智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥選型原則

隨著我國有色行業(yè)的迅猛發(fā)展，氣動薄膜調(diào)節(jié)閥由于結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用可靠、防火防爆等特點，廣泛應(yīng)用于氧化鋁的生產(chǎn)過程。而作為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要一環(huán)，它的工作狀態(tài)的好壞將直接影響自動控制過程，本文以自己的工作實踐為基礎(chǔ)，詳細敘述氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的工作原理、選型過程、安裝及維修。

 智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥選型原則根據(jù)使用要求選型

氣動薄膜調(diào)節(jié)閥由閥芯和閥體(包括閥座)兩部分組成，按不同的使用要求有不同的結(jié)構(gòu)形式，目前上海彬米閥門制造有限公司使用的氣動薄膜調(diào)節(jié)閥主要有：直通單座閥、雙座調(diào)節(jié)閥和高壓角式調(diào)節(jié)閥。直通單座閥泄漏量小，流體對單座閥芯的推力所形成的不平衡力很大，因此直通單座閥適用于要求泄漏量小、管徑小和閥前后壓差較低的場合。直通雙座閥閥體內(nèi)有上下兩個閥芯，由于流體作用于上下閥芯的推力方向相反而大致抵消；所以雙座閥的不平衡力很小，允許閥前后有較大的壓差。但由于閥體內(nèi)流路復(fù)雜，用于高壓差時對閥體的沖蝕損傷較嚴(yán)重，不宜用于高粘度、含懸浮顆粒或含纖維的介質(zhì)。此外由于受加工條件的限制，雙座閥上下兩個閥芯不易同時關(guān)嚴(yán)，所以關(guān)閉時泄漏量大，尤其是在高溫或低溫的場合下使用時，因材料的熱膨脹系數(shù)不同，更易引起嚴(yán)重的泄漏。角式高壓閥閥體為直角式，流路簡單、阻力小，受高速流體的沖蝕也小，特別適用于高壓差、高粘度和含懸浮物顆粒狀物質(zhì)的流體，也可用于處理汽液混相，易閃蒸汽蝕的場合。這種閥體可以避免結(jié)焦、粘結(jié)和堵塞，便于清潔和自凈。

1.2 根據(jù)安全性選型

氣動薄膜調(diào)節(jié)閥有氣開閥和氣閉閥兩種形式。根據(jù)不同生產(chǎn)工藝上的安全和使用要求考慮，當(dāng)信號壓力中斷時調(diào)節(jié)閥處于打開或關(guān)閉位置，對工藝生產(chǎn)造成的危害性大小而定。如果閥門處于關(guān)閉位置時危害小，則選用氣開閥，信號壓力中斷時，使調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉位置，反之，則選用氣閉閥。

1.3 流量特性

在自控系統(tǒng)的設(shè)計過程中選擇氣動薄膜調(diào)節(jié)閥應(yīng)著重考慮流量特性。典型的理想特性有直線流量特性、等百分比流量特性(對數(shù)流量特性)、快開流量特性和拋物線流量特性四種。直線流量特性在相對開度變化相同的情況下，流量小時流量相對變化值大；流量大時，流量相對變化值小。因此，直線流量調(diào)節(jié)閥在小開度(小負荷)情況下調(diào)節(jié)性能不好，不易控制，往往會產(chǎn)生振蕩，故直線流量特性調(diào)節(jié)閥不宜用于小開度的情況，也不宜用于負荷變化較大的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而適用于負荷比較平穩(wěn)，變化不大的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥在小負荷時調(diào)節(jié)作用弱，大負荷調(diào)節(jié)作用強，它在接近關(guān)閉時調(diào)節(jié)作用弱，工作和緩平穩(wěn)，而接近全開時調(diào)節(jié)作用強，工作靈敏有效，在一定程度上，可以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，因此它適用于負荷變化較大的場合，無論在全負荷生產(chǎn)和半負荷生產(chǎn)都較好的起調(diào)節(jié)作用。

1.4 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇

應(yīng)根據(jù)已知的流體計算出所要求的流量系數(shù)CV，再根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)表選取合適的調(diào)節(jié)閥口徑。在計算CV 時要注意液體、氣體、水蒸氣和其它蒸氣的區(qū)別。

氣動薄膜調(diào)節(jié)閥主要結(jié)構(gòu)和工作原理

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。

智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥選型原則工作原理：

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。

智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥選型原則主要零件材料

 ■主要技術(shù)參數(shù) 

注：可為用戶提供ANSI、JIS法蘭的產(chǎn)品,結(jié)構(gòu)長度也可按用戶需要確定。

   
 ■智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥選型原則執(zhí)行機構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)

■智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥選型原則性能指標(biāo)

注：本產(chǎn)品執(zhí)行GB/T4213-92國家標(biāo)準(zhǔn)。

智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥選型原則氣動薄膜調(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，由工藝提供的大流量和對應(yīng)的小壓差。計算出 Cmax，便可選取合適的閥。

4智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥選型原則 氣動薄膜調(diào)節(jié)閥應(yīng)用實例

沉降工段負責(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，由閥門定位設(shè)備和調(diào)節(jié)閥組成。閥門定位設(shè)備采用了位移式氣動閥門定位設(shè)備，其負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。見圖 1。

圖中 A 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/CKFAE、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設(shè)備的電氣轉(zhuǎn)換，定位設(shè)備接受來自調(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，使閥門的位置達到給定值 Y，從而達到調(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。采用閥門定位設(shè)備后，正作用定位設(shè)備的輸人信號從 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，使定位設(shè)備的輸出特性發(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。總之，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。