氣動(dòng)比例調節閥的工作原理及計算選型

1. 氣動(dòng)調節閥的工作原理

調節閥類(lèi)似于孔板，均屬于局部阻力元件。但不同于孔板的是，調節閥的節流面積能夠通過(guò)閥芯的移動(dòng)進(jìn)行靈活調整，使其成為可變節流元件?；诖颂匦?，我們可以將調節閥視作一種可變節流形式的孔板。對于不可壓縮流體，依據伯努利方程，調節閥的流量方程式可表述為：氣動(dòng)薄膜直通調節閥采用頂導向結構，配用多彈簧執行機構。具有結構緊湊、重量輕、動(dòng)作靈敏、充體通道呈S流線(xiàn)型、壓降損失小、閥容量大、流量特性準確、拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)。應用于控制氣體、液體等介質(zhì)，工藝參數如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。單座適用于對泄露量求嚴格、閥前后壓差低及有一定粘度和含纖維介質(zhì)的場(chǎng)合；雙座閥不平衡力小、允許壓差大、流通能力大等特點(diǎn)，適用于泄露量要求不嚴格的場(chǎng)合；套筒閥具有穩定性好，不易產(chǎn)生震動(dòng)，噪音低，對溫度敏感小，適用于壓差較大及泄露量要求不嚴格場(chǎng)合。（可配附件：定位器、空氣過(guò)濾減壓器、保位閥、行程開(kāi)關(guān)、閥位傳送器、電磁閥、手輪機構等）

【一】本系列產(chǎn)品的標準型、調節切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型等多種品種。產(chǎn)品公稱(chēng)壓力等級有PN10、16、40、64；閥體口徑范圍DN20~400。適用流體溫由-200℃~560℃范圍內多種檔次。泄漏量標準有IV級或VI級。流量特性為線(xiàn)性或等百分比。多種多樣的品種規格可供選擇。

氣動(dòng)比例調節閥的工作原理及計算選型

1. 氣動(dòng)調節閥的工作原理

調節閥，作為一種局部阻力元件，其工作原理與孔板相似，但具有更高的靈活性。通過(guò)閥芯的移動(dòng)，調節閥能夠便捷地調整節流面積，從而成為一種可變節流元件?；谶@一特性，我們可以將調節閥視作一種特殊形式的孔板。對于不可壓縮流體，其流量可以通過(guò)伯努利方程進(jìn)行計算。
氣動(dòng)比例調節閥廣泛應用于精確控制氣體、液體、蒸汽等介質(zhì)，特別適用于允許壓差小，而允許泄漏量也較小壓差不大的工作場(chǎng)合。在石油、化工、電力、冶金等行業(yè)應用十分廣泛。下面，小編就給大家具體講講它的工作原理、特點(diǎn)還有一些安裝注意事項，認真看哦！

氣動(dòng)比例調節閥的工作原理：
氣動(dòng)比例調節閥是一種用于溫度比例、壓力比例、流量比例的一種壓力平衡式調節閥，采用單座、套筒式結構，配用多彈簧氣動(dòng)薄膜執行機構，執行機構高度低、重量輕、裝備簡(jiǎn)便。氣動(dòng)比例調節閥閥芯采用籠式套筒閥芯，將氣源壓力變換為閥芯的直線(xiàn)位移，自動(dòng)的控制調節閥開(kāi)度，達到對管道內流體的壓力連續調節。臺臣閥門(mén)氣動(dòng)比例調節閥具有結構緊湊、重量輕、動(dòng)作靈敏、壓降損失小、閥容量大、流量特性精確、維護方便等優(yōu)點(diǎn)。整體具有工作平穩、允許壓差大、流量特性精確噪音低等特點(diǎn)。氣動(dòng)比例調節閥特別適用于允許泄露小、閥前后壓差較大的工作場(chǎng)合。

氣動(dòng)比例調節閥的工作原理及計算選型的特點(diǎn)：
1、采用平衡型閥芯，不平衡力下，允許壓差大，操作穩定。
2、閥芯導向面大，可改善由渦流和沖擊引起的振蕩。
3、比普通的單、雙座調節閥噪聲降低10dB左右。
4、結構簡(jiǎn)單，裝拆維修方便，并具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）采用平衡式結構, 閥前后介質(zhì)壓差對閥瓣產(chǎn)生的不平衡力非常小, 相同工況下同類(lèi)型閥門(mén)所需要的執行機構推力小, 所以其閥桿直徑比單座非平衡閥設計或選擇更小。
（2）閥桿與填料之間的摩擦力比較小, 減小了閥門(mén)動(dòng)作的阻力, 且閥桿和填料的磨損也小, 使用壽命增加。另外, 較小直徑的閥桿在中高溫時(shí)熱脹冷縮變化量小, 避免了在中高溫時(shí)閥桿與填料之間摩擦力增大或互相抱卡塞住的情況發(fā)生。
（3）由于新型套筒閥是平衡式結構, 與非平衡式的直通單座閥比較, 所配置的執行機構可以比較小, 但卻可以克服比直通單座調節閥高的介質(zhì)壓差。例如, DN200/ DN250/ DN300 的新型套筒調節閥可配置氣缸式執行機構, 可適應更大范圍的工作壓差。最大閥座直徑時(shí),允許工作壓差是相同配置直通單座調節閥的2倍左右,也可配置薄膜式執行機構和防爆電動(dòng)執行機構。
（4）新型套筒調節閥采用自對中無(wú)螺紋卡入式閥座結構和模塊化設計, 閥門(mén)拆裝方便, 并能達到Ⅳ級以上泄漏量標準。
（5）在150℃以下時(shí), 金屬硬密封可以達到Ⅳ級以上泄漏量標準, 聚四氟乙烯軟密封可以達到Ⅵ級泄漏量標準。

【二】氣動(dòng)比例調節閥的工作原理及計算選型調節機構主要技術(shù)參數：

注：可為用戶(hù)提供ANSI、JIS法蘭的產(chǎn)品,結構長(cháng)度也可按用戶(hù)需要確定。

【三】氣動(dòng)比例調節閥的工作原理及計算選型主要零部件材料：

【四】ZXP氣動(dòng)單座調節閥執行機構主要技術(shù)參數：

【五】ZXP氣動(dòng)單座調節閥性能指標：

注：本產(chǎn)品執行GB/T4213-92標準。
【六】ZXP氣動(dòng)單座調節閥允許壓差MPa：

注：（1）P-閥門(mén)定位器;R-壓力繼動(dòng)器;（2）允許壓差為閥關(guān)閉P2=0狀態(tài)下,P的最大值;（3）如果允許壓差不清楚或最大工作壓差超出列表范圍請與我們聯(lián)系。

【七】ZXP氣動(dòng)單座調節閥外形尺寸mm：

2. 氣動(dòng)比例調節閥的工作原理及計算選型的計算選型

2.1 初選閥型

閥型選擇是調節閥選型過(guò)程中的關(guān)鍵一步。它涉及到計算流量系數、預估噪聲等多個(gè)方面，旨在初步確定閥體結構型式。若計算結果不符合要求，需要重新選擇閥型并重新進(jìn)行計算，直至滿(mǎn)足各項要求。

2.1.1 確定工藝條件

在初選閥型之前，必須先確定使用條件，包括介質(zhì)的物化性質(zhì)、流量、壓力和溫度等關(guān)鍵工藝參數。同時(shí)，還需要考慮配管情況、自控對象類(lèi)型及特點(diǎn)以及調節性能要求等因素。這些信息對于選擇合適的閥型至關(guān)重要。

在了解了這些背景信息后，我們可以更深入地探討氣動(dòng)調節閥的工作原理及計算選型方法。

2.1.2 調節閥閥型初選

在確定了工藝條件后，我們需要根據2.1.1條中選定的閥型，進(jìn)一步明確調節閥的流向及流量特性。這可以通過(guò)查閱產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)或相關(guān)技術(shù)資料來(lái)完成，其中包含了所需的管徑、壓力等級等關(guān)鍵參數，以及閥特性參數如液體壓力恢復系數FL和壓差比系數XT等。請注意，不同廠(chǎng)家對這些參數的取值可能略有差異，因此在選擇時(shí)可以參考《調節閥口徑計算指南》以及各廠(chǎng)家的樣本數據來(lái)確定最合適的取值。

2.2 流量系數計算

2.2.1 計算公式與判別式

對于不可壓縮流體（如液體），其計算公式與判別式詳見(jiàn)表3，而可壓縮流體（例如氣體和蒸汽）的則列于表4。當流體流經(jīng)調節閥時(shí)，若雷諾數Re小于或等于104，則需應用雷諾數修整系數對流量系數KV進(jìn)行相應修正。

在表3中，我們定義了以下變量：p1為閥入口取壓點(diǎn)的絕對壓力，p2為閥出口取壓點(diǎn)的絕對壓力，Δp代表閥入口與出口間的壓差，即(p1-p2)。同時(shí)，pV表示閥入口溫度下的飽和蒸汽壓（絕壓），pC為熱力學(xué)臨界壓力（絕壓）。此外，FF為液體臨界壓力比系數，FR為雷諾數系數，ρL代表液體密度，而qVL和qmL則分別表示液體體積流量和質(zhì)量流量。

對于表4中的可壓縮流體，我們引入了以下參數：X為壓差與入口絕對壓力的比值(Δp/p1)，K為比熱比。同時(shí)，qVg和qmg分別代表氣體的體積流量和質(zhì)量流量，ρN為標準狀態(tài)下的密度，ρ1是在特定條件p1,T1下的密度，T1為入口絕對溫度。此外，M表示相對分子質(zhì)量，Z為壓縮系數，Fg為氣體壓力恢復系數，而f(X,K)則是壓差比修正函數。
表4 可壓縮流體的計算公式與判別式
當流體為可壓縮時(shí)，如氣體和蒸汽，其流量系數的計算需要采用特定的公式和判別式。這些公式和判別式詳細列于表4中，以便進(jìn)行準確的流量計算。在計算過(guò)程中，需要注意各種參數的定義和取值，以確保結果的準確性。

2.2.2氣動(dòng)比例調節閥的工作原理及計算選型 計算參數的確定

1. 計算流量的確定。計算流量qV，通常由工藝根據裝置的生產(chǎn)能力和物料平衡來(lái)決定。工藝人員會(huì )提供最大流量qVmax、正常流量qVnor和最小流量qVmin三個(gè)關(guān)鍵值，其中qVmax和qVnor均可作為計算的依據。

2. 計算壓差的確定。在KV值的計算過(guò)程中，壓差Δp是一個(gè)至關(guān)重要的參數，但其確定往往具有一定的難度。一旦調節系統得以確定，通過(guò)系統的阻力計算，我們可以得到分配到調節閥上的壓差Δp值。例如，假設系統總壓降為ΔpS，而系統中各部分阻力件如彎頭、手動(dòng)閥和管路等的壓降總和為∑Δpi，那么：
   調節閥壓差Δp與系統總壓降ΔpS緊密相關(guān)，同時(shí)，它也與選擇流量特性及自控系統的調節性能等關(guān)鍵因素緊密相連。因此，在工藝管路的設計過(guò)程中，必須對Δp的值進(jìn)行全面的考慮和精確的計算。

   
   

3. 

KV值的計算步驟可以概括為以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節：

a) 根據具體的工藝條件，參照表3或表4，判斷流體的工作狀態(tài)是屬于阻塞流還是非阻塞流。
b) 選擇適當的公式來(lái)計算KV值。
c) 根據實(shí)際需要，對KV值進(jìn)行低雷諾數修正或管件形狀修正。通常情況下，采用低壓力恢復特性的閥，例如單、雙座閥和套筒閥等，可免于進(jìn)行雷諾數修正和管件形狀修正。
d) 對于非阻塞流工況，通常無(wú)需進(jìn)行噪聲預估；而對于阻塞流工況，則需要進(jìn)行噪聲預估，具體方法可參考相關(guān)文獻[2]。
e) 在確定了KV值及噪聲估計值后，進(jìn)一步選定閥型。若需更改閥型，則需在更改后重新按照上述步驟進(jìn)行計算和查閱相關(guān)資料。

接下來(lái)，我們探討調節閥的口徑選擇問(wèn)題。其中，調節閥的可調比R定義為調節閥能控制的最大流量與最小流量之比，一般取值范圍為30或50。而調節閥的放大系數m則指圓整后選定的KV值與計算KVcal值之比，即m=KV/KVcal。在實(shí)際應用中，可以根據不同的計算條件、流量特性以及選定的工作開(kāi)度來(lái)選取合適的m值。常用的流量特性及其對應的m計算值可參見(jiàn)表5所列。
表5中，(l/L)代表相對行程，即開(kāi)度，它表示調節閥的特定行程與額定行程的比例。

接下來(lái)，我們探討KV值的圓整與開(kāi)度驗算。這一過(guò)程涉及兩個(gè)主要步驟：

1. 使用qVmax進(jìn)行計算。首先，通過(guò)qVmax及其他相關(guān)參數來(lái)計算KV值。然后，從選定的閥型系列中向上圓整這個(gè)計算值。需要考慮到產(chǎn)品值的允許誤差以及調節閥無(wú)法在全開(kāi)位置工作等實(shí)際情況，確保圓整后的KV值對應的m值不低于1.5。

2. 使用qVnor進(jìn)行計算。在正常流量情況下計算KV值，需要先確定閥門(mén)的正常工作開(kāi)度。接著(zhù)，根據所選閥門(mén)的流量特性，從表5中查找相應的m值，進(jìn)而得到放大后的KV值。之后，按照所選閥系列的KV值進(jìn)行圓整，設圓整后的流量系數為K′V。此時(shí)，實(shí)際放大系數m′則等于K′V除以KVcal。最后，根據所選閥的流量特性，從開(kāi)度驗算表6中選擇適當的公式進(jìn)行驗算。
   若同時(shí)給出qVmax和qVmin，則需利用這些參數以及其他相關(guān)數據來(lái)分別計算出KVmax和KVmin。隨后，通過(guò)圓整這些計算值，我們可以得到各自的放大系數。最后，依據這些放大系數進(jìn)行開(kāi)度驗算，并確保調節閥的相對開(kāi)度符合表7中的規定。
   調節閥口徑的計算與選擇，主要涉及根據所選閥型及流量特性進(jìn)行KV值的放大和圓整。在計算過(guò)程中，需要驗算開(kāi)度或開(kāi)度范圍、可調比等參數，以確保調節閥的性能符合要求。若驗算結果符合規范，則可確定口徑；否則，需重新進(jìn)行計算和驗算。同時(shí)，調節閥的口徑選擇不應小于所在管道口徑的50%，以保證調節效果。
   接下來(lái)，我們將通過(guò)一個(gè)計算實(shí)例來(lái)具體展示這一過(guò)程。假設被測介質(zhì)為丙烷，液體狀態(tài)，溫度為20℃，入口壓力為1.68MPa，出口壓力為1.45MPa，密度為ρL=528 kg/m3，飽和蒸汽壓為pv=0.93MPa，臨界壓力為pc=4.26MPa。此外，最大流量qVmax為20m3/h，正常流量qVnor為10m3/h，且所在管道管徑為DN40。在此情況下，我們可以選擇Globe單座調節閥，具有等百分比流量特性，閥門(mén)流向為FTO。通過(guò)查詢(xún)KOSO樣本，我們得到FL=0.9，XT=0.72，并取R=30進(jìn)行后續計算。接下來(lái)，我們將根據這些參數進(jìn)行工況判別和調節閥口徑的計算與選擇。

氣動(dòng)比例調節閥的工作原理及計算選型的安裝方法：
1、氣動(dòng)調節閥安裝位置，距地面要求有一定的高度，閥的上下要留有一定空間，以便進(jìn)行閥的拆裝和修理。對于裝有氣動(dòng)閥門(mén)定位器和手輪的調節閥，必須保證操作、觀(guān)察和調整方便。
2、氣動(dòng)調節閥應安裝在水平管道上，并上下與管道垂直，一般要在閥下加以支撐，保證穩固可靠。對于特殊場(chǎng)合下，需要調節閥水平安裝在豎直的管道上時(shí)，也應將調節閥進(jìn)行支撐（小口徑調節閥除外）。安裝時(shí)，要避免給調節閥帶來(lái)附加應力）。
3、氣動(dòng)調節閥的工作環(huán)境溫度要在（－30～+60）相對濕度不大于95%95%，相對濕度不大于95%。
4、氣動(dòng)調節閥前后位置應有直管段，長(cháng)度不小于10倍的管道直徑（10D），以避免閥的直管段太短而影響流量特性。
5、氣動(dòng)調節閥的口徑與工藝管道不相同時(shí)，應采用異徑管連接。在小口徑調節閥安裝時(shí)，可用螺紋連接。閥體上流體方向箭頭應與流體方向一致。
6、要設置旁通管道。目的是便于切換或手動(dòng)操作，可在不停車(chē)情況下對氣動(dòng)調節閥進(jìn)行檢修。
7、氣動(dòng)調節閥在安裝前要清除管道內的異物，如污垢、焊渣等。