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氣動薄膜式調節閥流量計算選型分析

調節閥根據驅動方式分類，。根據結構可分為單座調節閥、雙座調節閥、套筒調節閥、角式調節閥、球閥、蝶閥等九大類。調節閥的計算選型是指在選用調節閥時，通過對流經閥門介質的參數進行計算，確定閥門的流通能力，選擇正確的閥門型式、規格等參數，包括公稱通徑，閥座直徑，公稱壓力等，正確的計算選型是確保調節閥使用效果的重要環節。

氣動執行器由執行機構和調節機構組成。氣動執行機構包括：氣動薄膜、氣動活塞、氣動長行程三種執行機構、調節機構為：閥、閘板、調節閥等，有直、角行程 2 種。

工作原理：當 0.2~1kg/cm2 時的信號壓力輸人薄膜氣室中，產生推力使推桿部件移動、彈簧被壓縮產生的反作用力與信號壓力在薄膜上產生的推力相平衡。推桿的移動即是氣動薄膜執行機構的行程。正作用式：當薄膜氣室的信號壓力為零時，推桿部件位于下方，當薄膜氣室內輸人信號壓力時，使推桿部件向下移動;反作用式：當薄膜氣室的信號壓力為零時，推桿部件位于上方，當薄膜氣室內輸人信號壓力時，使推桿部件向上移動。

氣動薄膜式調節閥流量計算選型分析調節閥的流量特性

調節閥流量特性 調節閥的流量特性，是在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質流經調節閥的相對流量與它的開度之間關系。調節閥的流量特性有線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。三種注量特性的意義如下：

1，等百分比特性（對數）

等百分比特性的相對行程和相對流量不成直線關系，在行程的每一點上單位行程變化所引起的流量的變化與此點的流量成正比，流量變化的百分比是相等的。所以它的優點是流量小時，流量變化小，流量大時，則流量變化大，也就是在不同開度上，具有相同的調節精度。

2，線性特性（線性）

線性特性的相對行程和相對流量成直線關系。單位行程的變化所引起的流量變化是不變的。流量大時，流量相對值變化小，流量小時，則流量相對值變化大。

3，拋物線特性

流量按行程的二方成比例變化，大體具有線性和等百分比特性的中間特性。

從上述三種特性的分析可以看出，就其調節性能上講，以等百分比特性為，其調節穩定，調節性能好。而拋物線特性又比線性特性的調節性能好，可根據使用場合的要求不同，挑選其中任何一種流量特性。

1 氣動薄膜式調節閥流量計算選型分析調節閥流量系數計算公式

1.1流量系數符號：
Cv—英制單位的流量系數，其定義為：溫度60°F（15.6℃）的水，在16/in2(7KPa)壓降下，每分鐘流過調節閥的美加侖數。
Kv—國際單位制（SI制）的流量系數，其定義為：溫度5~40℃的水，在105Pa壓降下，每小時流過調節閥的立方米數。
注：Cv≈1.16 Kv
1.2 不可壓縮流體（液體）Kv值計算公式
1.2.1 一般液體的Kv值計算

式中：P1—閥入口絕對壓力KPa 2—閥出口絕對壓力KPa
QL—液體流量 m3/h ρ—液體密度g/cm3
FL—壓力恢復系數，與調節閥閥型有關，附后
FF—流體臨界壓力比系數，
PV—閥入口溫度下，介質的飽和蒸汽壓（絕對壓力KPa）
PC—物質熱力學臨界壓力（絕對壓力KPa）
1.2.2 高粘度液體Kv值計算
當液體粘度過高時，按一般液體公式計算出的Kv值誤差過大，必須進行修正，修正后的流量系數為
式中：K′V —修正后的流量系數 KV —不考慮粘度修正時計算的流量系數
FR—粘度修正系數 （FR值從FR~Rev關系曲線圖中確定）
計算雷諾數Rev公式如下：
對于只有一個流路的調節閥，如單座閥、套筒閥、球閥等:
對于有二個平行流路的調節閥，如雙座閥，蝶閥，偏心旋轉閥等：
1.3 可壓縮流體—氣體的KV值計算

式中：P1—閥入口絕對壓力KPa P2—閥出口絕對壓力KPa
Qg—氣體流量 Nm3/h G—氣體比重（空氣=1）
t—氣體溫度℃ Z—高壓氣體（PN＞10MPa）的壓縮系數
注：當介質工作壓力≤10MPa時，Z=1；當介質工作壓力＞10MPa時，Z＞1，具體值查有關資料。
1.4 可壓縮流體—蒸汽的KV值計算
1.4.1 飽和蒸汽的KV值計算

式中：P1—閥入口絕對壓力KPa P2—閥出口絕對壓力KPa
GS—蒸汽流量 kg/h K—蒸汽修正系數
部分蒸汽的K值如下：

氣動薄膜式調節閥流量計算選型分析

1.4.2 過熱蒸汽的KV值計算

式中：P1、P2、GS、K含義及單位同前 △t—水蒸汽過熱度℃
1.5兩相流流體的Kv值計算
兩相流流體的Kv值計算公式如下：

式中：P1、P2的含義及單位同前； Wg—氣體、蒸汽質量流量，kg/h；
WL—液體質量流量，kg/h； ρe—兩相流有效密度，kg/m3；
ρm—兩相流密度(P1、T1條件)，kg/m3； ρL—液體密度，kg/m3；
Fg—氣體壓力恢復系數； f(x,k)—壓差比修正系數；
T1—入口絕對溫度，K； FF—液體臨界壓縮比系數；
1.6IEC推薦的調節閥FL、XT數值表：

氣動薄膜式調節閥流量計算選型分析

2.氣動薄膜式調節閥流量計算選型分析調節閥選型

2.1 流量系數選擇
當流量系數Kv（Cv）計算出來后，就要對其作適當放大，使其符合所選閥型的Kv（Cv）值系列，并確定相應的調節閥口徑（或閥座直徑）。
對于S≥0.3的一般工況，采用以下流量系數放大倍數：
 等百分比流量特性，m=1.97;
直線流量特性， m=1.63;
圓整后的流量系數應使調節閥最小和最大流量系數時的相對行程處于下表的范圍：
直線流量特性： 10%～80%
等百分比流量特性： 30%～90% 或者 30%～80%（最終按設計院技術規格書要求）
2.2 口徑選擇
當KV閥確定后，調節閥口徑（公稱通徑）或閥座直徑也就相應確定。
所選閥的口徑除滿足開度要求外，還應根據流體流速極限和接管直徑進行驗算，防止流速過高對閥門產生的沖擊、振動和摩擦損耗。
2.2.1 流速
2.2.1.1 不可壓縮流體（液體）的流速極限， m/s

注：套筒閥和抗氣蝕調節閥的流速極限允許在上表數據的1.5倍之內。
2.2.1.2 可壓縮流體（氣體、蒸汽）
可壓縮性流體的出口流速不應超過音速，且進口流速在100m/s之內。
2.2.2 接管直徑
調節閥直徑可以比接管直徑小兩個規格，如：
接管直徑為DN250（10″）時，調節閥口徑可以為DN150（6″）。
2.3 噪聲預估
在自控系統中，調節閥是最大的噪聲源，因此，必須進行噪聲預估。當噪聲超過有關規定時（一般為85dB）,應考慮低噪聲結構，但是有兩種場合除外：
a.閥門遠離人區； 

b.常閉閥。

氣動薄膜式調節閥流量計算選型分析氣動薄膜籠式調節閥產品特點：

1、頂導向單座調節閥，結構緊湊，部件少、易維修。
2、金屬閥芯適用多種工作場合，達IV級泄漏標準，ZXPQ型軟密封結構閥芯達VI級泄漏標準。
3、閥體按流體力學原理設計成等截面低流阻流道，額定流量系數增大30%。
4、可調范圍大，固有可調比為50。
5、執行機構采用多彈簧結構，高度減少30%、重量減輕30%。
6、ZXGV型波紋管密封型調節閥，對移動的閥桿形成的密封，堵絕流體外漏。
7、ZXPJ型調節閥帶有保溫夾套，用于流體冷卻后易結晶、凝固造成堵塞的場合。

氣動薄膜籠式調節閥零件材料：

☆主要零件材料：
☆閥體、閥蓋：HT200，ZG230-450，ZG1Cr18Ni9Ti
☆閥芯、閥座：1Cr18Ni9Ti，司太萊合金堆焊
☆軟密封閥芯：增強聚四氟乙烯
☆填料：聚四氟乙烯，柔性石墨
☆波紋管：1Cr18Ni9Ti
☆墊片：橡膠石棉板、10、1Cr18Ni9Ti、石棉纏繞墊片
☆膜蓋：A3
☆波紋膜片：丁晴橡膠夾增強滌綸織物
☆彈簧：60SIMN
☆閥桿、推桿：2Cr13、1Cr18Ni9Ti
☆襯套：2Cr13

氣動薄膜式調節閥流量計算選型分析技術參數：

本產業性能指標貫徹GB/T4213-92標準

氣動薄膜式調節閥流量計算選型分析氣動薄膜籠式調節閥外形尺寸及重量：

標準型、散熱形、高溫型外形尺寸表  單位：MM

散熱高溫型高度（H）為PN16的數值

夾套型高度H1及H均增加15%

氣動薄膜式調節閥流量計算選型分析氣動薄膜調節閥流特性和選型原則

流量特性是指閥位開度和流量大小的關系，直接影響調節質量和系統的穩定性，與被調參數和設備對象，工藝流程有關。

1、理想流量特性調節閥兩端壓差不變時相對流量與相對開度(行程)的關系：Q/Qmax=f×l/L式中，Q 為某一開度時，調節閥的流量及閥桿行程;f 為閥芯系數;Qmax、L 為調節閥全開時的zui大流量及閥桿全行程。理想流量特性取決于閥芯的尺寸，不同的閥芯曲面得到不同的理想流量特性。

2、工作流量特性分析調節閥前后端壓差變化情況下得到的流量特性。分為直線特性、對數特點、拋物線特性等。拋物線特性介于直線和對數之間。經計算、分析，直線特性調節閥工作在小開度時調節性強，相對流量變化率過于激烈，不易控制，小干擾大克服容易過頭，引起系統振蕩，而在大開度時，相對變化率下，調節性能弱，太遲鈍，大的干擾不能很*服;對數特性是指單位開度變化所引起的相對流量變化值與此點相對流量成正比.經計算、分析，對數閥在小開度時放大倍數小，緩和平衡，利于操作控制，而在大開度時放大倍數大，工作能靈敏有效，是zui常用的閥門。

3、 流量特性選擇規則工業生產中常用的調節閥如直線、對數、快開特性，一般選取直線、對數特性即可滿足工藝調節要求，快開特性適應于二位調節，對于比較難控制和要求較嚴的對象，從以下幾個方面考慮：

a、用調節閥的非線性去補償過程的非線性，使系統總的增益變化較小，穩定;

b、工藝管道情況，考慮工藝管道阻力情況;

c、適應系統的負荷波動;

d、考慮調節閥的工作條件和使用壽命;

e、調節閥工作特性改善。

3 流量能力 C 值的計算方法和調節閥口徑的確定

C 值的定義：我國規定在調節閥前后壓差為 1kPa、液體重度為 1kPa3 的情況下，以每小時通過調節閥門的流體 m3數值，表示流通能力 C 值的大小(以氧化鋁料漿為例。)

調節閥壓差：S=ΔP/(∑ΔPF+ΔP)

式中，ΔP 為調節閥差壓;∑ΔPF 為zui大流量時管路阻力降。

C=Q(r/ΔP)1/2=G/(ΔP * r)1/2

式中，Q、G 為工藝所提供的體積或重量流量;ΔP 為閥門前后壓差;r 為重度。

C 值的選取和公稱通徑 Dg 及閥座直徑 dg 的確定，由工藝提供的zui大流量和對應的zui小壓差。計算出 Cmax，便可選取合適的閥。

4 氣動薄膜式調節閥流量計算選型分析氣動薄膜調節閥應用實例

沉降工段負責將高壓溶出的料漿通過洗滌、沉降槽的作用下，將赤泥沉淀、分離出來。在料漿輸送過程中，需要大量的氣動調節閥來調節流量。根據現場的工藝環境或計算，氣動閥采用了美國 FISHER-ROSEMOUNT 公司生產的氣動調節閥，由閥門定位器和調節閥組成。閥門定位器采用了位移式氣動閥門定位器，其負反饋閉環系統。見圖 1。

為波紋管的有效面積;C 為測量組件的剛度;K 為三級功率放大器的放大倍數;KL 為輸人信號傳動杠桿比;KF 為反饋信號傳動杠桿比;KV/(TVs+1) 是氣動調節閥的傳遞函數，是一個一階周期環節，KV 為調節的放大系數，與執行機構的薄膜有效面積和彈簧剛度及調節的結構等因素有關;TV 為調節閥的時間常數，也與氣室大小等因素有關。

上述負反饋系統中，閥桿輸出位移 Y 與輸人的調節器壓力領信號 P 之間的傳遞函數：

W(s)=Y/P≈AEKL/CKF

AE、KL、C、KF 一定時，Y 與 P 之間成一一對應的比例關系。也就是說，通過電一氣閥門定位器的電氣轉換，定位器接受來自調節器或控制系統的電流信號(4~20mA)，這個信號改變執行機構氣室的壓力 P，使閥門的位置達到給定值 Y，從而達到調節的目的。

4.1 調節閥反向動作和流量特性在應用過程中，由于生產需要將一臺氣關式調節閥改成氣開式調節器，在以前就需將閥芯反裝，或采用反作用式執行機構。在現場改裝比較麻煩，而且需有一定的備品才行。采用閥門定位器后，正作用定位器的輸人信號從 20~100kPa 變化時，它的輸出信號從 20~100kPa 變為 100~20kPa 即可。具體結構中，用到一個凸輪和兩個噴嘴。左噴嘴用以實現正作用，右噴嘴實現反作用。左、右噴嘴與放大器的氣路用背壓切換板來溝通。調節閥的流量特性可以通過改變反饋凸輪的幾何形狀來改變。改變反饋凸輪的幾何形狀能夠改變調節閥的反饋量，使定位器的輸出特性發生變化，從而修正了流量特性。

4.2 手動機構的配置當氣源信號或電信號出現故障時，或者當執行機構的主要元件(膜片、彈黃等)損壞時，就需把自動操作改為手動操作，需轉動手輪維持調節閥的調節功能;另一方面，這種機構也可作為調節閥行程的限位器，當信號壓力為零時，調節閥不是全開就是全關，如果工藝過程要求調節閥有少量的流量，可利用手輪來達到目的。手輪機構有頂裝式和側裝式，頂裝式只能為單方向限制行程，如果在選型或安裝時，選用側裝式可以根據工藝的要求安在左或右側實現限位?？傊?，手動機構可提高調節閥運行的可靠性，特別是調節閥臺增設旁路，使用口徑較大的調節閥時，使用手輪機構從投資費用或占地面積都很合算。所以自動操作完成正常和執行機構*時，由于不使用手動機構，為此經常要加油防銹。

氣動薄膜式調節閥流量計算選型分析安裝調節閥須注意

(1)氣動調節閥應安裝在便于維護、修理的地方。

(2)當選定調節閥的公稱通徑與工藝管徑不同時應加裝異接頭進行連接。

(3)安裝在有振源的場合，應增加防振措施。

(4)安裝時，必須使閥體上或法蘭上的箭頭方向指向介質方向。

(5)安裝前，需要認真清洗管道內焊渣和其它雜物，在安裝后，應將閥芯處于zui大開度，并對管道和閥再一次清洗，以防雜物卡住和損傷節流件。

氣動薄膜調節閥的正確選型、安裝、使用、維修，不僅能夠提高過程控制的可靠性，而且能夠快速解決閥的故障，增加閥的使用壽命對企業的節能降耗有著可觀的經濟效益。