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【精选】调节阀选型的注意问题

编辑: OMAL发表时间:2019-08-12 17:56:07浏览量:488

近年来,用户对调节阀的控制精度要求越来越高了,比如精度≤0.5%的要求。调节阀的控制精度除了和阀门的结构有关外,也和实行机构有关系。调节阀的实行机构分为气动实行机构、电动实行机构、电液实行机构等。

概述

 

调节阀是组成自动调节系统的一个重要环节。它广泛使用于化工、石油、电力、冶金、建材、轻工等工业部门,以及近年来迅猛发展的楼宇控制、环保工程、城市煤气等新的控制领域。随着工业生产自动化水平的不断提高,调节阀的品种、规格日益增长,调节工况也越来越复杂。在重视高效率、低消耗、高品质的当今时代,在工程设计中,调节阀的选型和计算是个关键问题,直接关系到自动调节系统的调节质量,工业生产的安全性、可靠性、经济性和稳定性,因此必须给子足够的重视。

 

调节阀的性能指标

 

调节阀的性能指标除了强度、密封、外观等指标外,还有它的特殊性能指标,如流量系数、流量特性、可调比、控制精度等等。

 

(1)流量系数

 

流量系数表示流体流经阀门产生单位压力损失时流体的流量,是衡量阀门流通能力的指标。可分为额定流量系数Kv和相对流量系数P。

 

额定流量系数Kv定义为调节阀两端压差为0.1MPa时,温度5°C ~ 40°C的水每小时流经调节阀的立方米数,以m/h表示。额定流量系数随阀门尺寸、形式及结构而变化,Kv值是调节阀的重要参数,它反映调节阀通过流体的能力,也就是调节阀的容量。根据调节阀工况Kv值的计算,就可以确定选择调节阀的口径。

 

相对流量系数定义为相对行程下的流量系数与额定流量系数之比。  通过计算阀门相对系数,对比阀门的流量特性曲线,可计算阀的相对开度。


调节阀

 

(2)流量特性

 

调节阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与相对位移之间的关系。通常来说,改变调节阀的阀芯与阀座之间的流通截面积,便可控制流量。但在实际工况中,由于多种因素的影响,通过阀门的流量可能随压降而变化。为了便于分析,设定阀的压降不变,然后再引申到真实情况进行分析,前者称为固有流量特性,后者称为工作流量特性。

 

固有流量特性主要有直线、等百分比、抛物线及快开特性。而直线和等百分比在实际运用中更为常见。

 

直线流量特性是指调节阀的相对流量与阀芯相对位移成直线关系,即单位位移变化所引起的流量变化是常数。具有此特性的阀门在开度小时流量相对变化大,灵敏度高,不易控制,甚至发生振荡;而在开度大时,流量相对变化值小,调节缓慢,不够及时。要克服这一扰动, 希翼调节阀动作所引起的流量变化量要大-一些,否则变化的流量值较之原始流量小,使调节作用微弱,不够灵敏,不利于系统的正常运行。因此对一般调节 系统来说,希翼在小负荷时,调节作用抑制一一些,大负荷时,调节作用加强些,这就靠调节阀的流量特性来补偿,直线流量特性不能满足这点要求,因此就产生了等百分比及其它流量特性。

 

等百分比流量特性的曲线斜率即放大系数是随行程的增大而递增的,在同样的行程变化值下,流量小时,流量变化小;流量大时,流量变化大。因此,在小开度时,调节阀的放大系数小,调节平稳缓和;在大开度时,放大系数大,调节灵敏有效,这样有利于自动调节系统的工作。

 

在实际生产过程中,阀门的压差总是变化的,这时流量特性称为工作流量特性。因为调节阀往往和工艺设备、管道等串联或并联适用,流量因阻力损失的变化而变化,在实际工作中因阀门前后压差的变化而使理想流量特性畸变成工作特性。

 

 

 (3)可调比

 

调节阀的可调比就是调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比,可调比也被称为可调范围。需要注意的是,这里说的最小流量和泄漏量含义不同,最小流量是指可调流量的下限值,它一般为最大流量的2%~4%,而泄漏量是阀全关时泄漏的量,它仅为最大流量的0.1%~0.01%。

 

( 4)控制精度

 

调节阀的控制精度一般可分为基本误差、回差、死区等。

 

基本误差是指调节阀的实际上升、下降特性曲线与规定的特性曲线之间的最大偏差。用调节阀额定行程的百分数表示。

 

回差为同一输入信号上升和下降的两相应行程值间的最大差值。用调节阀额定行程的百分数表示。

死区是输入信号正、反方向的变化不致引起阀门流量有任何可察觉变化的有限区间。死区用调节阀输入信号量程的百分数表示。这里需要注意的是,大家在测试阀门死区的时候,一般对阀门流量的变化难以控制,大家可以从阀杆的升降(旋转)来作为流量变化的依据。

 

调节阀分类

 

调节阀按阀门结构分类,常见的可分直通单座调节阀、套筒调节阀、调节蝶阀、V形球阀、活塞式调节阀,等等。

 

(1)单座调节阀是种常见的调节阀,它是由阀体、上阀盖、阀座、压套、导向套、阀芯、阀杆、填料、填料压套、填料压板等组成的。阀芯和阀杆连接在一起,连接方法可用紧配合销钉固定或螺纹连接销钉固定。阀体内设有导向套,为阀芯移动起导向作用。


调节阀

 

单座调节阀其主要特点有:

 

●泄漏量小,容易实现严格的密封和切断,例如,可采用金属与金属的硬密封,或金属与聚四氟乙烯及其他复合材料的软密封;

 

●维修方便,阀座被压套、导向套通过上阀盖压紧在阀体上,不像蝶阀、V形球阀那样,阀座或阀座支撑圈是通过螺纹或螺钉压紧在阀体上,因此拆装非常方便,而且拆装阀座时阀体可不从管道上卸下来;

 

●允许压差小;

●流通能力小;

 

●由于流体介质对阀芯的推力大,即不平衡力大,因此,在高压差、大口径的应用场合,不宜采用直通单座阀。

 

(2)套筒调节阀是上世纪六十年代发展起来的新品种,它除了有单座调节阀维修方便等优点外,在稳定性、寿命、使用压差等方面又优于单座调节阀,因此它已成为调节阀的主流。它是由阀体、上阀盖、阀座、套筒、套筒密封环、阀芯、阀杆、填料、填料压套、填料压板等组成的。阀芯和阀杆连接在一起,连接方法可用紧配合销钉固定或螺纹连接销钉固定。

 

套筒调节阀与单座调节阀相比,其主要优点如下:

 

 

稳定性好。由于套筒调节阀套筒上的平衡孔,可以减少介质作用在阀芯上的不平衡力(其不平衡力面积约为阀杆的截面积)。同时,套筒与阀芯间导向面大,因此不易引起加之不平衡力变化较小,阀芯振动;

 

●互换性和通用性强,只要更换套筒,就可以得到不同的流量系数和不同的流量特性;

 

●许用压差大,热膨胀影响小,从平衡原理上看,带平衡孔的套筒阀的不平衡力面积小,因此许用压差大。又由于套筒、阀芯采用同-种材料制成,温度变化引起的膨胀基本-一样, 同时,套筒、阀芯形状基本致,故热膨胀影响小;

 

●使用寿命长,由于阀芯底部为平面,在产生气蚀时,气泡破裂产生的冲击波作用在阀芯下面的空间内,冲击能量没有作用在阀芯上而是被介质自身吸取。而单座阀冲击能量却直接作用在其阀芯头部,因此套筒调节阀气蚀的破坏比单座阀小。另方面,套筒密封面与节流面(窗口)分开,介质高速流动对密封面的冲刷也大为减少,所以套简阀的使用寿命比单座阀长;

 

●噪音低,在产生闪蒸的情况下,由于套筒阀气蚀破坏小,加之的振动也小于单座阀(因套筒与阀芯有较大较长的导向),所以它比单座调节阀的噪音要低10分贝以上。

 

但因较单座调节阀多了-道套筒和阀芯之间的密封,无论这里采用高性能密封环还是碳纤维导向密封环,都有-一定的使用寿命限制,并且泄漏量也比单座调节阀要大。套筒和阀芯间留有一定的间隙,颗粒介质容易进入间隙,造成阀芯、套筒的拉伤、卡死,故套筒调节阀不适用在含颗粒介质的场合。

 

(3)调节蝶阀(见图3)又称翻板阀,相当于用-段管道来做阀体,中间蝶板节流,结构简单。它由阀体、蝶板、阀杆和填料等部件组成。与单座、套筒调节阀相比,其主要优点有:结构最简单、体积最小、重量最轻,口径和价格比小,特别适合大口径;流路简单,流阻小,流通能力大,能很好的利用节流的冲刷,防堵性能好,适合用在带有悬浮物流体的场合。

 

调节蝶阀一般泄漏量较大,但也有高性能、低泄漏量的蝶阀结构。它的流量特性在转角20°~60°与等百分比特性相似,20°之前调节特性差,60以后转矩增大,工作不稳定,特性变差,所以调节阀蝶阀常在20° ~ 60°转角范围之内使用。


      (4) V形球阀(见图4)属于固定球阀,也是单阀座密封球阀,它是由阀体成V形阀芯的扇形球体上有V形开口或瓶物线开口,两边支承在上下阀杆上用于V形球阀。随着球的旋转,开口面积不断的发生改变,但开口面的形状的终保持为三角形。当V形口旋转到阀化内,球体和阀体中的密封圈紧密接触V形开口的球体,也可以改良为U形开口,以增加流通能力,它的流量特性是改良的等百分比曲线。

 

与单座、套筒调节阀、调节蝶阀相比,其主要优点为: V形口与阀座之间有剪切作用,可以切断纤维状的流体,如纸浆、纤维、含颗粒的介质,关闭性能好;流通能力大,比同口径的普通阀高两倍;流量特性近似等百分比特性,可调比大,可高达300:1 (单座调节阀、套筒调节阀-一般为50:1,调节蝶阀-般为30;1 ) ;但V形球阀使用温度、压力的极限受到内件材料的限制,也不适用于腐蚀性流体,其成本造价也比一般的阀门要高。

 

(5)活塞式调节阀活塞式调市阀的调节功能是靠生似于圆筒形的活塞在阀腔内沿辅向移动实现的。阀门主要由阀体部件和实行机构组成,阀体部件包括:阀体、活塞、阀杆、导流罩、鼠笼筒、曲柄、连杆等,实行机构可采用液动、电动等驱动方式。

 

活塞式调节阀的阀体由内外两层组成,流体从两层之间的环形流道流过,阀门驱动采用曲柄连杆机构,将阀杆的旋转运动转化为活塞的轴向位移。活塞在阀体内圆筒里沿管路中心作轴向运动,从而改变节流面积,以实现控制调节功能,达到调节流量的目的。

 

活塞式调节阀主要有以下方面的特点:阀体为铸造圆筒结构,承压性能好;阀体内腔的流线型设计并设置导流罩,有效疏导流体;活塞设计为平衡式结构,无前后压差引起的不平衡力:流体在通过阀门的过程中顺管道轴向向流动,而且流向基本不发生改变,有效减小流道流阻,增大阀门流通能力;无论活塞在何位置,阀腔内的水流断面始终为环状,在出口处向轴心收缩,从而避免因节流而可能产生的空化对阀体和管道的破坏:鼠笼筒可布置不同的开窗结构,满足不同的流量调节特性。

 

调节阀控制精度

 

常见精度要求的调节阀标准有GB/T 4213-2008《气动调节阀》; GB/T 10869- 2008《电站调节阀》; JB/T7387- 2014《工业过程控制系统用电动控制阀》。

 

一般气动调节阀的精度要求在1.5% ~ 2%之间,电动调节阀在1% ~ 2.5%之间。

 

近年来,用户对调节阀的控制精度要求越来越高了,比如精度≤0.5%的要求。调节阀的控制精度除了和阀门的结构有关外,也和实行机构有关系。

 

调节阀的实行机构分为气动实行机构电动实行机构、电液实行机构等。


电动实行器

 

气动实行机构影响控制精度的主要因素有实行器内的弹簧精度和控制阀门的定位器精度。电液实行机构影响控制精度的主要因素有传感器、比例阀(伺服阀)和控制箱。电动实行机构影响控制精度的主要因素有齿轮间隙、传感器等。

 

现在国内外电动实行机构精度还是区别很大的,就调节型电动实行机构而言,国内自主研发的电动实行机构精度般在2%左右,引进国外技术的”般在1.5%左右,国外进口品牌一般在1%左右。目前而言,市面上精度比较高的进口电动实行机构,如采用双传感器技术、直流无刷电机和简单高效的齿轮传动,可以保证控制精度≤0.1%。

 

电动调节阀的控制精度除了与电动实行机构有关,与其额定行程亦有很大关系。某企业生产一台DN25的电动单座调节阀时,电动实行机构选用的是某国内一线的品牌,其样本上写着控制精度≤1%。后装配调试时,按GB/T10869《电站调节阀》中要求对该阀门进行额定行程偏差的测试,测试结果为3%,不符合协议要求。后将阀门与电动实行机构发给该电动实行机构厂家调试,调试结果也大致一样。 后该厂家在澄清函中说明,由于该阀门额定行程只有25mm,实行机构推力丝杆和轴套间的螺纹间隙;轴套和内部双轴承之间的间隙;丝杆上止推棒与止推棒内孔的间隙;还有阀杆与实行机构推杆的螺纹间隙,这些间隙加起来如果有1mm,那就占总行程的4%,针对小行程的调节阀, 该现象时有发生。 最后在原电动实行机构无法满足精度要求的情况下,在更换了高效齿轮传动的进口电动实行机构之后,控制精度满足1%的要求。

 

结束语

 

正确选用调节阀是系统控制平稳运行的关键, 在控制过程中,需综合考虑各 方面因素的影响。在保证工况的情况下,选择最经济的阀门类型和最合适的控制方式才能使产品具有更强的市场竞争力。


备注:文章若有侵权,请联系删除。

 

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