调节阀的正确选型

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空技术网整理 作者:韩义民

  调节阀作为工业过程控制的终端执行器件,它随着工业自动化水平的不断提高,已成为工业自动化控制的关键设备。调节阀选择的是否合适直接关系到工业控制品质的好坏,甚至关系到工业生产系统的安全。因此在实际生产过程中,根据工艺条件选择合适的调节阀是非常必要的。

1、简介调节阀

  调节阀由执行机构和调节机构两部分共同组成。它包括气动、电动和液动执行器三大类。在化工生产中常用气动执行器,其它两种执行器只在特殊要求下采用。执行机构是调节阀的推动部分,调节机构是调节阀的调节部分,即阀门本身。调节机构与调节介质直接接触,在执行机构的推动下,改变阀芯与阀座之间或阻流件的流通面积,从而达到调节控制介质流量的目的。

  1.1、调节阀的结构形式的选择

  一般在振动大或噪声大的场合应选用套筒阀较为合适,如在介质中带有粘性或有微小颗粒时,选择偏心旋转阀较为合适。通常应用较广泛的阀有直通单座阀、直通双座阀、角型阀、蝶阀、球阀、隔膜阀等。在选择阀的结构形式时,还需考虑调节介质的工艺条件和流体特性。

  1.2、调节阀气开/气关的选择和调节器正反作用的确定

  调节阀气开/气关的选择必须从工艺生产需要和安全要求方面考虑确定。原则是当信号压力中断时,应保证工艺设备和生产的安全,即保证调节阀失去信号压力源时阀自动进入安全状态。

  选定调节阀气开或气关形式后,必须根据阀的这一形式确定调节器的正作用和反作用,使调节阀和调节器构成一个负反馈的控制系统。即对于气开阀,如果被控参数大于给定参数时,要求阀关小,那么调节器选用反作用;对于气关阀,如果被控参数大于给定参数时,要求阀关小,那么调节器就选用正作用。

  1.3、调节阀的流量特性

  调节阀相对开度和通过阀的相对流量之间的关系称为阀的流量特性,即Q/Qmax=f(し/L)。

  Q/Qmax相对流量——调节阀在某一开度下的流量Q与全开度流量Qmax之比;

  し/L相对开度——调节阀的某一开度下的行程し与全行程L之比。

  由上式看出:通过阀的相对流量Q/Qmax是调节阀相对开度し/L的函数。通过调节阀的流量不仅与阀门的开度有关,还与阀门两端的压差有关,阀门前后压差一定时的流量特性为阀门的理想特性,阀门前后压差随时变化的流量特性为阀门的工作特性。

  理想特性完全取决于阀芯的形状,典型的四种理想流量特性:

  (1)直线流量特性

  Q/Qmax=R[(し/L)-1] (R=Qmax/Qmin为调节阀的可调比)

  采用直线流量特性的阀芯时,调节阀的放大倍数是常数。它的特点是在小开度处流量相对变化较大,调节作用强,易产生振荡;在打开度处流量相对变化较小,调节作用弱,调节缓慢。

  (2)等百分比流量特性(对数流量特性)

  Q/Qmax=e[(し/L)-1]lnR (R=Qmax/Qmin为调节阀的可调比)

  采用等百分比流量特性的阀芯时,调节阀的放大倍数随流量增大而增大,但流量的相对变化值是相等的。它在小开度处放大倍数小,调节作用缓和平稳;它在大开度处放大倍数大,调节作用灵敏,为此常被采用。

  (3)抛物线流量特性

调节阀的正确选型(R=Qmax/Qmin为调节阀的可调比)

  采用抛物线流量特性的阀芯时,在小开度时调节性能好,它的特性曲线介于直线与等百分比特性曲线之间。

  (4)快开流量特性

  快开流量特性没有一定的数学表达式。采用具有快开流量特性的阀芯时,在开度较小时有较大的流量,随着开度的增大,流量很快就达到最大值,适用于迅速启闭的切断阀或两位式调节系统。

2、调节阀口径的选取

  对不可压缩性流体,根据流体力学代入伯努力方程得:

调节阀的正确选型

  根据连续方程Q=A∗V,上面公式联解可得:

调节阀的正确选型

  这就是调节阀的流量方程,其代号及单位为:

  V1、V2——节流前后的流体速度;

  V——是平均流速;

  P1、P2——节流前后的压力,100KPa;

  A——节流面积,cm2;

  Q——流量,cm3/s;

  C——阻力系数;

  r——重度,Kgf/cm3;

  g——重力加速度,981cm/s2;

  如果上述公式采用工程单位,Q—m3/h;P1、P2—100KPa;r—gf/cm3,那么调节阀的流量方程可化为:

调节阀的正确选型

  于是Kv定义为:当调节阀全开,阀两端压差ΔP为100KPa,流体重度r为1gf/cm3(常温水)时,每小时流经调节阀的流量数,以m3/h或t/h计。但国外流量数常用Cv表示,其定义为:当调节阀全开,阀两端压差ΔP为1磅/英寸2(0.07Kgf/cm2),介质为600F(15.6℃)清水时,每分钟流经调节阀的美加仑数,以加仑/分计。Kv与Cv之间换算关系为:

调节阀的正确选型

  根据计算出的流量系数Kv或Cv值,然后在调节阀手册中查找出Kv或Cv额定值,最终选取合适的调节阀口径。

3、结语

  上述阐述如何正确选择调节阀,只是针对不可压缩流体流相为紊流而言的,对于其它层流或可压缩的流体,如气体或水蒸汽等,有专门的理论加以推导其流体的Kv或Cv的计算方法,其调节阀的选取与上述类同,请另行关注。

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