ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理

ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理

隨著工業自動化程度的不斷提高，調節閥作為自動調節系統的最終執行元件，在化工企業得到越來越廣泛的應用，調節閥應用的好壞直接關系著生產的質量與安全。因此，結合長期從事氣動元件的設計，增壓設備選型及安裝、調試及維護的經驗，談一談氣動薄膜調節閥結構組成、工作原理及選型。



一、ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理

　氣動調節閥是以壓縮氣體（常采用凈化壓縮空氣）為動力源，以氣缸為執行器，并根據實際需求可選配電/氣閥門定位器、電/氣轉換器、電磁閥、保位閥、儲氣罐、氣體過濾/減壓/油霧分離器等附件去驅動閥門，來實現調節目標，接收工業自動化控制系統的控制信號來完成調節管道介質的，比如流量、壓力、溫度、液位等各種工藝過程參數。
2、氣動調節閥工作原理
自工業控制系統如DCS、PLC等系統送出4-20ma電流信號，送至氣動調節閥定位器。定位器根據所接收到的電流值，自動調節壓縮空氣量（壓力）的大小，并將壓縮空氣送至膜室上/下腔。當膜室內的氣壓大于彈簧的彈力范圍及閥體內部壓力和其它阻力時，就可以推動閥芯、閥桿、推桿等構件自由運動了。
3、氣動調節閥的彈簧范圍
彈簧范圍：是指一臺閥在靜態啟動時的膜室壓力到走行程時的膜室壓力。20～100KPa，表示這臺閥靜態啟動時膜室壓力是20KPa，關閉時的膜室壓力是100KPa。常用的彈簧范圍有20～100KPa、20～60KPa、60～100KPa、60～180KPa、40～200KPa。



ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理氣動薄膜結構組成
氣動執行器由執行機構和調節機構組成。執行機構包括：氣動薄膜、氣動活塞、氣動長行程3種，調節機構為：閥、閘板、調節閥等，有直、角行程兩種。
2、氣動薄膜調節閥工作原理
0.2～1kg／cm的信號壓力輸人薄膜氣室中，產生的推力使推桿部件移動、彈簧被壓縮產生的反作用力與信號壓力在薄膜上產生的推力相平衡。推桿的移動即是氣動薄膜執行機構的行程。正作用式：當薄膜氣室內輸人信號壓力時，使推桿部件向下移動。反作用式：當薄膜氣室內輸人信號壓力時，使推桿部件向上移動。 



二、ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理的選型
調節閥是直接接觸工藝介質的控制機構，承受著流體的壓力、溫度、沖刷、腐蝕和磨損。惡劣工況下不乏調節閥卡塞、振動、泄漏、流量特性失真甚至 閥芯脫落的現象。在長期的機械疲勞、熱沖擊和化學腐蝕作用下，調節閥的使用性能逐漸下降。實際上調節閥的使用壽命難以估計，最重要的因素是需要設計者了解工藝要求及使用工況。



1、ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理的選用
在調節閥的選用中，必須首先考慮是否能達成工藝目的，滿足控制要求以及長期穩定使用。調節回路參數的整定耗時費力，其重要的原因便是調節閥的流量特性很難做到理想曲線。控制器采用計算機技術已能使P I D算法接近數學期望值，但通過調節閥動作得到的流量特性總是偏離理想值，需要多次調整才能穩定。對于單回路而言，可以放寬控制強度得到較好的穩定性；而串級回路中，副回路需要較好的快速響應及自我穩定性才能跟隨主回路的變化。在化工企業中常用的串級調節回路主回路為溫度（液位）調節，副回路為流量調節，如圖1所示。



流量回路響應快速，易造成調節閥振蕩，使整個串級回路波動。相對P形閥芯，采用V形閥芯有利于提升控制品質。它具有不對稱結構，定點徑向力震動性小，有利于閥芯穩定，延長使用壽命，并且遠離流體沖刷區，有利于保護閥芯／座，避免湍流損壞此外，等百分比流量特性是嚴格的等百分比曲線，在任何口徑下，不改變曲線特性，工作范圍20％～90％。
在化工裝置中，常存在有多種有毒介質。在CS2裝置中典型的有毒介質CS2。從安全、環保的角度應采用低泄漏閥。調節閥的泄漏源主要為閥桿與填料間隙，為保證閥桿動作自如，必須與填料有一定間隙。對于低沸點介質很容易從此處泄漏出來。
采用波紋管密封可解決這個問題。傳統的波紋管受材質和加工工藝限制，使用壽命不長。閥門應具，這樣才能防止任何有毒及易燃爆氣體散逸到大氣中，采用軟密封的閥芯／座配合，可達到零內泄漏，且使用次數（閥門全開到全關）在160萬次以上，同時可以加載波紋管檢漏裝置，更能保證閥門的安全性，保護人身及環境安全。



在CS2裝置中液態硫磺介質在一定的溫度下維持液態，如遇冷即結晶，工藝上此類管道設計為夾套管。調節閥也必須為夾套閥。許多廠家為降低制造成本，采取夾套外購的方式，將夾套與閥體固定在一起，通過夾套壁傳熱。金屬之間很難作到無間隙，造成傳熱死角。要選擇將夾套焊接在閥體上，采用下進上出的方式，獨立循環系統使得介質能夠均勻分布到閥體的各個部分；不改變原閥門的尺寸，方便安裝，拆卸簡便；結構小巧獨立，不受管道干擾，也不對其他管件產生影響。這種夾套必須經過水壓試驗及探傷，使成本上升，但無保溫死角。以上從工藝角度討論了調節閥選型的特殊要求，在滿足工藝需要的前提下，閥門的使用壽命與工作狀況直接相關。在計算書上除了開度、噪聲等結果，還應密切注意出口流速的值，原則上液體的出口流速不應 >3 m／s，而對于氣體或蒸汽則不應>3Mach，在選型的過程中，如果忽略了這個值而單純地看開度和噪聲，過高的流速會造成對閥門內件的損害，從而使閥門的使用壽命不能得到保障。



三、ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理主要零件材料

零件名稱	材料
閥體、閥蓋	ZG230~450、WCB、304、316、304L、316L
閥芯、閥座	304、316、304L、316L
波紋膜片	丁腈橡膠夾增強滌綸織物
填料	聚四氟乙烯、柔性石墨
彈簧	60Si2Mn
膜蓋	A3
閥桿、推桿	304、316、304L、316L
墊片	聚四氟乙烯、石墨墊片、金屬纏繞墊片

四、ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理主要參數與性能指標



1.主要參數                                                                                                                  表2

公稱通徑DN(mm)		20	25	32	40	50	65	80	100	125	150	200
額定流量系數 Kv	直線	6.9	11	17.6	27.5	44	69	110	176	275	440	550
	等百分比		10	16	25	40	63	100	160	250	400	500
額定行程(mm)		16		25			40			60
公稱壓力PN(MPa)		1.6 、4.0
固有流量特性		直線等百分比
固有可調比 R		50
氣動執行機構	正作用	PM280B		PM400B			PM600B				PM1000B
	反作用	PM280K		PM400B			PM600K				PM1000K
膜片有效面積 Ae (cm2)		280		400			600				1000
彈簧范圍 Pr(MPa)		20～100、40～200、80～240
氣源壓力Ｐs(MPa)		0.14、0.25、0.28、0.40
定位器輸入信號		4~20、0~10mA·DC及其它控制信號或以上信號分程控制

2.ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理主要性能指標                                                                                                              表3      

序號	項目			標準型調節閥		高溫型調節閥
				不帶定位器	帶定位器	不帶定位器	帶定位器
1	基本誤差(%)			±5	±2.0	±15	±4
2	回差(%)			3	2.0	10	3
3	死區(%)			3	0.8	8	1
		氣開	始點	±2.5		±6	±2.5
4	始終點偏差(%)		終點	±5	±2.5	±15
		氣關	始點	±5		±15
			終點	±2.5		+6
5	額定行程偏差 (%)			+2.5	+2.5	+6	+2.5
6	允許泄漏量			Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級
7	額定流量系數偏差（%）			±10
8	固有流量特性偏差			符合 IEC534-1和 GB/T4213-92中規定的斜率偏差要求

注：本產品性能指標貫徹 GB/T4213-92標準



三、ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理結語
氣動調節閥作為調節系統的終端設備，在化工企業被廣泛的應用。但必須正確的選擇才能達到理想的調節效果。氣動薄膜精小型單座調節閥（ZXP氣動調節閥）采用頂導向結構，配用多彈簧薄膜執行機構。具有結構緊湊、重量輕、動作靈敏、流體通道呈～流線型、壓降損失少、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優點。廣泛應用于精確控制氣體、液體、蒸汽等介質，工藝參數如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。特別適用于允許泄漏量小閥前后壓差不大的工作場合。



        本系列產品有標準型、調節切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型、低溫型、高溫散熱型等多個品種。  產品公稱壓力等級有PN16、25、40、64(63)：20(Class150)、50(Class300)、110((Class600)口徑范圍DN15～250。適用流體溫度由-250℃～+550℃范圍內多種檔次。泄漏量標準有Ⅳ級或Ⅵ級。流量特性有線性或等百分比。設計單位及用戶可根據具體工況進行選擇。本公司產品可與國產ZMAP、ZMBP、ZJHP(精小型)、ZHAP、ZHBP、VP、HTS、ZHTS、HLS、HTS型等單座調節閥等效。