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氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥的工作原理及計(jì)算選型

1. 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作原理

調(diào)節(jié)閥類似于孔板，均屬于局部阻力元件。但不同于孔板的是，調(diào)節(jié)閥的節(jié)流面積能夠通過(guò)閥芯的移動(dòng)進(jìn)行靈活調(diào)整，使其成為可變節(jié)流元件。基于此特性，我們可以將調(diào)節(jié)閥視作一種可變節(jié)流形式的孔板。對(duì)于不可壓縮流體，依據(jù)伯努利方程，調(diào)節(jié)閥的流量方程式可表述為：氣動(dòng)薄膜直通調(diào)節(jié)閥采用頂導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，配用多彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動(dòng)作靈敏、充體通道呈S流線型、壓降損失小、閥容量大、流量特性準(zhǔn)確、拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用于控制氣體、液體等介質(zhì)，工藝參數(shù)如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。單座適用于對(duì)泄露量求嚴(yán)格、閥前后壓差低及有一定粘度和含纖維介質(zhì)的場(chǎng)合；雙座閥不平衡力小、允許壓差大、流通能力大等特點(diǎn)，適用于泄露量要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合；套筒閥具有穩(wěn)定性好，不易產(chǎn)生震動(dòng)，噪音低，對(duì)溫度敏感小，適用于壓差較大及泄露量要求不嚴(yán)格場(chǎng)合。（可配附件：定位器、空氣過(guò)濾減壓器、保位閥、行程開關(guān)、閥位傳送器、電磁閥、手輪機(jī)構(gòu)等）

【一】本系列產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)型、調(diào)節(jié)切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型等多種品種。產(chǎn)品公稱壓力等級(jí)有PN10、16、40、64；閥體口徑范圍DN20~400。適用流體溫由-200℃~560℃范圍內(nèi)多種檔次。泄漏量標(biāo)準(zhǔn)有IV級(jí)或VI級(jí)。流量特性為線性或等百分比。多種多樣的品種規(guī)格可供選擇。

氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥的工作原理及計(jì)算選型

1. 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作原理

調(diào)節(jié)閥，作為一種局部阻力元件，其工作原理與孔板相似，但具有更高的靈活性。通過(guò)閥芯的移動(dòng)，調(diào)節(jié)閥能夠便捷地調(diào)整節(jié)流面積，從而成為一種可變節(jié)流元件。基于這一特性，我們可以將調(diào)節(jié)閥視作一種特殊形式的孔板。對(duì)于不可壓縮流體，其流量可以通過(guò)伯努利方程進(jìn)行計(jì)算。
氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥廣泛應(yīng)用于精確控制氣體、液體、蒸汽等介質(zhì)，特別適用于允許壓差小，而允許泄漏量也較小壓差不大的工作場(chǎng)合。在石油、化工、電力、冶金等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。下面，小編就給大家具體講講它的工作原理、特點(diǎn)還有一些安裝注意事項(xiàng)，認(rèn)真看哦！

氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥的工作原理：
氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥是一種用于溫度比例、壓力比例、流量比例的一種壓力平衡式調(diào)節(jié)閥，采用單座、套筒式結(jié)構(gòu)，配用多彈簧氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)高度低、重量輕、裝備簡(jiǎn)便。氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥閥芯采用籠式套筒閥芯，將氣源壓力變換為閥芯的直線位移，自動(dòng)的控制調(diào)節(jié)閥開度，達(dá)到對(duì)管道內(nèi)流體的壓力連續(xù)調(diào)節(jié)。臺(tái)臣閥門氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動(dòng)作靈敏、壓降損失小、閥容量大、流量特性精確、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。整體具有工作平穩(wěn)、允許壓差大、流量特性精確噪音低等特點(diǎn)。氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥特別適用于允許泄露小、閥前后壓差較大的工作場(chǎng)合。

氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥的工作原理及計(jì)算選型的特點(diǎn)：
1、采用平衡型閥芯，不平衡力下，允許壓差大，操作穩(wěn)定。
2、閥芯導(dǎo)向面大，可改善由渦流和沖擊引起的振蕩。
3、比普通的單、雙座調(diào)節(jié)閥噪聲降低10dB左右。
4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆維修方便，并具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）采用平衡式結(jié)構(gòu), 閥前后介質(zhì)壓差對(duì)閥瓣產(chǎn)生的不平衡力非常小, 相同工況下同類型閥門所需要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力小, 所以其閥桿直徑比單座非平衡閥設(shè)計(jì)或選擇更小。
（2）閥桿與填料之間的摩擦力比較小, 減小了閥門動(dòng)作的阻力, 且閥桿和填料的磨損也小, 使用壽命增加。另外, 較小直徑的閥桿在中高溫時(shí)熱脹冷縮變化量小, 避免了在中高溫時(shí)閥桿與填料之間摩擦力增大或互相抱卡塞住的情況發(fā)生。
（3）由于新型套筒閥是平衡式結(jié)構(gòu), 與非平衡式的直通單座閥比較, 所配置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以比較小, 但卻可以克服比直通單座調(diào)節(jié)閥高的介質(zhì)壓差。例如, DN200/ DN250/ DN300 的新型套筒調(diào)節(jié)閥可配置氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu), 可適應(yīng)更大范圍的工作壓差。最大閥座直徑時(shí),允許工作壓差是相同配置直通單座調(diào)節(jié)閥的2倍左右,也可配置薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)和防爆電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
（4）新型套筒調(diào)節(jié)閥采用自對(duì)中無(wú)螺紋卡入式閥座結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì), 閥門拆裝方便, 并能達(dá)到Ⅳ級(jí)以上泄漏量標(biāo)準(zhǔn)。
（5）在150℃以下時(shí), 金屬硬密封可以達(dá)到Ⅳ級(jí)以上泄漏量標(biāo)準(zhǔn), 聚四氟乙烯軟密封可以達(dá)到Ⅵ級(jí)泄漏量標(biāo)準(zhǔn)。

【二】氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥的工作原理及計(jì)算選型調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)：

注：可為用戶提供ANSI、JIS法蘭的產(chǎn)品,結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度也可按用戶需要確定。

【三】氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥的工作原理及計(jì)算選型主要零部件材料：

【四】ZXP氣動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)：

【五】ZXP氣動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥性能指標(biāo)：

注：本產(chǎn)品執(zhí)行GB/T4213-92標(biāo)準(zhǔn)。
【六】ZXP氣動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥允許壓差MPa：

注：（1）P-閥門定位器;R-壓力繼動(dòng)器;（2）允許壓差為閥關(guān)閉P2=0狀態(tài)下,P的最大值;（3）如果允許壓差不清楚或最大工作壓差超出列表范圍請(qǐng)與我們聯(lián)系。

【七】ZXP氣動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥外形尺寸mm：

2. 氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥的工作原理及計(jì)算選型的計(jì)算選型

2.1 初選閥型

閥型選擇是調(diào)節(jié)閥選型過(guò)程中的關(guān)鍵一步。它涉及到計(jì)算流量系數(shù)、預(yù)估噪聲等多個(gè)方面，旨在初步確定閥體結(jié)構(gòu)型式。若計(jì)算結(jié)果不符合要求，需要重新選擇閥型并重新進(jìn)行計(jì)算，直至滿足各項(xiàng)要求。

2.1.1 確定工藝條件

在初選閥型之前，必須先確定使用條件，包括介質(zhì)的物化性質(zhì)、流量、壓力和溫度等關(guān)鍵工藝參數(shù)。同時(shí)，還需要考慮配管情況、自控對(duì)象類型及特點(diǎn)以及調(diào)節(jié)性能要求等因素。這些信息對(duì)于選擇合適的閥型至關(guān)重要。

在了解了這些背景信息后，我們可以更深入地探討氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作原理及計(jì)算選型方法。

2.1.2 調(diào)節(jié)閥閥型初選

在確定了工藝條件后，我們需要根據(jù)2.1.1條中選定的閥型，進(jìn)一步明確調(diào)節(jié)閥的流向及流量特性。這可以通過(guò)查閱產(chǎn)品說(shuō)明書或相關(guān)技術(shù)資料來(lái)完成，其中包含了所需的管徑、壓力等級(jí)等關(guān)鍵參數(shù)，以及閥特性參數(shù)如液體壓力恢復(fù)系數(shù)FL和壓差比系數(shù)XT等。請(qǐng)注意，不同廠家對(duì)這些參數(shù)的取值可能略有差異，因此在選擇時(shí)可以參考《調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算指南》以及各廠家的樣本數(shù)據(jù)來(lái)確定最合適的取值。

2.2 流量系數(shù)計(jì)算

2.2.1 計(jì)算公式與判別式

對(duì)于不可壓縮流體（如液體），其計(jì)算公式與判別式詳見表3，而可壓縮流體（例如氣體和蒸汽）的則列于表4。當(dāng)流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)，若雷諾數(shù)Re小于或等于104，則需應(yīng)用雷諾數(shù)修整系數(shù)對(duì)流量系數(shù)KV進(jìn)行相應(yīng)修正。

在表3中，我們定義了以下變量：p1為閥入口取壓點(diǎn)的絕對(duì)壓力，p2為閥出口取壓點(diǎn)的絕對(duì)壓力，Δp代表閥入口與出口間的壓差，即(p1-p2)。同時(shí)，pV表示閥入口溫度下的飽和蒸汽壓（絕壓），pC為熱力學(xué)臨界壓力（絕壓）。此外，F(xiàn)F為液體臨界壓力比系數(shù)，F(xiàn)R為雷諾數(shù)系數(shù)，ρL代表液體密度，而qVL和qmL則分別表示液體體積流量和質(zhì)量流量。

對(duì)于表4中的可壓縮流體，我們引入了以下參數(shù)：X為壓差與入口絕對(duì)壓力的比值(Δp/p1)，K為比熱比。同時(shí)，qVg和qmg分別代表氣體的體積流量和質(zhì)量流量，ρN為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，ρ1是在特定條件p1,T1下的密度，T1為入口絕對(duì)溫度。此外，M表示相對(duì)分子質(zhì)量，Z為壓縮系數(shù)，F(xiàn)g為氣體壓力恢復(fù)系數(shù)，而f(X,K)則是壓差比修正函數(shù)。
表4 可壓縮流體的計(jì)算公式與判別式
當(dāng)流體為可壓縮時(shí)，如氣體和蒸汽，其流量系數(shù)的計(jì)算需要采用特定的公式和判別式。這些公式和判別式詳細(xì)列于表4中，以便進(jìn)行準(zhǔn)確的流量計(jì)算。在計(jì)算過(guò)程中，需要注意各種參數(shù)的定義和取值，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2.2氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥的工作原理及計(jì)算選型 計(jì)算參數(shù)的確定

1. 計(jì)算流量的確定。計(jì)算流量qV，通常由工藝根據(jù)裝置的生產(chǎn)能力和物料平衡來(lái)決定。工藝人員會(huì)提供最大流量qVmax、正常流量qVnor和最小流量qVmin三個(gè)關(guān)鍵值，其中qVmax和qVnor均可作為計(jì)算的依據(jù)。

2. 計(jì)算壓差的確定。在KV值的計(jì)算過(guò)程中，壓差Δp是一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，但其確定往往具有一定的難度。一旦調(diào)節(jié)系統(tǒng)得以確定，通過(guò)系統(tǒng)的阻力計(jì)算，我們可以得到分配到調(diào)節(jié)閥上的壓差Δp值。例如，假設(shè)系統(tǒng)總壓降為ΔpS，而系統(tǒng)中各部分阻力件如彎頭、手動(dòng)閥和管路等的壓降總和為∑Δpi，那么：
   調(diào)節(jié)閥壓差Δp與系統(tǒng)總壓降ΔpS緊密相關(guān)，同時(shí)，它也與選擇流量特性及自控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能等關(guān)鍵因素緊密相連。因此，在工藝管路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須對(duì)Δp的值進(jìn)行全面的考慮和精確的計(jì)算。

   
   

3. 

KV值的計(jì)算步驟可以概括為以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

a) 根據(jù)具體的工藝條件，參照表3或表4，判斷流體的工作狀態(tài)是屬于阻塞流還是非阻塞流。
b) 選擇適當(dāng)?shù)墓絹?lái)計(jì)算KV值。
c) 根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)KV值進(jìn)行低雷諾數(shù)修正或管件形狀修正。通常情況下，采用低壓力恢復(fù)特性的閥，例如單、雙座閥和套筒閥等，可免于進(jìn)行雷諾數(shù)修正和管件形狀修正。
d) 對(duì)于非阻塞流工況，通常無(wú)需進(jìn)行噪聲預(yù)估；而對(duì)于阻塞流工況，則需要進(jìn)行噪聲預(yù)估，具體方法可參考相關(guān)文獻(xiàn)[2]。
e) 在確定了KV值及噪聲估計(jì)值后，進(jìn)一步選定閥型。若需更改閥型，則需在更改后重新按照上述步驟進(jìn)行計(jì)算和查閱相關(guān)資料。

接下來(lái)，我們探討調(diào)節(jié)閥的口徑選擇問題。其中，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比R定義為調(diào)節(jié)閥能控制的最大流量與最小流量之比，一般取值范圍為30或50。而調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)m則指圓整后選定的KV值與計(jì)算KVcal值之比，即m=KV/KVcal。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的計(jì)算條件、流量特性以及選定的工作開度來(lái)選取合適的m值。常用的流量特性及其對(duì)應(yīng)的m計(jì)算值可參見表5所列。
表5中，(l/L)代表相對(duì)行程，即開度，它表示調(diào)節(jié)閥的特定行程與額定行程的比例。

接下來(lái)，我們探討KV值的圓整與開度驗(yàn)算。這一過(guò)程涉及兩個(gè)主要步驟：

1. 使用qVmax進(jìn)行計(jì)算。首先，通過(guò)qVmax及其他相關(guān)參數(shù)來(lái)計(jì)算KV值。然后，從選定的閥型系列中向上圓整這個(gè)計(jì)算值。需要考慮到產(chǎn)品值的允許誤差以及調(diào)節(jié)閥無(wú)法在全開位置工作等實(shí)際情況，確保圓整后的KV值對(duì)應(yīng)的m值不低于1.5。

2. 使用qVnor進(jìn)行計(jì)算。在正常流量情況下計(jì)算KV值，需要先確定閥門的正常工作開度。接著，根據(jù)所選閥門的流量特性，從表5中查找相應(yīng)的m值，進(jìn)而得到放大后的KV值。之后，按照所選閥系列的KV值進(jìn)行圓整，設(shè)圓整后的流量系數(shù)為K′V。此時(shí)，實(shí)際放大系數(shù)m′則等于K′V除以KVcal。最后，根據(jù)所選閥的流量特性，從開度驗(yàn)算表6中選擇適當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)行驗(yàn)算。
   若同時(shí)給出qVmax和qVmin，則需利用這些參數(shù)以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)分別計(jì)算出KVmax和KVmin。隨后，通過(guò)圓整這些計(jì)算值，我們可以得到各自的放大系數(shù)。最后，依據(jù)這些放大系數(shù)進(jìn)行開度驗(yàn)算，并確保調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度符合表7中的規(guī)定。
   調(diào)節(jié)閥口徑的計(jì)算與選擇，主要涉及根據(jù)所選閥型及流量特性進(jìn)行KV值的放大和圓整。在計(jì)算過(guò)程中，需要驗(yàn)算開度或開度范圍、可調(diào)比等參數(shù)，以確保調(diào)節(jié)閥的性能符合要求。若驗(yàn)算結(jié)果符合規(guī)范，則可確定口徑；否則，需重新進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算。同時(shí)，調(diào)節(jié)閥的口徑選擇不應(yīng)小于所在管道口徑的50%，以保證調(diào)節(jié)效果。
   接下來(lái)，我們將通過(guò)一個(gè)計(jì)算實(shí)例來(lái)具體展示這一過(guò)程。假設(shè)被測(cè)介質(zhì)為丙烷，液體狀態(tài)，溫度為20℃，入口壓力為1.68MPa，出口壓力為1.45MPa，密度為ρL=528 kg/m3，飽和蒸汽壓為pv=0.93MPa，臨界壓力為pc=4.26MPa。此外，最大流量qVmax為20m3/h，正常流量qVnor為10m3/h，且所在管道管徑為DN40。在此情況下，我們可以選擇Globe單座調(diào)節(jié)閥，具有等百分比流量特性，閥門流向?yàn)镕TO。通過(guò)查詢KOSO樣本，我們得到FL=0.9，XT=0.72，并取R=30進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。接下來(lái)，我們將根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行工況判別和調(diào)節(jié)閥口徑的計(jì)算與選擇。

氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥的工作原理及計(jì)算選型的安裝方法：
1、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥安裝位置，距地面要求有一定的高度，閥的上下要留有一定空間，以便進(jìn)行閥的拆裝和修理。對(duì)于裝有氣動(dòng)閥門定位器和手輪的調(diào)節(jié)閥，必須保證操作、觀察和調(diào)整方便。
2、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在水平管道上，并上下與管道垂直，一般要在閥下加以支撐，保證穩(wěn)固可靠。對(duì)于特殊場(chǎng)合下，需要調(diào)節(jié)閥水平安裝在豎直的管道上時(shí)，也應(yīng)將調(diào)節(jié)閥進(jìn)行支撐（小口徑調(diào)節(jié)閥除外）。安裝時(shí)，要避免給調(diào)節(jié)閥帶來(lái)附加應(yīng)力）。
3、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作環(huán)境溫度要在（－30～+60）相對(duì)濕度不大于95%95%，相對(duì)濕度不大于95%。
4、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥前后位置應(yīng)有直管段，長(zhǎng)度不小于10倍的管道直徑（10D），以避免閥的直管段太短而影響流量特性。
5、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的口徑與工藝管道不相同時(shí)，應(yīng)采用異徑管連接。在小口徑調(diào)節(jié)閥安裝時(shí)，可用螺紋連接。閥體上流體方向箭頭應(yīng)與流體方向一致。
6、要設(shè)置旁通管道。目的是便于切換或手動(dòng)操作，可在不停車情況下對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢修。
7、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在安裝前要清除管道內(nèi)的異物，如污垢、焊渣等。