過程控制中氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選擇和使用

1、過程控制中氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選擇和應(yīng)用摘要：闡述了自動(dòng)控制過程中氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的地位以及對(duì)一定的控制過程，為了實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的調(diào)節(jié)，怎樣從優(yōu)選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性和各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制過程 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 流量特性 調(diào)節(jié)閥流通能力1、前言在過程自動(dòng)控制領(lǐng)域中，一個(gè)工藝控制過程是否能滿足各項(xiàng)工藝控制指標(biāo)，控制過程是否平穩(wěn)；超調(diào)量、衰減比、擾動(dòng)是否在規(guī)定的范疇之內(nèi)；是否問穩(wěn)、快、準(zhǔn)，除了工藝設(shè)計(jì)合理，設(shè)備先進(jìn)外，重要的一點(diǎn)就是調(diào)節(jié)閥是否能根據(jù)主體控制意識(shí)而準(zhǔn)確動(dòng)作，使過程主體的控制意識(shí)體現(xiàn)為物料能量和流量精確變化。在流程自動(dòng)控制過程中，就是因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥質(zhì)量不過關(guān)，流量特性差，滲漏大，動(dòng)作不可靠而使自動(dòng)控制過程

2、失去高品質(zhì)調(diào)節(jié)，或調(diào)節(jié)品質(zhì)差，滲漏大，更有甚者失去調(diào)節(jié)作用，而給生產(chǎn)帶來重大損失，大大地增加勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度。從這個(gè)意義上講，調(diào)節(jié)閥的選擇與應(yīng)用越來越來被人們重視是不可或缺的。2、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量特性2.1調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比我們用可調(diào)比來衡量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)控制能量，當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩側(cè)的差壓為定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量qmax和最小流量qmin之比，或能控制的最大流通能力Cmax和最小流通能力Cmin之比，稱為調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比R。R=qmax/qmin=Cmax/Cmin (1)2.2壓降比S對(duì)串聯(lián)、并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的影響2.2.1壓降比S調(diào)節(jié)閥的壓降比定義為該調(diào)節(jié)閥可控制的最大流量所對(duì)應(yīng)閥門前后的差壓P

3、min和系統(tǒng)總差壓P之比.S=Pmin/P2.2.2 S對(duì)串聯(lián)管道中調(diào)節(jié)閥的影響當(dāng)調(diào)節(jié)閥用于串聯(lián)管道時(shí)，實(shí)際的可調(diào)比與S的平方根成正比。2.2.3 S對(duì)并聯(lián)管道中調(diào)節(jié)閥的影響當(dāng)調(diào)節(jié)閥用于并聯(lián)管道時(shí)，該并聯(lián)管道流量總流量qt分為兩路：一路是調(diào)節(jié)閥控制流量qc,另一路是旁路流量qb,qt=qc+qb.實(shí)際上，由于旁路流量的分流，調(diào)節(jié)器的實(shí)際可調(diào)比下降了，旁路閥門開的越大，調(diào)節(jié)閥的控制能力越小。旁路程度恰好說明了這個(gè)問題。旁路程度x為x=(調(diào)節(jié)閥全開時(shí)流過調(diào)節(jié)閥的流量）/(系統(tǒng)總管的最大流量）1 (3) 調(diào)節(jié)閥在并聯(lián)管道中實(shí)際可調(diào)比隨著旁路程度x值的減小而迅速降低，在使用中盡量不使用旁路。但若兩個(gè)或

4、以上調(diào)節(jié)閥并聯(lián)且同時(shí)工作時(shí)需注意x對(duì)實(shí)際可調(diào)比的影響。如下圖所示。圖8、圖9為并聯(lián)管路中直線閥、等百分比閥隨x畸變特性曲線。2.3 調(diào)節(jié)閥的流量特性2.3.1 調(diào)節(jié)閥的理想流量特性調(diào)節(jié)閥的理想流量特性是指被調(diào)介質(zhì)流過調(diào)節(jié)閥相對(duì)流量與閥門相對(duì)開度之間的關(guān)系。在調(diào)節(jié)閥前后壓差不變的條件下，其流量特性是理想流量特性。常用的調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有直線、等百分比、快開和拋物線四種特性，如圖10所示。相對(duì)流量：qr=q/qmax*100% (4) 其中：q-在某一開度時(shí)刻通過調(diào)節(jié)閥的流量；qmax-調(diào)節(jié)閥全開時(shí)通過閥門的流量。2.3.2 調(diào)節(jié)閥的工作流量特性在實(shí)際生產(chǎn)中管道系統(tǒng)除了調(diào)節(jié)閥外還有其它串聯(lián)或并

5、聯(lián)管道。因此，在生產(chǎn)中調(diào)節(jié)閥前后的差壓通常是變化的，在這種情況下相對(duì)流量與相對(duì)開度之間的關(guān)系稱為工作流量特性。具體如下：（1）、線性閥：在小開度時(shí)流量變化大，而大開度流量變化?。恍∝?fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)性能過于靈敏而產(chǎn)生振蕩，大負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)遲緩而不及時(shí)；適用性較小。（2）、等百分比閥：每改變單位行程引起的流量變化的百分率是相等的使用等百分比調(diào)節(jié)閥在全行程范圍內(nèi)工作都比較平穩(wěn)，尤其在大開度時(shí)，放大倍數(shù)也大，工作更為靈敏有效。應(yīng)用廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)。（3）、拋物線閥：其特性介于線性和等百分比之間，即是一條拋物線，即流量與行程的平方成正比；調(diào)節(jié)性能較為理想，但閥芯加工制作比較困難。3調(diào)節(jié)閥的流通能力所謂調(diào)節(jié)閥的流通

6、能力C是指調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過調(diào)節(jié)閥的流體體積流量和質(zhì)量，它反映了調(diào)節(jié)閥的流量特性。C值在一定條件下可定義為:在前后差壓為100KPa，水的密度為1000kg/m的條件下，每小時(shí)通過閥門水的立方數(shù)。部分國(guó)產(chǎn)調(diào)節(jié)閥流通能力C值如表2所示。 表2 調(diào)節(jié)閥的流通能力C值表4 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選用4.1 調(diào)節(jié)閥類型的選擇主要是依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)被控工藝介質(zhì)的特點(diǎn)、控制要求、安裝環(huán)境等結(jié)合調(diào)節(jié)閥本身的流量特性和結(jié)構(gòu)而進(jìn)行選用，如表3所示。表3 調(diào)節(jié)閥應(yīng)用特性在選用調(diào)節(jié)閥時(shí)還應(yīng)考慮上閥蓋的形式和所用的填料。當(dāng)使用工作溫度為-20+250時(shí)，只需采用普通的結(jié)構(gòu)；當(dāng)工作溫度為-60+450，應(yīng)采用閥蓋上多層散熱結(jié)構(gòu)

7、。還有波紋管的波紋室封密閥蓋主要用于劇毒、易揮發(fā)、易滲透等重要介質(zhì)的場(chǎng)合。調(diào)節(jié)閥常用的密封填料為聚四氟乙烯和石棉繩填料，雖然前者比后者昂貴但密封效果卻好得多。氣開、氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥的選擇應(yīng)根據(jù)當(dāng)氣源中斷時(shí)，調(diào)節(jié)閥處于打開或關(guān)閉的位置對(duì)工藝生產(chǎn)造成危害性大小而定。若閥門處于打開位置時(shí)危害性小則選用氣關(guān)式，動(dòng)作過程：有氣則關(guān)閉，無氣則開啟；若閥門處于關(guān)閉位置時(shí)危害性小則選用氣開式，動(dòng)作過程：有氣則開啟，無氣則關(guān)閉。4.2 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇調(diào)節(jié)閥口徑的選擇應(yīng)遵循以下原則：（1）根據(jù)所選擇的C值和流量特性，驗(yàn)證調(diào)節(jié)閥開度是否合適。一般閥開度為行程的90%10%，即演算Cmax/C90%；Cmin/C10%

8、.其中;Cmax-工藝提出的最大流通能力；Cmin-工藝提出的最小流通能力。（2）驗(yàn)算工藝所要求的最大流量與最小流量的比值是否小于所選調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)范圍。（3）一般情況下，等百分比閥最大流量宜在90%，直線閥宜在70%，拋物線閥宜在80%，見表4表4 調(diào)節(jié)閥C值計(jì)算表4.3 調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇（1）從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)分析考慮原則：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(bǔ)償調(diào)節(jié)閥對(duì)象放大系數(shù)的變化，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)總的放大系數(shù)保持不變的控制效果，如下圖所示：（2）從工藝配管情況分析如前所述調(diào)節(jié)閥流量特性與S壓降比有密切關(guān)系，因此在選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)應(yīng)結(jié)合工藝配管情況加以考慮，見表6.（3）從負(fù)荷變化情況分析直線閥在小開度時(shí)流量變化大，調(diào)節(jié)過于靈敏，容易引起振蕩，因此在S小負(fù)荷變化大的場(chǎng)合不宜使用；等百分比閥的放大系數(shù)隨閥門行程增大而增大，流量相對(duì)變化是恒定不變，因此它適合負(fù)荷變化幅度大