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自力式調(diào)節(jié)閥選型原則

      自力式調(diào)節(jié)閥在自控系統(tǒng)中，既是可調(diào)的節(jié)流元件，又是承受一定溫度、壓力的容器。所以在選擇時(shí)，既要考慮其適用性，又要保證安全可靠。ZZYM型自力式減壓閥由檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥本體、取壓管與閥前（后）接管組成。其結(jié)構(gòu)見右圖一帶冷凝器,使用時(shí)請倒裝  

圖一a、用于控制閥后壓力的減壓閥，閥作用方式為壓閉型。其作用原理如下：
介質(zhì)由箭頭方向流入閥體，經(jīng)閥座、閥芯節(jié)流后輸出。另一路經(jīng)取壓管（介質(zhì)為蒸汽時(shí)加冷凝器）被引入執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用于膜片上，使閥芯隨之發(fā)生相應(yīng)的位移，達(dá)到減壓、穩(wěn)壓的目的。如閥后壓力增加，作用于膜片上的力增加，壓縮彈簧，帶動(dòng)閥芯，使閥門開度減少，
直至閥后壓力下降至設(shè)定值為止。同理，如閥后壓力降低，作用在膜片上的力減小，由于彈簧的反作用力，帶動(dòng)閥芯，使閥門的開度加大，直至閥后壓力上升至設(shè)定值為止。

圖一b、用于控制閥前壓力的調(diào)壓閥，閥作用方式為壓開型。其作用原理如下：介質(zhì)由箭頭方向流入閥體，經(jīng)閥座、閥芯節(jié)流后輸出。另一路經(jīng)取壓管（介質(zhì)為蒸汽時(shí)加冷凝器）被引入執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用于膜片上，使閥芯隨之發(fā)生相應(yīng)的位移，達(dá)到泄壓、穩(wěn)壓的目的。如閥前壓
力增加，作用于膜片上的力增加，壓縮彈簧，帶動(dòng)閥芯，使閥門開度增大，直至閥前壓力下降至設(shè)定值為止。同理，如閥前壓力降低，作用在膜片上的力減小，由于彈簧的反作用力，帶動(dòng)閥芯，使閥門的開度加小，直至閥前壓力上升至設(shè)定值為止。若閥前壓力小于設(shè)定值則該閥一直是關(guān)閉的。

      1、自力式調(diào)節(jié)閥選型原則選擇的一般原則

      具體選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)被調(diào)介質(zhì)的種類、性質(zhì)、溫度、壓力及工藝要求的其他條件，遵循以下的選擇原則：閥的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、流動(dòng)性、腐蝕性、控制范圍以及嚴(yán)密性要求；閥的材料應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、腐蝕性要求；閥的額定流量系數(shù)及口徑應(yīng)能滿足工藝的流量要求；閥的應(yīng)能滿足現(xiàn)場實(shí)際壓差的要求；閥的實(shí)際使用條件應(yīng)與計(jì)算選擇時(shí)考慮的相一致。

      2、自力式調(diào)節(jié)閥選型原則材料及使用溫度的選擇

      選擇材料時(shí)，主要考慮材料的強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕及高溫、低溫的特性，首先應(yīng)滿足自力式調(diào)節(jié)閥的安全可靠，其次是使用的性能、壽命和經(jīng)濟(jì)性。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量選擇便宜、易得的材料。一般情況下，閥體和閥蓋可選擇多種材料制造（如：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼及鑄不銹鋼）。而閥內(nèi)組件一般用不銹鋼材料制造。

      3、自力式調(diào)節(jié)閥選型原則公稱壓力及壓差的選擇

      根據(jù)工藝介質(zhì)的最大工作壓力來選擇調(diào)節(jié)閥的公稱壓力時(shí)，必須對照工藝溫度條件綜合選擇，因?yàn)楣Q壓力是在一定基準(zhǔn)溫度下依據(jù)強(qiáng)度條件定出。一旦工作溫度超過了基準(zhǔn)溫度，其允許的最大工作壓力必定低于公稱壓力，這一點(diǎn)應(yīng)該引起足夠的重視。

      除了注意選定調(diào)節(jié)閥公稱壓力外，在選用時(shí)，還應(yīng)從推力角度出發(fā)，考慮調(diào)節(jié)閥能否正常工作的問題。用特征數(shù)值表達(dá)就是允許壓差是否大于最大工作壓差。因此，在選用時(shí)，要使最大工作壓差小于閥的允許壓差。

      4、自力式調(diào)節(jié)閥選型原則流量系數(shù)計(jì)算

      流量系數(shù)Kv（或稱流通能力），是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)。它反映流體通過調(diào)節(jié)閥的能力，亦即反映調(diào)節(jié)閥的容量。根據(jù)計(jì)算出的流量系數(shù)Kv值的大小，選擇閥的額定流量系數(shù)Kvs，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。如果選擇的額定流量系數(shù)過大，就會(huì)使調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度的情況下，影響控制質(zhì)量，引起振蕩和噪音，縮短閥的使用壽命。相反，如果選擇的額定流量系數(shù)過小，則會(huì)使調(diào)節(jié)閥的開度過大，閥門超負(fù)荷運(yùn)行，不能滿足流量要求，容易出現(xiàn)事故，造成不必要的浪費(fèi)。為了合理選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸，必須正確計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)Kv值。

      調(diào)節(jié)閥的額定流量系數(shù)Kvs定義：在規(guī)定條件下，即閥的兩端壓差為100kPa，流體密度為1g/cm3時(shí)，額定行程時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量是以立方米每小時(shí)或噸每小時(shí)計(jì)的流量數(shù)。

      A、液體的Kv值計(jì)算

      1）非阻塞流

      式中 FL— 壓力恢復(fù)系數(shù)；
             FF— 液體臨界壓力比系數(shù)；
             PV— 閥入口溫度下，介質(zhì)的飽和蒸汽壓（絕對壓力），kPa；
             Pc— 熱力學(xué)臨界壓力（絕對壓力），kPa；
             qv— 液體流量，m3/h；
             ρ— 液體密度，g/cm3；
             P1— 閥前壓力（絕對壓力），kPa；
             P2— 閥后壓力（絕對壓力），kPa。

      2）阻塞流

      判別式   （4）

      流量系數(shù)計(jì)算公式

      由式（5）可以看出，在阻塞流情況下，Kv值的計(jì)算公式有變化，壓差一項(xiàng)用FL2（P - FFpv）代替實(shí)際壓差P1- P2。這樣，比用實(shí)際壓差計(jì)算出的Kv值要大，即由于阻塞流的作用，使閥的流通能力不能充分發(fā)揮，必須按更大的Kv值來選擇閥的口徑，才能滿足流量的要求。

      B、低雷諾數(shù)Re修正（高黏度液體Kv值計(jì)算）

      液體黏度過高時(shí)，由于雷諾數(shù)下降，改變了流體的流動(dòng)狀態(tài)。在Re<2300時(shí)，流體處于層流低速流動(dòng)，這樣按原公式計(jì)算出的Kv值就會(huì)導(dǎo)致較大的誤差，實(shí)際流通能力達(dá)不到計(jì)算值，必須進(jìn)行修正。當(dāng)液體為高黏度時(shí)，調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Kv 的計(jì)算公式為

      式中 ψ— 黏度修正系數(shù)，按Re查圖1求得。

      關(guān)于Re在流體力學(xué)中已有論述，主要與流體性質(zhì)及流經(jīng)的管路兩方面因素有關(guān)。對于只有1個(gè)流路的自力式調(diào)節(jié)閥，Re的計(jì)算公式為

      C、氣體的Kv值計(jì)算

      氣體與液體不同，它具有可壓縮性。氣體流過調(diào)節(jié)閥后，密度變小，不能再用液體公式來計(jì)算。關(guān)于氣體的Kv值計(jì)算方法，目前有閥前密度法、閥后密度法、平均密度法、壓縮系數(shù)法等多種方法。因?yàn)槠骄芏确ǖ挠?jì)算結(jié)果比較接近實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故應(yīng)用最多。這里推薦采用平均密度法來計(jì)算氣體的Kv值。

  E、兩相流的Kv值計(jì)算

      當(dāng)介質(zhì)為氣液兩相流時(shí)，一般采用分別計(jì)算液體的Kv液和氣體的Kv氣值，然后相加求取調(diào)節(jié)閥總Kv值。

      Kv=Kv液+Kv氣

      這種方法是基于兩種介質(zhì)相互獨(dú)立，互不影響的觀點(diǎn)。但實(shí)際上，隨著液相和氣相組成成分的變化，流體的狀態(tài)趨向也不同，因此，計(jì)算出的Kv值誤差較大。

      5、自力式調(diào)節(jié)閥選型原則的口徑選擇

      A、一般的選擇步驟

      根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷確定最大流量和最小流量qvmax、qvmin；根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)、壓力分配和管路損失，確定最大壓差和最小壓差Δpvmax 、Δpvmin；按流量系數(shù)計(jì)算公式，求得最大流量和最小流量時(shí)的流量系數(shù)Kvmax、Kvmin；根據(jù)求出的Kvmax，在產(chǎn)品樣本中選取大于Kvmax，并Kvmax的Kvs值；由計(jì)算出的Kvmax，Kvmin驗(yàn)算閥的開度（一般要求閥開度在10%~80%之間）；根據(jù)Kvmax、Kvmin計(jì)算可調(diào)比R（一般要求R=Kvmax/KVmin≤30∶1）；各項(xiàng)計(jì)算驗(yàn)證合格后，根據(jù)Kvs值，確定調(diào)節(jié)閥的口徑。

      B、常用的選擇步驟

      按照qvmax及Δpvmin 計(jì)算出Kvmax；將Kvmax乘以（1.3~1.5），求得K''vmax（根據(jù)具體情況定）；按K vmax選擇Kvs （查產(chǎn)品樣本），應(yīng)選擇最靠近K''vmax且大于K''vmax的Kvs值，保證Kvmax/Kvs≤0.75，按Kvs值，確定調(diào)節(jié)閥的口徑。

      但是應(yīng)保證液體流速在2.5m/s以下，氣體流速在80~100m/s以下，否則易產(chǎn)生噪音。

      C、自力式流量調(diào)節(jié)閥的選擇

      當(dāng)介質(zhì)為液體時(shí)，自力式流量調(diào)節(jié)閥的口徑選擇將有所不同。實(shí)際上有效壓力（指調(diào)節(jié)閥節(jié)流閥板前后的壓差）下的最大流量已經(jīng)限制了自力式流量調(diào)節(jié)閥的流量值，所以在選擇閥流量時(shí)，不能按照Kv值選擇，只能按照工藝條件qvmax的大小選擇流量。

      根據(jù)qvmax值的大小和系統(tǒng)壓差來選取合適的流量，然后確定Kvs值和閥的口徑。選擇時(shí)應(yīng)注意閥前后壓差應(yīng)大于有效壓力，還應(yīng)注意閥的開度。自力式流量調(diào)節(jié)閥一般多用于液體介質(zhì)的流量控制。

      當(dāng)介質(zhì)為氣體時(shí)，應(yīng)保持氣體的壓力比較穩(wěn)定。在計(jì)算時(shí)，應(yīng)按Kv值選取閥的口徑。

自力式調(diào)節(jié)閥選型原則主要零件材料

四、自力式調(diào)節(jié)閥選型原則主要技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)

1.壓力調(diào)節(jié)范圍的確定：
壓力調(diào)節(jié)范圍的確定見上表，控制壓力應(yīng)盡量選在中間期附近，壓力范圍設(shè)定越小，精度越高,因此不要人為擴(kuò)大壓力設(shè)定范圍。
2.對控制閥后的自力式而言,若閥前后壓差比超過10這個(gè)范圍,建議用多級減壓閥或二個(gè)自力式串聯(lián)(閥前壓力小于0.8Mpa除外,例如指揮器操作式)。

      6、自力式調(diào)節(jié)閥選型原則選擇時(shí)注意事項(xiàng)

      自力式調(diào)節(jié)閥主要應(yīng)用在被控參數(shù)一旦調(diào)定后，不經(jīng)常改變（調(diào)整）的場合，而被控參數(shù)經(jīng)常改變（調(diào)整）的場合，應(yīng)使用氣動(dòng)或；自力式調(diào)節(jié)閥一般應(yīng)用在非腐蝕性工藝條件下；被控參數(shù)不應(yīng)超過或接近所選擇的調(diào)整范圍的極限值，應(yīng)留有一定裕量；自力式溫度調(diào)節(jié)閥一般用于溫度變化比較緩慢的場合，不適用于溫度急劇變化的場合；當(dāng)介質(zhì)溫度超過140℃時(shí)，在控制管線安裝隔離罐，當(dāng)介質(zhì)溫度超過200℃時(shí)，除在控制管線安裝隔離罐，還應(yīng)在與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間加裝散熱片（不同制造商的產(chǎn)品，此溫度值會(huì)有所不同）；隔離罐應(yīng)高于調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)而低于閥前后接管；對于非潔凈流體，在閥前應(yīng)安裝過濾器，一般情況下，應(yīng)將閥門倒立安裝，即控制閥在上，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在下，此種安裝方式可使其重心在下，有利于閥門的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)介質(zhì)溫度低于80℃時(shí)，閥門可以正立安裝，當(dāng)介質(zhì)溫度高于80℃時(shí)，則閥門必須倒立安裝。