控制閥知識

發布時間：2009-09-22 來源：揚子工具集團 瀏覽次數:50456

防爆的設備應采取相應防爆措施，對全部被保護的系統應采取密封。10.管線的敷設不應妨礙操作人員的操作及維護人員的維護。11.連接的管線應標記銘牌。必要時可用支撐架固定連接的管線，防止控制閥拆卸后連接管線無法固定。12.連接線應避免水和液體的浸泡和腐蝕或有害氣體的侵入。(9)附加管件的安裝附加管件有縮徑管和擴徑管。附加管件的安裝使管路壓損增大，并影響控制閥流量系數。安裝附加管件時，應在連接處留有操作空間，便于維修時拆卸連接螺栓。安裝管件時應安裝支撐架或支座，必要時可加防振墊片或防振彈簧。(10)控制閥和其他附件的脫月旨、絕熱和伴熱需進行脫脂處理的控制閥和其他附件必須按設計規定進行脫脂處理。經脫脂處理后的控制閥、管線等需自然通風或用干燥空氣或氮氣吹干，經檢驗合格后封閉保存，在安裝時應保持干凈無油污。需進行絕熱和伴熱處理的控制閥和其他附件應進行絕熱和伴熱處理。伴熱用的蒸汽管線或電熱帶的敷設應符合有關安裝施工規定。絕熱用的保溫層材料和厚度應符合設計規定。安裝控制閥和附件的各種支撐架、支座和連接管線需涂漆處理。涂漆前應清除被涂表面的鐵銹＼焊渣、毛刺和污物。涂漆的顏色和厚度、涂漆操作的條件等應符合有關規定。(11)自力式控制閥取源部件的安裝自力式壓力、差壓控制閥取壓部件參照壓力取源部件的安裝規定進行施工。自力式溫度控制閥取源部件可參照溫包安裝規定進行施工。控制閥安裝前的檢驗控制閥安裝前應進行部分性能的檢驗。從出廠到安裝前，控制閥及附件經運輸、儲存等環境，不同的環境條件使控制閥和附件發生性能變化，因此，需要進行安裝前的檢驗。

儀表設備在運輸過程中受到運輸工具所激發的隨機振動和裝卸時受到的各種沖擊，此外，運輸過程中，環境溫度、濕度等·氣候條件會發生變化，因此，在運輸過程中儀表設備的性能發生變化。儀表設備在儲存過程中因儲存環境的氣候、生物和化學環境參數的變化，從而引起儀表性能的變化。儀表設備在安裝過程中受到搬運或裝配引起的機械應力作用，也使儀表設備的性能變化，但由于安裝過程一般比較短暫，因此，安裝環境造成的影響較小�？刂崎y安裝前檢驗的環境條件與其他儀表檢驗的環境條件類似，控制閥安裝前檢驗場所的環境條件如下。a．溫度：10～35℃______________。b．濕度：空氣相對濕度不大于85％。巳無腐蝕性氣體。d．有良好工作照明，清潔、安靜、光線充足。e．不應在振動大、噪聲大、潮濕、灰塵多和有強磁場干擾的場所進行檢驗。f.應有檢驗用的電源、氣源和液壓泵等檢驗設備和供水，排水設備。g.電源要求：50Hz，220VAC或48VDCil0％，24VDCi5％。h．氣源要求：清潔、干燥、露點比最低環境溫度低10℃，符合儀表壓縮空氣質量標準，壓力0．5～0．7MPa，壓力穩定，波動不超過額定值的±10％�？刂崎y安裝前的檢驗內容控制閥安裝前的檢驗主要包括下列內容：a、控制閥的靜特性測試；b、氣密性測試；c、密封性測試，必要時應重新安裝填料函；d、泄漏量測試；e、空載全行程時間測試；f、絕緣性能測試；g、耐壓強度測試。實際安裝前，必須進行的測試有外觀測試、耐壓強度測試、起點終點誤差、死區、回差、基本誤差測試、泄漏量測試、空載全行程時間測試等�？刂崎y的氣源要求

控制閥的附件，如電氣轉換器、電氣閥門定位器、氣動放大器、保位閥等，都屬于氣動元件，因此，對控制閥的氣源質量可根據儀表凈化空氣的要求(HG／T20510—000) 確定o 1.露點溫度。露點是一定壓力下水蒸氣開始冷凝的溫度。采用露點來限制氣源中的濕含量是工程設計常用的方法。儀表氣源濕含量以操作壓力下不結露為控制要求，因此，通�？刂撇僮鲏毫ο碌穆饵c溫度應至少比環境最低溫度低10℃。例如，空氣干燥器出口壓力為0．7MPa，環境最低溫度為一15℃，則該操作壓力的露點溫度至少為一25℃。例如，上海地區，大氣壓下露點溫度為一40℃。圖6—1顯示大氣壓下的露點與操作壓力下露點的關系。2.含塵量。過濾器出口的塵埃粒徑不大于3μm，含塵量小于lmg／m3。應避免吸人工業粉塵和大氣灰塵，易燃、易爆、有毒及腐蝕性氣體(或蒸汽)。3.含油量。過濾器出口的含油量不大于10mg／m3[或8ppm(W)]。選用油潤滑式空壓機或直接用工藝空氣壓縮機作為儀表氣源時，必須配高效除油器，將壓縮空氣中的油分含量控制在規定值以下，并配以相應的過濾、干燥裝置和備用儲罐。4.氣源壓力。應根據最終儀表用氣要求統一考慮。一般極限壓力范圍分500～800kPa(G)和 300～500kPa(G)兩個等級。對氣缸式執行機構，建議采用0．7MPa。壓力上限值為氣源裝正常操作條件下的送出壓力。規定壓力下限值為氣源裝置送出的最低壓力，若低于此規定值應有聲光報警并應盡快處理。 5.耗氣量。按單臺控制閥穩態耗氣量為1～2m3(標準)／h，低功耗定位器穩態耗氣量為0．8～1．3m3(標準)／h估算。開關閥根據氣缸大小和動作頻度，按控制閥耗氣量的3～5倍估算。需注意，儀表說明書提供的耗氣量是供氣壓力140kPa，20℃狀態的耗氣量，應轉換到標準狀態下的耗氣量,并應加0．1～0．3的泄漏系數。 6.儲氣罐容積確定。氣源裝置中應設置足夠容量的儲氣罐，其容積按下式計算V ＝QstPo／(P1一P2) 式中V一 儲罐容積，m3； Qs一 氣源裝置供氣設計容量，m3(標準)／min； P1一 正常操作壓力，kPa(A)； P2一 最低送出壓力，kPa(A)； t一 大氣壓力，通常，Po＝101．33 kPa(A)；保持時間，min，由工藝提出具體時間，一般保持時間為5～u20min�？刂崎y現場調試

控制閥安裝后，在生產過程開車前應進行控制閥的現場調試�，F場調試分線路調試和系統調試。線路調試線路調試用于檢查連接控制閥的信號線路、氣源管線或液壓管線是否正確連接。1.控制閥輸入信號的連接。通常，與閥門定位器一起檢查�？刂崎y輸入信號來自控制器，因此，從控制器輸出一個起點信號，檢查控制閥是否在起點位置；輸出一個終點信號，檢查控制閥是否在終點位置。為此，應檢查供氣氣源壓力是否正常；過濾減壓器工作是否正常；液壓系統供給的油壓是否正常；供電是否正常；輸出信號是否正確等，并在測量范圍內至少取5點檢查輸入信號與閥位之間是否滿足所需關系。應檢查氣開、氣關的作用方式是否正確，是否滿足工藝生產過程的安全生產要求。2.控制閥輸出信號的連接�？刂崎y輸出信號是閥位信號，可以是模擬量信號或數字量信號。應在檢查控制閥輸入信號的同時，檢查閥位信號是否正確。采用HART或智能電氣閥門定位器時，應檢查閥位狀態信息能否正確傳輸。控制閥全行程運行過程中應偵聽控制閥閥芯和閥座是否有機械振動和異常雜音。3.手輪機構調試。檢查手輪機構能否正確轉動和動作，限位和鎖定裝置是否好用。4.當出現偏差超過允許偏差限時，應進行相應的調試。例如，改變閥位開關的位置,檢查接線或管路是否有泄漏等。系統調試控制閥是控制系統的最終元件，因此，控制閥運行前需進行系統調試。系統調試應與工藝操作配合進行。1.負反饋調試�？刂葡到y應滿足負反饋要求，因此，應將控制器、檢測變送和控制閥(包括閥門定位器)和被控對象一起考慮，并設置控制器的正、反作用。負反饋準則是控制系統開環總增益為正。設置好控制器正、反作用方式后，可在控制器測量端模擬輸入信號，使其增加或減小，觀測控制器輸出變化是否符合作用方式的要求，并檢查控制閥的動作方向是否正確，是否能夠使被控變量向減小方向變化。2.控制閥壓降檢查。控制閥壓降檢查在進行清水模擬調試時進行。在控制閥全行程運行過程中，檢查控制閥兩端壓降變化，是否有空化或閃蒸造成的噪聲發生，流量變化情況如何，是否符合所設計的流量特性等。3.響應時間檢查。一些控制系統對控制閥的響應時間有要求時，應檢查控制閥的響應時

間。在控制器輸出信號改變時開始計時，到控制閥閥位到達最終穩態位置的63％所需的時間即為響應時間，其時間應滿足工藝生產過程的操作要求。九、控制閥的類型 控制閥的組成和分類 控制閥的組成控制閥由執行機構和調節機構組成。執行機構可分解為兩部分：力或力矩轉換部件和位移轉換部件。將控制器輸出信號轉換為控制閥的推力或力矩的部件稱為力或力矩轉換部件；將力或力矩轉換為直線位移或角位移的部件稱為位移轉換部件。調節機構將位移信號轉換為閥芯和閥座之間流通面積的變化，改變操縱變量的數值。下圖是控制閥組成部分的框圖。圖圖1控制閥的組成 執行機構有不同的類型。按所使用能源，執行機構分為氣動、電動和液動三類。氣動類執行機構具有歷史悠久、價格低、結構簡單、性能穩定、維護方便和本質安全性等特點，因此，應用最廣。電動類執行機構具有可直接連接電動儀表或計算機，不需要電氣轉換環節的特點，但價格貴、結構復雜，應用時需考慮防爆等問題。液動類執行機構具有推力(或推力矩)大的優點，但裝置的體積大，流路復雜。通常，采用電液組合的方式應用于要求大推力(力矩)的應用場合。按執行機構輸出的移動方向，執行機構分為正作用和反作用執行機構。正作用執行機構在輸入信號增加時，閥桿向外移動。反作用執行機構在輸入信號增加時，閥桿向內移動。按執行機構輸出位移的類型，執行機構分為直行程執行機構、角行程執行機構和多轉式執行機構。直行程執行機構輸出直線位移。角行程執行機構輸出角位移，角位移小于360°例如，轉動角度為90°或60°蝶閥的執行機構。多轉式執行機構與角行程執行機構類似，但轉動的角位移可以達多圈。按執行機構組成部件的類型，氣動執行機構分為薄膜執行機構、活塞執行機構、齒輪執行機構、手動執行機構、電液執行機構等。

按執行機構動作方式，執行機構分為連續、離散兩類。連續類型執行機構的輸出是連續變化的位移信號。離散類型執行機構的輸出是開關變化的位移信號。電磁閥是最常用的電動離散控制閥，安全放空閥也是常見的離散控制閥。按執行機構安裝方式，執行機構分為直裝式、側裝式。直裝式執行機構直接安裝在調節機構上。側裝式執行機構安裝在調節機構的側面，它通過一個增力裝置來改變位移方向和作用力大小。按執行機構輸出和輸入的動作特性，執行機構分為比例式、比例積分式等類型。比例式執行機構的輸出與輸入信號之間成線性關系。比例積分式執行機構的輸出是輸入信號的比例和積分作用之和。按執行機構輸入信號的類型，執行機構分為模擬式執行機構和數字式執行機構。模擬式執行機構接收模擬信號，例如，20～100kPa的氣壓信號，4～20mA的標準電流信號等。數字式執行機構接收數字信號，通常是一串二進制信號，用于開閉相應的數字閥。隨著現場總線技術的應用，接受現場總線數字信號的執行機構正得到廣泛應用。調節機構也有不同的類型。通常，將調節機構稱為閥。按結構分類，調節機構分為直通單座閥、直通雙座閥、三通閥、角形閥、高壓閥、隔膜閥、套筒閥、球閥、偏心旋轉閥、閘閥和蝶閥等。大多數普通的閥門可添加有關閥門附件，例如執行機構、閥門定位器、閥門位置檢測傳感器等。按流量特性，調節機構分為線性閥、等百分比閥和快開閥等。按閥芯的形式，調節機構分為直行程和角行程閥芯等。直行程閥芯，分平板式、柱塞式、窗口式、多級式和套筒式等。角行程閥芯分為偏心旋轉式、球式、V形切口式和蝶式等。按調節機構上閥蓋的形式，調節機構分為普通型、散熱或吸熱型、波紋管密封型、長頸型等。其中，散熱型調節機構適用于高溫；吸熱型調節機構適用于低溫；對于深度冷凍的應用，可采用長頸型調節機構；波紋管密封型適用于有毒性、易揮發或貴重流體介質的控制，可防止介質外漏損耗和造成傷亡事故。按流向的不同，調節機構分為流開和流關、中心向外和外部向中心等。流開(flowopen)類調節機構中，在閥芯節流處流體流動方向與閥門打開的方向一致。流關(flowclose)類調節機構中，在閥芯節流處流體流動方向與閥門關閉的方向一致。中心向外(out-ward)類調節機構中，流體從套筒的中心向外流動。外部向中心(inward)類調節機構中，流體從套筒的外部向中心流動。按閥桿移動時流通面積的變化不同，調節機構分為正體閥和反體閥。正體閥的閥桿移人閥體時，流通面積減小，流量減少。反體閥的閥桿移人閥體時，流通面積增加，流量增加。

按閥芯的導向方式不同，調節機構分為頂導向、頂底導向、閥桿導向、閥座導向和閥籠導向等。頂導向調節機構的閥芯導向由上閥蓋或閥體內一個導向軸完成；頂底導向調節機構的閥芯由上、下閥蓋的導向軸同時定向；閥桿導向是閥蓋上一個導向軸與閥座環中心對中，軸套對閥桿進行導向；閥座導向在小流量控制閥中使用，它通過閥座進行導向；閥籠導向調節構的閥芯與閥籠組成套筒結構，在整個行程范圍內，閥芯與閥籠內表面接觸，在閥籠上有閥籠孔，閥芯移動時改變閥籠孑L的流通面積。閥籠與閥蓋、閥座是自對中的，從而實現閥芯的導向。按閥體是否分離，調節機構分為整體閥和閥體分離閥。整體閥的閥體是一個整體；閥體分離閥的閥體可以分離，便于拆卸和進行內部清洗，進行內部襯里的更換等。按閥體的材質，調節機構分為鑄鐵閥、鑄鋼閥、黃銅閥、不銹鋼閥、熱塑料閥、鈦閥等。此外，按閥的應用場合，還有一些特殊的閥門，例如低噪聲閥、隔膜閥、防空化閥、耐蝕閥、蒸汽控制閥、降壓閥等。除了執行機構和調節機構外，控制閥還可添加一些附件來配合控制閥的動作，包括閥門定位器、手輪機構、信號轉換裝置、閥位檢測、傳送裝置和自鎖裝置等，這些附件使控制閥的功能更完善，使用更方便，應用更靈活，性能更優越�？刂崎y的分類將控制閥的執行機構和調節機構組合，可組成各種類型的控制閥。為了增強控制閥的功能，完善控制閥的性能，控制閥還可與一些控制閥附件組合，實現更高的控制精度，克服控制閥的死區等缺點，實現降級操作。下面介紹主要的控制閥類型。 (1)直通單座閥 如圖2所示，直通單座控制閥有一個閥芯和一個閥座。圖中，閥桿與閥芯連接，當執行機構作直線位移時，通過閥桿帶動閥芯移動。上蓋板用于壓緊填料，上閥蓋與閥體用螺栓連接，用于閥桿和閥芯的中心定位。閥座與上閥蓋一起，用于保證閥芯與閥座的中心定位，并在閥芯移動時，改變流體的流通面積，從而改變操縱變量，實現調節流體流量的功能。圖中的閥芯導向采用頂導向方式。一些直通單座閥采用頂底導向方式，提高導向精確度。一些小流量直通控制閥常采用閥座導向方式。直通單座控制閥只有一個閥芯和一個閥座，是一種最常見的控制閥。圖2 直通單座閥

其特點如下： 1.泄漏量小，容易實現嚴格的密封和切斷，例如，可采用金屬與金屬的硬密封，或金屬與聚四氟乙烯或其他復合材料的軟密封，標準泄漏量為0.0l％C(C是額定流量系數)。2.允許壓差小，例如，DNl00閥的允許壓差僅120kPa。3.流通能力小，例如，DNl00的直通閥的流通能力僅為100。4.由于流體介質對閥芯的推力大，即不平衡力大，因此，在高壓差、大口徑的應用場合，不宜采用這類控制閥。 近年來，閥籠結構的直通控制閥由于其具有維護簡單、改變閥座可改變閥門流量特性的優點而得到廣泛應用。為了降低閥芯所受到不平衡力的影響，可采用大推力的執行機構，采用直通雙座閥結構，也可采用圖3所示平衡閥芯的閥籠式結構。圖中，在閥芯上部和閥籠缸體之間采用石墨潤滑的滑動活塞環，用于閥芯與閥籠之間的密封。閥籠與上閥蓋之間也采用閥帽墊片、螺旋墊片等進行密封，保證上游高壓流體不會進入下游低壓腔內。此外，流體經閥芯頂部的平衡連接孔，同時作用在閥芯的底部和頂部，消除了大部分靜態不平衡力，并具有一定的阻尼作用，減小流體流動引發的振動等擾動的影響。通常，平衡結構的直通單座控制閥采用如圖3所示的外部向中心的流向。(2)套筒閥 套筒閥又稱籠式閥，它是閥內件采用閥芯和閥籠(套筒)的控制閥。套筒可以是直通單座閥，也可以是雙座閥或角形閥等。套筒閥用閥籠內表面導向，用閥籠節流幾滿足所需流量特性。套筒閥的特點如下。圖3 籠式閥的結構 （套筒閥） 1.安裝維護方便。閥座通過閥蓋緊壓在閥體上，不采用螺紋連接，安裝和維護方便。 2.流量特性更改方便。套筒閥中流體從套筒向外流出，稱為中心向外流向，反之，稱外部向中心流向。是外部向中心流向的直通套筒閥結構圖。在套筒上對稱地分布3、4或6個節流開孔，節流開孔形狀與所需流量特性有關，因此，可方便地更換套筒(節流開的形狀)來改變控制閥的流量特性。 3.降噪和降低空化影口向。為降低控制閥噪聲，套筒和閥芯也可開多個小孔，利用小孔 增加阻力，將速度頭轉換為動能，使噪聲降低。通常，套筒閥可降低噪聲10dB以上，因此，

在需降噪場合被廣泛應用。為降低控制閥噪聲，也可采用多級降壓方法，例如多級閥芯和套筒結構。由于控制閥兩端的總壓降被分配到各級，使各級都不會造成流體發生閃蒸和空化，從而使控制閥的噪聲降低，并能夠削弱和防止閃蒸和空化造成的沖刷和磨損。套筒閥閥芯底部為平面，如發生汽蝕，氣泡破裂產生的沖擊不作用到閥芯，而被介質自身吸收，因此，套筒閥的汽蝕影響小，使用壽命長。 4.泄漏量較單座閥大，由于套筒與閥芯之間有石墨活塞環密封，長期運行后，密封環的磨損使套筒閥的泄漏量比單座閥大o 5.互換性和通用性強。更換不同套筒，可獲得不同流量系數和不同流量特性。 6.減小不平衡力影響。通常，套筒閥閥芯上開有平衡孔，使閥芯上所受不平衡力大為減小，同時，它具有阻尼作用，對控制閥穩定運行有利。因此，這類控制閥常用于壓差大、要求低噪聲的應用場合。 (3)直通雙座閥 如圖4所示。直通雙座控制閥有兩個閥芯和兩個閥座。流體從圖示的左側流人，經兩個閥芯和閥座后，匯合到右側流出。由于上閥芯所受向上推力和下閥芯所受向下推力基本平衡，因此，整個閥芯所受不平衡力小。直通雙座閥的特點如下。1.所受不平衡力小，允許的壓降大，例如，DNl00 雙座閥允許壓差280kPa。 2.流通能力大，與相同口徑的其他控制閥比較，雙座閥可流過更多流體，同口徑雙座閥流通能力比單座閥流通能力約大20％～50％。例如，DNl00雙座閥流通能力達160。因此，為獲得相同的流通能力，雙座閥可選用較小推力的執行機構。3.正體閥和反體閥的改裝方便。由于雙座閥采用頂底雙導向，因此，只需將閥芯和閥座反過來安裝就能將正體閥改為反體閥，反體閥改為正體閥，而不需要改選執行機構的正作用或反作用類型。圖4所示的雙座閥結構只需將閥體反裝，并與閥桿連接即可完成。4.泄漏量大。雙座閥的上、下閥芯不能同時保證關閉，因此，雙座閥的泄漏量較大，標準泄漏量為0．1％C。雙座閥的閥芯和閥座采用不同材料或者用于低溫或高溫場合時，由于材料線膨脹量不同，造成的泄漏量會更大。圖4 雙座閥的結構

5.抗沖刷能力差。閥內流路復雜，在高壓差應用場合，受到高壓流體的沖刷較嚴重，并在高壓差時造成流體的閃蒸和空化，加重了對閥體的沖刷，因此，雙座閥不適用于高壓差的應用場所。由于流路復雜，它也不適用于含纖維介質和高黏度流體的控制。 由于帶平衡的套筒閥能夠消除大部分靜態不平衡力，雙座閥的優點已不明顯，而它的泄漏量大的缺點更為顯現，因此，在工業生產過程控制中，原來采用雙座閥的場合，可用帶平衡結構、的套筒閥代替，國外制造商也采用整體結構的雙座直通閥來減小泄漏量的產品。 (4)三通閥 三通閥按流體的作用方式分為合流閥和分流閥兩類。合流閥有兩個人口，合流后從一個出口流出。分流閥有一個流體人口，經分流成兩股流體從兩個出口流出。圖2—5是分流三通閥的結構圖。合流三通閥的結構與分流三通閥的結構類似。其特點如下。 1.三通閥有兩個閥芯和閥座，結構與雙座閥類似。但三通閥中，一個閥芯與閥座間的流通面積增加時，另一個閥芯與閥座間的流通面積減少。而雙座閥中，兩個閥芯和閥座間的流通面積是同時增加或減少的。 2.三通閥的氣開和氣關只能通過選擇執行機構的正作用和反作用來實現。雙座閥的氣開和氣關的改變可直接將閥體或閥芯與閥座反裝米買現。 3.三通閥用于需要流體進行配比的控制系統時，由于它代替一個氣開控制閥和一個氣關控制閥，因此，可降低成本并減少安裝空間。4.三通閥也用于旁路控制的場所，例如，一路流體通過換熱器換熱，另一路流體不進行換熱。當三通閥安裝在換熱器前時，采用分流三通閥；當三通閥安裝在換熱器后時，采用合流三通閥。由于安裝在換熱器前的三通閥內流過的流體有相同溫度，因此，泄漏量較小；安裝在換熱器后的三通閥內流過的流體有不同的溫度，對閥芯和閥座的膨脹程度不同，因此，泄漏量較大。通常，兩股流體的溫度差不宜超過150℃。圖5 分流三通閥

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