控制閥知識

發(fā)布時間：2009-09-22 來源：揚子工具集團 瀏覽次數(shù):48296

平衡力方向變化，使閥芯振蕩的不穩(wěn)定現(xiàn)象。為降低不平衡力和改善閥芯的沖刷，可采用圖示帶平衡孔的套筒式結(jié)構(gòu)。角形閥的流路阻力小，因此，可降低閥兩端壓降，具有一定的節(jié)能效果。 (6)高壓閥 高壓閥適用于高靜壓和高壓差的應(yīng)用場合。國內(nèi)高壓閥通常采用角形單座結(jié)構(gòu)，國外高壓閥也有采用整體鍛造結(jié)構(gòu)。 圖6 角形閥的結(jié)構(gòu) 與角形閥的區(qū)別是高壓閥的上閥蓋與閥體整體鍛造，下閥蓋與閥體分離，而角形閥的上閥蓋與閥體分離，下閥蓋與閥體是整體結(jié)構(gòu)，見圖2—和圖2—的區(qū)別。國內(nèi)高壓閥額定工作壓力可達32MPa，國外高壓閥額定工作壓力可達42MPao采用整體鍛造結(jié)構(gòu)時，與單座閥類似，上閥蓋與填料腔是一個整體。圖2—，是角形高壓閥的結(jié)構(gòu)圖。圖2—是直通高

壓閥的結(jié)構(gòu)圖。為防止高壓差時流體閃蒸和空化使閥芯和閥座損傷，近年有多級降壓閥芯的高壓閥問世。圖2—顯示多級降壓高壓套筒閥結(jié)構(gòu)。通常，高壓控制閥公稱通徑在DN40一DNl00，最大壓差小于16MPa時采用兩級降壓閥芯；公稱通徑小于DN40，最大壓差小于32MPa時，高壓控制閥采用，四級降壓閥芯。多級閥芯進行降壓相當(dāng)于多個控制閥串聯(lián)連接，因此，不僅可大大節(jié)省安裝空間和降低成本，而且可大大降低控制閥噪聲。在高壓差時，為減小不平衡力影響，通常采用平衡式結(jié)構(gòu)。平衡式結(jié)構(gòu)適用于柱塞形閥芯，也適用于套筒形閥芯。多級閥芯結(jié)構(gòu)采用第一級閥芯進行關(guān)閉，與單座閥相當(dāng)，通常，泄漏等級為Ⅳ級。(7)隔膜閥隔膜閥由耐腐蝕的隔膜和內(nèi)襯耐腐蝕材質(zhì)的閥體組成，適用于強酸、強堿、強腐蝕性流體的切斷控制或節(jié)流控制。隔膜閥的流路有堰式和直通式兩種，堰式隔膜閥的閥體流路中有一個堰，當(dāng)隔膜壓緊到堰時，流體被阻斷。直通式隔膜閥的閥體內(nèi)是直通的，通過隔膜下移壓緊閥體來阻斷流體，由于閥體直通，因此阻斷流體和密封能力不如堰式隔膜閥。受隔膜和襯里材質(zhì)的影響，隔膜閥不能用于高溫和高壓等工況。一般工作壓力不大于1．6MPa，工作溫度不大于150℃。隔膜閥用隔膜將流體密封，因此，不需要填料，降低了死區(qū)限，避免了泄漏。但因隔膜的材質(zhì)特性，它的復(fù)現(xiàn)性不高，有較大回差。它的流量特性近似為快開特性，即在60％行程內(nèi)呈現(xiàn)線性特性，超過60％行程后，流量變化很小。常用的隔膜材料是橡膠和聚四氟乙烯等。由于隔膜閥的流量特性(近似快開)差，控制精度低，可調(diào)范圍小，因此，國外已較少采用。隨著耐腐蝕材料研究的深入，國外多數(shù)應(yīng)用場合采用耐腐蝕材料做成閥芯、閥座和閥牛來改善控制閥的動態(tài)性能，并使流量特性滿足控制要求。隔膜閥的流動阻力小，結(jié)構(gòu)簡單，被控介質(zhì)不會外泄，流通能力約是同樣通徑直通控制閥的1．5倍，價格比耐腐蝕材料制造的控制閥要低，因此，國內(nèi)仍有一定市場。(8)球閥球閥是一類旋轉(zhuǎn)閥，它將輸入信號轉(zhuǎn)換為角位移，并帶動球狀．閥芯旋轉(zhuǎn)。球閥閥芯是一個帶孔的球，當(dāng)閥芯旋轉(zhuǎn)時，節(jié)流面積變化。根據(jù)孔的形狀，分為O形球閥和V形球

閥兩類。球閥流通能力大，流動阻力小，既可用于流體的節(jié)流調(diào)節(jié)(連續(xù)控制)，也可用于流體的切斷控制(開關(guān)控制)。通常，球閥的可調(diào)比大，約為同通徑控制閥的幾倍。球閥具有旋轉(zhuǎn)閥的切斷功能，因此，適用于含纖維、漿料和黏度大的流體控制。 O形球閥的孔是一個貫通全球的直孔，當(dāng)閥芯旋轉(zhuǎn)時，節(jié)流孔的面積變化，其特點 如下。 1.流量特性近似為快開特性。因此，O形球閥常被用于作為含纖維、漿料或黏性流體的切斷控制閥，其工作溫度不大于200℃，工作壓力不大于0．1MPa。 2.閥體對稱，流體流向可任意，閥芯旋轉(zhuǎn)角從0°到90°可單向旋轉(zhuǎn)，也可雙向旋轉(zhuǎn)。3.結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，可采用軟密封，因密封可靠，泄漏量很小，軟密封O形球閥(聚四氟乙烯閥座)可達氣泡級密封。 4.可調(diào)比高。通常，與活塞·式執(zhí)行機構(gòu)或全電子式執(zhí)行機構(gòu)配合使用，可調(diào)比可達100：l一500：1。5.價格貴，遠高于普通球閥。 V形球閥是在球形閥芯上有V形切口的球閥，切口的形狀與控制閥的流量特性有關(guān)。 1.V形球閥的切口可使控制閥流量特性近似為等百分比流量特性。 2.隨閥軸旋轉(zhuǎn)，V形切口旋人閥體，球體與閥體中密封圈緊密接觸，因此可達到良好密封 3.流阻小，具有剪切功能，常被用于作為含纖維、漿料或黏性流體的節(jié)流控制閥。 4.流通能力大，流通能力可達同通徑其他控制閥的2倍。 5.可調(diào)比大，可達200：1～300：1。 6.適用于工作溫度在一40～450℃(2，工作壓力不大于6．4MPa的場合。 圖7 V形球閥結(jié)構(gòu)圖 (9)蝶閥電動調(diào)節(jié)蝶閥詳細說明

蝶閥又稱翻板閥，它由閥體閥板、閥軸和密封填料、軸承等部分組成。按使用介質(zhì)的工作溫度和壓力，蝶閥分為常溫蝶閥(一20～450℃)、低溫蝶閥(一200～40℃)和高溫蝶閥(450～600℃和600～850℃)、高壓蝶閥等幾類。按作用方式，蝶閥可分為調(diào)節(jié)型、切斷型和調(diào)節(jié)切斷型三類。按閥板輪廓，蝶閥可分為傳統(tǒng)輪廓閥板蝶閥和動態(tài)輪廓閥板蝶閥。蝶閥的特點如下。 1.流通能力大，可調(diào)比大，壓降小。蝶閥流阻小，可制造大口徑蝶閥。其流通能力大，約為同通徑其他控制閥的l.5～2倍。傳統(tǒng)輪廓閥板的蝶閥，其可調(diào)比為33：1，動態(tài)輪廓閥板的蝶閥，其可調(diào)比達100：1。 2.流量特性在轉(zhuǎn)角0—0°(通常蝶閥轉(zhuǎn)角為0～60°)范圍內(nèi)近似為等百分比特性。超過規(guī)定轉(zhuǎn)角后，控制閥的運行會不穩(wěn)定。 3.控制閥氣開和氣關(guān)方式更換方便，只需要將蝶閥閥板回轉(zhuǎn)70°，并用鍵與閥軸的另一鍵銷固定即可。蝶閥的執(zhí)行機構(gòu)通常采用正作用執(zhí)行機構(gòu)。 4.流路簡單，流阻小，可用于大口徑、大流量、低壓差的應(yīng)用場合，適用于漿料懸浮物和顆粒介質(zhì)的流體控制。 5.可采用軟密封方法，實現(xiàn)嚴密的密封，用于核工業(yè)的有關(guān)應(yīng)用。 6.可采用涂覆或襯里的方法實現(xiàn)防腐蝕，用于有腐蝕性介質(zhì)流體的控制。 7.大口徑蝶閥，為獲得大輸出推力矩，可采用長行程執(zhí)行機構(gòu)或活塞式執(zhí)行機構(gòu)。 8.體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，制造工藝簡單，價格低。 9.除了所用閥體和閥板的材料不同外，低溫蝶閥和高溫蝶閥的結(jié)構(gòu)與常溫蝶閥相同。低溫蝶閥的執(zhí)行機構(gòu)與閥體間有長頸接管，與其他低溫控制閥類似。高壓蝶閥的材質(zhì)采用鍛鋼，并采用低轉(zhuǎn)矩閥板，其他與常溫蝶閥類似。 10.可通過閥板形狀的設(shè)計，改善流路阻力分配，降低所需推力矩。例如，采用動態(tài)輪廓閥板，可在0—0°范圍內(nèi)實現(xiàn)等百分比流量特性。(10)偏心旋轉(zhuǎn)閥 偏心旋轉(zhuǎn)閥又稱為撓曲凸輪閥、偏心球塞控制閥。它有一個偏心旋轉(zhuǎn)的閥芯，當(dāng)控制閥接近。關(guān)閉時，閥芯的彎曲臂產(chǎn)生撓曲變形，使閥芯的球面球塞與閥座緊密 接觸，因此密封性能很好。偏心旋轉(zhuǎn)閥的特點如下。

1.抗沖刷性強。閥體和閥蓋整體鑄造，工作溫度寬，在一40～450℃，工作壓力可10MPa。2.磨損小，使用壽命長。由于偏心球塞在打開時，其與閥座環(huán)的接觸可減到最小，因此，因旋轉(zhuǎn)造成的磨損很小，它也降低了摩擦力，改善了控制閥動態(tài)特性，延長了控制閥使用壽命 3.可調(diào)比大。全腔型可達100：1；60％縮腔型可達60：1；40％縮腔型可達40：1。 4.密封性好。閥芯彎曲臂的撓曲變形使閥芯能緊壓閥座密封環(huán)，保證良好密封，標(biāo)準 泄漏量小于0．01％℃。5.流通能力大。流通能力可達同通徑雙座閥的1.2倍。 6.流量特性接近修正拋物線特性，在流體流向改變時不改變流量特性。 7.動態(tài)穩(wěn)定性好。只需要較小力矩就能夠嚴密關(guān)閉。流向改變時，流體對閥芯的作用力矩相互抵消，也沒有柱塞閥的根切現(xiàn)象，因此，動態(tài)穩(wěn)定性比柱塞閥和蝶閥好。 8.可在閥體襯各種耐腐蝕或耐磨損的襯里材料，以適應(yīng)各種工作溫度和工作壓力條件下的運行，也可適應(yīng)腐蝕性和含顆粒等流體的控制。 9.重量輕、體積小，安裝靈活，通用性強。 (11)閘閥閘閥又稱閘板閥。它由閘板、兩個密封板和閥桿等組成。執(zhí)行機構(gòu)通常為長行程執(zhí)行機構(gòu)或活塞式執(zhí)行機構(gòu)。閘板可采用單閘板，也可采用雙閘板，閘閥常用于高黏度、含纖維的漿料等流體的控制。它具有流阻小、行程大、口徑大、結(jié)構(gòu)簡單等特點，適用于控制精度要求不高的大口徑、大流量、低壓差的應(yīng)用場合。與蝶閥比較，閘閥具有較好的剪切能力，特別適合含纖維漿料的控制，例如造紙工業(yè)中紙漿的控制。由于密封面大，因此閘閥的泄漏量較大。另有一種類似的閘閥，稱為平行滑閥。它由兩塊平行滑塊上下移動來控制流量，滑塊間的彈簧使滑塊緊壓滑軌，該類閥具有很小流體阻力和優(yōu)良密封性能，標(biāo)準泄漏量達0．00001％C以下。適用于緊急切斷或緊急開啟的應(yīng)用場合。(12)其他特殊用途控制閥為特殊應(yīng)用，在上述控制閥的基礎(chǔ)上，如果上閥蓋加長、添加散熱片可用于低溫和高溫；采用多個彈簧的執(zhí)行機構(gòu)可減小整個控制閥的體積和重量；為降低噪聲采用一系列降噪措施設(shè)計可組成低噪聲控制閥；此外，還有為便于維護和清洗采用閥體分離結(jié)構(gòu)的閥體分離閥；為聯(lián)鎖動作的快速要求采用的快速切斷閥；為小流量控制設(shè)計的微小流量控制閥；為防止泄漏采用的波紋管密封的控制閥；為過熱蒸汽減溫和蒸汽透平旁路系統(tǒng)應(yīng)用的蒸汽控制閥等。

十、流通能力計算調(diào)節(jié)閥的流通能力Kv值，是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)，它反映流體通過調(diào)節(jié)閥的能力，也就是調(diào)節(jié)閥的容量。根據(jù)調(diào)節(jié)閥流通能力Kv值的計算，就可以確定選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。為了正確選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸，必須準確計算調(diào)節(jié)閥的額定流量系數(shù)Kv值。 調(diào)節(jié)閥額定流量系數(shù)的定義是：在規(guī)定條件下，即閥的兩端壓差為105Pa，流體的密度為1g/cm3，額定行程時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥以m3/h或t/h的流量數(shù)。 1.一般液體的Kv值計算 a.非阻塞流 式中： FL—壓力恢復(fù)系數(shù)，查表1。 FF—液體臨界壓力比系數(shù)，F(xiàn)=0.96-0.28Pv—閥入口溫度下，液體的飽和蒸汽壓（絕對壓力），查表4～表10。Pc—物質(zhì)熱力學(xué)臨界壓力，查表2和表3。 QL—液體流量m3/h。 ρ—液體密度g/cm3 P1—閥前壓力（絕對壓力）Kpa. P2—閥后壓力（絕對壓力）Kpa. b.阻塞流 式中：各字母含義及單位同前。 2.低雷諾數(shù)修正（高粘度液體Kv值的計算）

液體粘度過高時，由于雷諾數(shù)下降，改變了流體的流動狀態(tài)，在Re<2300時流體處于低速層流，這樣按原來公式計算出的Kv值，誤差較大，必須進行修正。此時計算公式為： 式中：φ—粘度修正系數(shù)，由Re查圖求得。 對于單座閥、套筒閥、角閥等只有一個流路的閥： Re=70000對于雙座閥、蝶閥等具有二個平行流路的閥： Re=49600式中：Kv—不考慮粘度修正時計算的流通能力。 γ—流體運動粘度mm2/s。 雷諾數(shù)Re 粘度修正曲線 3.氣體的Kv值的計算： a.一般氣體當(dāng)P2>0.5P1時 當(dāng)P2≤0.5P1時

式中：Qg—標(biāo)準狀態(tài)下氣體流量m3/h， Pm—(P1、P2為絕對壓力)Kpa, △P=P1-P2G—氣體比重（空氣G=1）， t—氣體溫度℃ b.高壓氣體（PN>10MPa） 當(dāng)P2>0.5P1時， 當(dāng)P2≤0.5P1時， 式中：Z—氣體壓縮系數(shù)，可查GB2624-81《流量測量節(jié)流裝置的設(shè)計安裝和使用》。 4.蒸汽的Kv值的計算 a.飽和蒸汽當(dāng)P2>0.5P1時， 當(dāng)P2≤0.5P1時式中：Gs—蒸汽流量Kg/h P1、P2含義及單位同前 K—蒸汽修正系數(shù) 部分蒸汽的K值如下： 水蒸汽K=19.4 甲烷、乙烯蒸汽K=37 氨蒸汽K=25 丙烷、丙烯蒸汽K=41.5 氟里昂11K=68.5 丁烷、異丁烷蒸汽K=43.5 b. 過熱水蒸汽 當(dāng)P2>0.5P1時

當(dāng)P2≤0.5P1時式中：△t—水蒸汽過熱度℃ Gs、P1、P2含義及單位同前。 5.兩相流的Kv值計算： 當(dāng)介質(zhì)為氣液兩相流量，一般采用分別計算液體和氣體的Kv值，然后相加求取調(diào)節(jié)閥總Kv值，這種方法是基于兩種流體相互獨立互不影響的觀點，但實際上隨著液相和氣相成分的變化，流體的狀態(tài)趨向也不同，所以計算出Kv值的誤差較大，在實際使用中常用的是濕蒸汽和含有水蒸汽的水。下面介紹一種蒸汽與凝液混合液體Kv值計算方法，計算步驟為： （1）根據(jù)混合介質(zhì)中蒸汽和凝液含量，求出汽化液。 （2）根據(jù)汽化率及進口壓力P1從圖中查行修正系數(shù)Ks. （3）將已知流量除以Ks得到相應(yīng)的蒸汽流量作為計算流量。 （4）應(yīng)用蒸汽的Kv值計算公式求出Kv值。 6.口徑選擇步驟： 根據(jù)過程，確定調(diào)節(jié)閥的口徑，具體步驟為： （1）首先根據(jù)生產(chǎn)能力和設(shè)備負荷計算最大流量Qmax和最小流量Qmin （2）根據(jù)所選擇的流量特性及系統(tǒng)特點選定S值，然后再根據(jù)壓力分配和管路損失，確定最小壓差△Pmin和最大壓差△Pmax （3）按流通能力計算公式，求行最大流量時的

Kvs。 （4）根據(jù)Kvs在所選產(chǎn)品型式的標(biāo)準，選取大于Kvs并接近的Kv值。 （5）根據(jù)選定的Kv值和流量特性，驗證調(diào)節(jié)閥的開度，要求開度在10%與90%之間。（6）計算R，驗算可調(diào)比。 （7）名項驗證合格后，根據(jù)Kv值確定調(diào)節(jié)閥的口徑。 十一、調(diào)節(jié)閥泄漏量標(biāo)準 國標(biāo)GB/T4213.92泄漏等級 試驗介質(zhì) 試驗壓力 最大閥座泄漏量1/h Ⅰ 由用戶與制造廠商定 Ⅱ 5×10-3×閥額定容量 Ⅲ 水、空氣或氮氣 A 10-3×閥額定容量 水 A或BⅣ 空氣或氮氣 A 10-4×閥額定容量 水 A或BⅣ-S1 空氣或氮氣 A 5×10-4×閥額定容量 Ⅳ-S2 空氣或氮氣 A 2×10-4×△P×D V 水 B 1.8×10-7×△P×D VI 空氣或氮氣 A 3×10-3×△P(續(xù)表泄漏量)續(xù)表 閥座直徑 202540506580100150200250300350400ml/min0.10.150.30.450.60.91.74.06.7511.116.021.628.4泄漏量 氣泡數(shù)/min—2346112745— —— — 注：1.每分鐘氣泡數(shù)是用外徑6mm、壁厚1mm的管子垂直浸入水下5~10mm深度的條件下測得的，管端表面應(yīng)光滑。 2.如果閥座直徑與表列值之一相差2mm以上，則泄漏系數(shù)可假設(shè)泄漏量與閥座直徑的平方成正

比的情況下通過內(nèi)推法取得。 美標(biāo)ANSI B16.104-197泄漏等級 最大允許泄漏量 試驗介質(zhì) 試驗壓力 Ⅱ 0.5%Cv10～52℃的空氣或水 最大工作壓差△P或501b/in2壓差，取其較低者Ⅲ 0.1%Cv10～52℃的空氣或水 最大工作壓差△P或501b/in2壓差，取其較低者Ⅳ 0.01%Cv10～52℃的空氣或水 最大工作壓差△P或501b/in2壓差，取其較低者V每英寸公稱通徑和每磅/英寸2壓差時，允許有0.0005ml/min的漏水 10～52℃的水最大工作壓差△P 閥門公稱通徑 inmmml/min氣泡數(shù)/min1250.1511.5380.3022510.4532.5640.6043760.90641021.701161524.0027Ⅵ 82036.754510～52℃的空氣或氮氣 最大工作壓差△P或501b/in2壓差，取其較低者十二、附件選擇 閥門定位器 閥門定位器是氣動執(zhí)行器的主要附件，它與氣動執(zhí)行器配套使用，用來提高閥門的位置精度，克服閥桿摩擦力和介質(zhì)不平衡力的影響，從而保證閥門按照調(diào)節(jié)器來的信號實現(xiàn)正確定位。 下列情況下，要配定位器： 1、介質(zhì)壓力高、壓差大的時候； 2、調(diào)節(jié)閥的口徑大時（DN>100）； 3、高溫或低溫調(diào)節(jié)閥； 4、需要提高調(diào)節(jié)閥的動作速度時； 5、用標(biāo)準信號、操作非標(biāo)準彈簧的執(zhí)行機構(gòu)時（20～100KPa以外的彈簧范圍）； 6、用于分程控制時； 7、使閥門實現(xiàn)反向動作時（氣關(guān)式和氣開式互相轉(zhuǎn)換）；

8、需要改變閥的流量特性時（可以改變定位器凸輪）； 9、無彈簧執(zhí)行機構(gòu)或活塞執(zhí)行機構(gòu)，要實現(xiàn)比例動作時； 10、用電信號去操作氣動執(zhí)行機構(gòu)時，必須配電-氣閥門定位器。 電磁閥 當(dāng)系統(tǒng)需要實現(xiàn)程序控制或兩位控制時，需要配用電磁閥。選用電磁閥時，除要考慮交、直流電源及電壓、頻率外，必須注意電磁閥與調(diào)節(jié)閥作用型式的關(guān)系，可配用“常開型”或“常閉型”。 如果要求加大電磁閥的容量，來縮短動作時間，可以并列使用兩臺電磁閥或把電磁閥作為先導(dǎo)閥與大容量氣動繼動器組合使用。 典型電磁閥廠家：美國ASCO;日本SMC;臺灣：AIRTAK;國產(chǎn)廠家：丹東電磁閥廠。丹東電磁閥廠引進德國HERION公司先進電磁閥技術(shù)已國產(chǎn)化。其中直動型二位三通單電控電磁閥（含防爆）；A101ED-SB024000系列（規(guī)格：3、5、8、10、12、15、20、25、40、50mm）；二位四（五）通單電控電磁閥A102ED-SF025000系列（規(guī)格：5、8、12、15、20、25mm）。直動型優(yōu)點：1.工作介質(zhì)可從0MPa開始工作；2.可以任意安裝使用；3.工作介質(zhì)適用于水、氣、油；4.動作靈敏、性能可靠；5.功率低、壽命長、動作頻率高；6.防爆頭采用增安裝型與隔爆型相結(jié)合，用戶接線方便。 先導(dǎo)型二位三通單電控、雙電控電磁閥P411EI-WFM80200系列（規(guī)格：6、12mm）；二位五通單電控、雙電控電磁閥P413EI-WFM2630系列（規(guī)格：6、12mm）。 氣動繼電器（氣動放大器 氣動繼電器是一種功率放大器，也稱氣動放大器、氣動加速器。它能將氣壓信號送到較遠的地方，消除由于信號管線加長所帶來的滯后，主要用于現(xiàn)場變送器與中央控制室的調(diào)節(jié)儀表之間，或在調(diào)節(jié)器與現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥之間，還有一種作用就是放大或縮小信號。 轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換器分為氣-電轉(zhuǎn)換器和電-氣轉(zhuǎn)換器，其功能是實現(xiàn)氣、電信號之間一定關(guān)系相互轉(zhuǎn)換，主要用于在用電訊號操縱氣動執(zhí)行機構(gòu)時將0～10mA或4～20mA電訊號轉(zhuǎn)換或20～100KPa氣訊號轉(zhuǎn)換成0～10mA或4～20mA電訊號。 空氣過濾減壓閥 空氣過濾減壓閥是工業(yè)自動化儀表中的一種附件，其主要功能是將來自空壓機的壓縮空氣進行過濾凈化并將壓力穩(wěn)定在所需要的數(shù)值上，可用于各類氣動儀表、電磁閥、氣缸、噴涂設(shè)備及小型氣動

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