高精度定位器气动调节阀设计选型

高精度定位器气动调节阀设计选型

随着工业自动化程度的不断提高，调节阀作为自动调节系统的*终执行机构，得到越来越广泛的应用，调节阀应用的好坏直接关系着生产的质量与安全。因此，本人结合长期从事自控系统的设计，仪表造型及安装、调试及维护的经验，谈一谈薄膜调节阀应用。

 化工企业的自动化生产过程控制要求精度高，安全可靠性严，其终端控制元件的准确、快速调节是不可或缺的重要一环，控制结果必须保证工艺指标要求，衰减比、超调量不超出工艺允许范围。对此，如何选择适用的气动调节阀类型，使之在工艺控制回路中安全可靠、经济适用，是仪控设计和管理人员普遍关心的问题。气动调节阀的选择一般从以下四个方面考虑：

1>高精度定位器气动调节阀设计选型结构和类型:
    调节阀的产品类型很多，结构多种多样，选择时应综合考虑调节功能、泄漏等级、耐压能力、切断压差、腐蚀性、冲蚀和汽蚀、性价比、维护保养方便程度。从经验而言，选择顺序应为：单（双）座控制阀、笼式控制阀、偏心旋转阀、蝶阀、角阀、球阀。
    确定气动调节阀开关方式的原则是：当信号压力中断时，应保证工艺设备和生产的安全。如果阀门在信号中断后处于打开位置，流体不中断*安全，则选用气关阀；如果阀门在信号压力中断后处于关闭位置，流体不通过*安全，则选用气开阀。

2>高精度定位器气动调节阀设计选型流量特性:
从以下3个方面内容对阀的工作流量特性进行分析：
1）从控制系统的控制质量方面分析
    对于一个简单的控制系统，它是由控制对象、变送器、调节器和调节阀几个基本环节组成的，系统的总放大系数K=K1K2K3K4K5,K1-K5分别表示变送器、调节器、执行器、执行机构、阀、控制对象的放大系数。在负荷变动的情况下，要使控制系统能保持预定的控制指标，希望总放大系数在控制系统的整个操作范围内保持不变。一般在一个确定的系统里，K1-K3的系数是固定不变的，只有对象的放大系数K随负荷的变化而变，保证K4K5的乘积是个常数就保证了系统的总放大系数K是个稳定值。

2）高精度定位器气动调节阀设计选型工艺配管情况分析
    调节阀总是与管道设备连在一起使用的，管道阻力会使阀的工作特性与固有特性不同。所以，应根据对象的特性，选择合适的工作 特性，再根据配管情况选择相应阀的固有流量特性。考虑工艺配管情况时，可参照表3-1来选择阀的固有特性。   气动调节阀的特点就是控制简单，反应快速，且本质安全，不需另外再采取防爆措施。气动调节阀动作分气开型和气关型两种。气开型(Air to Open) 是当膜头上空气压力增加时，阀门向增加开度方向动作，当达到输入气压上限时，阀门处于全开状态。反过来，当空气压力减小时，阀门向关闭方向动作，在没有输入空气时，阀门全闭。
　　故有时气开型阀门又称故障关闭型(Fail to Close FC)。气关型(Air to Close)动作方向正好与气开型相反。当空气压力增加时，阀门向关闭方向动作;空气压力减小或没有时，阀门向开启方向或全开为止。故有时又称为故障开启型(Fail to Open FO)。气动调节阀的气开或气关，通常是通过执行机构的正反作用和阀态结构的不同组装方式实现。
　　气开气关的选择是根据工艺生产的安全角度出发来考虑。当气源切断时，调节阀是处于关闭位置安全还是开启位置安全?

　　举例来说，一个加热炉的燃烧控制，调节阀安装在燃料气管道上，根据炉膛的温度或被加热物料在加热炉出口的温度来控制燃料的供应。这时，宜选用气开阀更安全些，因为一旦气源停止供给，阀门处于关闭比阀门处于全开更合适。
　　如果气源中断，燃料阀全开，会使加热过量发生危险。又如一个用冷却水冷却的的换热设备，热物料在换热器内与冷却水进行热交换被冷却，调节阀安装在冷却水管上，用换热后的物料温度来控制冷却水量，在气源中断时，调节阀应处于开启位置更安全些，宜选用气关式(即FO)调节阀。
　　阀门定位器
　　阀门定位器是调节阀的主要附件，与气动调节阀大大配套使用，它接受调节器的输出信号，然后以它的输出信号去控制气动调节阀，当调节阀动作后，阀杆的位移又通过机械装置反馈到阀门定位器，阀位状况通过电信号传给上位系统。
    阀门定位器按其结构形式和工作原理可以分成气动阀门定位器、电气阀门定位器和智能式阀门定位器。
    阀门定位器能够增大调节阀的输出功率，减少调节信号的传递滞后，加快阀杆的移动速度，能够提高阀门的线性度，克服阀杆的磨擦力并消除不平衡力的影响，从而保证调节阀的正确定位。配管状况    S=1-0.6    S=0.6-0.3    S<0.3
阀的工作特性    直线　等百分比    直线　等百分比    不宜控制
阀的固有特性    直线　等百分比    直线　等百分比    不宜控制
       当S=1-0.6时，所选固有流量特性和工作流量特性一致。当S<0.3时，特性曲线畸变严重不宜控制。
3）从负荷变化情况分析
    直线特性调节阀在小开度时流量相对变化量大，过于灵敏，容易引起振荡，阀芯阀座易损坏，故在S值小、负荷变化幅度大的场合不宜采用。等百分比阀的放大系数随阀门行程增大而增大，流量相对变化量恒定不变。

3高精度定位器气动调节阀设计选型流量系数与阀的口径。
从以下3个方面内容对阀的工作流量特性进行分析：
1）从控制系统的控制质量方面分析
    对于一个简单的控制系统，它是由控制对象、变送器、调节器和调节阀几个基本环节组成的，系统的总放大系数K=变送器*调节器*执行器*执行机构*阀*控制对象的放大系数。在负荷变动的情况下，要使控制系统能保持预定的控制指标，希望总放大系数在控制系统的整个操作范围内保持不变。一般在一个确定的系统里，K1-K3的系数是固定不变的，只有对象的放大系数K随负荷的变化而变，保证K4K5的乘积是个常数就保证了系统的总放大系数K是个稳定值。
2）工艺配管情况分析
    调节阀总是与管道设备连在一起使用的，管道阻力会使阀的工作特性与固有特性不同。所以，应根据对象的特性，选择合适的工作 特性，再根据配管情况选择相应阀的固有流量特性。考虑工艺配管情况时，可参照表3-1来选择阀的固有特性。
       当S=1-0.6时，所选固有流量特性和工作流量特性一致。当S<0.3时，特性曲线畸变严重不宜控制。
3）从负荷变化情况分析 直线特性调节阀在小开度时流量相对变化量大，过于灵敏，容易引起振荡，阀芯阀座易损坏，故在S值小、负荷变化幅度大的场合不宜采用。等百分比阀的放大系数随阀门行程增大而增大，流量相对变化量恒定不变。

4高精度定位器气动调节阀设计选型的口径
    调节阀口径的确定是在计算阀流量系数CV的基础上进行的。流量系数是指在阀门全开条件下，阀两端压差△Р为100Kpa，流体密度P为1g/cm3时，通过阀的流体体积流量为Q（m3/h），其节流公式为：
是一个比例系数，它与流量系数的关系是m倍，即C=mC。当流量特性为直线型时m=1.63，当流量特性为等百分比型时m=1.97。
（式1）是当测量介质为液体时的计算方法，当测量介质为气体时应考虑温度和压力对介质体积的影响，其C值的计算分两种情况：
当阀前后压差△Р小于0.5倍的阀前压力Р1，即△Р<0.5P1时
另外，当介质为过热蒸汽时，计算C值要考虑蒸汽的过热度。
确定完Cv值以后，要对调节阀的开度进行验算，要求*大流量时阀开度不大于90%，*小流量时开度不小于10%，在正常工况下，阀门开度应在1.5%-85%之间.*后根据C值确定调节阀口径。

5高精度定位器气动调节阀设计选型材料和辅助装置
    电磁阀的作用是快速地切断和接通气源，使阀处于完全通、断的位置，多用于安全放空阀。回讯开关是需要在控制室实时监测到阀位的信号才选用的。保位阀的选择是根据工艺状况，当气源切断时，阀位要求保持在一定的位置上，但这种情况不多见。
    调节阀的阀体选用铸铁材质，耐压等级，使用温度范围、耐腐蚀等方面应不低于对工艺管道的要求，但在介质为易燃易爆的流体时应作特殊考虑。阀芯、阀座材质的选用应考虑到流体中是否有固体颗粒产生的磨损和气蚀作用对阀内件的冲击。一般对于非腐蚀性流体，常选用不锈钢；对于腐蚀性较强的流体，可选用堆焊硬质合金或喷涂材质。另外当操作介质高于+200℃时，要选择带散热片的上阀盖。调节阀的辅助装置主要有阀门定位器、电磁阀、回讯开关、过滤减压器、保位阀等。
       阀门定位器是调节阀的一个重要附件，常见的有气动阀门定位器和电气阀门定位器两种。它主要用于：高压差的场合；高压、高温或低温介质的场合；介质中含有固体悬浮物或黏性流体的场合；调节阀口径较大的场合；实现分程控制；改善调节阀的流量特性。

    综合上述五大要点总结：选择调节阀的固有特性是自动控制系统中一个重要的环节，若选择计算不准确，使用维护不得当，将直接影响控制系统的控制质量，甚至造成严重的生产事故，为此，对调节阀的正确选用，安装和维修等各项工作都必须高度重视。调节阀的选型和应用是一个性强、涉及的技术领域广的系统工作，要做好这个工作，不仅要在理论上充分了解它的各种特性，而且要结合实际使用经验来综合分析判断，做到理论和实践科学地结合起来。 气动调节阀工作原理简单地说是通过压缩空气实现的，在实际应用中，了解气动调节阀工作原理有很大的意义。

　　气动调节阀是石油、化工、电力、冶金等工业企业广泛使用的工业过程控制仪表之一。通常由气动执行机构、阀门、定位器等连接安装调试后形成气动调节阀。是以压缩空气为动力源，以气缸为执行器，并借助于电气阀门定位器、转换器、电磁阀、保位阀等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节，接收工业自动化控制系统的控制信号来完成调节管道介质的流量、压力、温度等各种工艺参数。