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调节阀实用技术-概述

发布时间:2020-10-20      点击次数:377

第1章 概 述

一个自动调节系统的目的在于:当输入量是xi,反馈量是时,使自动化过程EA的输出量xe保持不变,如图1-1所示。

        当由于扰动量的作用使输出量xe改变时,变送器T通过反馈量xr,把这个改变的信息送给调节器R;调节器按照xi与xr的

极限偏差值进行调节,产生控制量xe;xe通过执行元件EE作用于自动化过程;在xe的作用下,xm发生变化,到过渡过程

结束时,xm的变化补偿了干扰的影响,使被调参数重新回到给定值(这仅适用于无极限偏差的自动调节系统)。图1-2所

示为按极限偏差调节温度的自动调节系统。实际上遇到的自动化系统比较复杂,但从执行元件来说,问题是一样的。

       因此,现仅就这个自动化系统来进行研究。首先可以看出,系统中有一个执行元件,过它作用于被调节对象。根据控制信号

值,执行元件改变自动化过程的输人量。实际上,图1-1中信号xm是调节因素,在大多数情况下它是流量(空气、蒸汽、水、石

油化工产品等)。调节流量最常用的执行元件是调节阀。其次可以看出,自动化仪表包括变送器、调节器和执行元件。与被调节对

象在两处连接,即在进口处与执行元件连接,在出口处与变送器连接。在自动化系统设计中,这两种连接使得设计复杂化。变送器

只需从样本中选择。调节阀的选择必须进行大量计算,要考虑各个方面因素,如驱动方式、结构、工艺、经济性等。如图1-3所示,

调节阀由两部分组成:执行机构和调节机构(阀门)。

       调节阀的输入是从调节器来的信号xc,一般取0.02~0.1MPa的气动信号或者是电动信号,而输出是工艺流程的流量。在气动信号xe的作用下,执行机构的阀杆移动H(mm),这同时也是阀门的输入。阀杆行程 H使阀瓣处在不同的位置,导致通过阀门的介质流通面积改变,从而有了不同的流量qv。由此得到通过阀门的流量与输入信号xe的关系。

      在自动化系统中,调节阀具有一定的静态特性和一定的动态特性。调节阀的这特性影响着自动化系统的稳定性和自动调节过程的品质。

      调节阀有两种选择的可能:①线性的动态特性和静态特性;②带有某些特点的非线性动态特性和静态特性。当自动化系统的其他元件组成一个线

性子系统时,属于第一种情况。在这种情况下,为了不破坏自动化系统的线性,即在整个工作范围内,使调节过程具有同样的稳定性和品质特性,必须选择一个具有线性特性的调节阀。当自动化系统的其他元件组成一个非线性子系统时,属于第二种情况。在这种情况下,要选择一个调节阀,以便通过它的静态特性来补偿其他元件的非线性,使整个自动化系统是线性的。

       这两种情况在具有特殊性质的非线性自动化系统中都能遇到。一般地说,选择一个具有特定的静态特性或者是其他特性的调节阀,尤其是第二种情况下的调节阀选择问题,还没有足够的论著和阐述。

【例1-1】试确定在一个液体流量自动调节系统中,调节阀具有何种静态特性时,才能使系统是线性的?已知带孔板的流量变送器是非线性元件。

解 已知带孔板的流量变送器的静态特性关系式是:

                                        (1-1)

式中     K——常数;

            qv——通过管子的体积流量;

       xr——变送器的输出信号。

    因为流量变送器是非线性的,所以为使整个系统为线性的,要求变送器——导管——调节阀组成子线性系统,如图1-4所示。子线性系统的输入量是 xe,输出量是 xr。

    要求有线性关系式:

                                        (1-2)

式中a——直线的斜率

问题是要求函数qv(xe)的满足式(1-2),把式(1-2)代入式(1-1)得

                                      (1-3)

即                      

式(1-3)表示了要回答的问题。在图1-4种描绘了这两个非线性元件的特性。由此可见。调节阀在自动化调节系统中的重要性。

 

1.1 调节阀的分类

  调节阀的种类繁多,随着各类成套设备工艺流程和性能的不断改进、调节阀的种类还在不断增加,且有多种分类方法。

 

1.1.1 按自力式和驱动式分类

1.自力式调节阀

利用被调介质(液体、空气、蒸汽、天然气等)自身能量,实现介质温度、压力、流量自动调节的阀门。如自力武压力调节阀、自力式温度调节阀,自力式差压调节阀、自力式微压调节阀等。

2.驱动式调节阀

借助手动、电动、气动来操纵的调节阀。如气动调节阀、电动调节阀、(电)液动调节阀、智能调节阀、手动调节阀等。

 

1.1.2 主要技术参数分类

1.按公称尺寸分类

(1)小口径调节阀   公称尺寸 DN≤40mm 的调节阀。

(2)中口径调节阀   公称尺寸 DN50~300mm的调节阀。

(3)大口径调节阀   公称尺寸DN≥350mm的调节阀。

2.按公称压力分类

(1)真空调节阀    工作压力低于标准大气压的调节阀。

(2)低压调节阀    公称压力PN≤1.6MPa的调节阀。

(3)中压调节阀    公称压力 PN2.5~6.4MPa的调节阀。

(4)高压调节阀    公称压力 PN10.0~80.0MPa的调节阀。

(5)超高压调节阀   公称压力PN>80MPa的调节阀。

3.按介质工作温度分类

(1)高温调节阀    t>450℃的调节阀。

(2)中温调节阀    120℃≤t≤450℃的调节阀。

(3)常温调节阀    29℃≤t≤120℃的调节阀。

(4)低温调节阀    -100℃≤t≤-29℃的调节阀。

(5)超低温调节阀   t<-100℃的调节阀。

4.按阀体材料分类

(1)非金属材料调节阀  如陶瓷调节阀、玻璃钢调节阀、塑料调节阀等。

(2)金属材料调节阀    如铜合金调节阀、铝合金调节阀、铅合金调节阀、针合金调节阀、蒙乃尔合金调节阀、哈氏合金调节阀、铸铁调节阀、碳素铸钢调节阀、低合金钢调节阀、高合金钢调节阀、不锈钢调节阀。

(3)金属阀体衬里调节阀   如衬铅调节阀、衬聚四氟乙烯调节阀、衬搪瓷调节阀等。

5.按与管道的连接方式分类

(1)法兰连接调节阀   阀体上带有法兰,与管道采用法兰连接的调节阀。

(2)螺纹连接调节阀   阀体上带有内螺纹或外螺纹,与管道采用螺纹连接的调节阀。

(3)焊接连接调节阀   阀体上带有焊口,与管道采用焊接连接的调节阀。

(4)夹箍连接调节阀   阀体上带有夹口,与管道采用夹箍连接的调节阀。

(5)卡套连接调节阀   用卡套与管道连接的调节阀。

6.按操纵方式分类

(1)手动调节阀   借助手轮、手柄、杠杆或链轮等,由人力来操纵的调节阀。当需要传递较大的力矩时,可采用蜗轮、齿轮等减速装置。

(2)电动调节阀   用电动机或其他电气装置操纵的调节阀。

(3)气动调节阀   借助空气的压力操纵的调节阀。

 

1.1.3 按用途和作用分类

1.流量自动调节的调节阀

升压设备压送到管道的液体的流量,可借助流量变送器测量。变送器的标准输出信号传送给调节器,调节器发生的控制信号通过阀门定位器作用在调节阀上。当有扰动作用时,如果管路中的流量下降,调节器使调节阀开大,一直到回复原来的流量。

2.液面自动调节的调节阀

罐中的液面高度的信号,由变送器传送给调节器。输出值与给定值在调节器中比较,调节器输出信号作用于调节阀。当液面增高时,流量减少;相反,当液面下降时,流量增加。

3.压力自动调节的调节阀

使系统或罐中保持压力恒定的调节阀。

4.温度自动调节的调节阀

使工艺过程保持一定温度的调节阀。

 

1.1.4 按结构形式分类

1.气动调节阀

(1)按气动执行机构的形式分类

1)薄膜执行机构。又分直装式(正作用和反作用)及侧装式(正作用和反作用)。

2)活塞执行机构。又分比例式(正作用和反作用)和二位式。

3)长行程执行机构。

4)滚动薄膜执行机构。

(2)按调节形式分类: ①调节型;②切断型;③调节切断型。

(3)按移动型式分类: ①直行程;②角行程。

(4)按阀芯形状分类: ①平板形阀芯;②柱塞形阀芯;③窗口形阀芯;④套筒形阀芯;⑤多级形阀芯;⑥偏旋形阀芯;⑦蝶形阀芯;⑧球形阀芯。

(5)按流量特性分类:①直线;②等百分比;③抛物线;④快开。

(6)按上阀盖形式分类:①普通型;②散(吸)热型;③长颈型;④波纹管密封型。

2.电动调节阀

(1)按电动执行机构的形式分类   ①角行程;②直行程;③多回转式。

(2)按附件形式分类     ①伺服放大器;②限位开关。

(3)按流量特性分类     ①直线;②等百分比;③抛物线;④快开。

(4)按上盖形式分类     ①普通型;②散(吸)垫型;③长颈型;④波纹管密封型。

3.手动调节阀

按阀芯形状分类:①圆锥形;②柱塞形;③窗口形;④套筒形;⑤多级形;⑥偏旋形;⑦蝶形;⑧球形或半球形。

4.(电)液动调节阀。

5.智能型调节阀。

 

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