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气动薄膜调节阀的工作原理与应用

2020-04-27 07:24
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  气动薄膜调节阀的工作原理与应用_机械/仪表_工程科技_专业资料。气动薄膜调节阀的工作原理与应用

  维普资讯 执 簿 一 . 调 节 阀在 自动 控 制中 的作 用 : 空腔 , 压 力 信 号 在 有效 面积 的 波纹 膜 片 上 产 生 作 用 力 该力通 过膜 片下 面的 托板 钢性 传送到 连接 杆, 带 动 下 面的 阀芯动 作, 与阀 座形 成一定 开度 .信 号压 力 越 大 ,推力 越大 ,反 之越小 , 在连杆 下移 时同 时压 缩 正 反 调 节 阀是 自动 调节 系统不 可缺 少 的组成 部分 ,接 受来 自调 节器 的输 出信 号. 从 而 改变 调节 介质 流 量 , 完 成调 节功 能 它 的性 能 和动作 完成 的好 坏 ,直接 影 直 直 指 l 向调节 质 量 和效 果 ,是 自动 调节 系 统一 个 重要 环 节 气 动薄膜 调节 阀是 经 常使用 的执行 器 , 与气 动 调节 仪 表 配套使 用 ,可 以实现 工业 生产 过程 中工 艺参 数的 自 弹性 很 大 的弹簧 ,当 托板 的推力 和 弹簧的反 作 用力相 平衡 时 ,阀 芯便停 留在一 定 位置 ,从 而使 一定 的压力 信 号 对应 一 定 的 阀 门开 度 一 般 情 况 下 两者 是 线 性 的 , 行程 为 l-lO O O mm 左 右 , 这就 是 正 作 用气 闭 阀 的工 作原 理 .如 图 1所示 ,气 动 薄膜 调节 阀还有 正作 隔 三 动 化调 节 目前 , 国内外普 便使 用 的是 电动 单元 组 合 仪 表, 有 Ⅱ型、 Ⅲ型 ,带微 机 的智能 化仪 表及集 散 型 控 制系统 ,这 是 自动化 仪表 发展 的主 流方 向 .气 动仪 表 只是在 特定 的条 件下 及配 套设 备上使 用 但是 僦为 气 动仪表 的气 动薄 膜调 节 阀,在 现实 的使 用 中却 大放 光 彩,原 因是 它不 但可 以和气 动仪 表 配套使 用 ,而且 在 配 上 电 —— 气 转 换 器 后 就 可 僦 为 电动 仪 表 的执 行 器,组 成 调节 系统 .该 阀的优 点是 ,结 构简 单.操 作 方便 ,使 用可靠 、维 修方 便 .防火 防爆 ,是 目前生 产 的 电动 调 节阀 无 法 比美 的 . 因此 广 泛应 用在 石 油 化 用气 开 阀,反作 用气 闭 ,气 开阀 四种工 作 型式 ,只是 改变 阀芯位 置 和倒换 信号 压力 输入 口而 构成 的 . 3 .工作 型式 根 据 工艺 条 件 , 介质 性 质 决 定 阀门 的结 构 型 式 ( 双} ) 单 回痊 、公 称 压 力 、 开 闭形 式 ( 开 ,气 f ) 气 j。 j 单 阀座 密封性 能好 . 泄漏 量小 ,但 瘫体对 阀芯 推力 较 大 , 不宜 使 用 在大差 压 , 大 口径 的 场 合 ( 高压 ) 双 。 阀座 流通 能 力 太, 流体 对 阀 芯推 力小 ,但 泄漏 量大 公 称压 力的选 择较 简单 ,只 要该 阀 的耐压 大于 系统 压 工、抬 盎 .电力 等 行业 . = 、气动 薄膜 调节 捐的 工作 原理 墨工 作形式 气 动 执 行 器 由执 行机 构和 调 节 机构 两 部分 组 成 。 气动执 行机 构包 括 :气动 薄膜 .气 动活塞 、气 动长行 程三 种 执 行 机 拇 调 节 机 构 为 : 阀 , 闸板 , 调 节 阀 等,有直 、 角行程 两种 该 阀是 由气 动薄 膜执 行机 构 和调 节 阀组成 。 1 .型 号 力 即可 。开 闭形式 的选 择就 是根 据系 统及设 备 的安 全 要 求 而决 定 ,气 闭 阀在 事故 ( 电 . 断气 ) 时打开 , 断 如锅 炉给 水调 节 阀。气 开阀在 事故 ( 断电 ,断气 ) 时 l输 信^ 号 型号 表示 方法 是 由两节 字母 和数 字组成 ,第 一节 为 四个 方框 表示 结 构形式 , 后一 节为三 个方 框 .表示 工作压 力 ,开 闭形式 .工 作温 度 . 中间以横线 连 接。 气动 薄膜 调节 阀 的型号命 名 . 黼 栅 关 闭 ,一 般 情 况下 是 出 口阀及 加 热 用 的蒸 汽 调节 阀 。 目的就是 防止 事故 时使生 产 系统及 设 备发 生更大 的破 坏。 三 通 舟 流 闽 阿 件 升 冉 阀 螺 阿 公 气 气 工 柞 龃 鏖 兰 .气 动 薄膜调 节 捐的流 量特 性豆 其选 择原 彝i ! 信 号 压 力 的太 小 和 阀 位 的 开 度 是 成 线 性 的 ( 行 称 开 期 压 蹰 力 闷 程) ,但 是 阀位 开 度和 流 量 的太 小 成 什么 关系 ,这 就 是调 节 阀的流 量特性 。 流量特 性直 接影 响调 节质 量和 系统 的稳定 性 , 不 同 的被 调参 数和 不 同的设 备 对象 工艺 流程 .它们 在被 调时 显示 出不 同 的特 性 , 因此 要 其 中.工作温 度;不注字 的为 t 2 =- 0 t — 0℃ 。 < 6 ~ +5  ̄; 注 有 ‘ 的 为 t 2 ̄ 20 G” >2 5E; 注 右T 的 为 2 工作 原理 ( 正作 用 气 闭阀) 根据 不同 的被 调参数 ,对 象,选 用不 同流 量特 性 的阀 门。 理想流 量特 性: 是指 调节 阀两端 压差 不 变时相 对 O2 l g r的气 压 信号 通 过接 口进入 膜 片上 一 k /ea 6 流量 与相对 开度 ( 程) 的关 系 行 《 嚣 与 未 来 》 1 9 1 仪 9 11 维普资讯 Q :f量 DH¥/ (X L 在 小开 度 时 ,调 节 性 能 强 ,相 对 流 量 变 化率 过 于激 烈 ,不易 控制 ,小 干扰 大克服 往往 容 易过 头, 引起 系 统振 荡。 而在 大开 度时 ,相对 变化 率过 小 .罚节 性能 弱、太 迟钝 ,大 的 干扰 不能很 快克 服 式 中 : 0:】 某 ~ 开 度 时 , 调 节 阀 的 流 量 , 一 m ,及 同杆 行程 ,mm /h Qma , L 调 节 阀 仝 开 时 的 最 大 流 量 m , x 一 /h 及 阀杆垒 行 程,mm。 2 .对 数 特性 ( 等百 分 比) :对数 流 量特 性是指 单 位开 度变 化所 引起 的相 对流 量变 化值 与此 点相 对流 量 成 正 比。 l L / 1 % 0 5 % 0 8 O% 理 想流 量特性 取决 于阀 芯的 几何 尺寸 ,不 同的 阀 苍 曲面 可得 不同 的理想 流量 特性 。这 是调 节阀本 身所 固 有 的特 性 ,也 就 是不 同的 同 『 有不 同 的流 量特 性 。 ] 如 图 2所 示 Q /Qma x 46 % .7 1 .% 5 % 83 08 对 数 阀在 开 度 小 时流 量小 , 开 度大 时 流 量较 大 。 如 果仍 按 仁述 在 1 、5 舯 三 点 都增 加 1 %, 由此 O 0 0 工 作流量 特 性:是 指调 节闷 前后 两端压 差 变化情 况 F得 到 的 流量 特 性。 在一 般 的 工艺 流 程 或 系统 中, 理 想 流量 特 性 不能 保证 ,产 生的 原 因是 : <】 >在 能 源压 头改 变时 , 系统的 阻力 件压差 发 生变化 ,促 使调 节 麟 差 压 发 生 变 化 。 (2>.系 统 流 量 发 生 变 化 时 , 促使 调节 阀压 差发 生变化 , 流量大 时 差压小 ,流 量小 时 差压 大 。 这 样 阀 门 的理 想 特性 就 成 为工 作 流 量特 性 ,速是 我们研 究 的主 要对象 】 直 线 流量 特 性 : 单位 行 程变 化 所 引起 的流 量 Lf % 变 化是恒 定 的, 即调节 阀的相 对开 度 与相对 流量 成直 线关 系。 J /L 开度 1% 0 卯% 8 % O 引起 的相 对 流量 变化率 却 是相 等 的。 /H 0 % : 0/Qma 流 量 x 1% O 5% 0 8 % 0 ×10 =4 0% 0% × 1 0% = 4 0 0% × l % =4 ∞ O% 但 是 .实 际上对 于 调节作 用有 意义 的是流 量相 对 变化率 , 即 单位行 程所 引起 的流 量变 化量 与原 来行 程 位 置 下流量 的 比值 。 = ×10 0 % / = /L = 8 0% = 因为在实 际调 节过 程 中,阀 门不是 处 于垒开 或全 关 的位置 .而 是处 于无 定位状 态 ,也 就是 阀 门可 以稳 由上 可见 对数 阀在垒 刻 度的 任一 行程 上,单 位行 程所 引起 的流 量相对 变化 率 即百分 比总是 相等的 , 所 以又称 为等百分 比特性 。 定在 任何 位置 上 , 以满 足不 同的 工艺要 求 当干扰 出 现 时,产 生偏 差信 号 ,它只能 使 阀 门在原 来 的位 置 上 产生 上下 微小 的位移 ,这 是调 节的 动态 ,并且 对被 调 对数 阀在 小开 度时 ,放 大倍数 小 ,缓 和平衡 ,利 于操 作控 制 . 而在 大 开度 时,放 大倍 数 大 .工作能 灵 敏有 效 。在 自动 化 调节 系统 中是 最 常用 的 阀r , 能适 J 应 各种 负荷条 件 下, 均能保 持正 常 运行 。 3 快 开特 性, 小开 度调节 。 参数 、设 备对 象影响 很大 所 以我 们研究 是 很有 意 义的 .它 直接 可以看 出不 同特 性阀 门对调 节系 统调 节 的功 能和 能力 。 对 于直 线 阀 , 如 果 在 这 三 点 都 增 加 l /L 行 程 l%, 由此而引起的相对流量变化率却是不 同的 0 I L / 1 % O 5 o% 8 O% 4 抛 物 线 特 性 : 特 性在 直 线 和 对 数 之 间 流 量 特 性的选 取 : 目前 ,工 业生 产 中常 用的 调 节 阀 为直 线、 对 数 Q/Qma l % x O 5 % 0 8 % 0 快开 特性 三种 。一 般选 取直 线 对数 特性 即可 满 足 艺调 节要 求 ,快开 特性适 应 于二 位调 节 。对 于比较 难 IL 1 : 。J ×0 / :0 % 儿 1 %:1% 二 0 0 0 I L: 5 / 0% : —0- 5 6 0 )U 控制 和要 求较 严 的对象 ,调 节 阀的 流量特 性 选择要 慎 重 ,具体 分析 .抓 住 主要矛 盾 .酌情 处理 ,一 般 可从 下列 几个 方面 出发 来考虑 。 1 用 调节 阀 的非 线 性 去 补偿 过 程 的 非 线 性 ,使 系统 总 的增 益 变化 较 小 .稳 定 如放 大 系数 K 随 负荷 的加 大 而趋 向减小 的工 业对 象 ,可 选 用 K随负 荷的 加大 而趋 向增 加的调 节 阀,便 能 达到 两者 变化 相 × 1 0% : 2 % 0 0 I :8 % /L 0 :旦 6U × 10 : 1% 0% 2 由 j 析 可 见,在 小流 量 ( : 分 小开 度) 时 d太,在 大 流 量 ( 开 度) 时 6小 因此 直线 特性 罚节 阀工 作 大 《 器 与 禾 未 》 I9tI 仪 9 维普资讯 互抵 消 ,如 图 3所示 对 数闽 特性 具有 这种性 能 ,应 用十分 广 泛 2 艺 骨 道 情 况 值 的 太 小 。如湖 前 后 压燕 为 l g /c 、每小 时 通过 k f m 的水 量 为 2 m 5 ,则 缓调 节周 的 C 值 为 2 实 际上也 5 就 是该 调节 阀 的额定 容 髓 1 落 实工 艺条 件 主 要 是最大 流量和 最小 流量 、相 应 的阀前 后压 力 同一调 节 阀在 同骨 路 中, 由于阀上 雎差 受 I艺 : 管 路 阻力 问 的影 响 ,所 以显示 出不 问 的流 量特 性 因此要 根据 系统 对调 节阀 的流 量特性 要求 和结 合工 艺 管道 阻 力的具 体 情况 米选 择相适 应 的流量 特性 一般 情 况 F, f 际特 性 、直线 , 对数 实 或压 力 蔗 .系统总 阻 力等 。工艺 提供 的条 件有 时可 能 不够 准确 如 动 力压头 及流 量变 化, 材质及 安装 等情 况 , 应彻 底 了解 和 掌握 。流 通能 力 应 留有 一定 余 量 , 以 利 以 后 扩 容 s=I o { ~ 6 理想特 性, 直线 .对 数 f 实际特 性 ,直线 .{ ① ② 要 先求 出 ∑ P A 应包括 系统 中所有 串联局部阻 计 算 凋 节 阀压 羞 :a 选 择 调 节 阀前 后最 近 力件在最大流量¨ 的压降损失) 由工艺专业提供 寸 . 的 两个 压力 基 本 稳 定 的装 置 或设 备作 为系 统 计 算 范 隋 b 接 最 大 流 量计 算 各 局部 阻 力 之 和 ' p C r A 按系统 具 体情 况选 取 S值 D 。 算公式 。 理 想 特 性 . 对 数 对 数 S . ,控制: == <03时 适 【。 _ J 3 .适 应 系统 的位 荷波 动 ^ : : P 兰 一 1一 S 式 中 :△ _ 调 节 阀差压 PI ZA 最大 流量 时管路 阻力 降 ,P 一 AP = 面 2 C值 的计 算 <I 一 > 般液体 C值 的计算 Q √ 由 f对 数 特 性 阀 它 的放 大 系 数 K随 行 程 而增 大 ,而其 相对 流量 变化 率在 不同 开度时 足相 等的 因 此 ,对数 特性 调节 阁可 以适 赢系统 负荷 的较 大幅 度波 式 中:Q、0—1 艺所提 供的 体积 或重 量流 量 : △ P 闷 f 前 后压 差 ] 一 重 岌 动, 而仍 能保 持有较 好 的调 节性 能,而 直线 特性 阀则 显得较 差 。 <2 >气 体 c值 的计算 曲 于气 体具 有可 压缩 性 ,重度 可 变, 同时流 量还 4 考 虑 调节 阀的 工作条 件和 使用 寿命 当调节 阀经 常工作 在 小开 度时 .宜采 用对 数特 性 阀 当介 质是 微小 颗粒 时 , 可选 用直 线 阀, 因为该 阀 受临界压缩比 卢0限制 (÷ < 9 , { 卢时,流量不再增 加 ) 所 以 计 算 c 值 较 为 复杂 方 法 有 , 阀前 重 度 , 法 .阀 后重度 法 . 均 重度 法 .压缩 系数 法, 目前 常 用 国际通 用 的平均 重度 法 的阀芯 比对 数阀 的阀芯 瘦 c 椎角 小) 不易磨 损 ,所 以 寿命较 长 如 系统 对 阀 r 的特 性 无严格要 求 ,从 使用 j 寿命考 虑 ,多 选垌 直线 调 节阉 工作 特性 的改 善 在理 象 特 能 浦足 工艺 要求 或实 际梳 蘑特性 奇 变 时, 可改变 阀 芯角度 ,从 新加 】 有 时要配 制阀 门 . 定位 器 ,修 垃反 馈 』 轮 . 使 阀 门有 更好 的 工作特 性 , 、 ① 一 般气 体的计 算 ( 亚临 界)P >05 . , .P 时 。 l !± r / 垡 上 : 30 8 ( l P P P + 2 ( 临界 ) 2 P 时 超 P <05 r : 以适应 自调 系统 的需 要 四. 流通能 力 C值 的计 算和调 节 阀口径 的确 定 堕 ± P- 3 0 3 调节 阀的型 号和 流量 特性 确定 后,就 要计 算所 需 流通 能 力 ,井 以此 确 定 c 值 及 其 公 称通 径 D 和 阀 鹰 直 径 Dg 式 中: Q 标准情 况 下 的流 量 一 , 标 准情 况下 的重度 P P 阁前 后 的绝 对压 力 A _ 阀 前后的 压摹 PI 流通 能 力 c 值 的 定 义 :我 国 规 定 , 在调 节 阀 前 后 压 差 为 I g /c , 流 体 重度 为 1 g /c ,每 小 k f m‘ k f m 时通过调节} 回¨的 流 体 M数 值 , 袭示 流 通 能 力 c ● r一 { 诗 度 操 1昱 . ② 蒸汽 c值 的计 算 ( 台) 饱 《 器 与 未 来》 1 9 忸 9 1, 8 维普资讯 P >05 时 2 .PI , : 力 、流量 、液位等 工业参 数进行调节、控制 0 . 87 2 K / 调 节 阎 安装 时 应注 意 : 气动 调 节 阀应 安 装 在便 ① I +P2△ P ) 于 维护 、修 理 的地方 ,安 装位 置最 好是 垂直 安装 于 水 平 管道 上。 为 了拉修 方便 谓节阁 体 中心线 与地 面距 离 不得小 于 4 0 7 0 m 安装 场 地应 有较 好 的环境 条 0- 0 r a 件 f 动 和 温 度 ) 营 当选 定 调 节 阀 的公 称 通 径 与 工 振 一 艺 管 径 不 同 时 . 应 加装 异径 接 头 ( 小 头 )进 行 连 大 P < O5 . , .P 时 c = 式 中:G —蒸 气 流量 K一 蒸 气修 正系 数 接 。对 调 节 阀 管线 必 须 加装 旁路 ( 线 ) 其作 用是 付 当调 节 阎进行 维修 时 流体走 旁通 ,维 持正 常 生产 如 圈 4所示 在 自调 系统 投人 时 ,也要 用 到旁通 ,手动 正 常 后 才 投人 自动⑨ 当 过 程 仪表 采 用 气 动仪 表 时 , 如 调节 阀距 仪表盘 较 远,气 动调 节器 到 调节 阀管 线较 长时, 调 节 阁膜 头 较大 时 应 考虑 加装 J:1 动器 或 继 @ 蒸 汽 c 值 的计算 ( 热) 过 G ‘ P >05 1 2 P 时 一 1+ 0 0 3 01 At P <05 . .P 时 : ( : ≥ ± 垒 13 P 1 .8 在 阀门 旁加 装阀 门定 位置。 加快 调节 速度 ,否 则调 节 过 程较 长, 影响调 节 质量 调 节阀 易出 现的 问题 : 式 中: A 卜__水蒸 汽过热 度 , ℃ 选 样 过 热蒸 汽 的 C 值 比饱 合 蒸汽 增 加 00 3 . At 01 倍. ① 调 节 阎 c值 的计 算 是 由工 艺 提 供 的原 始 数 ④ 高压气 体的 c 值 计算 据 而得 出的, 如现 实工 艺条件 和 设计 条件 一致 , 阀 f J 的大 小 问题 不大 。当工 艺条 件和设 计 条件 有较 大差 别 时 、所选 阀 门将 会 出现 不是 过大 就是 偏小 的情 况 。阀 门选 的过 大 , 阀门 经常 工 作 在小 开 度 , 有效 行程 短 , 可调 范 围显著 减小 ,易 引起 强烈 振荡 权 宜措施 ,是 当气 体公 称压力 大于 1 0 g /c 时, 可用 一般 0 k f m 气体 C 值 的计算 式 的得散 乘z 、Z 为压缩 系数 与 温度 、 压力 有关, 由工程 手册 可查 得 。 除 以上 计算 公 式 外 ,还 有 闪蒸 液 体 、高 粘 度 液 体 两 相 流 体 c 值 的 计算 公 式 . 因 不 常 用 这 里 省 把 调节 阎前 后 阀 门关 小 一 点 ,使 橱 节 阎 开 度 增 大一 些 , 和一些 矛盾 但 是选 样做 增加 了系 统阻 力, 使 缓 s值 减小 ,会使 流 量特 性 变坏 ,调 节 质量 变差 。阀 门 _== . I童 盥 堕 略, 使用 计算 时,可 查有 关数 据 。 I 选 的过 小, 阀门 垒开 时也不 能满 越生 产需 要, 只能 把 旁路 阎打开 一些 来补 救 ,这 时放 大倍 数下 降,可 调 比 降低 ,旁 通开 大 时 调 节 阀将 不 起 作 用 ,成 为 人 工调 节 解 决 以上 问题 的办法 是根 据 实际 工况 从新计 算 选 型,更 换 调节 阀 使 调节 阎 工作 在最 佳状 态 ,使 被 调 参 数稳 定工 作在 所希 望 的数 值上 @ 在 使 用过 程 中当阀 门的 流量 特性 不能满 足生 圈 4调 节 阀旁 通示 意 图 3 调 节 阁 c值 的选 取 和公 称 通 径 D.及 阁座 直 g 径 的确 定 把工 艺所 提供最 大 流量 和与之 相应 的最 小压 差代 产需 要时 ,可 配置 阀 门定位 器, 根据 具体 情况适 当修 改 阀 门定 位 器 的反 馈 凸 轮 , 使 其 具 有 更 好 的工 作特 性 ,满足 对象 的要 求 。 通 过 以上几 个 问题 的讨论 ,对 气 动调 节阎有 r一 个 概括 的 了解 。但是 要做 到 了如 指掌 、运 用 自如, 只 0 人 上述 适 当 公 式 , 即 可 得 所 需 最 大 计 算 流 通 能 力 C x ma ,便 可 由系 列 产 品数 据 中选太 小 合适 的阎 通 常选 用 大 于 Cma x并最 接近 它 的那 一 档 c 值 , 同时 据此 确定 Dg/d 。 g 经过 以上 几个 问题的 分析 ,就 基本上 确 定 了调 节 有 理论 知识 是不 够 的,还 需要 丰 富 的实践 经验 ,耐 工 艺 过 程 的深 刻 了 解 ,具 备调 节 阎 的 调拉 、故 障分 析 . 修理 等 技术 。只 有这 拌才 能根 据 工艺 条件 设计选 择 合 适 的 阀门 ,满足 自调 系统 的需 要 。 阎的 型号 .流 量特性 和流 通能 力, 也就把 阀 门基本 确 定 下来 但 是 调节阁 的不平 衡 力、 充许压 差和 稳定 性 的分析 ; 阀门定 位器 的配 制:气 动 执行 器的测 试 ;安 装 和使 用等 阃题 应清 楚 。 屈 念 民 五 、调 节 阀在 安 装和使 用 中应 注意 的问题 调节阀和气动仪表配套组戚调节 系统,本质安全 防 爆 ,用于危险场合和特定 的生产过 程 骚设备 和电动仪 表配套加装 安全栅等仪表 ,可组 成安全防爆型。 目前 国 内外工业生 产 自控仪丧 f } 计均采 用这种 结构形式,广 泛用于 石 油化工 .冶 金 电力 等行 业 可 对温 度 .雎 《 ; 与 丰 来 》 1 9 哇耳 L 9 ti 9

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