自力式調節閥選型參數

                              上海申弘閥門(mén)有限公司
      1 自力式調節閥選型參數自力式調節閥介紹
      之前介紹截止閥常見(jiàn)種類(lèi)，現在介紹自力式調節閥可分為自力式壓力調節閥、自力式溫度調節閥及自力式流量調節閥3種。其中自力式壓力調節閥應用。自力式調節閥主要應用在被控參數一旦調定后，不經(jīng)常改變(調整)的場(chǎng)合，而被控參數經(jīng)常改變(調整)的場(chǎng)合，應使用氣動(dòng)或電動(dòng)調節閥；自力式調節閥一般應用在非腐蝕性工 藝條件下；被控參數不應超過(guò)或接近所選擇的調整范圍的極限值，應留有一定裕量；自力式溫度調節閥一般用于溫度變化比較緩慢的場(chǎng)合，不適用于溫度急劇變化的 場(chǎng)合；當介質(zhì)溫度超過(guò)140℃時(shí)，在控制管線(xiàn)安裝隔離罐，當介質(zhì)溫度超過(guò)200℃時(shí)，除在控制管線(xiàn)安裝隔離罐，還應在控制閥與執行機構之間加裝散熱片(不 同制造商的產(chǎn)品，此溫度值會(huì )有所不同)；隔離罐應高于調節閥的執行機構而低于閥前后接管；對于非潔凈流體，在閥前應安裝過(guò)濾器，一般情況下，應將閥門(mén)倒立 安裝，即控制閥在上，執行機構在下，此種安裝方式可使其重心在下，有利于閥門(mén)的穩定運行。當介質(zhì)溫度低于80℃時(shí)，閥門(mén)可以正立安裝，當介質(zhì)溫度高于 80℃時(shí)，則閥門(mén)必須倒立安裝。
對自力式調節閥')進(jìn)行了介紹，并著(zhù)重闡述了流量系數的計算方法，自力式調節閥的選擇方法及選擇時(shí)應注意的事項。ZZY型自力式壓力調節閥(簡(jiǎn)稱(chēng)調壓閥)利用被控介質(zhì)自身能量作為動(dòng)力源。引入執行機構控制閥芯位置來(lái)改變流通面積，改變流量，從而使閥前(或閥后)壓力穩定到給定值，具有動(dòng)作靈敏，壓力波動(dòng)小等特點(diǎn)。
自力式調節閥選型參數自力式壓力調節閥有泄壓用閥前壓力調節型、減壓用閥后壓力調節型二大類(lèi)，壓力分段范圍15~3000Kpa，配用不同的檢測執行機構，廣泛應用干蒸汽、各種氣體及液體減壓穩壓或泄壓穩壓的自動(dòng)控制。

       自力式調節閥是一種無(wú)需外來(lái)能源，依靠被調介質(zhì)自身的壓力、溫度、流量變化進(jìn)行自動(dòng)調節的節能儀表。具有測量、執行、控制的綜合功能。尤其適合于在無(wú)電源無(wú)氣源的場(chǎng)合工作。廣泛應用于城市供熱、供暖系統及石油、化工、冶金、電力、輕工等工業(yè)部門(mén)的自控系統。
      目前，由于各種因素的影響(包括工藝條件不準確，計算公式及計算方法上的差異及實(shí)際工藝條件與計算時(shí)考慮的工藝條件不一致)，加上不可預見(jiàn)的因素，往往理 論上計算出的數據，選擇的產(chǎn)品不能滿(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際需要。選擇的調節閥口徑過(guò)大或過(guò)小。選擇的材料及公稱(chēng)壓力不合適，同樣會(huì )造成事故和不必要的浪費。本文將就 自力式調節閥通用的選擇原則、選擇方法、流量系數計算及選擇注意事項等進(jìn)行闡述。ZZY型自力式壓力調節閥  ZZY型自力式壓力調節閥，是一種無(wú)需外來(lái)能源，而只依靠被調介質(zhì)自身的壓力變化達到自動(dòng)調節和穩定閥前（或閥后）壓力為恒定值的一種節能型壓力調節閥。  該閥是一種理想的節能型產(chǎn)品，它廣泛應用于蒸汽的保壓與穩定，也適用于非腐蝕性氣體，低粘度液體介質(zhì)減壓穩壓（閥后）或泄壓穩壓（閥前）的自動(dòng)控制。

 標準技術(shù)參數  閥    體  型    式：直通單座/雙座/三通鑄造球形閥 閥 尺 寸：DN20～300  額定壓力：PN16，PN40，PN63 連接形式：法蘭  法蘭標準：鋼制法蘭按GB9113-2000，JB/T-94 密封面型式：PN16為突面，PN40/63為凹凸面 法蘭端面距：按GB12221-89  

材    料：ZG230-450（SCPH2）            ZG0Cr18Ni9Ti（SCS13A）            ZG0Cr18Ni12Mo2Ti（SCS14A） 結構形式：·標準型（-5℃～+80℃）    見(jiàn)圖1          ·中溫型(冷凝器)（＜+350℃）見(jiàn)圖1        ·波紋管平衡型             見(jiàn)圖2  ·活塞平衡型               見(jiàn)圖3  壓蓋型式：螺紋式  填    料：V型聚四氟乙烯填料  柔性石墨填料  墊    片：型式，齒型和平型  材料，F4/改性F4，不銹鋼+石墨  閥內組件  閥    芯：·單座柱塞型閥芯        

 見(jiàn)圖1  ·壓力平衡型式柱塞型閥芯  見(jiàn)圖4          

·雙座柱塞型閥芯          見(jiàn)圖5  金屬密封     軟密封       快開(kāi)特性                    

 執行機構  型    式：薄膜式(用于被調壓力≤0.6MPa)  ZY70，ZY100，ZY200， ZY280，ZY400  膜片材料：丁腈橡膠夾增強滌綸織物 信號接口：內螺紋M16×1.5  環(huán)境溫度：-30℃～+70℃  型    式：活塞式（用于被調壓力＞0.6MPa）  ZYH28，ZYH70，ZYH103， ZYH133，ZYH188，ZYH201  活塞材料：ZALSi12  信號接口：內螺紋M16×1.5 環(huán)境溫度：-30℃～+70℃  性    能  額定Kv值：參照第2頁(yè)表1  流量特性：快開(kāi)（特殊可要求等百分比或線(xiàn)性） 整機作用方式：·閥前壓力控制見(jiàn)圖2 ※特殊要求可采用等百分比特性或線(xiàn)性特性 材    料：1Cr18Ni9Ti           0Cr18Ni12Mo2Ti  PTFE  ·閥后壓力控制見(jiàn)圖1 壓力調節范圍：參照第2頁(yè)表2  閥前/閥后壓力比：10:1～10:8參照第3頁(yè)表3 壓力控制精度：±5%

 附    件  調節手柄，其他  附加規格（根據要求生產(chǎn)制造）  ·特殊檢查，材料檢查（制造記錄表） 無(wú)損檢查，蒸氣檢查，低溫檢查 ·法蘭背面加工       ·帶排污栓 ·雙重填料           ·蒸氣夾套 ·禁油禁水處理       ·禁銅處理 ·特殊配管和接頭  ·SUS304制品的外裸螺栓，螺母 ·鹽害對策      ·防砂，防塵要求 ·熱帶地區規格  ·寒冷地區規格  ·真空（用途）  閥座泄漏率（對于額定Kv值%）： 金屬密封  小于0.01%  （ANSI B16.104-1976Ⅳ級） 軟密封  小于0.00001%以下  （ANSI B16.104-1976Ⅵ級）  外形尺寸：參照第5頁(yè)表4 產(chǎn)品重量：參照第8頁(yè)表5  型號編制：參照第8頁(yè)型號編制  油漆顏色：調節閥的氣動(dòng)執行機構和閥的表  面應涂漆，不銹鋼和銅的閥可不 涂漆。閥體上的箭頭及文字涂紅 漆。用戶(hù)色彩也可。
      1.1 自力式壓力調節閥
      根據作用形式的不同，自力式壓力調節閥又可分為直接作用式和指揮器操作式2種。指揮器操作式自力式壓力調節閥控制精度高，可比一般的直接作用式壓力調節閥 高一倍左右，壓力調節范圍廣，尤其是在微壓方面，故適合在控制精度要求比較高或壓力調節設定值比較小的場(chǎng)合應用。氮封裝置就是其典型應用之一。
      根據被調壓力取壓點(diǎn)的不同，又分為閥前壓力調節型(K 型，用于背壓調節)和閥后壓力調節型(B型，用于減壓調節)2種。閥前壓力調節型自力式壓力調節閥，其初始位置的閥芯在關(guān)閉位置，當閥前壓力逐漸升高，閥 門(mén)逐漸打開(kāi)，直至閥前壓力穩定在要求的給定值；閥后壓力調節型自力式壓力調節閥，其初始位置的閥芯在開(kāi)啟位置，當閥后壓力逐漸升高，閥門(mén)逐漸關(guān)閉，直至閥 后壓力穩定在要求的給定值。
      此外，還有一種自力式差壓(微壓)調節閥，也分為差壓上升閥開(kāi)啟(K型)和差壓上升閥關(guān)閉(B型)2種形式。將自力式差壓調節閥的低壓端通大氣，即變?yōu)樽粤κ轿赫{節閥。

      1.2 自力式溫度調節閥
      自力式溫度調節閥是基于液體受熱體積膨脹的原理工作的。當溫度升高時(shí)，溫包內工作液體積急劇增大，使密封容室的壓力增高，壓迫波紋管向上移動(dòng)，推動(dòng)彈簧向 上位移，從而使推桿、閥芯也向上運動(dòng)，關(guān)小閥門(mén)，使被調介質(zhì)溫度向設定值方向靠攏，閥芯便停留在新的位置上，即閥芯的位移正比于被測溫度的變化量，形成一 定的比例調節特性。
      自力式溫度調節閥可分為溫度升高閥開(kāi)啟(K型，用于冷卻調節)和溫度升高閥關(guān)閉(B型，用于加熱調節)2種形式。

      1.3 自力式流量調節閥
      自力式流量調節閥(亦稱(chēng)流量限制器，或稱(chēng)恒流量調節閥)是具有恒流量功能的調節閥，它是將自力式的壓差控制裝置和流量調節裝置組合而成的閥門(mén)，其工作原 理：用壓差控制裝置控制并穩定流量調節裝置前后的壓差，從而使閥門(mén)前后的壓差大于恒流啟動(dòng)值之后，通過(guò)的流量不再隨閥門(mén)前后的壓差而變化，在壓差控制的范 圍內，通過(guò)閥門(mén)某一開(kāi)度的流量能夠自動(dòng)保持恒定，流量的變化只需調節閥門(mén)開(kāi)度即可實(shí)現，與閥門(mén)前后的壓差無(wú)關(guān)。
      自力式流量調節閥在城市集中供暖或中央空調的循環(huán)水管網(wǎng)系統中應用廣泛。
      此外，自力式調節閥的閥體有單座、雙座及套筒3種形式；閥蓋有標準型、加長(cháng)型和散熱型(適合溫度350~550℃工況)；執行機構有膜片式(普通膜片、增強膜片和金屬膜片)和活塞式2種。
      自力式調節閥一般采用快開(kāi)流量特性。

      2 自力式調節閥的選擇
      自力式調節閥在自控系統中，既是可調的節流元件，又是承受一定溫度、壓力的容器。所以在選擇時(shí)，既要考慮其適用性，又要保證安全可靠。
      2.1 選擇的一般原則
      具體選擇時(shí)，應根據被調介質(zhì)的種類(lèi)、性質(zhì)、溫度、壓力及工藝要求的其他條件，遵循以下的選擇原則：閥的結構形式應能滿(mǎn)足介質(zhì)溫度、壓力、流動(dòng)性、腐蝕性、 控制范圍以及嚴密性要求；閥的材料應能滿(mǎn)足介質(zhì)溫度、壓力、腐蝕性要求；閥的額定流量系數及口徑應能滿(mǎn)足工藝的流量要求；閥的允許壓差應能滿(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際壓 差的要求；閥的實(shí)際使用條件應與計算選擇時(shí)考慮的相一致。
      2.2 材料及使用溫度的選擇
      選擇材料時(shí)，主要考慮材料的強度、硬度、耐腐蝕及高溫、低溫的特性，首先應滿(mǎn)足自力式調節閥的安全可靠，其次是使用的性能、壽命和經(jīng)濟性。在滿(mǎn)足使用要求 的前提下，應盡量選擇便宜、易得的材料。一般情況下，閥體和閥蓋可選擇多種材料制造(如：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼及鑄不銹鋼)。而閥內組件一般用不銹鋼材 料制造。

      2.3 公稱(chēng)壓力及壓差的選擇
      根據工藝介質(zhì)的zui大工作壓力來(lái)選擇調節閥的公稱(chēng)壓力時(shí)，必須對照工藝溫度條件綜合選擇，因為公稱(chēng)壓力是在一定基準溫度下依據強度條件定出。一旦工作溫度超過(guò)了基準溫度，其允許的zui大工作壓力必定低于公稱(chēng)壓力，這一點(diǎn)應該引起足夠的重視。
      除了注意選定調節閥公稱(chēng)壓力外，在選用時(shí)，還應從推力角度出發(fā)，考慮調節閥能否正常工作的問(wèn)題。用特征數值表達就是允許壓差是否大于zui大工作壓差。因此，在選用時(shí)，要使zui大工作壓差小于閥的允許壓差。

      2.4 流量系數計算
      流量系數Kv(或稱(chēng)流通能力)，是調節閥的重要參數。它反映流體通過(guò)調節閥的能力，亦即反映調節閥的容量。根據計算出的流量系數Kv值的大小，選擇閥的額 定流量系數Kvs，就可以確定調節閥的公稱(chēng)通徑。如果選擇的額定流量系數過(guò)大，就會(huì )使調節閥經(jīng)常工作在小開(kāi)度的情況下，影響控制質(zhì)量，引起振蕩和噪音，縮 短閥的使用壽命。相反，如果選擇的額定流量系數過(guò)小，則會(huì )使調節閥的開(kāi)度過(guò)大，閥門(mén)超負荷運行，不能滿(mǎn)足流量要求，容易出現事故，造成不必要的浪費。為了 合理選擇調節閥的尺寸，必須正確計算調節閥的流量系數Kv值。
      調節閥的額定流量系數Kvs定義：在規定條件下，即閥的兩端壓差為100kPa，流體密度為1g/cm3時(shí)，額定行程時(shí)流經(jīng)調節閥的流量是以立方米每小時(shí)或噸每小時(shí)計的流量數。

      2.4.1 液體的Kv值計算
      1)非阻塞流
      判別式    (1)
      流量系數計算公式
      (2)
                 (3)
      式中 FL— 壓力恢復系數；
             FF— 液體臨界壓力比系數；
             PV— 閥入口溫度下，介質(zhì)的飽和蒸汽壓(壓力)，kPa；
             Pc— 熱力學(xué)臨界壓力(壓力)，kPa；
             qv— 液體流量，m3/h；
             ρ— 液體密度，g/cm3；
             P1— 閥前壓力(壓力)，kPa；
             P2— 閥后壓力(壓力)，kPa。
      2)阻塞流
      判別式         (4)
      流量系數計算公式
            (5)
      由式(5)可以看出，在阻塞流情況下，Kv值的計算公式有變化，壓差一項用FL2(P - FFpv)代替實(shí)際壓差P1- P2。這樣，比用實(shí)際壓差計算出的Kv值要大，即由于阻塞流的作用，使閥的流通能力不能充分發(fā)揮，必須按更大的Kv值來(lái)選擇閥的口徑，才能滿(mǎn)足流量的要 求。

      2.4.2 低雷諾數Re修正(高黏度液體Kv值計算)
      液體黏度過(guò)高時(shí)，由于雷諾數下降，改變了流體的流動(dòng)狀態(tài)。在Re<2300時(shí)，流體處于層流低速流動(dòng)，這樣按原公式計算出的Kv值就會(huì )導致較大的誤差，實(shí)際流通能力達不到計算值，必須進(jìn)行修正。當液體為高黏度時(shí)，調節閥流量系數Kv 的計算公式為
                  (6)
      式中 ψ— 黏度修正系數，按Re查圖1求得。
 
      關(guān)于Re在流體力學(xué)中已有論述，主要與流體性質(zhì)及流經(jīng)的管路兩方面因素有關(guān)。對于只有1個(gè)流路的自力式調節閥(如單座閥、套筒閥等)，Re的計算公式為
                           (7)
      對于只有2個(gè)平行流路的自力式調節閥(如雙座閥)，Re的計算公式為
                         (8)
      式中 Kv— 不考慮黏度修正時(shí)的流量系數；
             v— 流體運動(dòng)粘度，10-6m2/s。

      2.4.3 氣體的Kv值計算
      氣體與液體不同，它具有可壓縮性。氣體流過(guò)調節閥后，密度變小，不能再用液體公式來(lái)計算。關(guān)于氣體的Kv值計算方法，目前有閥前密度法、閥后密度法、平均 密度法、壓縮系數法等多種方法。因為平均密度法的計算結果比較接近實(shí)驗數據，故應用zui多。這里推薦采用平均密度法來(lái)計算氣體的Kv值。
      當P2>0.5p1時(shí)
                (9)
      當P2≤0.5p1時(shí)
            (10)
      式中 qvN— 標準狀態(tài)下氣體流量，m3/h；
              Pm— 壓力，kPa；
              Δp— 閥前后壓差，kPa；
              d — 氣體相對密度，空氣d=1；
              t  — 氣體溫度，℃ 。

      2.4.4 蒸汽的Kv值計算
      1)飽和蒸汽
      當P2>0.5p1時(shí)
            (11)
      當p2≤0.5p1時(shí)
                                           (12)
      式中 qv蒸— 蒸汽流量，kg/h；
              K— 蒸汽修正系數，各種蒸汽的K值：水蒸汽 K=19.4，甲烷、乙烯蒸氣 K=37，氨蒸氣K=25，丙烷、丙烯蒸汽 K=41.5，氟利昂11  K=68.5，丁烷、異丁烷蒸氣 K=43.5。
      2)過(guò)熱水蒸汽
      當P2>0.5p1 時(shí)
            (13)
      當p2≤0.5pl時(shí)
                     (14)
      式中 Δt— 水蒸汽過(guò)熱溫度，℃。

      2.4.5 兩相流的Kv值計算
      當介質(zhì)為氣液兩相流時(shí)，一般采用分別計算液體的Kv液和氣體的Kv氣值，然后相加求取調節閥總Kv值。
      Kv=Kv液+Kv氣
      這種方法是基于兩種介質(zhì)相互獨立，互不影響的觀(guān)點(diǎn)。但實(shí)際上，隨著(zhù)液相和氣相組成成分的變化，流體的狀態(tài)趨向也不同，因此，計算出的Kv值誤差較大。
      2.5 調節閥的口徑選擇

      2.5.1 一般的選擇步驟
     上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥 根據生產(chǎn)能力、設備負荷確定zui大流量和zui小流量qvmax、qvmin；根據系統特點(diǎn)、壓力分配和管路損失，確定zui大壓差和zui小壓差Δpvmax 、Δpvmin；按流量系數計算公式，求得zui大流量和zui小流量時(shí)的流量系數Kvmax、Kvmin；根據求出的Kvmax，在產(chǎn)品樣本中選取大于 Kvmax，并zui接近Kvmax的Kvs值；由計算出的Kvmax，Kvmin驗算閥的開(kāi)度(一般要求閥開(kāi)度在10%~80%之間)；根據Kvmax、 Kvmin計算可調比R(一般要求R=Kvmax/KVmin≤30∶1)；各項計算驗證合格后，根據Kvs值，確定調節閥的口徑。
      2.5.2 常用的選擇步驟
      按照qvmax及Δpvmin 計算出Kvmax；將Kvmax乘以(1.3~1.5)，求得Kvmax(根據具體情況定)；按K vmax選擇Kvs (查產(chǎn)品樣本)，應選擇zui靠近Kvmax且大于Kvmax的Kvs值，保證Kvmax/Kvs≤0.75，按Kvs值，確定調節閥的口徑。
      但是應保證液體流速在2.5m/s以下，氣體流速在80~100m/s以下，否則易產(chǎn)生噪音。
      2.5.3 自力式流量調節閥的選擇
      當介質(zhì)為液體時(shí)，自力式流量調節閥的口徑選擇將有所不同。實(shí)際上有效壓力(指調節閥節流閥板前后的壓差)下的zui大流量已經(jīng)限制了自力式流量調節閥的流量值，所以在選擇閥流量時(shí)，不能按照Kv值選擇，只能按照工藝條件qvmax的大小選擇流量。
      根據qvmax值的大小和系統壓差來(lái)選取合適的流量，然后確定Kvs值和閥的口徑。選擇時(shí)應注意閥前后壓差應大于有效壓力，還應注意閥的開(kāi)度。自力式流量調節閥一般多用于液體介質(zhì)的流量控制。
      當介質(zhì)為氣體時(shí)，應保持氣體的壓力比較穩定。在計算時(shí)，應按Kv值選取閥的口徑。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有：加長(cháng)桿蝶閥安裝注意事項