過程控制調節閥的組成分類和選擇|資料

1 調節閥的組成與分類

調節閥又稱控制閥，是執行器的主要類型，通過接受調節控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。調節閥一般由執行機構和閥門組成。如果按其所配執行機構使用的動力，調節閥可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動調節閥，以電為動力源的電動調節閥，以液體介質(如油等)壓力為動力的電液動調節閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現場總線型調節閥等。調節閥的產品類型很
多，結構也多種多樣，而且還在不斷更新和變化。一般來說閥是通用的，既可以與氣動執行機構匹配，也可以與電動執行機構或其他執行機構匹配。

2 調節閥類型的選擇

2.1 調節閥的閥體類型選擇閥體的選擇是調節閥選擇中最重要的環節。

調節閥閥體種類很多，常用的有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉、蝶形、套筒式、球形等10種。在選擇閥門之前，要對控制過程的介質、工藝條件和參數進行細心的分析，收集足夠的數據，了解系統對調節閥的要求，根據所收集的數據來確定所要使用的閥門類型。在具體選擇時，可從以下幾方面考慮:

(1)閥芯形狀結構主要根據所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。

(2)耐磨損性當流體介質是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥芯、閥座接合面每一次關閉都會受到嚴重摩擦。因此閥門的流路要光滑，閥的內部材料要堅硬。

(3)耐腐蝕由于介質具有腐蝕性，在能滿足調節功能的情況下，盡量選擇結構簡單閥門。

(4)介質的溫度、壓力當介質的溫度、壓力高且變化大時，應選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。

(5) 防止閃蒸和空化閃蒸和空化只產生在液體介質。在實際生產過程中，閃蒸和空化不僅影響流量系數的計算，還會形成振動和噪聲，使閥門的使用壽命變短，因此在選擇閥門時應防止閥門產生閃蒸和空化。

2.2 調節閥執行機構的選擇

2.2.1 輸出力的考慮

執行機構不論是何種類型，其輸出力都是用于克服負荷的有效力(主要是指不平衡力和不平衡力矩加上摩擦力、密封力、重力等有關力的作用)。因此，為了使調節閥正常工作，配用的執行機構要能產生足夠的輸出力來克服各種阻力，保證高度密封和閥門的開啟。

對于雙作用的氣動、液動、電動執行機構，一般都沒有復位彈簧。作用力的大小與它的運行方向無關，因此，選擇執行機構的關鍵在于弄清最大的輸出力和電機的轉動力矩。對于單作用的氣動執行機構，輸出力與閥門的開度有關，調節閥上的出現的力也將影響運動特性，因此要求在整個調節閥的開度范圍建立力平衡。

2.2.2 執行機構類型的確定

對執行機構輸出力確定后，根據工藝使用環境要求，選擇相應的執行機構。對于現場有防爆要求時，應選用氣動執行機構，且接線盒為防爆型，不能選擇電動執行機構。如果沒有防爆要求，則氣動、電動執行機構都可選用，但從節能方面考慮，應盡量選用電動執行機構。對于液動執行機構，其使用不如氣動、電動執行機構 ，但具有調節精度高、動作速度快和平穩的特點，因此，在某些情況下，為了達到較好調節效果，必須選用液動執行機構，如發電廠透明機的速度調節、煉油廠的催化裝置反應器的溫度調節控制等。

3 調節閥的作用方式選擇

調節閥的作用方式只是在選用氣動執行機構時才有，其作用方式通過執行機構正反作用和閥門的正反作用組合形成。組合形式有4種即正正(氣關型)、正反(氣開型)、反正(氣開型)、反反(氣關型)，通過這四種組合形成的調節閥作用方式有氣開和氣關兩種。對于調節閥作用方式的選擇，主要從三方面考慮:a)工藝生產安全;b)介質的特性;c)保證產品質量，經濟損失最小。

4 調節閥流，特性的選擇

調節閥的流量特性是指介質流過閥門的相對流量與位移(閥門的相對開度)間的關系，理想流量特性主要有直線、等百分比(對數)、拋物線和快開等4種，特性曲線和閥芯形狀如圖1和圖2所示。常用的理想流量特性只有直線、等百分比(對數)、快開三種。拋物線流量特性介于直線和等百分比之間，一般可用等百分比特性來代替，而快開特性主要用于二位調節及程序控制中，因此調節閥特性的選擇實際上是直線和等百分比流量特性的選擇。

調節閥流量特性的選擇可以通過理論計算，但所用的方法和方程都很復雜。目前多采用經驗準則，具體從下幾方面考慮:①從調節系統的調節質量分析并選擇;②從工藝配管情況考慮;③從負荷變化情況分析。

選擇好調節閥的流量特性，就可以根據其流量特性確定閥門閥芯的形狀和結構，但對于像隔膜閥、蝶閥等，由于它們的結構特點，不可能用改變閥芯的曲面形狀來達到所需要的流量特性，這時，可通過改變所配閥門定位器的反饋凸輪外形來實現。

5 調節閥口徑的選擇

調節閥口徑的選擇和確定主要依據閥的流通能力即Cv。在各種工程的儀表設計和選型時，都要對調節閥進行Cv計算，并提供調節閥設計說明書。從調節閥的Cv計算到閥的口徑確定，一般需經以下步驟:

1)計算流量的確定。現有的生產能力、設備負荷及介質的狀況，決定計算流量的Qmax和Qmin.

2)閥前后壓差的確定。根據已選擇的閥流量特性及系統特點選定S(阻力系數)，再確定計算壓差。

3)計算Cv。根據所調節的介質選擇合適的計算公式和圖表，求得Cmax和Cmin.

4)選用Cv。根據Cmax,在所選擇的產品標準系列中選取>Cmax且與其最接近的一級C.

5)調節閥開度驗算。一般要求最大計算流量時的開度≯90%，最小計算流量時的開度≮10%。

6)調節閥實際可調比的驗算。一般要求實際可調比≮10。

7)閥座直徑和公稱直徑的確定。驗證合適后，根據C確定。

6 結束語

調節閥的選擇是非常細致的工作，不僅要有扎實的專業理論知識，還要有豐富實踐經驗。選擇得好不僅有利于調節控制回路PID參數的整定，使被調參數得到較好地控制效果，也使調節閥的使用壽命大大增長。調節閥的選擇要因地制宜，并非一成不變，要在實踐的過程中不斷總結和創新，特別隨著機電一體化技術、計算機和數字信息技術的應用，調節閥的結構功能變得更好、更全面，為選擇調節閥提供了極大的方便。