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淺析正確的調(diào)節(jié)閥選型方法
點(diǎn)擊次數(shù)：2088 更新時(shí)間：2014-09-03
引言
調(diào)節(jié)閥作為工業(yè)過(guò)程控制的終端執(zhí)行器件，它隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，已成為工業(yè)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵設(shè)備。調(diào)節(jié)閥選擇的是否合適直接關(guān)系到工業(yè)控制品質(zhì)的好壞，甚至關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(jiǎn)介調(diào)節(jié)閥
調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分共同組成。它包括氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)執(zhí)行器三大類(lèi)。在化工生產(chǎn)中常用氣動(dòng)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(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)部分，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，即閥門(mén)本身。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)介質(zhì)直接接觸，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下，改變閥芯與閥座之間或阻流件的流通面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)控制介質(zhì)流量的目的。
1.1調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式的選擇
一般在振動(dòng)大或噪聲大的場(chǎng)合應(yīng)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(shí)，選擇偏心旋轉(zhuǎn)閥較為合適。通常應(yīng)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(jié)構(gòu)形式時(shí)，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(kāi)/氣關(guān)的選擇和調(diào)節(jié)器正反作用的確定
調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)/氣關(guān)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(dāng)信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全，即保證調(diào)節(jié)閥失去信號(hào)壓力源時(shí)閥自動(dòng)進(jìn)入安全狀態(tài)。
選定調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)或氣關(guān)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(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋的控制系統(tǒng)。即對(duì)于氣開(kāi)閥，如果被控參數(shù)大于給定參數(shù)時(shí)，要求閥關(guān)小，那么調(diào)節(jié)器選用反作用；對(duì)于氣關(guān)閥，如果被控參數(shù)大于給定參數(shù)時(shí)，要求閥關(guān)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(duì)開(kāi)度和通過(guò)閥的相對(duì)流量之間的關(guān)系稱為閥的流量特性，即Q/Qmax=f（し/L）。
Q/Qmax相對(duì)流量——調(diào)節(jié)閥在某一開(kāi)度下的流量Q與全開(kāi)度流量Qmax之比；
し/L相對(duì)開(kāi)度——調(diào)節(jié)閥的某一開(kāi)度下的行程し與全行程L之比。
由上式看出：通過(guò)閥的相對(duì)流量Q/Qmax是調(diào)節(jié)閥相對(duì)開(kāi)度し/L的函數(shù)。通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量不僅與閥門(mén)的開(kāi)度有關(guān)，還與閥門(mén)兩端的壓差有關(guān)，閥門(mén)前后壓差一定時(shí)的流量特性為閥門(mén)的理想特性，閥門(mén)前后壓差隨時(shí)變化的流量特性為閥門(mén)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(shí)，調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)是常數(shù)。它的特點(diǎn)是在小開(kāi)度處流量相對(duì)變化較大，調(diào)節(jié)作用強(qiáng)，易產(chǎn)生振蕩；在打開(kāi)度處流量相對(duì)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(duì)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(shí)，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(duì)變化值是相等的。它在小開(kāi)度處放大倍數(shù)小，調(diào)節(jié)作用緩和平穩(wěn)；它在大開(kāi)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
?。≧=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(shí)，在小開(kāi)度時(shí)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。
?。?）快開(kāi)流量特性
快開(kāi)流量特性沒(méi)有一定的數(shù)學(xué)表達(dá)式。采用具有快開(kāi)流量特性的閥芯時(shí)，在開(kāi)度較小時(shí)有較大的流量，隨著開(kāi)度的增大，流量很快就達(dá)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(duì)不可壓縮性流體，根據(jù)流體力學(xué)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(hào)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(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，閥兩端壓差ΔP為100KPa，流體重度r為1gf/cm3（常溫水）時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，以m3/h或t/h計(jì)。但國(guó)外流量數(shù)常用Cv表示，其定義為：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，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(shí)，每分鐘流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的美加侖數(shù)，以加侖/分計(jì)。Kv與Cv之間換算關(guān)系為：
根據(jù)計(jì)算出的流量系數(shù)Kv或Cv值，然后在調(diào)節(jié)閥手冊(cè)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(jié)語(yǔ)
上述闡述如何正確選擇調(diào)節(jié)閥，只是針對(duì)不可壓縮流體流相為紊流而言的，對(duì)于其它層流或可壓縮的流體，如氣體或水蒸汽等，有專門(mén)的理論加以推導(dǎo)其流體的Kv或Cv的計(jì)算方法，其調(diào)節(jié)閥的選取與上述類(lèi)同，請(qǐng)另行關(guān)注。
調(diào)節(jié)閥作為工業(yè)過(guò)程控制的終端執(zhí)行器件，它隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，已成為工業(yè)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵設(shè)備。調(diào)節(jié)閥選擇的是否合適直接關(guān)系到工業(yè)控制品質(zhì)的好壞，甚至關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(jiǎn)介調(diào)節(jié)閥
調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分共同組成。它包括氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)執(zhí)行器三大類(lèi)。在化工生產(chǎn)中常用氣動(dòng)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(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)部分，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，即閥門(mén)本身。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)介質(zhì)直接接觸，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下，改變閥芯與閥座之間或阻流件的流通面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)控制介質(zhì)流量的目的。
1.1調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式的選擇
一般在振動(dòng)大或噪聲大的場(chǎng)合應(yīng)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(shí)，選擇偏心旋轉(zhuǎn)閥較為合適。通常應(yīng)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(jié)構(gòu)形式時(shí)，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(kāi)/氣關(guān)的選擇和調(diào)節(jié)器正反作用的確定
調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)/氣關(guān)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(dāng)信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全，即保證調(diào)節(jié)閥失去信號(hào)壓力源時(shí)閥自動(dòng)進(jìn)入安全狀態(tài)。
選定調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)或氣關(guān)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(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋的控制系統(tǒng)。即對(duì)于氣開(kāi)閥，如果被控參數(shù)大于給定參數(shù)時(shí)，要求閥關(guān)小，那么調(diào)節(jié)器選用反作用；對(duì)于氣關(guān)閥，如果被控參數(shù)大于給定參數(shù)時(shí)，要求閥關(guān)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(duì)開(kāi)度和通過(guò)閥的相對(duì)流量之間的關(guān)系稱為閥的流量特性，即Q/Qmax=f（し/L）。
Q/Qmax相對(duì)流量——調(diào)節(jié)閥在某一開(kāi)度下的流量Q與全開(kāi)度流量Qmax之比；
し/L相對(duì)開(kāi)度——調(diào)節(jié)閥的某一開(kāi)度下的行程し與全行程L之比。
由上式看出：通過(guò)閥的相對(duì)流量Q/Qmax是調(diào)節(jié)閥相對(duì)開(kāi)度し/L的函數(shù)。通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量不僅與閥門(mén)的開(kāi)度有關(guān)，還與閥門(mén)兩端的壓差有關(guān)，閥門(mén)前后壓差一定時(shí)的流量特性為閥門(mén)的理想特性，閥門(mén)前后壓差隨時(shí)變化的流量特性為閥門(mén)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(shí)，調(diào)節(jié)閥的放大倍數(shù)是常數(shù)。它的特點(diǎn)是在小開(kāi)度處流量相對(duì)變化較大，調(diào)節(jié)作用強(qiáng)，易產(chǎn)生振蕩；在打開(kāi)度處流量相對(duì)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(duì)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(shí)，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(duì)變化值是相等的。它在小開(kāi)度處放大倍數(shù)小，調(diào)節(jié)作用緩和平穩(wěn)；它在大開(kāi)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
?。≧=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(shí)，在小開(kāi)度時(shí)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。
?。?）快開(kāi)流量特性
快開(kāi)流量特性沒(méi)有一定的數(shù)學(xué)表達(dá)式。采用具有快開(kāi)流量特性的閥芯時(shí)，在開(kāi)度較小時(shí)有較大的流量，隨著開(kāi)度的增大，流量很快就達(dá)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(duì)不可壓縮性流體，根據(jù)流體力學(xué)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(hào)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(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，閥兩端壓差ΔP為100KPa，流體重度r為1gf/cm3（常溫水）時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，以m3/h或t/h計(jì)。但國(guó)外流量數(shù)常用Cv表示，其定義為：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，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(shí)，每分鐘流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的美加侖數(shù)，以加侖/分計(jì)。Kv與Cv之間換算關(guān)系為：
根據(jù)計(jì)算出的流量系數(shù)Kv或Cv值，然后在調(diào)節(jié)閥手冊(cè)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(jié)語(yǔ)
上述闡述如何正確選擇調(diào)節(jié)閥，只是針對(duì)不可壓縮流體流相為紊流而言的，對(duì)于其它層流或可壓縮的流體，如氣體或水蒸汽等，有專門(mén)的理論加以推導(dǎo)其流體的Kv或Cv的計(jì)算方法，其調(diào)節(jié)閥的選取與上述類(lèi)同，請(qǐng)另行關(guān)注。
