電動(dòng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析

調(diào)節(jié)閥是世界上現(xiàn)代制造業(yè)里非常重要的流體控制元件——合理、正確的選型將為工業(yè)控制系統(tǒng)提高效率、保證生產(chǎn)安全、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，調(diào)節(jié)閥直接控制著工藝介質(zhì)，有些介質(zhì)成分比較復(fù)雜，尤其是高溫、高壓、易燃、易爆等特殊情況，若選擇不當(dāng)，往往給生產(chǎn)控制帶來困難，以致調(diào)節(jié)質(zhì)量下降，甚至造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。在此僅以蒸汽系統(tǒng)上調(diào)節(jié)閥應(yīng)用為例，來探討調(diào)節(jié)閥的選型。下面根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合相關(guān)資料，對(duì)蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥選型過程中應(yīng)該注意的幾個(gè)方面予以闡述。
電子式電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥，由3810L型(或PSL系列)直行程電子式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和套筒調(diào)節(jié)閥體組成。電子式電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥內(nèi)含飼服功能，接受統(tǒng)一的4-20mA或1-5V·DC的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成相對(duì)應(yīng)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、流量、溫度、液位等工藝參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)。

電動(dòng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析主要特點(diǎn)如下：
1、采用平衡型閥芯，不平衡力大，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。

電動(dòng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)

如何選擇調(diào)節(jié)閥的型式

首先介紹一下調(diào)節(jié)閥的分類，調(diào)節(jié)閥也被稱為調(diào)節(jié)閥。按驅(qū)動(dòng)方式分可分為自力式和驅(qū)動(dòng)式調(diào)節(jié)閥。按結(jié)構(gòu)形式區(qū)分可以分為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、液動(dòng)調(diào)節(jié)閥。當(dāng)然還有許多種別的分類方法。這些調(diào)節(jié)閥分別有各自的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。如調(diào)節(jié)閥前后壓差較小，要求泄漏量較小，一般可選用單座閥;調(diào)節(jié)低壓差、大流量的氣體，可選用蝶閥;調(diào)節(jié)強(qiáng)腐蝕性流體，可選用隔膜閥;既要求調(diào)節(jié)又要求切斷時(shí)，可選用偏心旋轉(zhuǎn)閥;噪音較大時(shí)可選用套筒閥。這里由于我們只討論蒸汽系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥選型。所以我們一般選用單閥座套筒型氣動(dòng)或者電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

如何選擇調(diào)節(jié)閥的材質(zhì)

根據(jù)介質(zhì)的工作壓力、溫度、腐蝕性、氣蝕沖刷是否嚴(yán)重等選材。一般應(yīng)選鑄鋼;使用要求不高時(shí)(120?℃、1.6?MPa以下)也可選用鑄鐵;高溫高壓(22~32?MPa)場(chǎng)合應(yīng)選用鍛造合金鋼;不銹鋼可用于腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)。

選擇合適的流量特性

調(diào)節(jié)閥的流量特性是介質(zhì)流過調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移(調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度)間的關(guān)系，一般來說改變調(diào)節(jié)閥的閥芯與閥座的流通截面，便可控制流量。但實(shí)際上由于多種因素的影響，如在截流面積變化的同時(shí)，還發(fā)生閥前后壓差的變化，而壓差的變化又將引起流量的變化。在閥前后壓差保持不變時(shí)，調(diào)節(jié)閥的流量特性稱為理想流量特性;調(diào)節(jié)閥的流量特性有等百分比特性、線性特性、拋物線特性及快開特性四種。下表是這四種的理想流量特性的對(duì)照表。就調(diào)節(jié)性能上講，以等百分比特性為，其調(diào)節(jié)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)性能好。我們可以根據(jù)實(shí)際使用場(chǎng)合的要求不同，挑選其中任何一種流量特性。但是，蒸汽系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥一般選擇線性和等百分比流量特性。

選擇合理的調(diào)節(jié)閥尺寸

當(dāng)我們選定了調(diào)節(jié)閥的類型和特性之后，就可進(jìn)一步?jīng)Q定它的尺寸。流通能力是確定調(diào)節(jié)閥口徑的重要依據(jù)，從工藝提供數(shù)據(jù)到算出流通能力，直到閥的口徑確定，需經(jīng)以下幾個(gè)步驟：

計(jì)算流量

根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)狀況來計(jì)算最大流量Qmax和最小流量Qmin。在計(jì)算Cv值時(shí)應(yīng)按最大流量來考慮，但是最大流量考慮過多的余量時(shí)，使調(diào)節(jié)閥口徑偏大;這不但造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，而且更不利的是使調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度，可調(diào)比減小，調(diào)節(jié)性能變壞，嚴(yán)重時(shí)甚至引起振蕩，因而大大降低了閥的使用壽命。

在選擇最大流量時(shí)，應(yīng)根據(jù)對(duì)象負(fù)荷的變化及工藝設(shè)備的生產(chǎn)能力來合理確定。對(duì)于調(diào)節(jié)質(zhì)量高的場(chǎng)合，更應(yīng)以現(xiàn)有的工藝條件來選擇最大流量，但也要注意不能片面強(qiáng)調(diào)調(diào)節(jié)質(zhì)量，以致當(dāng)負(fù)荷變化以及當(dāng)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備經(jīng)過技改或擴(kuò)建，當(dāng)生產(chǎn)能力稍有提高，調(diào)節(jié)閥就不能適應(yīng)，即需更換。也就是說，應(yīng)當(dāng)兼顧當(dāng)前與今后在一定的范圍內(nèi)擴(kuò)大生產(chǎn)能力這兩方面的因素，然后合理的確定最大計(jì)算流量。

閥前閥后壓差

要使調(diào)節(jié)閥能起到調(diào)節(jié)作用，就必須在閥前后有一定的壓差，閥上的壓差占整個(gè)系統(tǒng)壓差的比值越大，則調(diào)節(jié)流量特性的畸變就越小，調(diào)節(jié)性能就能得到保證，但是閥前后壓差越大，即閥上的壓力損失越大，所消耗的動(dòng)力越多。因此必須兼顧調(diào)節(jié)性能和動(dòng)力消耗，合理地計(jì)算壓差。調(diào)節(jié)閥的前后壓差ΔP主要是由其閥前壓力P1減去閥后壓力P2得到的。

這里必須注意，在確定計(jì)算壓差時(shí)，要盡量避免氣蝕和噪音。減小和防止氣蝕，可以從以下幾個(gè)方面考慮：

從壓差來看，避免氣蝕的最根本方法，是使調(diào)節(jié)閥的使用壓差ΔP低于不產(chǎn)生氣蝕的最大壓差ΔPC。但要做到這一點(diǎn)比較困難。一般來說，當(dāng)閥上壓差ΔP<1.5MPa時(shí)，即使產(chǎn)生氣蝕，但對(duì)材質(zhì)的損壞并不嚴(yán)重，不需要采取什么措施。如果ΔP較高，就要設(shè)法解決氣蝕問題。如：增長(zhǎng)節(jié)流通道(把閥芯加長(zhǎng)、閥座加厚);在閥座密封面上部增設(shè)阻力;減小壓力恢復(fù)程度;削弱氣蝕;也可在閥前、后加裝限流孔板吸收一部分壓降。

從材料來看，一般來說材料硬度越大強(qiáng)抗氣蝕能力越強(qiáng)，由于氣蝕往往發(fā)生在金屬表面，可在閥芯、閥座、閥桿等處噴鍍或堆焊一層硬質(zhì)金屬，這種方法叫表面硬化處理。采用的材料目前有司太萊合金、硬質(zhì)工具鋼、碳化鎢等，其中以Stelite NO12應(yīng)用最為廣泛。經(jīng)表面硬化處理后，以?shī)W氏體不銹鋼(SUS304、1Cr18Ni9Ti)為例，可提高耐氣蝕10倍以上。

電動(dòng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析流通能力Cv值的計(jì)算：

流通能力Cv是選擇調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)之一，飽和蒸汽的Cv值按下式計(jì)算:

⑴ 低于臨界流速，當(dāng) ΔP<0.81(P1/2)

Cv=Qmax/2.1√(Δp(p1+p2))

⑵ 臨界流速，當(dāng)ΔP>=0.81(P1/2)

Cv=Qmax/1.633(P1)

目前調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)廠家都提供計(jì)算Cv值的軟件，這里我就不再詳述具體計(jì)算過程。根據(jù)計(jì)算出的流通能力Cv值大小查調(diào)節(jié)閥廠家的對(duì)照表表，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。

調(diào)節(jié)閥開度驗(yàn)算：

一般要求最大計(jì)算流量時(shí)的開度在85%左右，最小計(jì)算流量時(shí)的開度不小于10%。如果最大開度過大，調(diào)節(jié)閥會(huì)產(chǎn)生過大振動(dòng)和噪音，調(diào)節(jié)精度不準(zhǔn)確。最小開度，希望不小于10%，否則，閥芯閥座受流體沖蝕嚴(yán)重特性變壞，甚至失靈。

選擇足夠推力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

如何選擇氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

一般應(yīng)優(yōu)先選用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能滿足上述兩項(xiàng)要求時(shí)，應(yīng)選用活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)口徑大或壓差高時(shí)，可選用活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)。有效面積越大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移和推力也越大，可按實(shí)際關(guān)斷壓力需求進(jìn)行選擇。

如何選擇電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

選擇一臺(tái)合適的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格時(shí)必須考慮的主要因素就是力矩大小。大部分閥門廠商會(huì)將力矩參數(shù)提供給客戶。這樣就可以使用閥門廠商提供的配套數(shù)據(jù)表或選型軟件進(jìn)行選型。有時(shí)還需考慮閥門操作的速度和頻率。部分小規(guī)格的直流電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型還需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況確定選擇哪種控制種類。主要的有開關(guān)控制和連續(xù)控制兩種，通常調(diào)節(jié)用途都需要連續(xù)控制類型。

電動(dòng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析選擇合適的輔助裝置

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的輔助裝置有：

閥門定位器：包括電氣閥門定位器和氣動(dòng)閥門定位器，用于改善調(diào)節(jié)閥工作特性，實(shí)現(xiàn)正確定位。通常用于摩擦力大，需要精確定位的場(chǎng)合。

電磁閥：實(shí)現(xiàn)氣路的自動(dòng)切換。

手輪機(jī)構(gòu)：系統(tǒng)故障時(shí)，可切換進(jìn)行手動(dòng)操作。

空氣過濾減壓閥：作為氣源過濾、減壓之用。

密封填料的選擇

此外還需考慮調(diào)節(jié)閥的外泄問題，注意密封填料的選擇。四氟填料，因?yàn)楣ぷ鳒囟仍?-40~235℃范圍內(nèi)。當(dāng)溫度變化較大時(shí)，其密封性能變會(huì)明顯下降，老化快，壽命短，柔性石墨填料可克服這些缺點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)。但石墨填料的回差大，最初使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。對(duì)這方面必須有所考慮。

閥門噪聲的預(yù)測(cè)

調(diào)節(jié)閥的生產(chǎn)廠家一般都有自己的噪聲預(yù)測(cè)方法，通常都是按照IEC 60534-8標(biāo)準(zhǔn)為計(jì)算依據(jù)，選型時(shí)必須考慮到環(huán)境對(duì)噪聲的限制，通常要求必須小于85?dB。

■電動(dòng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析主要技術(shù)參數(shù)
●閥體

●電動(dòng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析閥內(nèi)件

●執(zhí)行機(jī)構(gòu)

■電動(dòng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析主要零件材料及結(jié)構(gòu)圖

■電動(dòng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析主要性能指標(biāo)

■電動(dòng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析額定流量系數(shù)Kv、允許壓差

■電動(dòng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析主要外形及連接尺寸

在使用中，很多往往不是因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥本身質(zhì)量所引起，而是對(duì)調(diào)節(jié)閥的安裝使用不當(dāng)所造成，如安裝環(huán)境、安裝位置及方向不當(dāng)或者是管路不清潔等原因所致。因此電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在安裝使用時(shí)要注意以下幾方面：

(1)調(diào)節(jié)閥屬于現(xiàn)場(chǎng)儀表，要求環(huán)境溫度應(yīng)在-25～60℃范圍，相對(duì)濕度≤95%。如果是安裝在露天或高溫場(chǎng)合，應(yīng)采取防水、降溫措施。在有震源的地方要遠(yuǎn)離振源或增加防振措施。

(2)調(diào)節(jié)閥一般應(yīng)垂直安裝，特殊情況下可以傾斜，如傾斜角度很大或者閥本身自重太大時(shí)對(duì)閥應(yīng)增加支承件保護(hù)。

(3)安裝調(diào)節(jié)閥的管道一般不要離地面或地板太高，在管道高度大于2m時(shí)應(yīng)盡量設(shè)置平臺(tái)，以利于操作手輪和便于進(jìn)行維修。

(4)調(diào)節(jié)閥安裝前應(yīng)對(duì)管路進(jìn)行清洗，排除污物和焊渣。安裝后，為不使雜質(zhì)殘留在閥體內(nèi)，還應(yīng)再次對(duì)閥門進(jìn)行清洗，即通入介質(zhì)時(shí)應(yīng)使所有閥門開啟，以免雜質(zhì)卡住。在使用手輪機(jī)構(gòu)后，應(yīng)恢復(fù)到原來的空檔位置。

(5)為了使調(diào)節(jié)閥在發(fā)生故障或維修的情況下使生產(chǎn)過程能繼續(xù)進(jìn)行，調(diào)節(jié)閥應(yīng)加旁通管路。同時(shí)還應(yīng)特別注意，調(diào)節(jié)閥的安裝位置是否符合工藝過程的要求。

(6)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的電氣部分安裝應(yīng)根據(jù)有關(guān)電氣設(shè)備施工要求進(jìn)行。如是隔爆型產(chǎn)品應(yīng)按《爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣設(shè)備安裝規(guī)范》要求進(jìn)行安裝。如現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)線采用SBH型或其它六芯或八芯、外徑為Φ11.3mm左右的膠皮安裝電纜線。在使用維修中，在易爆場(chǎng)所嚴(yán)禁通電開蓋維修和對(duì)隔爆面進(jìn)行撬打。同時(shí)在拆裝中不要磕傷或劃傷隔爆面，檢修后要還原成原來的隔爆要求狀態(tài)。

電動(dòng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析結(jié)束語(yǔ)

調(diào)節(jié)閥選型實(shí)際中還會(huì)面臨許多其他問題。這里僅僅以蒸汽系統(tǒng)作為例子粗淺介紹了調(diào)節(jié)閥的基本選型步驟和方法。實(shí)踐證明調(diào)節(jié)閥選型不僅僅是計(jì)算出Cv值后對(duì)照表格選擇閥體口徑這么簡(jiǎn)單，而是需要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合多方面考慮。本實(shí)用公開了直流套筒活塞式雙閥瓣可調(diào)減壓閥，包括主閥和導(dǎo)閥，主閥包括主閥閥座、進(jìn)流口、出流口、中腔和中腔控制室，中腔控制室設(shè)于中腔內(nèi)，中腔控制室包括進(jìn)口閥瓣、出口閥瓣、主彈性件和雙閥瓣連桿。所述導(dǎo)閥包括導(dǎo)閥閥座、活塞、活塞閥瓣、導(dǎo)閥桿、壓力設(shè)定機(jī)構(gòu)、導(dǎo)閥腔、復(fù)位腔和復(fù)位彈性件，主閥的中腔控制室設(shè)有出口節(jié)流孔與導(dǎo)閥腔連通，出口節(jié)流孔的孔徑大于進(jìn)口節(jié)流孔，導(dǎo)閥腔設(shè)有泄流孔與主閥中腔連通；本產(chǎn)品的主閥和導(dǎo)閥均設(shè)有用于減壓的閥瓣，當(dāng)進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，導(dǎo)閥的減壓動(dòng)作引起主閥中腔控制室液壓變化，帶動(dòng)主閥閥瓣進(jìn)行減壓，本產(chǎn)品可提供較大的減壓比范圍，占用空間小，流通能力大，可避免高壓差時(shí)氣蝕現(xiàn)象和噪音的產(chǎn)生。