淺析調(diào)節(jié)閥選型應(yīng)該注意的幾個方面_吳科學(xué)

1、淺析調(diào)節(jié)閥選型應(yīng)該注意的幾個方面一、根據(jù)工藝條件，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)1. 如何選擇調(diào)節(jié)閥的型式（1）調(diào)節(jié)閥前后壓差較小，要求泄漏量較小，一般可選用單座閥。（2）調(diào)節(jié)低壓差、大流量的氣體，可選用蝶閥。（3）調(diào)節(jié)強腐蝕性流體，可選用隔膜閥。（4）既要求調(diào)節(jié)又要求切斷，可選用偏心旋轉(zhuǎn)閥。（5）噪聲較大時可選用套筒閥。2. 如何選擇調(diào)節(jié)閥的材質(zhì)（1）一般應(yīng)選鑄鋼。（2）使用要求不高時（120、1.6 MPa以下）也可選用鑄鐵。（3）高溫（450600 ）或低溫（-60 +250）場合應(yīng)選用1Cr18Ni9Ti。（4）高壓（2232 MPa）場合應(yīng)選用鍛鋼，1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12

2、Mo3Ti。（5）強腐蝕介質(zhì)應(yīng)選1Cr18Ni9Ti。二、根據(jù)工藝對象的特點，選擇合適的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性是介質(zhì)流過調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對位移（調(diào)節(jié)閥的相對開度）間的關(guān)系，一般來說改變調(diào)節(jié)閥的閥心與閥座的流通截面，便可控制流量，但實際上由于多種因素的影響，如在節(jié)流面積變化的同時，還發(fā)生閥前后壓差的變化，而壓差的變化又將引起流量的變化。在閥前后壓差保持不變時，調(diào)節(jié)閥的流量特性稱為理想流量特性；調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性是指閥心位移與流體流通截面積之間的關(guān)系，它純粹由閥心大小和幾何形狀決定，與調(diào)節(jié)閥幾何形狀有關(guān)外，還考慮了在壓差不變的情況下流量系數(shù)的影響，因此，調(diào)節(jié)閥的理想流量特性與結(jié)構(gòu)特性是不同的。

3、理性流量特性主要有線性、等百分比、拋物線及快開四種。在實際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，調(diào)節(jié)閥前后壓差總是變化的，這時的流量特性稱為工作流量特性，因為調(diào)節(jié)閥往往和工藝設(shè)備串聯(lián)或并聯(lián)使用，流量因阻力損失的變化而變化，在實際工作中因閥前后壓差的變化而使理想流量特性畸變成工作特性。調(diào)節(jié)閥的理想流量特性，在生產(chǎn)中常用的是直線、等百分比、快開三種，拋物線流量特性介于直線與等百分比之間，一般可用等百分比來代替，而快開特性主要用于二位式調(diào)節(jié)及程序控制中，因此，調(diào)節(jié)閥的特性選擇是指如何選擇直線和等百分比流量特性。目前調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇多采用經(jīng)驗準(zhǔn)則，可從下述幾個方面考慮。1. 從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的質(zhì)量分析熱交換器的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)如

4、圖所示，它是由調(diào)節(jié)對象、變送器、調(diào)節(jié)儀表和調(diào)節(jié)閥等環(huán)節(jié)組成。圖中K1為變送器的放大系數(shù)， K2為調(diào)節(jié)儀表的放大系數(shù)，K3為執(zhí)行機構(gòu)的放大系數(shù)， K4為調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)，K5為調(diào)節(jié)對象的放大系數(shù)。很明顯，系統(tǒng)的總放大系數(shù)K為：K=K1K2K3K4K5圖熱交換器自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)K1、K2、K3、K4、K5分別為變送器、調(diào)節(jié)儀表、執(zhí)行機構(gòu)、調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)對象的執(zhí)行放大系數(shù)，在負(fù)荷變動的情況下，為使調(diào)節(jié)系統(tǒng)仍能保持預(yù)定的品質(zhì)指標(biāo)；則希望總的放大系數(shù)在調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整個操作范圍內(nèi)保持不變。通常，變送器、調(diào)節(jié)器（已整定好）和執(zhí)行機構(gòu)的放大系數(shù)是一個常數(shù)，但調(diào)節(jié)對象的放大系數(shù)卻總是隨著操作條件變化而變化，所以對象的特

5、性往往是非線性的。因此，適當(dāng)選擇調(diào)節(jié)閥的特性，以閥的放大系數(shù)的變化來補償調(diào)節(jié)對象放大系數(shù)的變化，而使系統(tǒng)的總放大系數(shù)保持不變或近似不變，從而提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的質(zhì)量。因此，調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇應(yīng)符合：K4K5 =常數(shù)對于放大系數(shù)隨負(fù)荷的加大而變小的現(xiàn)象，假如選用放大系數(shù)隨負(fù)荷加大而變大的等百分比特性調(diào)節(jié)閥，便能使兩者相互抵消，合成的結(jié)果，使總放大系數(shù)保持不變，近似于線性。當(dāng)調(diào)節(jié)對象的放大系數(shù)為線性時，則應(yīng)采用直線流量特性，使總放大系數(shù)保持不變。2. 從工藝配管情況考慮調(diào)節(jié)閥總是與管道、設(shè)備等連在一起使用，由于系統(tǒng)配管情況的不同，配管阻力的存在引起調(diào)節(jié)閥上壓降的變化，因此，閥的工作流量特性與閥的理想流

6、量特性也有差異。必須根據(jù)系統(tǒng)特點來選擇希望得到的工作特性，然后再考慮配管情況來選擇相應(yīng)的理想特性。調(diào)節(jié)閥、全部工藝設(shè)備和管路系統(tǒng)上的壓差，稱為系統(tǒng)總壓差。調(diào)節(jié)閥全開時閥前后壓差pmin與系統(tǒng)總壓差p之比稱為S 值，即S=pmin/p考慮工藝配管情況，可參照下表選擇相應(yīng)的理想特性。從上表可以看出，當(dāng)S= 10.6之間時，所選理想特性與工作特性一致。當(dāng)S=0.60.3 時，若要求工作特性是線性的應(yīng)選等百分比，這是因為理想特性為等百分比特性的閥，當(dāng)S=0.60.3時，經(jīng)畸變的工作特性已經(jīng)接近線性了；當(dāng)要求的工作特性為等百分比時，那么其理想曲線應(yīng)比它更凹一些，此時可通過閥門定位器凸輪外廓曲線來補償或采

7、用雙曲線特性來解決。當(dāng)S <0.3 時，直線特性已嚴(yán)重畸變?yōu)榭扉_特性而不利于調(diào)節(jié)，既使是等百分比理想特性，工作特性也已嚴(yán)重偏離理想特性接近于直線特性，雖然仍能進(jìn)行調(diào)節(jié)，但它的調(diào)節(jié)范圍已大大減小，所以一般不希望S 值小于0.3。確定阻力比S 的大小，應(yīng)從兩個方面考慮：首先應(yīng)保證調(diào)節(jié)性能，S值越大，工作特性畸變越小，對調(diào)節(jié)有利；但S 越大說明調(diào)節(jié)的壓差損失越大，造成不必要的動力消耗。一般設(shè)計時取S = 0.30.5 之間，對于高壓系統(tǒng)考慮到節(jié)約動力，允許S= 0.15。對于氣體介質(zhì)，因阻力損失較小，一般S 值都大于0.5。3. 從負(fù)荷變化情況分析直線特性調(diào)節(jié)閥在小開度時流量相對變化值大，過于

8、靈敏容易引起振蕩，使閥心、閥座極易受到破壞，在S值小，負(fù)荷變化大的場合不宜采用。等百分比調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)隨調(diào)節(jié)閥行程增加而增加，流量相對變化值是恒定不變的，因此它對負(fù)荷波動有較強的適應(yīng)性，無論在滿負(fù)荷或半負(fù)荷生產(chǎn)時，都能很好的調(diào)節(jié)，從制造角度來看也并不困難，因此在生產(chǎn)過程中等百分比是應(yīng)用最廣泛的一種。三、根據(jù)工藝操作參數(shù)，選擇合理的調(diào)節(jié)閥尺寸選定了調(diào)節(jié)閥的類型和特性之后，就可進(jìn)一步?jīng)Q定它的尺寸。流通能力是確定調(diào)節(jié)閥口徑的重要依據(jù)，從工藝提供數(shù)據(jù)到算出流通能力，直到閥的口徑確定，需經(jīng)以下幾個步驟：1. 計算流量的確定根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)狀況來計算最大流量Qmax和最小流量Qmin。

9、在計算C 值時應(yīng)按最大流量來考慮，最大流量考慮過多的余量時，使調(diào)節(jié)閥口徑偏大；這不但造成經(jīng)濟(jì)上的浪費，而且更不利的是使調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度，可調(diào)比減小，調(diào)節(jié)性能變壞，嚴(yán)重時甚至引起振蕩，因而大大降低了閥的使用壽命。在選擇最大流量時，應(yīng)根據(jù)對象負(fù)荷的變化及工藝設(shè)備的生產(chǎn)能力來合理確定。對于調(diào)節(jié)質(zhì)量要求高的場合，更應(yīng)以現(xiàn)有的工藝條件來選擇最大流量，但也要注意不能片面強調(diào)調(diào)節(jié)質(zhì)量，以致當(dāng)負(fù)荷變化以及當(dāng)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備經(jīng)過技改或擴建，當(dāng)生產(chǎn)能力稍有提高，調(diào)節(jié)閥就不能適應(yīng)，即需更換。也就是說，應(yīng)當(dāng)兼顧當(dāng)前與今后在一定的范圍內(nèi)擴大生產(chǎn)能力這兩方面的因素，然后合理地確定最大計算流量。2. 計算壓差的決定根據(jù)已

10、選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性及系統(tǒng)特點選擇S值，然后決定計算壓差。要使調(diào)節(jié)閥能起到調(diào)節(jié)作用，就必須在閥前后有一定的壓差，閥上的壓差占整個系統(tǒng)壓差的比值越大，則調(diào)節(jié)流量特性的畸變就越小，調(diào)節(jié)性能就能得到保證，但是閥前后壓差越大，即閥上的壓力損失越大，所消耗的動力越多。因此必須兼顧調(diào)節(jié)性能和動力消耗，合理地計算壓差。系統(tǒng)總壓差是指系統(tǒng)中包括調(diào)節(jié)閥在內(nèi)的與流量有關(guān)的動能損失，如彎頭、管件、節(jié)流裝置、工藝裝置、手動閥門等局部阻力上的壓力損失。（1）選擇調(diào)節(jié)閥的計算壓差主要是根據(jù)工藝管路、設(shè)備等組成系統(tǒng)的總壓降大小及變化情況來選擇，其步如下：1）選擇系統(tǒng)的兩個恒壓點，把離調(diào)節(jié)閥前后最近且壓力基本穩(wěn)定的兩個設(shè)備作

11、為系統(tǒng)的計算范圍。2）計算系統(tǒng)內(nèi)各項局部阻力（除調(diào)節(jié)閥外）所引起的壓力損失的總和pF，按最大流量分別進(jìn)行計算，并求出它們的總和。3）選取S值。S值應(yīng)為調(diào)節(jié)閥全開時閥上壓差pV和系統(tǒng)中壓力損失總和（在最大流量時）之比，即S=pV/（pV +pF）S值一般不小于0.3，通常選S=0.30.5。對于高壓系統(tǒng)，考慮到節(jié)約動力消耗，允許降低到S=0.15。對于氣體介質(zhì)，由于阻力損失較小，調(diào)節(jié)閥上壓差所占的分量較大，一般S 值都大于0.5。但在低壓及真空系統(tǒng)中，由于允許壓力損失較小，所以仍在0.30.5 之間為宜。4）求取調(diào)節(jié)閥壓差pV，按求出的pF及選定的S 值。由下式求出pV即pV=SpF/（1-S）

12、考慮到系統(tǒng)設(shè)備中靜壓經(jīng)常波動影響閥上壓差的變化，使S 值進(jìn)一步下降，如鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，鍋爐壓力波動就會影響調(diào)節(jié)閥上的壓差變化。此時計算壓差還應(yīng)增加系統(tǒng)設(shè)備中靜壓p 的5%10%，即pV=SpF/1-S）+0.050.1）p這里必須注意，在確定計算壓差時，要盡量避免汽蝕和噪聲。（2）減小和防止汽蝕，可以從以下幾個方面考慮：1）壓差避免空化汽蝕的最根本方法，是使調(diào)節(jié)閥的使用壓差p 低于不產(chǎn)生汽蝕的最大壓差pC。但要做到這一點比較困難。一般來說，當(dāng)閥上壓差p <1.5 MPa 時，即使產(chǎn)生汽蝕，但對材質(zhì)的損壞并不嚴(yán)重，不需要采取什么措施。如果p 較高，就要設(shè)法解決汽蝕問題。如：增長節(jié)流通道（

13、把閥心加長、閥座加厚）。在閥座密封面上部增設(shè)阻力。減小壓力恢復(fù)程度。削弱汽蝕。也可在閥前、后加裝限流孔板吸收一部分壓降。2）材料一般來說材料越強抗汽蝕能力越強，由于氣蝕往往發(fā)生在金屬表面，可在閥心、閥座、閥桿等處噴涂或堆焊一層硬質(zhì)金屬，這種方法叫表面硬化處理。采用的材料目前有司太萊合金（一種鈷鉻鎢合金。有Stelite No12、No6）、6YC1 合金（一種鈷鉻鎢合金）、硬質(zhì)工具鋼、碳化鎢等，其中以Stelite No12 應(yīng)用最為廣泛。經(jīng)表面硬化處理后，以奧氏體不銹鋼（ SUS304、1Cr18Ni9Ti）為例，可提高耐汽蝕10 倍以上。在汽蝕嚴(yán)重的場合，也可采用整體硬質(zhì)合金的調(diào)節(jié)閥。3）

14、采用高壓差防空化調(diào)節(jié)閥主要有多級套筒式、多級閥心式、多級疊板式，均根據(jù)多級降壓原理制成，用于壓差接近于、高于10MPa的場合。（3）如何減小、防止噪聲一般來說調(diào)節(jié)閥的噪聲，來源于三個方向：1）振動噪聲這一類噪聲由共振引起，有的表現(xiàn)為振動強烈噪聲不大，有的振動弱噪聲非常大，有的振動和噪聲都很大。顯然，消除共振，噪聲自然就隨之消失。2）液體動力學(xué)噪聲對調(diào)節(jié)閥來講，空化是主要的液體動力學(xué)噪聲源。空化氣泡破損產(chǎn)生高速沖擊，使其局部產(chǎn)生強烈喘流，形成空化噪聲。這種噪聲發(fā)出咯咯聲，與流體中含有沙石發(fā)出的聲音相似，應(yīng)從防止或減小閃蒸、空化上采取措施。3）氣體動力學(xué)噪聲當(dāng)壓縮流體通過調(diào)節(jié)閥的速度大于或等于聲速

15、時，便會產(chǎn)生強烈的噪聲。速度越大，噪聲將明顯增大。避免氣體動力學(xué)噪聲的根本辦法是限制調(diào)節(jié)閥節(jié)流速度，使之低于聲速。3. 流通能力的計算選擇合適的計算公式或圖表，根據(jù)已確定的計算流量和計算壓差，求取最大和最小流量時的Cmax和Cmin值。4. 流通能力C值的選用根據(jù)已求得的Cmax，在所選用的產(chǎn)品型號標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于Cmax值并與其最接近的那一級的C值。5. 調(diào)節(jié)閥開度驗算一般要求最大計算流量時的開度在90%左右，最小計算流量時的開度不小于10%。根據(jù)流量和壓差計算得到的Cmax值，并按照制造廠提供的各類調(diào)節(jié)閥的標(biāo)準(zhǔn)系列選定調(diào)節(jié)閥的口徑。因選定的調(diào)節(jié)閥的C 值大于Cmax值，所以需要驗算調(diào)節(jié)

16、閥工作時的開度。一般最大流量時調(diào)節(jié)閥的開度應(yīng)在90%左右，若最大開度過小，說明調(diào)節(jié)閥選得過大，它經(jīng)常在小開度下工作，造成調(diào)節(jié)性能下降和經(jīng)濟(jì)上的浪費。最小開度，希望不小于10%，否則，閥心、閥座受流體沖蝕嚴(yán)重，特性變壞，甚至失靈。流量特性不同，閥的相對開度和相對流量的對應(yīng)關(guān)系也不同，理想特性和工作特性又有差別，因此驗算開應(yīng)根據(jù)閥的特性進(jìn)行。調(diào)節(jié)閥流量特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Q/Qmax=f（l/L）式中Q/Qmax相對流量調(diào)節(jié)閥某一開度下的流量與全開流量之比；l/L相對位移調(diào)節(jié)閥某一開度閥心位移與全開位移之比。6. 調(diào)節(jié)閥可調(diào)比的驗算：一般要求實際可調(diào)比不小于10。調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比就是調(diào)節(jié)閥所控制的最

17、大流量與最小流量之比，也稱為可調(diào)范圍，若以R 來表示，則R=Qmax/Qmin要注意最小流量和泄漏量是不同的。最小流量是指可調(diào)流量的下限值，它一般為最大流量的2%4%；而泄漏量是閥全關(guān)時泄漏的量，它僅為最大流量的0.01%0.1%。也就是說理想可調(diào)比等于最大流通能力與最小流通能力之比，它反映了調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)能力的大小，是以結(jié)構(gòu)設(shè)計決定的。調(diào)節(jié)閥在實際工作中總是與管路系統(tǒng)相串聯(lián)或與旁路閥并聯(lián)，隨管路系統(tǒng)的阻力變化或旁路閥開啟程度的不同，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比也發(fā)生相應(yīng)變化，此時的可調(diào)比稱為實際可調(diào)比。由于在選擇調(diào)節(jié)閥口徑時，已使閥的C 值大于計算的Cmax值，特別是在使用時對最大開度和最小開度的限制，都會使

18、可調(diào)比下降，一般R 值只有10 左右。此外，還受到工作流量特性畸變的影響，使可調(diào)比下降。當(dāng)選用的調(diào)節(jié)閥不能同時滿足工藝上最大流量與最小流量的調(diào)節(jié)要求時，除增加系統(tǒng)壓力外，可采用兩個調(diào)節(jié)閥進(jìn)行分程控制來滿足可調(diào)比的要求。7. 閥座直徑和公稱直徑的決定，驗證合適后，根據(jù)C 值決定。四、根據(jù)閥桿受力的大小，選擇足夠推力的執(zhí)行機構(gòu)1. 如何選擇氣動執(zhí)行機構(gòu)選擇氣動執(zhí)行機構(gòu)時主要考慮以下幾個因素。（1）一般標(biāo)準(zhǔn)組合的調(diào)節(jié)閥所規(guī)定的允許誤差是否滿足工藝操作時閥上壓降的要求。在大壓差的情況下，一般要計算閥心所受的不平衡力和執(zhí)行機構(gòu)的輸出力，使其滿足：F1.1（Ft + F0）式中F執(zhí)行機構(gòu)的輸出力；Ft閥心

19、所受不平衡力；F0閥座緊壓力，一般按全關(guān)時，以200 N估算。（2）執(zhí)行機構(gòu)的響應(yīng)速度是否滿足工藝的操作要求。一般應(yīng)優(yōu)先選用薄膜執(zhí)行機構(gòu)，當(dāng)薄膜執(zhí)行機構(gòu)不能滿足上述兩項要求時，應(yīng)選用活塞執(zhí)行機構(gòu)。調(diào)節(jié)口徑大或壓差高時，可選用活塞執(zhí)行機構(gòu)。雙位式調(diào)節(jié)閥一般選用無彈簧氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)。大轉(zhuǎn)矩蝶閥應(yīng)選用氣動長行程執(zhí)行機構(gòu)。氣動薄膜（有彈簧）執(zhí)行機構(gòu)的行程規(guī)格有10mm、16mm、25mm、40mm、60mm、100mm。薄膜有效面積有200 cm2、280cm2、400cm2、630cm2、1000cm2、1600cm2 六種規(guī)格。有效面積越大，執(zhí)行機構(gòu)的位移和推力也越大，可按實際需要進(jìn)行選擇。2.

20、 如何選擇電動執(zhí)行機構(gòu)（1）選擇電動執(zhí)行機構(gòu)需要注意的問題是：執(zhí)行機構(gòu)的輸出力或力矩不但要大于負(fù)荷力或力矩，還應(yīng)合理匹配。（2）直行程執(zhí)行機構(gòu)通常用來推動直通單座閥、雙座閥、三通閥、角閥等，它直接安裝在閥體上與閥桿連接。（3）角行程電動執(zhí)行機構(gòu)通常用來推動蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等，除直接安裝在閥體上與閥桿連接外，還可通過連桿、杠桿、鋼索等與閥軸連接。要求執(zhí)行機構(gòu)的有效角位移與調(diào)節(jié)機構(gòu)全開到全關(guān)之間的動作范圍相同。如有不符，可用改變曲柄長度的辦法進(jìn)行調(diào)整。（4）多轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機構(gòu)通常用來推動閘閥、截止閥等，它直接安裝在閥體上與閥桿連接。五、根據(jù)需要選擇合適的輔助裝置1. 氣動調(diào)節(jié)閥的輔助裝置閥門定位器：包括電氣閥門定位器和氣動閥門定位器，用于改善調(diào)節(jié)閥工作特性，實現(xiàn)正確定