工业自动化调节阀设计选型

工业自动化调节阀设计选型随着全球经济一体化进程的加快，自动仪表领域也在与日俱新、突飞猛进。检测、传感、变送器从简单到复杂，从普通到智能，测量精度已达到目前的 0.075%。控制器也由原来的常规调节器发展到智能型、可编程型、PLC、DCS 及现场总线型。从控制回路来看，传感、变送、控制等几大部分的迅速发展地推动了控制系统的发展。但是，执行器部分的发展滞后于前两者也是不争的事实，这就反过来束缚了整个控制系统的整体性能的提升。就如一个人，感觉、反应十分灵敏，大脑也非常聪明，可手脚却不灵便，终究不是一个完美的人。
当然，执行器部分也在不断地进步、提高，各种新型的阀门层出不穷，令人欣慰。如何选好、维护好自动调节阀，已成为控制系统能否可靠运行、达到或提高调节品质的至关重要的一环。
工业生产过程的控制系统有各种不同类型，例如简单控制系统、复杂控制系统等，每个控制系统都包括被控变量、操纵变量和相应的控制规律。被控变量是需要控制的过程变量，例如换热器出口温度、泵出口压力等。要使被控变量与期望的设定值保持一致，就需要一种控制手段，例如蒸汽流量、泵的旁路流量等等。被控变量偏离设定值的原因是生产过程中存在干扰，例如蒸汽压力的波动、泵转速的变化等，通常，把用于调节的变量称为操纵变量。

一、工业自动化调节阀设计选型的种类及特点
调节阀按照动力源的不同可分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀以及自力式调节阀等。按照动作开关方式不同，可分为直行程调节阀、旋转类调节阀等。在气、液动调节阀中，按执行机构不同，又有气动薄膜调节阀、气缸式调节或切断阀等。按照适用温度不同，又有常温型、中温型、高温型或低温型调节阀。按照适用压力不同，又有常压型、中高压型等。按照阀的动作不同，又有调节型、切断型等。调节阀种类繁多庞杂，各有自己的应用特色，如球阀具有切断动作快、自清洁作用、泄漏量很小、流通量大、压损小等优点，但它的调节特性却较差，尽管 V 型球阀可以用来调节。蝶阀适用于大口径、大流量、低压差场合，但其泄漏量大，低开度下动作有跳跃现象等。单座阀调节特性好，泄漏量小，但不耐大压差，抗不平衡能力差，阀芯易磨损等缺点也较常见。
由此可见，调节系统特性的好坏，一个很关键的因素在于如何选择一个合适的调节阀，选择不当，极易造成整个调节系统调节品质的变坏，甚至无法正常调节。

二、调节阀选型的基本原则
调节阀的选型工作是一项综合判断、兼顾局部与整体，达到系统调节品质尽可能的重要的工作，既要考虑工作条件环境、阀门结构类型、流量特性、财政等因素，又要考虑尽可能使整个调节系统处于的控制状态。

实践中，选型的一般原则如下：
一、口径与 CV 值计算
这是调节阀选型的前提与基础，公称通径的选择，主要是考虑*大 CV 值、额定 CV 值、可调范围、调节余量等几个因素。一般掌握的原则是尽可能使正常调解时阀门开度在 30~80% 之间，调节较理想。
CV 值计算时，考虑*大 CV 值等百分比在 90~95% 作为*大 CV 值，*小 CV 值建议在 10~20% 的开度确定。

二、流量特性与阀芯的选择
1、流量特性的选择
基本原则是使流量特性与调节对象特性和调节器的特性相反，以利于整个调节系统的综合特性接近线性。
一般有两种：线性特性与等百分比特性。
前者适用于：
系统压损大部分分配于阀上
压差变化小
可调范围要求小的场合
后者适用于：
可调范围大的场合
管道压损大
阀压差变化大
大多数场合可选用等百分比特性。
2、阀芯的选择
一般有：柱塞形、套筒形、V 形、旋转形、快开形等。
柱塞形调节特性良好，套筒形可降低阀噪音，抗不平衡能力强，而快开形则不宜有太大的压差。这几方面要综合考虑工艺介质条件、环境条件等因素而决定。

三、管道连接形式选择
一般按照工艺管道连接标准而定。如：1″ 以下的管道多为螺纹连接，中低压的一般用平法兰，高压、高温的一般用凹凸法兰或梯形槽法兰，特殊的还有对焊、套焊法兰等。

四、上阀盖的选型
主要根据温度及密封性要求，有常温、中温、高低温型以及波纹管密封、多重密封型等。
五、填料的选择
要根据密封性高，摩擦系数小的要求决定。如大真空条件下，可以将 V 型四氟乙烯填料反装，以免吸入空气，低温条件下或易燃易爆气体条件下，一般将多种填料组合使用较好。

六、调节阀材料选择
1、阀体材质
考虑流体对阀体的冲刷、腐蚀、空化、气蚀等的影响而决定。以及高温、低温等的材料选择。高温情况下，一般要求所选择材料中含有铬、镍、钼等元素。低温条件下，一般选用奥体氏不锈钢等材质。
2、阀内组件材质
为防止空化、气蚀、颗粒冲刷等，一般要经过硬化处理。为防止腐蚀，应考虑选用防腐材料或进行衬里。

七、执行机构选择
无论如何选择执行机构，均应考虑满足以下要求：
足够的输出力矩，能克服轴向的不平衡力
满足行程需要
足够的阀座密封压力
动作时间满足工艺要求

八、阀门附件的选择
可根据具体情况而定，如配用阀门定位器、电气转换器、电磁阀、行程开关、保位阀等。

三、工业自动化调节阀设计选型的维护
调节阀的维护常常被人们所忽视，由于维护不当或不到位或不维护，造成整个控制系统失灵的事故时有发生，其实调节阀也是仪表的一种，必须重视它的维护工作，才能保证调节系统的正常、可靠有效运行，提出以下维护注意事项。
目前，我们一般所进行的有以下三种维护方式：
被动性维护——事故发生后才去维护，其实是维修；
预防性维护——按照经验或计划定时定点维护；
预测性维护——采用具有先进科技成分的非侵入式诊断测试及评估装置或用智能仪表等进行维护，如有些国外大厂采用的智能诊断技术的定位器。

工业自动化调节阀设计选型维护时重点应考虑以下部位：
阀杆填料部分。应经常检查是否有泄漏、损坏、变形等，如发现应及时更换。
行程。经常检查行程是否到位或是否有死区，有无内漏或喘振等。
执行机构。是否完好，无泄漏点，无串气等。
阀门定位器等附件。是否完好，输入输出压力是否在规定的范围内，线性度如何等等。
总之，自动调节阀作为整个控制系统的重要一部分，其工作状态好坏直接影响系统的调节质量。选好、用好、管好它是每个自动控制部门、人员的一项重要工作。一个简单控制系统由检测元件和变送器、控制器、执行器和被控对象组成。

检测元件和变送器用于检测被控变量，将检测信号转换为标准信号，例如热电阻将温度变化转换为电阻变化，温度变送器将电阻信号转换为标准的气压或电流、电压信号。
控制器将检测变送环节输出的标准信号与设定值信号进行比较，获得偏差信号，按一定控制规律对偏差信号进行运算，运算输出送执行器，控制器可用模拟仪表实现，也可以用微处理器组成的数字控制器实现，例如DCS和FCS中采用的PID控制功能模块等。

执行器处于控制环路的*终位置，因此也称为*终元件，执行器用于接收控制器的输出信号，并控制操纵变量变化。在大多数工业生产过程控制的应用中，执行器采用调节阀。近年来，随着变调速技术的应用，一些控制系统以及采用变频器和相应的电动机等设备组成执行器。
生产过程的负荷变化或者操作条件改变时，通过检测元件和变送器的检测和变送，将过程的被控变量送控制器，经控制规律运算后的输出送执行器，改变过程中相应的流体流量，使被控变量和设定值保持一致。可见，检测元件和变送器的作用类似于人的眼睛，控制器的作用类似于人的大脑，执行器的作用类似于人的手脚。一个控制系统的质量受到组成控制系统各组成部件的影响，主要取决于控制系统组成部件中弱环节的影响。