1、引言

化工企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程控制精度高，安全可靠性嚴(yán)格。其終端控制元件的準(zhǔn)確快速調(diào)整是不可或缺的重要組成部分。控制結(jié)果必須保證工藝指標(biāo)的要求，衰減比和過(guò)度調(diào)整不得超過(guò)工藝允許的范圍。在這方面，如何選擇合適的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥類型，使其在工藝控制電路中安全、可靠、經(jīng)濟(jì)，是儀器控制設(shè)計(jì)和管理人員普遍關(guān)注的問(wèn)題。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選擇一般從以下四個(gè)方面考慮：1）調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和類型。2）流量特性。3）流量系數(shù)和閥門直徑。4）材料和輔助裝置。

2.氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和類型

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收輸入氣源信號(hào)，產(chǎn)生推力，使推桿位移，推動(dòng)閥門開關(guān)動(dòng)作；閥門是與管道連接的閥體組件。它接受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿推力，改變閥桿位移，改變閥門開度，控制流量的變化。調(diào)節(jié)閥的產(chǎn)品種類繁多，結(jié)構(gòu)多樣。在選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮調(diào)節(jié)功能、泄漏等級(jí)、耐壓性、切斷壓差、腐蝕性、腐蝕性汽蝕性、性價(jià)比和維護(hù)方便性。經(jīng)驗(yàn)方面，選擇順序應(yīng)為：?jiǎn)危p）座控制閥、籠控制閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、蝶閥、角閥、球閥。

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥有氣開與氣關(guān)兩種類型。確定調(diào)節(jié)閥開關(guān)方式的原則是：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。如果閥門
信號(hào)中斷后處于打開位置，流體不中斷最安全，選擇氣關(guān)閥；如果信號(hào)壓力中斷后閥門關(guān)閉，流體不通過(guò)最安全，則選擇氣開閥。

3.氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量特性

介質(zhì)流過(guò)閥的相對(duì)流量Q與閥芯相對(duì)行程L函數(shù)關(guān)系：

Q=f（L）

當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差保持不變時(shí)，閥的流量特性稱為固有流量特性。固有流量特性主要有直線、等百分比、拋物線和快速開啟。

在生產(chǎn)過(guò)程中，閥門的固有流量特性包括直線、等百分比和快速打開。拋物線的特性介于直線和等百分比之間，通常被等百分比特性所取代?？焖俅蜷_特性主要用于二位控制。一般來(lái)說(shuō)，閥門兩端的壓差不能保持不變。此時(shí)，閥門的固有流量特性發(fā)生變化，閥門在工作條件下的特性稱為工作流量特性。此時(shí)，在確定流量特性時(shí)，應(yīng)引入稱為閥阻比的系數(shù)S=△Р/∑△Р

∑△Р是系統(tǒng)的總壓差，是閥門、所有工藝設(shè)備和管道系統(tǒng)的總壓差。

從以下三個(gè)方面分析閥門的工作流特性：

1)分析控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量

對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，它由控制對(duì)象、變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥組成，系統(tǒng)的總放大系數(shù)K=K₁K₂K₃K₄K₅

K₁-K₅分別表示變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、執(zhí)行器、閥門和控制對(duì)象的放大系數(shù)。在負(fù)載變化的情況下，控制系統(tǒng)應(yīng)保持預(yù)定的控制指標(biāo)，并希望總放大系數(shù)在控制系統(tǒng)的整個(gè)操作范圍內(nèi)保持不變。通常在一個(gè)確定的系統(tǒng)中，K₁-K₃只有對(duì)象的放大系數(shù)是固定的K隨著負(fù)載的變化，保證K₄K₅乘積是保證系統(tǒng)總放大系數(shù)的常數(shù)K是個(gè)穩(wěn)定值。

2)工藝配管分析

調(diào)節(jié)閥總是與管道設(shè)備連接在一起，管道阻力會(huì)使閥門的工作特性與固有特性不同。因此，應(yīng)根據(jù)對(duì)象的特點(diǎn)選擇合適的工作 特性，然后根據(jù)管道配置選擇相應(yīng)閥門的固有流量特性?？紤]工藝管道配置時(shí)，可參照表3-1選擇閥門的固有特性。

從表3-1看，當(dāng)S=1-0.6時(shí)，所選固有流量特性與工作流量特性一致。S<0.特征曲線畸變嚴(yán)重時(shí)不宜控制。

3)分析負(fù)載變化

線性調(diào)節(jié)閥開度小時(shí)流量相對(duì)變化大，過(guò)于敏感，容易引起振蕩，閥芯閥座容易損壞S不應(yīng)使用值小、負(fù)荷變化范圍大的場(chǎng)合。隨著閥門行程的增加，等百分比閥的放大系數(shù)增加，流量相對(duì)變化不變。

4.氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的直徑

在計(jì)算閥流系數(shù)時(shí)，確定調(diào)節(jié)閥口徑C_V在此基礎(chǔ)上進(jìn)行。流量系數(shù)是指閥門兩端的壓差△Р為100Kpa，流體密度
p為1g/cm³當(dāng)通過(guò)閥的流體體積流量為Q（m³/h），節(jié)流公式如下：

Q=C（4—1）

C它是一個(gè)比例系數(shù)，它與流量系數(shù)的關(guān)系是m倍，即C=mC。當(dāng)流量特性為直線時(shí)m=1.63當(dāng)流量特等百分比時(shí)，63m=1.97。

(4-1)是測(cè)量介質(zhì)為液體時(shí)的計(jì)算方法。當(dāng)測(cè)量介質(zhì)為氣體時(shí)，應(yīng)考慮溫度和壓力對(duì)介質(zhì)體積的影響C值的計(jì)算分為兩種情況：

閥門前后壓差△Р小于0.閥前壓力5倍Р₁，即△Р<0.5P₁時(shí)

   （4-2）

式（4-2）中P₂閥后壓力。

a）Р≥0.5P₁時(shí)

   （4-3）

此外，當(dāng)介質(zhì)是過(guò)熱蒸汽時(shí)，計(jì)算C蒸汽過(guò)熱值得考慮。

確定完Cv值后，檢查調(diào)節(jié)閥的開度。當(dāng)最大流量要求時(shí)，閥門開度不得超過(guò)90%，最小流量時(shí)開度不得小于10%。正常情況下，閥門開度應(yīng)為1.5%-85%之間.最后根據(jù)C確定調(diào)節(jié)閥的直徑。

5.氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的材料及輔助裝置

調(diào)節(jié)閥閥體采用鑄鐵材料，耐壓等級(jí)、使用溫度范圍、耐腐蝕性不得低于工藝管道的要求，但介質(zhì)為易燃易爆流體時(shí)應(yīng)特別考慮。閥芯和閥座材料的選擇應(yīng)考慮流體中固體顆粒的磨損和氣體腐蝕對(duì)閥內(nèi)部件的影響。一般來(lái)說(shuō)，不銹鋼通常用于非腐蝕性流體；對(duì)于腐蝕性強(qiáng)的流體，可選擇焊接硬合金或噴涂材料。此外，當(dāng)操作介質(zhì)高于 200時(shí)℃當(dāng)選擇帶散熱器的上閥蓋時(shí)。調(diào)節(jié)閥的輔助裝置主要包括閥門定位器、電磁閥、回信開關(guān)、過(guò)濾減壓器、保位閥等。閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的重要附件，通常包括氣動(dòng)閥定位器和電氣閥定位器。主要用于：高壓差、高壓、高溫或低溫介質(zhì)、固體懸浮或粘性流體、分程控制、改善流量特性。

電磁閥的功能是快速切斷和連接氣源，使閥門處于完全連接和斷裂的位置，主要用于安全排氣閥。在選擇回信開關(guān)之前，需要在控制室實(shí)時(shí)監(jiān)控閥位的信號(hào)。保位閥的選擇是基于工藝條件。當(dāng)氣源切斷時(shí)，閥位應(yīng)保持在一定位置，但這種情況很少見。

6、結(jié)束語(yǔ)

在這種情況下，閥門的固有特性可以參考表3-1來(lái)選擇。調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。如果計(jì)算不準(zhǔn)確，使用維護(hù)不當(dāng)，將直接影響控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，甚至造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。因此，必須高度重視調(diào)節(jié)閥的正確選擇、安裝和維護(hù)。調(diào)節(jié)閥的選擇和應(yīng)用是一項(xiàng)專業(yè)、技術(shù)領(lǐng)域廣泛的系統(tǒng)工作。要做好這項(xiàng)工作，不僅要充分了解其理論上的各種特點(diǎn)，還要結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合分析和判斷，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的科學(xué)結(jié)合。