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氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析

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氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析

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(duì)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。
蒸汽氣動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥按照現(xiàn)場工況及具體使用要求不同,需先提供詳細(xì)的工況參數(shù)進(jìn)行選型;選型時(shí)需提供的具體參數(shù)有:介質(zhì)管道實(shí)際壓力,壓差,溫度,管道每小時(shí)最大使用量及正常使用量、最小使用流量;要求達(dá)到的功能:如與現(xiàn)場儀表配套控制壓力、溫度、流量等選配不同的附件如:定位器、空氣過濾減壓閥、手輪機(jī)構(gòu)(頂裝或側(cè)裝)、限位開關(guān)、電磁閥、閥位傳送器、氣動(dòng)加速器、保位閥等。

氣動(dòng)帶定位器調(diào)節(jié)閥04.jpg

      蒸汽管道因其管道壓力波動(dòng)大,流量使用不穩(wěn)定等特性,選型有如下多種結(jié)構(gòu):
      小口徑單座調(diào)節(jié)閥:管徑DN15/DN20/DN25
      可用于控制不同壓力和溫度的流體,閥芯采用上導(dǎo)向結(jié)構(gòu),閥結(jié)構(gòu)緊湊,有呈S流線型的通道,使其壓降損失小,流量大,可調(diào)范圍廣,流量特性精度高,符合IEC534-2標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)節(jié)閥的泄漏量符合ANSI B16.104標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)節(jié)閥配用多彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)緊湊,輸出力大。產(chǎn)品符合GB/T4213-92。
頂導(dǎo)向型單座調(diào)節(jié)閥:管徑DN40/DN50/DN65/DN80/DN100/DN125/DN150/DN200
      是一種頂導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥,閥體通道呈S流線型,壓降損失小,流量大,可調(diào)范圍廣,流量特性曲線精度高,閥芯導(dǎo)向面積大,抗震性好。調(diào)節(jié)閥配用多彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)緊湊,輸出力大。可用于控制不同壓力和溫度的流體。
 小口徑套筒單座調(diào)節(jié)閥:管徑DN15/DN20/DN25
     適用于液體壓差較高場合。堅(jiān)固的閥芯和套筒可防止液體發(fā)生閃蒸和空化。閥結(jié)構(gòu)緊湊,有呈S流線型的通道,使其壓降損失小,流量大,可調(diào)范圍廣。調(diào)節(jié)閥配用多彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)緊湊,輸出力大。

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥22.jpg

氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析 壓力平衡式套筒調(diào)節(jié)閥:管徑DN40/DN50/DN65/DN80/DN100/DN125/DN150/DN200/DN250/DN300
     帶活塞環(huán)的壓力平衡式套筒調(diào)節(jié)閥,專為重負(fù)荷工況而設(shè)計(jì),閥體結(jié)構(gòu)緊湊,流體通道呈S流線型,在閥芯與套筒之間包含兩個(gè)密封圈,以減少泄漏量,其優(yōu)點(diǎn)是壓降損失小,流量大,可調(diào)節(jié)范圍廣,流量特性精度高。調(diào)節(jié)閥配用多彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)緊湊,輸出力大的特點(diǎn),適用于要求動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性好,噪音低,泄漏等級(jí)低的流體控制場合。低噪音籠式調(diào)節(jié)閥:管徑DN40/DN50/DN65/DN80/DN100/DN125/DN150/DN200
選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)

電動(dòng)自力式7.jpg

氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析如何選擇調(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)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析如何選擇調(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)。

電動(dòng)自力式4.jpg

氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算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(duì)流量與相對(duì)位移(調(diào)節(jié)閥的相對(duì)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(duì)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)帶定位器調(diào)節(jié)閥07.jpg

氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析選擇合理的調(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:

調(diào)節(jié)閥1.jpg

氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析計(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(duì)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(duì)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)帶定位器調(diào)節(jié)閥06.jpg

氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析閥前閥后壓差
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(duì)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。

定位器9YTC.jpg

氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析流通能力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(duì)照表表,就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。
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。
選擇足夠推力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)
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。

電動(dòng)自力式003.jpg

氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析選擇合適的輔助裝置
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。
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(duì)這方面必須有所考慮。
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(duì)噪聲的限制,通常要求必須小于85?dB。

氣動(dòng)帶定位器調(diào)節(jié)閥2.jpg

氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析主要技術(shù)參數(shù)

公稱通徑(DN)20253240506580100125150200250300
閥座直徑(dn)20253240506580100125150200250300
額定流量系數(shù)(KV)直線性101117.627.5446911017627544063010001600
等百分6.310162540631001552503705809001300
允許壓差(MPa)6.46.45.25.24.64.63.73.73.53.13.12.62.2
公稱壓力(MPa)1.6、2.5、4.0、6.4、10.0
額定行程(mm)16254060100
配用執(zhí)行器型號(hào)ZHA/B-22ZHA/B-23ZHA/B-34ZHA/B-45ZHA/B-56
閥蓋形式標(biāo)準(zhǔn)型(-17~+250℃)、高溫型(+250~+450℃)、低溫型(-40~-196℃)、波紋管密封型(-40~+350℃)
壓蓋形式螺栓壓緊式
密封填料V型聚四氟乙烯填料、V型柔性石墨填料
閥芯形式籠式單座柱塞閥芯、籠式套筒雙導(dǎo)向閥芯
流量特性直線性、等百分比

三、氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析 執(zhí)行器技術(shù)參數(shù)

配置執(zhí)行器類別ZHA/B多彈簧簿膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行器型號(hào)ZHA/B-22ZHA/B-23ZHA/B-34ZHA/B-45ZHA/B-56
有效面積(cm2)3503505609001400
行程(mm)10、16244040、60100
彈簧范圍(KPa)20~100(標(biāo)準(zhǔn))、20-60、60-100、40-200、80-240
膜片材料丁腈橡膠夾尼龍布、乙丙橡膠夾尼龍布
供氣壓力140~400KPa
氣源接口RC1/4"
環(huán)境溫度-30~+70℃
可配附件定位器、空氣過濾減壓器、保位閥、行程開關(guān)、閥位傳送器、手輪機(jī)構(gòu)等
作用形式氣關(guān)式(B)—失氣時(shí)閥位開(FO);氣開式(K)—失氣時(shí)閥位關(guān)(FC)

四、氣動(dòng)薄膜籠式調(diào)節(jié)閥 主要結(jié)構(gòu)圖

電動(dòng)自力式3.jpg

五、氣動(dòng)薄膜籠式調(diào)節(jié)閥 主要零件材料

1閥體WCB304316316L
2墊片PTFE石墨墊片PTFE石墨墊片PTFE石墨墊片PTFE石墨墊片
3

閥座 / 閥籠

304304316316L
4閥芯304304316316L
5導(dǎo)向套/并帽304304316316L
6中墊PTFE石墨墊片PTFE石墨墊片PTFE石墨墊片PTFE石墨墊片
7閥蓋WCB304316316L
8閥桿304304316316L
9金屬墊304304316316L
10填料PTFE/石墨PTFE/石墨PTFE/石墨PTFE/石墨
11螺栓25不銹鋼不銹鋼不銹鋼
12填料壓蓋WCB304316316L

六、氣動(dòng)薄膜籠式調(diào)節(jié)閥 主要性能指標(biāo)

項(xiàng)目不帶定位器帶定位器
基本誤差%±5.0±1.0
回差%3.01.0
死區(qū)%3.00.4
始終點(diǎn)偏差%氣開始點(diǎn)±2.5±1.0
始點(diǎn)±5.0±1.0
氣關(guān)始點(diǎn)±5.0±1.0
終點(diǎn)±2.5±1.0
額定行程偏差%≤2.5
泄露量L/h0.01%×閥額定容量
可調(diào)范圍R30:1

七、氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析 外形圖

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥14.jpg

八、氣動(dòng)薄膜籠式調(diào)節(jié)閥 安裝連接尺寸

公稱通徑 DN(mm)20253240506580100125150200
LPN16/25181184200222254276298352410451600
PN40194197200235267292317368425473610
PN64206200210251286311337394440508650
HPN16/2552.557.5757585.592.5100110142.5158170
PN4052.557.5757582.592.5100117.5150167.5187.5
PN646540858590102.5107.5125172.5195207.5
H1132132158170179214221234270294331
H2298298298298298380380380510510510
H3180180180180180236236236310310310
L1289289289289289347347347476476476
A282282282282282360360360470470470
D220220220220220270270270320320320


氣動(dòng)薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算分析結(jié)束語

電動(dòng)自力式02.jpg

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(duì)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。低噪音籠式調(diào)節(jié)閥主要為降低可壓縮流體(蒸汽、空氣、天然氣等)的噪音而設(shè)計(jì)的,為適應(yīng)氣體“節(jié)流"“擴(kuò)散與膨脹",套筒上設(shè)有許多對(duì)稱小孔來降低壓降。流體通道呈S流線型,還設(shè)有一個(gè)改善套筒周圍流體平衡流動(dòng)的導(dǎo)流翼,由此調(diào)節(jié)閥壓降損失小,流量大,噪音低。閥芯采用壓力平衡式結(jié)構(gòu),調(diào)節(jié)閥通常配用多彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)緊湊,輸出力大,適合在要求動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性好,低噪音,高可靠性的高溫、高壓、高壓差的工藝管線控制條件下使用。