氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析 調(diào)節(jié)閥是世界上現(xiàn)代制造業(yè)里非常重要的流體控制元件——合理、正確的選型將為工業(yè)控制系統(tǒng)提高效率、保證生產(chǎn)安全、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟效益。在生產(chǎn)現(xiàn)場，調(diào)節(jié)閥直接控制著工藝介質(zhì)，有些介質(zhì)成分比較復雜，尤其是高溫、高壓、易燃、易爆等特殊情況，若選擇不當，往往給生產(chǎn)控制帶來困難，以致調(diào)節(jié)質(zhì)量下降，甚至造成嚴重的生產(chǎn)事故。在此僅以蒸汽系統(tǒng)上調(diào)節(jié)閥應用為例，來探討調(diào)節(jié)閥的選型。下面根據(jù)自己的工作經(jīng)驗并結(jié)合相關(guān)資料，對蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥選型過程中應該注意的幾個方面予以闡述。
蒸汽氣動流量調(diào)節(jié)閥按照現(xiàn)場工況及具體使用要求不同，需先提供詳細的工況參數(shù)進行選型；選型時需提供的具體參數(shù)有：介質(zhì)管道實際壓力，壓差，溫度，管道每小時最大使用量及正常使用量、最小使用流量；要求達到的功能：如與現(xiàn)場儀表配套控制壓力、溫度、流量等選配不同的附件如：定位器、空氣過濾減壓閥、手輪機構(gòu)（頂裝或側(cè)裝）、限位開關(guān)、電磁閥、閥位傳送器、氣動加速器、保位閥等。 
蒸汽管道因其管道壓力波動大，流量使用不穩(wěn)定等特性，選型有如下多種結(jié)構(gòu)：
小口徑單座調(diào)節(jié)閥：管徑DN15/DN20/DN25
可用于控制不同壓力和溫度的流體，閥芯采用上導向結(jié)構(gòu),閥結(jié)構(gòu)緊湊,有呈S流線型的通道,使其壓降損失小,流量大,可調(diào)范圍廣,流量特性精度高,符合IEC534-2標準。調(diào)節(jié)閥的泄漏量符合ANSI B16.104標準。調(diào)節(jié)閥配用多彈簧薄膜執(zhí)行機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，輸出力大。產(chǎn)品符合GB/T4213-92。
頂導向型單座調(diào)節(jié)閥：管徑DN40/DN50/DN65/DN80/DN100/DN125/DN150/DN200
是一種頂導向結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥，閥體通道呈S流線型，壓降損失小,流量大,可調(diào)范圍廣,流量特性曲線精度高，閥芯導向面積大，抗震性好。調(diào)節(jié)閥配用多彈簧薄膜執(zhí)行機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，輸出力大。可用于控制不同壓力和溫度的流體。
小口徑套筒單座調(diào)節(jié)閥：管徑DN15/DN20/DN25
適用于液體壓差較高場合。堅固的閥芯和套筒可防止液體發(fā)生閃蒸和空化。閥結(jié)構(gòu)緊湊,有呈S流線型的通道,使其壓降損失小,流量大,可調(diào)范圍廣。調(diào)節(jié)閥配用多彈簧薄膜執(zhí)行機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，輸出力大。 
氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析 壓力平衡式套筒調(diào)節(jié)閥：管徑DN40/DN50/DN65/DN80/DN100/DN125/DN150/DN200/DN250/DN300
帶活塞環(huán)的壓力平衡式套筒調(diào)節(jié)閥，專為重負荷工況而設計，閥體結(jié)構(gòu)緊湊，流體通道呈S流線型，在閥芯與套筒之間包含兩個密封圈，以減少泄漏量，其優(yōu)點是壓降損失小，流量大，可調(diào)節(jié)范圍廣，流量特性精度高。調(diào)節(jié)閥配用多彈簧薄膜執(zhí)行機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，輸出力大的特點，適用于要求動態(tài)穩(wěn)定性好，噪音低，泄漏等級低的流體控制場合。低噪音籠式調(diào)節(jié)閥：管徑DN40/DN50/DN65/DN80/DN100/DN125/DN150/DN200
選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì) 
氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析如何選擇調(diào)節(jié)閥的型式
首先介紹一下調(diào)節(jié)閥的分類，調(diào)節(jié)閥也被稱為調(diào)節(jié)閥。按驅(qū)動方式分可分為自力式和驅(qū)動式調(diào)節(jié)閥。按結(jié)構(gòu)形式區(qū)分可以分為氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥、液動調(diào)節(jié)閥。當然還有許多種別的分類方法。這些調(diào)節(jié)閥分別有各自的特點和適用場合。如調(diào)節(jié)閥前后壓差較小，要求泄漏量較小，一般可選用單座閥;調(diào)節(jié)低壓差、大流量的氣體，可選用蝶閥;調(diào)節(jié)強腐蝕性流體，可選用隔膜閥;既要求調(diào)節(jié)又要求切斷時，可選用偏心旋轉(zhuǎn)閥;噪音較大時可選用套筒閥。這里由于我們只討論蒸汽系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥選型。所以我們一般選用單閥座套筒型氣動或者電動調(diào)節(jié)閥。
氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析如何選擇調(diào)節(jié)閥的材質(zhì)
根據(jù)介質(zhì)的工作壓力、溫度、腐蝕性、氣蝕沖刷是否嚴重等選材。一般應選鑄鋼;使用要求不高時(120?℃、1.6?MPa以下)也可選用鑄鐵;高溫高壓(22~32?MPa)場合應選用鍛造合金鋼;不銹鋼可用于腐蝕性強的介質(zhì)。 
氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析選擇合適的流量特性
調(diào)節(jié)閥的流量特性是介質(zhì)流過調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對位移(調(diào)節(jié)閥的相對開度)間的關(guān)系，一般來說改變調(diào)節(jié)閥的閥芯與閥座的流通截面，便可控制流量。但實際上由于多種因素的影響，如在截流面積變化的同時，還發(fā)生閥前后壓差的變化，而壓差的變化又將引起流量的變化。在閥前后壓差保持不變時，調(diào)節(jié)閥的流量特性稱為理想流量特性;調(diào)節(jié)閥的流量特性有等百分比特性、線性特性、拋物線特性及快開特性四種。下表是這四種的理想流量特性的對照表。就調(diào)節(jié)性能上講，以等百分比特性為，其調(diào)節(jié)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)性能好。我們可以根據(jù)實際使用場合的要求不同，挑選其中任何一種流量特性。但是，蒸汽系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥一般選擇線性和等百分比流量特性。
氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析選擇合理的調(diào)節(jié)閥尺寸
當我們選定了調(diào)節(jié)閥的類型和特性之后，就可進一步?jīng)Q定它的尺寸。流通能力是確定調(diào)節(jié)閥口徑的重要依據(jù)，從工藝提供數(shù)據(jù)到算出流通能力，直到閥的口徑確定，需經(jīng)以下幾個步驟：
氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析計算流量
根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設備負荷及介質(zhì)狀況來計算最大流量Qmax和最小流量Qmin。在計算Cv值時應按最大流量來考慮，但是最大流量考慮過多的余量時，使調(diào)節(jié)閥口徑偏大;這不但造成經(jīng)濟上的浪費，而且更不利的是使調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度，可調(diào)比減小，調(diào)節(jié)性能變壞，嚴重時甚至引起振蕩，因而大大降低了閥的使用壽命。
在選擇最大流量時，應根據(jù)對象負荷的變化及工藝設備的生產(chǎn)能力來合理確定。對于調(diào)節(jié)質(zhì)量高的場合，更應以現(xiàn)有的工藝條件來選擇最大流量，但也要注意不能片面強調(diào)調(diào)節(jié)質(zhì)量，以致當負荷變化以及當現(xiàn)有生產(chǎn)設備經(jīng)過技改或擴建，當生產(chǎn)能力稍有提高，調(diào)節(jié)閥就不能適應，即需更換。也就是說，應當兼顧當前與今后在一定的范圍內(nèi)擴大生產(chǎn)能力這兩方面的因素，然后合理的確定最大計算流量。 
氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析閥前閥后壓差
要使調(diào)節(jié)閥能起到調(diào)節(jié)作用，就必須在閥前后有一定的壓差，閥上的壓差占整個系統(tǒng)壓差的比值越大，則調(diào)節(jié)流量特性的畸變就越小，調(diào)節(jié)性能就能得到保證，但是閥前后壓差越大，即閥上的壓力損失越大，所消耗的動力越多。因此必須兼顧調(diào)節(jié)性能和動力消耗，合理地計算壓差。調(diào)節(jié)閥的前后壓差ΔP主要是由其閥前壓力P1減去閥后壓力P2得到的。這里必須注意，在確定計算壓差時，要盡量避免氣蝕和噪音。減小和防止氣蝕，可以從以下幾個方面考慮：
從壓差來看，避免氣蝕的最根本方法，是使調(diào)節(jié)閥的使用壓差ΔP低于不產(chǎn)生氣蝕的最大壓差ΔPC。但要做到這一點比較困難。一般來說，當閥上壓差ΔP<1.5MPa時，即使產(chǎn)生氣蝕，但對材質(zhì)的損壞并不嚴重，不需要采取什么措施。如果ΔP較高，就要設法解決氣蝕問題。如：增長節(jié)流通道(把閥芯加長、閥座加厚);在閥座密封面上部增設阻力;減小壓力恢復程度;削弱氣蝕;也可在閥前、后加裝限流孔板吸收一部分壓降。
從材料來看，一般來說材料硬度越大強抗氣蝕能力越強，由于氣蝕往往發(fā)生在金屬表面，可在閥芯、閥座、閥桿等處噴鍍或堆焊一層硬質(zhì)金屬，這種方法叫表面硬化處理。采用的材料目前有司太萊合金、硬質(zhì)工具鋼、碳化鎢等，其中以Stelite NO12應用最為廣泛。經(jīng)表面硬化處理后，以奧氏體不銹鋼(SUS304、1Cr18Ni9Ti)為例，可提高耐氣蝕10倍以上。 
氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析流通能力Cv值的計算：
流通能力Cv是選擇調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)之一，飽和蒸汽的Cv值按下式計算:
⑴ 低于臨界流速，當 ΔP<0.81(P1/2)
Cv=Qmax/2.1√(Δp(p1+p2))
⑵ 臨界流速，當ΔP>=0.81(P1/2)
Cv=Qmax/1.633(P1)
目前調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)廠家都提供計算Cv值的軟件，這里我就不再詳述具體計算過程。根據(jù)計算出的流通能力Cv值大小查調(diào)節(jié)閥廠家的對照表表，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。
調(diào)節(jié)閥開度驗算：
一般要求最大計算流量時的開度在85%左右，最小計算流量時的開度不小于10%。如果最大開度過大，調(diào)節(jié)閥會產(chǎn)生過大振動和噪音，調(diào)節(jié)精度不準確。最小開度，希望不小于10%，否則，閥芯閥座受流體沖蝕嚴重特性變壞，甚至失靈。
選擇足夠推力的執(zhí)行機構(gòu)
如何選擇氣動執(zhí)行機構(gòu)
一般應優(yōu)先選用薄膜執(zhí)行機構(gòu)，當薄膜執(zhí)行機構(gòu)不能滿足上述兩項要求時，應選用活塞執(zhí)行機構(gòu)。調(diào)節(jié)口徑大或壓差高時，可選用活塞執(zhí)行機構(gòu)。有效面積越大，執(zhí)行機構(gòu)的位移和推力也越大，可按實際關(guān)斷壓力需求進行選擇。
如何選擇電動執(zhí)行機構(gòu)
選擇一臺合適的電動執(zhí)行機構(gòu)規(guī)格時必須考慮的主要因素就是力矩大小。大部分閥門廠商會將力矩參數(shù)提供給客戶。這樣就可以使用閥門廠商提供的配套數(shù)據(jù)表或選型軟件進行選型。有時還需考慮閥門操作的速度和頻率。部分小規(guī)格的直流電動執(zhí)行機構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度。電動執(zhí)行機構(gòu)選型還需要根據(jù)現(xiàn)場工況確定選擇哪種控制種類。主要的有開關(guān)控制和連續(xù)控制兩種，通常調(diào)節(jié)用途都需要連續(xù)控制類型。 
氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析選擇合適的輔助裝置
氣動調(diào)節(jié)閥的輔助裝置有：
閥門定位器：包括電氣閥門定位器和氣動閥門定位器，用于改善調(diào)節(jié)閥工作特性，實現(xiàn)正確定位。通常用于摩擦力大，需要精確定位的場合。
電磁閥：實現(xiàn)氣路的自動切換。
手輪機構(gòu)：系統(tǒng)故障時，可切換進行手動操作。
空氣過濾減壓閥：作為氣源過濾、減壓之用。
密封填料的選擇
此外還需考慮調(diào)節(jié)閥的外泄問題，注意密封填料的選擇。四氟填料，因為工作溫度在 -40~235℃范圍內(nèi)。當溫度變化較大時，其密封性能變會明顯下降，老化快，壽命短，柔性石墨填料可克服這些缺點，使用壽命長。但石墨填料的回差大，最初使用時會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。對這方面必須有所考慮。
閥門噪聲的預測
調(diào)節(jié)閥的生產(chǎn)廠家一般都有自己的噪聲預測方法，通常都是按照IEC 60534-8標準為計算依據(jù)，選型時必須考慮到環(huán)境對噪聲的限制，通常要求必須小于85?dB。
氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析主要技術(shù)參數(shù)| 公稱通徑(DN) | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | 200 | 250 | 300 |
|---|
| 閥座直徑(dn) | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | 200 | 250 | 300 | | 額定流量系數(shù)(KV) | 直線性 | 10 | 11 | 17.6 | 27.5 | 44 | 69 | 110 | 176 | 275 | 440 | 630 | 1000 | 1600 | | 等百分 | 6.3 | 10 | 16 | 25 | 40 | 63 | 100 | 155 | 250 | 370 | 580 | 900 | 1300 | | 允許壓差(MPa) | 6.4 | 6.4 | 5.2 | 5.2 | 4.6 | 4.6 | 3.7 | 3.7 | 3.5 | 3.1 | 3.1 | 2.6 | 2.2 | | 公稱壓力(MPa) | 1.6、2.5、4.0、6.4、10.0 | | 額定行程(mm) | 16 | 25 | 40 | 60 | 100 | | 配用執(zhí)行器型號 | ZHA/B-22 | ZHA/B-23 | ZHA/B-34 | ZHA/B-45 | ZHA/B-56 | | 閥蓋形式 | 標準型(-17～+250℃)、高溫型(+250～+450℃)、低溫型(-40～-196℃)、波紋管密封型(-40～+350℃) | | 壓蓋形式 | 螺栓壓緊式 | | 密封填料 | V型聚四氟乙烯填料、V型柔性石墨填料 | | 閥芯形式 | 籠式單座柱塞閥芯、籠式套筒雙導向閥芯 | | 流量特性 | 直線性、等百分比 |
三、氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析 執(zhí)行器技術(shù)參數(shù)| 配置執(zhí)行器類別 | ZHA/B多彈簧簿膜執(zhí)行機構(gòu) |
|---|
| 執(zhí)行器型號 | ZHA/B-22 | ZHA/B-23 | ZHA/B-34 | ZHA/B-45 | ZHA/B-56 | | 有效面積(cm2) | 350 | 350 | 560 | 900 | 1400 | | 行程(mm) | 10、16 | 24 | 40 | 40、60 | 100 | | 彈簧范圍(KPa) | 20～100（標準）、20-60、60-100、40-200、80-240 | | 膜片材料 | 丁腈橡膠夾尼龍布、乙丙橡膠夾尼龍布 | | 供氣壓力 | 140～400KPa | | 氣源接口 | RC1/4" | | 環(huán)境溫度 | -30～+70℃ | | 可配附件 | 定位器、空氣過濾減壓器、保位閥、行程開關(guān)、閥位傳送器、手輪機構(gòu)等 | | 作用形式 | 氣關(guān)式(B)—失氣時閥位開(FO)；氣開式(K)—失氣時閥位關(guān)(FC) |
四、氣動薄膜籠式調(diào)節(jié)閥 主要結(jié)構(gòu)圖
五、氣動薄膜籠式調(diào)節(jié)閥 主要零件材料| 1 | 閥體 | WCB | 304 | 316 | 316L |
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| 2 | 墊片 | PTFE石墨墊片 | PTFE石墨墊片 | PTFE石墨墊片 | PTFE石墨墊片 | | 3 | 閥座 / 閥籠 | 304 | 304 | 316 | 316L | | 4 | 閥芯 | 304 | 304 | 316 | 316L | | 5 | 導向套/并帽 | 304 | 304 | 316 | 316L | | 6 | 中墊 | PTFE石墨墊片 | PTFE石墨墊片 | PTFE石墨墊片 | PTFE石墨墊片 | | 7 | 閥蓋 | WCB | 304 | 316 | 316L | | 8 | 閥桿 | 304 | 304 | 316 | 316L | | 9 | 金屬墊 | 304 | 304 | 316 | 316L | | 10 | 填料 | PTFE/石墨 | PTFE/石墨 | PTFE/石墨 | PTFE/石墨 | | 11 | 螺栓 | 25 | 不銹鋼 | 不銹鋼 | 不銹鋼 | | 12 | 填料壓蓋 | WCB | 304 | 316 | 316L |
六、氣動薄膜籠式調(diào)節(jié)閥 主要性能指標| 項目 | 不帶定位器 | 帶定位器 |
|---|
| 基本誤差% | ±5.0 | ±1.0 | | 回差% | 3.0 | 1.0 | | 死區(qū)% | 3.0 | 0.4 | | 始終點偏差% | 氣開 | 始點 | ±2.5 | ±1.0 | | 始點 | ±5.0 | ±1.0 | | 氣關(guān) | 始點 | ±5.0 | ±1.0 | | 終點 | ±2.5 | ±1.0 | | 額定行程偏差% | ≤2.5 | | 泄露量L/h | 0.01%×閥額定容量 | | 可調(diào)范圍R | 30：1 |
七、氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析 外形圖
八、氣動薄膜籠式調(diào)節(jié)閥 安裝連接尺寸| 公稱通徑 DN(mm) | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | 200 |
|---|
| L | PN16/25 | 181 | 184 | 200 | 222 | 254 | 276 | 298 | 352 | 410 | 451 | 600 | | PN40 | 194 | 197 | 200 | 235 | 267 | 292 | 317 | 368 | 425 | 473 | 610 | | PN64 | 206 | 200 | 210 | 251 | 286 | 311 | 337 | 394 | 440 | 508 | 650 | | H | PN16/25 | 52.5 | 57.5 | 75 | 75 | 85.5 | 92.5 | 100 | 110 | 142.5 | 158 | 170 | | PN40 | 52.5 | 57.5 | 75 | 75 | 82.5 | 92.5 | 100 | 117.5 | 150 | 167.5 | 187.5 | | PN64 | 65 | 40 | 85 | 85 | 90 | 102.5 | 107.5 | 125 | 172.5 | 195 | 207.5 | | H1 | 132 | 132 | 158 | 170 | 179 | 214 | 221 | 234 | 270 | 294 | 331 | | H2 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 380 | 380 | 380 | 510 | 510 | 510 | | H3 | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | 236 | 236 | 236 | 310 | 310 | 310 | | L1 | 289 | 289 | 289 | 289 | 289 | 347 | 347 | 347 | 476 | 476 | 476 | | A | 282 | 282 | 282 | 282 | 282 | 360 | 360 | 360 | 470 | 470 | 470 | | D | 220 | 220 | 220 | 220 | 220 | 270 | 270 | 270 | 320 | 320 | 320 |
氣動薄膜式蒸汽調(diào)節(jié)閥口徑流量計算分析結(jié)束語
調(diào)節(jié)閥選型實際中還會面臨許多其他問題。這里僅僅以蒸汽系統(tǒng)作為例子粗淺介紹了調(diào)節(jié)閥的基本選型步驟和方法。實踐證明調(diào)節(jié)閥選型不僅僅是計算出Cv值后對照表格選擇閥體口徑這么簡單，而是需要結(jié)合實際應用場合多方面考慮。低噪音籠式調(diào)節(jié)閥主要為降低可壓縮流體（蒸汽、空氣、天然氣等）的噪音而設計的，為適應氣體“節(jié)流"“擴散與膨脹"，套筒上設有許多對稱小孔來降低壓降。流體通道呈S流線型，還設有一個改善套筒周圍流體平衡流動的導流翼，由此調(diào)節(jié)閥壓降損失小，流量大，噪音低。閥芯采用壓力平衡式結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)閥通常配用多彈簧薄膜執(zhí)行機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，輸出力大，適合在要求動態(tài)穩(wěn)定性好，低噪音，高可靠性的高溫、高壓、高壓差的工藝管線控制條件下使用。
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