氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析

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)驗并結(jié)合相關(guān)資料，對蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥選型過程中應(yīng)該注意的幾個方面予以闡述,。
蒸汽氣動流量調(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)進行選型；選型時需提供的具體參數(shù)有：介質(zhì)管道實際壓力,，壓差,，溫度，管道每小時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,、手輪機構(gòu)（頂裝或側(cè)裝）、限位開關(guān),、電磁閥、閥位傳送器,、氣動加速器、保位閥等。

      蒸汽管道因其管道壓力波動大,，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)行機構(gòu),，其結(jié)構(gòu)緊湊,，輸出力大?？捎糜诳刂撇煌瑝毫蜏囟鹊牧黧w,。
 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)行機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊,，輸出力大,。

氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析 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,，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密封圈，以減少泄漏量,，其優(yōu)點是壓降損失小,，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)行機構(gòu),，其結(jié)構(gòu)緊湊,，輸出力大的特點,，適用于要求動態(tài)穩(wěn)定性好，噪音低,，泄漏等級低的流體控制場合,。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)

氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析如何選擇調(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)動方式分可分為自力式和驅(qū)動式調(diào)節(jié)閥,。按結(jié)構(gòu)形式區(qū)分可以分為氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥,、液動調(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)強腐蝕性流體，可選用隔膜閥;既要求調(diào)節(jié)又要求切斷時,，可選用偏心旋轉(zhuǎn)閥;噪音較大時可選用套筒閥,。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或者電動調(diào)節(jié)閥,。
氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析如何選擇調(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(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的介質(zhì),。

氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計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)閥的相對流量與相對位移(調(diào)節(jié)閥的相對開度)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。但實際上由于多種因素的影響,，如在截流面積變化的同時,，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,，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。

氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計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)以下幾個步驟：

氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析計算流量
根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)狀況來計算最大流量Qmax和最小流量Qmin,。在計算Cv值時應(yīng)按最大流量來考慮,，但是最大流量考慮過多的余量時，使調(diào)節(jié)閥口徑偏大;這不但造成經(jīng)濟上的浪費,，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,，應(yīng)根據(jù)對象負(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)擴大生產(chǎn)能力這兩方面的因素,，然后合理的確定最大計算流量,。

氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計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，所消耗的動力越多,。因此必須兼顧調(diào)節(jié)性能和動力消耗,，合理地計算壓差。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,，在確定計算壓差時，要盡量避免氣蝕和噪音,。減小和防止氣蝕,，可以從以下幾個方面考慮：
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,。但要做到這一點比較困難。一般來說,，當(dāng)閥上壓差ΔP<1.5MPa時,，即使產(chǎn)生氣蝕，但對材質(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抗氣蝕能力越強，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。

氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析流通能力Cv值的計算：
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)廠家都提供計算Cv值的軟件,，這里我就不再詳述具體計算過程,。根據(jù)計算出的流通能力Cv值大小查調(diào)節(jié)閥廠家的對照表表，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑,。
調(diào)節(jié)閥開度驗算：
一般要求最大計算流量時的開度在85%左右,，最小計算流量時的開度不小于10%。如果最大開度過大,，調(diào)節(jié)閥會產(chǎn)生過大振動和噪音，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)行機構(gòu)
如何選擇氣動執(zhí)行機構(gòu)
一般應(yīng)優(yōu)先選用薄膜執(zhí)行機構(gòu),，當(dāng)薄膜執(zhí)行機構(gòu)不能滿足上述兩項要求時,，應(yīng)選用活塞執(zhí)行機構(gòu)。調(diào)節(jié)口徑大或壓差高時,，可選用活塞執(zhí)行機構(gòu),。有效面積越大，執(zhí)行機構(gòu)的位移和推力也越大,，可按實際關(guān)斷壓力需求進行選擇,。
如何選擇電動執(zhí)行機構(gòu)
選擇一臺合適的電動執(zhí)行機構(gòu)規(guī)格時必須考慮的主要因素就是力矩大小。大部分閥門廠商會將力矩參數(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)表或選型軟件進行選型,。有時還需考慮閥門操作的速度和頻率,。部分小規(guī)格的直流電動執(zhí)行機構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度。電動執(zhí)行機構(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。

氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析選擇合適的輔助裝置
氣動調(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閥門定位器,，用于改善調(diào)節(jié)閥工作特性,，實現(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：實現(xiàn)氣路的自動切換。
手輪機構(gòu)：系統(tǒng)故障時,，可切換進行手動操作,。
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,，因為工作溫度在 -40~235℃范圍內(nèi),。當(dāng)溫度變化較大時，其密封性能變會明顯下降,，老化快,，壽命短，柔性石墨填料可克服這些缺點,，使用壽命長,。但石墨填料的回差大，最初使用時會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象,。對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)為計算依據(jù),，選型時必須考慮到環(huán)境對噪聲的限制,，通常要求必須小于85?dB。

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

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

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

五,、氣動薄膜籠式調(diào)節(jié)閥 主要零件材料

六,、氣動薄膜籠式調(diào)節(jié)閥 主要性能指標(biāo)

七、氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析 外形圖

八,、氣動薄膜籠式調(diào)節(jié)閥 安裝連接尺寸

氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析結(jié)束語

調(diào)節(jié)閥選型實際中還會面臨許多其他問題,。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。實踐證明調(diào)節(jié)閥選型不僅僅是計算出Cv值后對照表格選擇閥體口徑這么簡單,，而是需要結(jié)合實際應(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)計的，為適應(yīng)氣體“節(jié)流"“擴散與膨脹",，套筒上設(shè)有許多對稱小孔來降低壓降,。流體通道呈S流線型，還設(shè)有一個改善套筒周圍流體平衡流動的導(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)行機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊,，輸出力大,，適合在要求動態(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。