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淺析正確的調(diào)節(jié)閥選型方法
點擊次數(shù)：2735 更新時間：2014-09-03
引言
調(diào)節(jié)閥作為工業(yè)過程控制的終端執(zhí)行器件，它隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高，已成為工業(yè)自動化控制的關鍵設備。調(diào)節(jié)閥選擇的是否合適直接關系到工業(yè)控制品質(zhì)的好壞，甚至關系到工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。因此在實際生產(chǎn)過程中，根據(jù)工藝條件選擇合適的調(diào)節(jié)閥是非常必要的。
1簡介調(diào)節(jié)閥
調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構和調(diào)節(jié)機構兩部分共同組成。它包括氣動、電動和液動執(zhí)行器三大類。在化工生產(chǎn)中常用氣動執(zhí)行器，其它兩種執(zhí)行器只在特殊要求下采用。執(zhí)行機構是調(diào)節(jié)閥的推動部分，調(diào)節(jié)機構是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，即閥門本身。調(diào)節(jié)機構與調(diào)節(jié)介質(zhì)直接接觸，在執(zhí)行機構的推動下，改變閥芯與閥座之間或阻流件的流通面積，從而達到調(diào)節(jié)控制介質(zhì)流量的目的。
1.1調(diào)節(jié)閥的結構形式的選擇
一般在振動大或噪聲大的場合應選用套筒閥較為合適，如在介質(zhì)中帶有粘性或有微小顆粒時，選擇偏心旋轉閥較為合適。通常應用較廣泛的閥有直通單座閥、直通雙座閥、角型閥、蝶閥、球閥、隔膜閥等。在選擇閥的結構形式時，還需考慮調(diào)節(jié)介質(zhì)的工藝條件和流體特性。
1.2調(diào)節(jié)閥氣開/氣關的選擇和調(diào)節(jié)器正反作用的確定
調(diào)節(jié)閥氣開/氣關的選擇必須從工藝生產(chǎn)需要和安全要求方面考慮確定。原則是當信號壓力中斷時，應保證工藝設備和生產(chǎn)的安全，即保證調(diào)節(jié)閥失去信號壓力源時閥自動進入安全狀態(tài)。
選定調(diào)節(jié)閥氣開或氣關形式后，必須根據(jù)閥的這一形式確定調(diào)節(jié)器的正作用和反作用，使調(diào)節(jié)閥和調(diào)節(jié)器構成一個負反饋的控制系統(tǒng)。即對于氣開閥，如果被控參數(shù)大于給定參數(shù)時，要求閥關小，那么調(diào)節(jié)器選用反作用；對于氣關閥，如果被控參數(shù)大于給定參數(shù)時，要求閥關小，那么調(diào)節(jié)器就選用正作用。
1.3調(diào)節(jié)閥的流量特性
調(diào)節(jié)閥相對開度和通過閥的相對流量之間的關系稱為閥的流量特性，即Q/Qmax=f（し/L）。
Q/Qmax相對流量——調(diào)節(jié)閥在某一開度下的流量Q與全開度流量Qmax之比；
し/L相對開度——調(diào)節(jié)閥的某一開度下的行程し與全行程L之比。
由上式看出：通過閥的相對流量Q/Qmax是調(diào)節(jié)閥相對開度し/L的函數(shù)。通過調(diào)節(jié)閥的流量不僅與閥門的開度有關，還與閥門兩端的壓差有關，閥門前后壓差一定時的流量特性為閥門的理想特性，閥門前后壓差隨時變化的流量特性為閥門的工作特性。
♂
理想特性*取決于閥芯的形狀，典型的四種理想流量特性：
?。?）直線流量特性
Q/Qmax=R[（し/L）-1]（R=Qmax/Qmin為調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比）
采用直線流量特性的閥芯時，調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)是常數(shù)。它的特點是在小開度處流量相對變化較大，調(diào)節(jié)作用強，易產(chǎn)生振蕩；在打開度處流量相對變化較小，調(diào)節(jié)作用弱，調(diào)節(jié)緩慢。
?。?）等百分比流量特性（對數(shù)流量特性）
Q/Qmax=e[（し/L）-1]lnR（R=Qmax/Qmin為調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比）
采用等百分比流量特性的閥芯時，調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)隨流量增大而增大，但流量的相對變化值是相等的。它在小開度處放大倍數(shù)小，調(diào)節(jié)作用緩和平穩(wěn)；它在大開度處放大倍數(shù)大，調(diào)節(jié)作用靈敏，為此常被采用。
?。?）拋物線流量特性
（R=Qmax/Qmin為調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比）
采用拋物線流量特性的閥芯時，在小開度時調(diào)節(jié)性能好，它的特性曲線介于直線與等百分比特性曲線之間。
（4）快開流量特性
快開流量特性沒有一定的數(shù)學表達式。采用具有快開流量特性的閥芯時，在開度較小時有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快就達到zui大值，適用于迅速啟閉的切斷閥或兩位式調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
2調(diào)節(jié)閥口徑的選取
對不可壓縮性流體，根據(jù)流體力學代入伯努力方程得：
根據(jù)連續(xù)方程Q=A∗V，上面公式聯(lián)解可得：
♂
這就是調(diào)節(jié)閥的流量方程，其代號及單位為：
V1、V2——節(jié)流前后的流體速度；
V——是平均流速；
P1、P2——節(jié)流前后的壓力，100KPa；
A——節(jié)流面積，cm2；
Q——流量，cm3/s；
C——阻力系數(shù)；
r——重度，Kgf/cm3；
g——重力加速度，981cm/s2；
如果上述公式采用工程單位，Q—m3/h；P1、P2—100KPa；r—gf/cm3，那么調(diào)節(jié)閥的流量方程可化為：
于是Kv定義為：當調(diào)節(jié)閥全開，閥兩端壓差ΔP為100KPa，流體重度r為1gf/cm3（常溫水）時，每小時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，以m3/h或t/h計。但國外流量數(shù)常用Cv表示，其定義為：當調(diào)節(jié)閥全開，閥兩端壓差ΔP為1磅/英寸2（0.07Kgf/cm2），介質(zhì)為600F（15.6℃）清水時，每分鐘流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的美加侖數(shù)，以加侖/分計。Kv與Cv之間換算關系為：
根據(jù)計算出的流量系數(shù)Kv或Cv值，然后在調(diào)節(jié)閥手冊中查找出Kv或Cv額定值，zui終選取合適的調(diào)節(jié)閥口徑。
3結語
上述闡述如何正確選擇調(diào)節(jié)閥，只是針對不可壓縮流體流相為紊流而言的，對于其它層流或可壓縮的流體，如氣體或水蒸汽等，有專門的理論加以推導其流體的Kv或Cv的計算方法，其調(diào)節(jié)閥的選取與上述類同，請另行關注。
調(diào)節(jié)閥作為工業(yè)過程控制的終端執(zhí)行器件，它隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高，已成為工業(yè)自動化控制的關鍵設備。調(diào)節(jié)閥選擇的是否合適直接關系到工業(yè)控制品質(zhì)的好壞，甚至關系到工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。因此在實際生產(chǎn)過程中，根據(jù)工藝條件選擇合適的調(diào)節(jié)閥是非常必要的。
1簡介調(diào)節(jié)閥
調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構和調(diào)節(jié)機構兩部分共同組成。它包括氣動、電動和液動執(zhí)行器三大類。在化工生產(chǎn)中常用氣動執(zhí)行器，其它兩種執(zhí)行器只在特殊要求下采用。執(zhí)行機構是調(diào)節(jié)閥的推動部分，調(diào)節(jié)機構是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，即閥門本身。調(diào)節(jié)機構與調(diào)節(jié)介質(zhì)直接接觸，在執(zhí)行機構的推動下，改變閥芯與閥座之間或阻流件的流通面積，從而達到調(diào)節(jié)控制介質(zhì)流量的目的。
1.1調(diào)節(jié)閥的結構形式的選擇
一般在振動大或噪聲大的場合應選用套筒閥較為合適，如在介質(zhì)中帶有粘性或有微小顆粒時，選擇偏心旋轉閥較為合適。通常應用較廣泛的閥有直通單座閥、直通雙座閥、角型閥、蝶閥、球閥、隔膜閥等。在選擇閥的結構形式時，還需考慮調(diào)節(jié)介質(zhì)的工藝條件和流體特性。
1.2調(diào)節(jié)閥氣開/氣關的選擇和調(diào)節(jié)器正反作用的確定
調(diào)節(jié)閥氣開/氣關的選擇必須從工藝生產(chǎn)需要和安全要求方面考慮確定。原則是當信號壓力中斷時，應保證工藝設備和生產(chǎn)的安全，即保證調(diào)節(jié)閥失去信號壓力源時閥自動進入安全狀態(tài)。
選定調(diào)節(jié)閥氣開或氣關形式后，必須根據(jù)閥的這一形式確定調(diào)節(jié)器的正作用和反作用，使調(diào)節(jié)閥和調(diào)節(jié)器構成一個負反饋的控制系統(tǒng)。即對于氣開閥，如果被控參數(shù)大于給定參數(shù)時，要求閥關小，那么調(diào)節(jié)器選用反作用；對于氣關閥，如果被控參數(shù)大于給定參數(shù)時，要求閥關小，那么調(diào)節(jié)器就選用正作用。
1.3調(diào)節(jié)閥的流量特性
調(diào)節(jié)閥相對開度和通過閥的相對流量之間的關系稱為閥的流量特性，即Q/Qmax=f（し/L）。
Q/Qmax相對流量——調(diào)節(jié)閥在某一開度下的流量Q與全開度流量Qmax之比；
し/L相對開度——調(diào)節(jié)閥的某一開度下的行程し與全行程L之比。
由上式看出：通過閥的相對流量Q/Qmax是調(diào)節(jié)閥相對開度し/L的函數(shù)。通過調(diào)節(jié)閥的流量不僅與閥門的開度有關，還與閥門兩端的壓差有關，閥門前后壓差一定時的流量特性為閥門的理想特性，閥門前后壓差隨時變化的流量特性為閥門的工作特性。
♂
理想特性*取決于閥芯的形狀，典型的四種理想流量特性：
?。?）直線流量特性
Q/Qmax=R[（し/L）-1]（R=Qmax/Qmin為調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比）
采用直線流量特性的閥芯時，調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)是常數(shù)。它的特點是在小開度處流量相對變化較大，調(diào)節(jié)作用強，易產(chǎn)生振蕩；在打開度處流量相對變化較小，調(diào)節(jié)作用弱，調(diào)節(jié)緩慢。
?。?）等百分比流量特性（對數(shù)流量特性）
Q/Qmax=e[（し/L）-1]lnR（R=Qmax/Qmin為調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比）
采用等百分比流量特性的閥芯時，調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)隨流量增大而增大，但流量的相對變化值是相等的。它在小開度處放大倍數(shù)小，調(diào)節(jié)作用緩和平穩(wěn)；它在大開度處放大倍數(shù)大，調(diào)節(jié)作用靈敏，為此常被采用。
?。?）拋物線流量特性
（R=Qmax/Qmin為調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比）
采用拋物線流量特性的閥芯時，在小開度時調(diào)節(jié)性能好，它的特性曲線介于直線與等百分比特性曲線之間。
（4）快開流量特性
快開流量特性沒有一定的數(shù)學表達式。采用具有快開流量特性的閥芯時，在開度較小時有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快就達到zui大值，適用于迅速啟閉的切斷閥或兩位式調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
2調(diào)節(jié)閥口徑的選取
對不可壓縮性流體，根據(jù)流體力學代入伯努力方程得：
根據(jù)連續(xù)方程Q=A∗V，上面公式聯(lián)解可得：
♂
這就是調(diào)節(jié)閥的流量方程，其代號及單位為：
V1、V2——節(jié)流前后的流體速度；
V——是平均流速；
P1、P2——節(jié)流前后的壓力，100KPa；
A——節(jié)流面積，cm2；
Q——流量，cm3/s；
C——阻力系數(shù)；
r——重度，Kgf/cm3；
g——重力加速度，981cm/s2；
如果上述公式采用工程單位，Q—m3/h；P1、P2—100KPa；r—gf/cm3，那么調(diào)節(jié)閥的流量方程可化為：
于是Kv定義為：當調(diào)節(jié)閥全開，閥兩端壓差ΔP為100KPa，流體重度r為1gf/cm3（常溫水）時，每小時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，以m3/h或t/h計。但國外流量數(shù)常用Cv表示，其定義為：當調(diào)節(jié)閥全開，閥兩端壓差ΔP為1磅/英寸2（0.07Kgf/cm2），介質(zhì)為600F（15.6℃）清水時，每分鐘流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的美加侖數(shù)，以加侖/分計。Kv與Cv之間換算關系為：
根據(jù)計算出的流量系數(shù)Kv或Cv值，然后在調(diào)節(jié)閥手冊中查找出Kv或Cv額定值，zui終選取合適的調(diào)節(jié)閥口徑。
3結語
上述闡述如何正確選擇調(diào)節(jié)閥，只是針對不可壓縮流體流相為紊流而言的，對于其它層流或可壓縮的流體，如氣體或水蒸汽等，有專門的理論加以推導其流體的Kv或Cv的計算方法，其調(diào)節(jié)閥的選取與上述類同，請另行關注。
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