)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(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析

1.4.2 過熱蒸汽的KV值計(jì)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(jì)算
兩相流流體的Kv值計(jì)算公式如下：

式中：P1、P2的含義及單位同前； Wg—?dú)怏w、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—?dú)怏w壓力恢復(fù)系數(shù)； f(x,k)—壓差比修正系數(shù)；
T1—入口絕對(duì)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(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析

2.氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)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(jì)算出來后，就要對(duì)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(duì)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(shí)的相對(duì)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(jì)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(yàn)算，防止流速過高對(duì)閥門產(chǎn)生的沖擊、振動(dòng)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(gè)規(guī)格，如：
接管直徑為DN250（10″）時(shí)，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(shí)（一般為85dB）,應(yīng)考慮低噪聲結(jié)構(gòu)，但是有兩種場(chǎng)合除外：
a.閥門遠(yuǎn)離人區(qū)； 

b.常閉閥。

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

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(chǎng)合，達(dá)IV級(jí)泄漏標(biāo)準(zhǔn)，ZXPQ型軟密封結(jié)構(gòu)閥芯達(dá)VI級(jí)泄漏標(biāo)準(zhǔn)。
3、閥體按流體力學(xué)原理設(shè)計(jì)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(jī)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(duì)移動(dòng)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(chǎng)合。

氣動(dòng)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(qiáng)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(qiáng)滌綸織物
☆彈簧：60SIMN
☆閥桿、推桿：2Cr13、1Cr18Ni9Ti
☆襯套：2Cr13

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)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(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析氣動(dòng)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(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析氣動(dòng)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(duì)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(shí)相對(duì)流量與相對(duì)開度(行程)的關(guān)系：Q/Qmax=f×l/L式中，Q 為某一開度時(shí)，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(shí)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(duì)數(shù)特點(diǎn)、拋物線特性等。拋物線特性介于直線和對(duì)數(shù)之間。經(jīng)計(jì)算、分析，直線特性調(diào)節(jié)閥工作在小開度時(shí)調(diào)節(jié)性強(qiáng)，相對(duì)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(shí)，相對(duì)變化率下，調(diào)節(jié)性能弱，太遲鈍，大的干擾不能很*服;對(duì)數(shù)特性是指單位開度變化所引起的相對(duì)流量變化值與此點(diǎn)相對(duì)流量成正比.經(jīng)計(jì)算、分析，對(duì)數(shù)閥在小開度時(shí)放大倍數(shù)小，緩和平衡，利于操作控制，而在大開度時(shí)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(duì)數(shù)、快開特性，一般選取直線、對(duì)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(duì)于比較難控制和要求較嚴(yán)的對(duì)象，從以下幾個(gè)方面考慮：

a、用調(diào)節(jié)閥的非線性去補(bǔ)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(dòng);

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(jì)算方法和調(diào)節(jié)閥口徑的確定

C 值的定義：我國(guó)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(shí)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(shí)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(duì)應(yīng)的zui小壓差。計(jì)算出 Cmax，便可選取合適的閥。

4 氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥應(yīng)用實(shí)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(dòng)調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)流量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工藝環(huán)境或計(jì)算，氣動(dòng)閥采用了美國(guó) FISHER-ROSEMOUNT 公司生產(chǎn)的氣動(dòng)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(dòng)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(cè)量組件的剛度;K 為三級(jí)功率放大器的放大倍數(shù);KL 為輸人信號(hào)傳動(dòng)杠桿比;KF 為反饋信號(hào)傳動(dòng)杠桿比;KV/(TVs+1) 是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)，是一個(gè)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(jī)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(shí)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(hào) P 之間的傳遞函數(shù)：

W(s)=Y/P≈AEKL/CKF

AE、KL、C、KF 一定時(shí)，Y 與 P 之間成一一對(duì)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(hào)(4~20mA)，這個(gè)信號(hào)改變執(zhí)行機(jī)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(dòng)作和流量特性在應(yīng)用過程中，由于生產(chǎn)需要將一臺(tái)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(jī)構(gòu)。在現(xiàn)場(chǎng)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(hào)從 20~100kPa 變化時(shí)，它的輸出信號(hào)從 20~100kPa 變?yōu)?100~20kPa 即可。具體結(jié)構(gòu)中，用到一個(gè)凸輪和兩個(gè)噴嘴。左噴嘴用以實(shí)現(xiàn)正作用，右噴嘴實(shí)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(dòng)機(jī)構(gòu)的配置當(dāng)氣源信號(hào)或電信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，或者當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要元件(膜片、彈黃等)損壞時(shí)，就需把自動(dòng)操作改為手動(dòng)操作，需轉(zhuǎn)動(dòng)手輪維持調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能;另一方面，這種機(jī)構(gòu)也可作為調(diào)節(jié)閥行程的限位器，當(dāng)信號(hào)壓力為零時(shí)，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(jī)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(shí)，選用側(cè)裝式可以根據(jù)工藝的要求安在左或右側(cè)實(shí)現(xiàn)限位?？傊謩?dòng)機(jī)構(gòu)可提高調(diào)節(jié)閥運(yùn)行的可靠性，特別是調(diào)節(jié)閥臺(tái)增設(shè)旁路，使用口徑較大的調(diào)節(jié)閥時(shí)，使用手輪機(jī)構(gòu)從投資費(fèi)用或占地面積都很合算。所以自動(dòng)操作完成正常和執(zhí)行機(jī)構(gòu)*時(shí)，由于不使用手動(dòng)機(jī)構(gòu)，為此經(jīng)常要加油防銹。

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

(1)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在便于維護(hù)、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(shí)應(yīng)加裝異接頭進(jìn)行連接。

(3)安裝在有振源的場(chǎng)合，應(yīng)增加防振措施。

(4)安裝時(shí)，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(duì)管道和閥再一次清洗，以防雜物卡住和損傷節(jié)流件。

氣動(dòng)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(duì)企業(yè)的節(jié)能降耗有著可觀的經(jīng)濟(jì)效益。