氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析

調(diào)節(jié)閥是世界上現(xiàn)代制造業(yè)里非常重要的流體控制元件——合理、正確的選型將為工業(yè)控制系統(tǒng)提高效率、保證生產(chǎn)安全、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益。在生產(chǎn)現(xiàn)場，調(diào)節(jié)閥直接控制著工藝介質(zhì)，有些介質(zhì)成分比較復(fù)雜，尤其是高溫、高壓、易燃、易爆等特殊情況，若選擇不當(dāng)，往往給生產(chǎn)控制帶來困難，以致調(diào)節(jié)質(zhì)量下降，甚至造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。在此僅以蒸汽系統(tǒng)上調(diào)節(jié)閥應(yīng)用為例，來探討調(diào)節(jié)閥的選型。下面根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合相關(guān)資料，對蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥選型過程中應(yīng)該注意的幾個(gè)方面予以闡述。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析如何選擇調(diào)節(jié)閥的型式

首先介紹一下調(diào)節(jié)閥的分類，調(diào)節(jié)閥也被稱為調(diào)節(jié)閥。按驅(qū)動(dòng)方式分可分為自力式和驅(qū)動(dòng)式調(diào)節(jié)閥。按結(jié)構(gòu)形式區(qū)分可以分為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、液動(dòng)調(diào)節(jié)閥。當(dāng)然還有許多種別的分類方法。這些調(diào)節(jié)閥分別有各自的特點(diǎn)和適用場合。如調(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;調(diào)節(jié)低壓差、大流量的氣體，可選用蝶閥;調(diào)節(jié)強(qiáng)腐蝕性流體，可選用隔膜閥;既要求調(diào)節(jié)又要求切斷時(shí)，可選用偏心旋轉(zhuǎn)閥;噪音較大時(shí)可選用套筒閥。這里由于我們只討論蒸汽系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥選型。所以我們一般選用單閥座套筒型氣動(dòng)或者電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析如何選擇調(diào)節(jié)閥的材質(zhì)

根據(jù)介質(zhì)的工作壓力、溫度、腐蝕性、氣蝕沖刷是否嚴(yán)重等選材。一般應(yīng)選鑄鋼;使用要求不高時(shí)(120?℃、1.6?MPa以下)也可選用鑄鐵;高溫高壓(22~32?MPa)場合應(yīng)選用鍛造合金鋼;不銹鋼可用于腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析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)閥的閥芯與閥座的流通截面，便可控制流量。但實(shí)際上由于多種因素的影響，如在截流面積變化的同時(shí)，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(shí)，調(diào)節(jié)閥的流量特性稱為理想流量特性;調(diào)節(jié)閥的流量特性有等百分比特性、線性特性、拋物線特性及快開特性四種。下表是這四種的理想流量特性的對照表。就調(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。我們可以根據(jù)實(shí)際使用場合的要求不同，挑選其中任何一種流量特性。但是，蒸汽系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥一般選擇線性和等百分比流量特性。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析選擇合理的調(diào)節(jié)閥尺寸

當(dāng)我們選定了調(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(gè)步驟：

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析計(jì)算流量

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(jì)算最大流量Qmax和最小流量Qmin。在計(jì)算Cv值時(shí)應(yīng)按最大流量來考慮，但是最大流量考慮過多的余量時(shí)，使調(diào)節(jié)閥口徑偏大;這不但造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，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(shí)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(shí)，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(qiáng)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(kuò)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(kuò)大生產(chǎn)能力這兩方面的因素，然后合理的確定最大計(jì)算流量。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析閥前閥后壓差

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(gè)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(dòng)力越多。因此必須兼顧調(diào)節(jié)性能和動(dòng)力消耗，合理地計(jì)算壓差。調(diào)節(jié)閥的前后壓差ΔP主要是由其閥前壓力P1減去閥后壓力P2得到的。

這里必須注意，在確定計(jì)算壓差時(shí)，要盡量避免氣蝕和噪音。減小和防止氣蝕，可以從以下幾個(gè)方面考慮：

從壓差來看，避免氣蝕的最根本方法，是使調(diào)節(jié)閥的使用壓差ΔP低于不產(chǎn)生氣蝕的最大壓差ΔPC。但要做到這一點(diǎn)比較困難。一般來說，當(dāng)閥上壓差ΔP<1.5MPa時(shí)，即使產(chǎn)生氣蝕，但對材質(zhì)的損壞并不嚴(yán)重，不需要采取什么措施。如果ΔP較高，就要設(shè)法解決氣蝕問題。如：增長節(jié)流通道(把閥芯加長、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;削弱氣蝕;也可在閥前、后加裝限流孔板吸收一部分壓降。

從材料來看，一般來說材料硬度越大強(qiáng)抗氣蝕能力越強(qiáng)，由于氣蝕往往發(fā)生在金屬表面，可在閥芯、閥座、閥桿等處噴鍍或堆焊一層硬質(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、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，可提高耐氣蝕10倍以上。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析流通能力Cv值的計(jì)算：

流通能力Cv是選擇調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)之一，飽和蒸汽的Cv值按下式計(jì)算:

⑴ 低于臨界流速，當(dāng) ΔP<0.81(P1/2)

Cv=Qmax/2.1√(Δp(p1+p2))

⑵ 臨界流速，當(dāng)ΔP>=0.81(P1/2)

Cv=Qmax/1.633(P1)

目前調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)廠家都提供計(jì)算Cv值的軟件，這里我就不再詳述具體計(jì)算過程。根據(jù)計(jì)算出的流通能力Cv值大小查調(diào)節(jié)閥廠家的對照表表，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析調(diào)節(jié)閥開度驗(yàn)算：

一般要求最大計(jì)算流量時(shí)的開度在85%左右，最小計(jì)算流量時(shí)的開度不小于10%。如果最大開度過大，調(diào)節(jié)閥會(huì)產(chǎn)生過大振動(dòng)和噪音，調(diào)節(jié)精度不準(zhǔn)確。最小開度，希望不小于10%，否則，閥芯閥座受流體沖蝕嚴(yán)重特性變壞，甚至失靈。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析選擇足夠推力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析如何選擇氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

一般應(yīng)優(yōu)先選用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能滿足上述兩項(xiàng)要求時(shí)，應(yīng)選用活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)口徑大或壓差高時(shí)，可選用活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)。有效面積越大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移和推力也越大，可按實(shí)際關(guān)斷壓力需求進(jìn)行選擇。

如何選擇電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

選擇一臺(tái)合適的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格時(shí)必須考慮的主要因素就是力矩大小。大部分閥門廠商會(huì)將力矩參數(shù)提供給客戶。這樣就可以使用閥門廠商提供的配套數(shù)據(jù)表或選型軟件進(jìn)行選型。有時(shí)還需考慮閥門操作的速度和頻率。部分小規(guī)格的直流電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型還需要根據(jù)現(xiàn)場工況確定選擇哪種控制種類。主要的有開關(guān)控制和連續(xù)控制兩種，通常調(diào)節(jié)用途都需要連續(xù)控制類型。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析選擇合適的輔助裝置

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的輔助裝置有：

閥門定位器：包括電氣閥門定位器和氣動(dòng)閥門定位器，用于改善調(diào)節(jié)閥工作特性，實(shí)現(xiàn)正確定位。通常用于摩擦力大，需要精確定位的場合。

電磁閥：實(shí)現(xiàn)氣路的自動(dòng)切換。

手輪機(jī)構(gòu)：系統(tǒng)故障時(shí)，可切換進(jìn)行手動(dòng)操作。

空氣過濾減壓閥：作為氣源過濾、減壓之用。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析密封填料的選擇

此外還需考慮調(diào)節(jié)閥的外泄問題，注意密封填料的選擇。四氟填料，因?yàn)楣ぷ鳒囟仍?-40~235℃范圍內(nèi)。當(dāng)溫度變化較大時(shí)，其密封性能變會(huì)明顯下降，老化快，壽命短，柔性石墨填料可克服這些缺點(diǎn)，使用壽命長。但石墨填料的回差大，最初使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。對這方面必須有所考慮。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析閥門噪聲的預(yù)測

調(diào)節(jié)閥的生產(chǎn)廠家一般都有自己的噪聲預(yù)測方法，通常都是按照IEC 60534-8標(biāo)準(zhǔn)為計(jì)算依據(jù)，選型時(shí)必須考慮到環(huán)境對噪聲的限制，通常要求必須小于85?dB。

1.氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析的選型和選材
調(diào)節(jié)閥的選型按照工藝和自控專業(yè)提出的各項(xiàng)要求進(jìn)行。在選型中主要考慮以下各個(gè)方面：流體的性狀、靜壓、溫度、壓差、腐蝕性、對閥的泄漏要求、閥的動(dòng)作方式、管道配置、以及流通能力和可調(diào)范圍等。
流體腐蝕性的影響主要體現(xiàn)在閥體和閥芯材料的選擇上。由于不能排除某些材料只許在某種特殊的閥型中使用的限制條件，因此并不是每種閥型均可任意選擇材料。閥體材料的選取主要考慮流體介質(zhì)的腐蝕性、靜壓和材料的許用溫度。閥芯材料的選取主要考慮流體介質(zhì)的腐蝕性、材料的許用溫度，以及材料耐沖蝕的性能（即考慮液體的阻塞流，閥壓差和流體的清凈程度）。阻塞與否在初選時(shí)尚不能確定，需待計(jì)算后再進(jìn)行校核。同時(shí)滿足以上各項(xiàng)要求的材料方為合選者。
調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有的公稱壓力等級是選型的必要條件。它可根據(jù)流體溫度，閥入口最大壓力，按照初選閥體材料在一定溫度條件下與許用壓力的對應(yīng)關(guān)系來確定。
選型，在步驟上可先以流體壓力、性狀和對閥的泄漏量要求作為考慮因素，規(guī)定出一些合適的閥型，然后按照這些閥型的優(yōu)選次序，逐一對以上其他各種因素進(jìn)行校核。流通能力與可調(diào)范圍兩項(xiàng)在初選閥型時(shí)尚未確定，需待計(jì)算出結(jié)果后，在返回進(jìn)行校核。定出初選的閥型后，即得該閥型的必要計(jì)算數(shù)據(jù)，如壓力恢復(fù)系數(shù)FL、最大有效壓差比XT、層流系數(shù)FS和可調(diào)范圍R等，提供以下各項(xiàng)計(jì)算使用初選閥型若不滿足流通能力要求時(shí)需另選閥型，反復(fù)計(jì)算。
氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析主要技術(shù)參數(shù)：

四、氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)：

五、氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析主要零部件：

六、氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析許用介質(zhì)壓力和工作溫度關(guān)系：

七、氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析性能參數(shù)：

1、主要技術(shù)性能指標(biāo)

2、始終點(diǎn)偏差

3、允許壓差

八、氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析外形尺寸：

2.調(diào)節(jié)閥流通能力計(jì)算和尺寸選擇值
選擇調(diào)節(jié)閥尺寸大小的根本依據(jù)是閥的流通能力能否滿足工藝的要求。調(diào)節(jié)閥的額定流通能力和公稱通徑有一定的對應(yīng)關(guān)系，這是有產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的。由此，必須按照工藝條件和初選閥型計(jì)算出流通能力，從初選的閥型中定出合適的公稱通徑。
+1）調(diào)節(jié)閥流通能力的計(jì)算（現(xiàn)以液體加以說明）
計(jì)算公式：CV值是用來表示調(diào)節(jié)閥的英制單位流量系數(shù)。其定義是，閥處于全開狀態(tài)，兩端壓差為1磅/英寸2（7KPa）的條件下，60℉（15.6℃）的清水，每分鐘通過閥的美加侖數(shù)。
CV＝Q√G/P1-P2+＝Q√G/△P（英制）
CV＝1.17Q+√G/P1-P2+＝1.17Q+√G/△P（公制）
式中：公制Q＝最大流    gpm（美加侖/分）
G＝比重（水＝1）
P1＝進(jìn)口壓力Psia（最大流量時(shí)）
P2＝出口壓力Psia（最大流量時(shí)）
英制Q＝最大流量        m3/h
G＝比重（水＝1）
P1＝進(jìn)口壓力       kgf/cm2（最大流量時(shí)）
P2＝出口壓力       kgf/cm2（最大流量時(shí)）

2）氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析公稱通徑的選擇：
調(diào)節(jié)閥公稱通徑選擇，是由最大Cv值、最小Cv值、額定Cv值、可調(diào)范圍，以及調(diào)節(jié)閥有足夠的調(diào)節(jié)余量，這幾個(gè)因素來決定的。
最大Cv值和最小Cv值是分別在最大流量和最小流量條件計(jì)算出的兩個(gè)數(shù)值。
a)最大Cv
鑒于額定Cv值之有+20％、-10％的調(diào)節(jié)誤差，建議等百分比閥在90-95％開度內(nèi)的值作為最大Cv值，線性調(diào)節(jié)閥在80-90％開度內(nèi)的值作為最大Cv值。
b)常用Cv值
常在低開度下工作，閥芯易于磨損，再從控制性能上考慮，希望閥在50-80％開度范圍工作。
c)+最小Cv值
閥的最小Cv值應(yīng)在固有的可調(diào)范圍之內(nèi)，實(shí)際上大多調(diào)節(jié)閥控制流體時(shí)，開度變化、閥上壓差也相應(yīng)變化。開度與流量之間的固有流量特性，變成了實(shí)際的流量特性，可調(diào)范圍也變小了。閥達(dá)到最小Cv值時(shí)，希望閥在10-20％開度上工作，如果要使閥在最小的開度范圍內(nèi)工作，應(yīng)選擇可調(diào)范圍較大的調(diào)節(jié)閥，或者改用一臺(tái)大，一臺(tái)小的切換閥，用這兩臺(tái)閥分程控制流量
3）調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍的驗(yàn)算
為了保證調(diào)節(jié)閥在工藝要求的最大到最小流量的整個(gè)范圍內(nèi)滿意地調(diào)節(jié)，就必須進(jìn)一步驗(yàn)算可調(diào)范圍R。以往有用規(guī)定最小流量時(shí)的調(diào)節(jié)閥開度極限作為指標(biāo)進(jìn)行校驗(yàn)的，但這種做法并不十分合適。應(yīng)采用以最小流量計(jì)算所得的最小Cv值作為校驗(yàn)指標(biāo)才為合理，如 果最小Cv值滿足條件Cv+min≥2Cv/R，說明所選閥門滿足了可調(diào)范圍的要求，否則此閥應(yīng)慎用或采用分程控制。

3.調(diào)節(jié)閥流量特性選擇
調(diào)節(jié)閥的流量特性分固有特性和工作特性兩種。對調(diào)節(jié)系統(tǒng)有影響的是工作特性。閥本身只具備固有特性（在閥兩端壓差不變的情況下，不可壓縮流體通過調(diào)節(jié)閥的流量與開度之間的關(guān)系）。而工作特性是由閥的固有特性結(jié)合管路系統(tǒng)阻力情況得到的。因此，先按調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求確定所需的工作流量特性，然后再確定與其相應(yīng)的固有流量特性。典型的固有流量特性有線性特性和等百分比特性。
選擇基本原則：
1)線性流量特性
a)壓差變化小，幾乎恒定。
b)整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失大部分分配在閥上（開度變化，閥上壓差變化相對較小）。
c)外部干擾小，給定值變化小（可調(diào)范圍要求小的場合）。
d)工藝流程的主要參數(shù)的變化呈線性。
2）等百分比流量特性
a)要求大的可調(diào)范圍。
b)管道系統(tǒng)壓力損失大。
c)開度變化，閥上壓差變化相對較大。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算選型分析結(jié)束語

調(diào)節(jié)閥選型實(shí)際中還會(huì)面臨許多其他問題。這里僅僅以蒸汽系統(tǒng)作為例子粗淺介紹了調(diào)節(jié)閥的基本選型步驟和方法。實(shí)踐證明調(diào)節(jié)閥選型不僅僅是計(jì)算出Cv值后對照表格選擇閥體口徑這么簡單，而是需要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場合多方面考慮。