炎唐阀门

气动薄膜调节阀的 选型

2015/2/6-气动薄膜调节阀的 选型

随着我国有色行业 的迅猛发展,气动薄膜调节阀由于结构简单、操作方便、使用可靠、防火防爆等特点,广泛应用于氧化铝的生产过程。而作为自动调节系统的重要一环,它的工作状态的好坏将直接影响自动控制过程,本文以自己的工作实践为基 础,详细叙述气动薄膜调节阀的工作原理、选型过程、安装及维修。

 

1、主要结构和工作 原理

 

气动执行器由执行 机构和调节机构组成。气动执行机构包括:气动薄膜、气动活塞、气动长行程三种执行机构、调节机构为:阀、闸板、调节阀等,有直、角行程2种。

 

工作原理:当 0.2~1kg/cm2时的信号压力输人 薄膜气室中,产生推力使推杆部件移动、弹簧被压缩产生的反作用力与信号压力在薄膜上产生的推力相平衡。推杆的移动即是气动薄膜执行机构的行程。正作用式:当薄膜气室的信号压力为零时,推杆部件位于下方,当薄膜气室 内输人信号压力时,使推杆部件向下移动;反作用式:当薄膜气室的信号压力为零时,推杆部件位于上方,当薄膜气室内输人信号压力时,使推杆部件向上移动。

 

2、气动薄膜调节阀 流量特性和选型原则

 

流量特性是指阀位 开度和流量大小的关系,直接影响调节质量和系统的稳定性,与被调参数和设备对象,工艺流程有关。

 

2.1理想流量特性

 

调节阀两端压差不 变时相对流量与相对开度(行程)的关系:Q/Qmax=f×l/L

 

式中,Q为某一开度时,调 节阀的流量及阀杆行程;f为阀芯系数; Q/Qmax、L为调节阀全开时的最大流量及阀杆全行程。理想流量特性 取决于阀芯的尺寸,不同的阀芯曲面得到不同的理想流量特性 。

 

2.2工作流量特性分析

 

调节阀前后端压差 变化情况下得到的流量特性。分为直线特性、对数特点、抛物线特性等。抛物线特性介于直线和对数之间。

 

经计算、分析,直 线特性调节阀工作在小开度时调节性强,相对流量变化率过于激烈,不易控制,小干扰大克服容易过头,引起系统振荡,而在大开度时,相对变化率下,调节性能弱,太迟钝,大的干扰不能很快克服;对数特性是指单位开度变化 所引起的相对流量变化值与此点相对流量成正比.经计算、分析,对数阀在小开度时放大倍数小,缓和平衡,利于操作控制,而在大开度时放大倍数大,工作能灵敏有效,是最常用的阀门。

 

2.3流量特性选择规则

 

工业生产中常用的 调节阀如直线、对数、快开特性,一般选取直线、对数特性即可满足工艺调节要求,快开特性适应于二位调节,对于比较难控制和要求较严的对象,从以下几个方面考虑:

1、用调节阀的非线 性去补偿过程的非线性,使系统总的增益变化较小,稳定;

2、工艺管道情况, 考虑工艺管道阻力情况;

3、适应系统的负荷 波动;

4、考虑调节阀的工 作条件和使用寿命;

5、调节阀工作特性 改善。

 

3、流量能力 C值的计算方法和调 节阀口径的确定

 

C值的定义:我国规 定在调节阀前后压差为1kPa、液体重度为 1kPa3的情况下,以每小 时通过调节阀门的流体m3数值,表示流通能 力C值的大小(以氧化 铝料浆为例。)

调节阀压差: S=ΔP/(∑ΔPF+ΔP)

式中,ΔP为调节阀差压;∑ ΔPF为最大流量时管路 阻力降。

C=Q(r/ΔP)1/2=G/(ΔP * r)1/2

式中,Q、G为工艺所提供的体 积或重量流量;ΔP为阀门前后压差; r为重度。

C值的选取和公称通 径Dg及阀座直径 dg的确定,由工艺提 供的最大流量和对应的最小压差。计算出Cmax,便可选取合适的 阀。

 

4、应用实例

 

中铝山西公司沉降 工段负责将高压溶出的料浆通过洗涤、沉降槽的作用下,将赤泥沉淀、分离出来。在料浆输送过程中,需要大量的气动调节阀来调节流量。根据现场的工艺环境或计算,气动阀采用了美国FISHER-ROSEMOUNT公司生产的气动调 节阀,由阀门定位器和调节阀组成。阀门定位器采用了位移式气动阀门定位器,其负反馈闭环系统。见图1

 

图1沉降料浆闭环系统

 

图中A为波纹管的有效面 积;C为测量组件的刚度 ;K为三级功率放大器 的放大倍数;KL为输人信号传动杠 杆比;KF为反馈信号传动杠 杆比;KV/(TVs+1)是气动调节阀的传 递函数,是一个一阶周期环节,KV为调节的放大系数 ,与执行机构的薄膜有效面积和弹簧刚度及调节的结构等因素有关;TV为调节阀的时间常 数,也与气室大小等因素有关。

 

上述负反馈系统中 ,阀杆输出位移Y与输人的调节器压 力领信号P之间的传递函数:

 

W(s)=Y/PAEKL/CKF

 

AEKL、C、KF 一定时,Y与P之间成一一对应的 比例关系。也就是说,通过电一气阀门定位器的电气转换,定位器接受来自调节器或控制系统的电流信号(4~20mA),这个信号改变 执行机构气室的压力P,使阀门的位置达 到给定值 Y,从而达到调节的 目的。

 

4.1调节阀反向动作和 流量特性

 

在应用过程中,由 于生产需要将一台气关式调节阀改成气开式调节器,在以前就需将阀芯反装,或采用反作用式执行机构。在现场改装比较麻烦,而且需有一定的备品才行。采用阀门定位器后,正作用定位器的输人信号从20~100kPa变化时,它的输出 信号从20~100kPa变为100~20kPa即可。具体结构中 ,用到一个凸轮和两个喷嘴。左喷嘴用以实现正作用,右喷嘴实现反作用。左、右喷嘴与放大器的气路用背压切换板来沟通。调节阀的流量特性可以通过改变反馈凸轮的几何形状来改变。改变反馈凸轮的几何形状能够改变调节阀 的反馈量,使定位器的输出特性发生变化,从而修正了流量特性。

 

4.2手动机构的配置

 

当气源信号或电信 号出现故障时,或者当执行机构的主要元件(膜片、弹黄等)损坏时,就需把自动操作改为手动操作,需转动手轮维持调节阀的调节功能;另一方面,这种机构也可作为调节阀行程的限位器,当信号压力为零时,调节阀不是全开 就是全关,如果工艺过程要求调节阀有少量的流量,可利用手轮来达到目的。手轮机构有顶装式和侧装式,顶装式只能为单方向限制行程,如果在选型或安装时,选用侧装式可以根据工艺的要求安在左或右侧实现限位。总之,手 动机构可提高调节阀运行的可靠性,特别是调节阀台增设旁路,使用口径较大的调节阀时,使用手轮机构从投资费用或占地面积都很合算。所以自动操作完成正常和执行机构无故障时,由于不使用手动机构,为此经常要加油防锈 。

 

5、安装调节阀须注 意的几个问题

 

(1)气动调节阀应安 装在便于维护、修理的地方。

 

(2)当选定调节阀的 公称通径与工艺管径不同时应加装异接头进行连接。

 

(3)安装在有振源的 场合,应增加防振措施。

 

(4)安装时,必须使 阀体上或法兰上的箭头方向指向介质方向。

 

(5)安装前,需要认 真清洗管道内焊渣和其它杂物,在安装后,应将阀芯处于最大开度,并对管道和阀再一次清洗,以防杂物卡住和损伤节流件。

 

6、结语

 

气动薄膜调节阀的 正确选型、安装、使用、维修,不仅能够提高过程控制的可靠性,而且能够快速解决阀的故障,增加阀的使用寿命对企业的节能降耗有着可观的经济效益。
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