气动薄膜精小型套筒调节阀选型分析

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。



气动薄膜精小型套筒调节阀选型分析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。气动薄膜精小型套筒调节阀为老一代ZMAM型的改进型产品。具有稳定性好、通用性强、易维修等优点。单密封型适用于泄漏要求较严，压差不大的干净介质场合，改进后，可当切断阀使用；双密封型适用于泄漏要求不严，压差较大的干净介质场合。小孔节流型，可作低噪音阀使用。

1、采用平衡型阀芯，不平衡力下，允许压差大，操作稳定。

2、阀芯导向面大，可改善由涡流和冲击引起的振荡。

3、比普通的单、双座调节阀噪声降低10dB左右。

4、结构简单，装拆维修方便，并具有如下优点：

　①采用平衡式结构, 阀前后介质压差对阀瓣产生的不平衡力非常小, 相同工况下同类型阀门所需要的执行机构推力小, 所以其阀杆直径比单座非平衡阀设计或选择更小。

　②阀杆与填料之间的摩擦力比较小, 减小了阀门动作的阻力, 且阀杆和填料的磨损也小, 使用寿命增加。另外, 较小直径的阀杆在中高温时热胀冷缩变化量小, 避免了在中高温时阀杆与填料之间摩擦力增大或互相抱卡塞住的情况发生。

　③由于新型套筒阀是平衡式结构, 与非平衡式的直通单座阀比较, 所配置的执行机构可以比较小, 但却可以克服比直通单座调节阀高的介质压差。例如, DN200/ DN250/ DN300 的新型套筒调节阀可配置气缸式执行机构, 可适应更大范围的工作压差。最大阀座直径时,允许工作压差是相同配置直通单座调节阀的2倍左右,也可配置薄膜式执行机构和防爆电动执行机构。

　④新型套筒调节阀采用自对中无螺纹卡入式阀座结构和模块化设计, 阀门拆装方便, 并能达到Ⅳ级以上泄漏量标准。

⑤在150℃以下时, 金属硬密封可以达到Ⅳ级以上泄漏量标准, 聚四氟乙烯软密封可以达到Ⅵ级泄漏量标准。DN200/ DN250/ DN300 的新型套筒调节阀使用寿命高于直通单座调节阀。



气动薄膜精小型套筒调节阀选型分析工作原理：

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。



气动薄膜精小型套筒调节阀选型分析流特性和选型原则

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。



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;Qmax、L 为调节阀全开时的zui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、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zui常用的阀门。
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：
a、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;
b、工艺管道情况，考虑工艺管道阻力情况;
c、适应系统的负荷波动;
d、考虑调节阀的工作条件和使用寿命;
e、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zui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，由工艺提供的大流量和对应的小压差。计算出 Cmax，便可选取合适的阀。



气动薄膜精小型套筒调节阀选型分析技术参数：

阀体部分

阀体型式：铸造球型阀 

公称通径：DN25、32、40、50、65、80、100、200、250、300、350、400、450

公称压力：PN  1.6、2.5、4.0、6.4、10Mpa

ANSI 150、300、600Lb

              JIS  10K、20K、30K

连接方式：法兰： FF、RF、RTJ、等

焊接：SW、BW

法兰距：符合IEC 534

阀盖形式：标准型、加长型（散热、低温、波纹管密封）

填   料：V型聚四氟乙烯、柔性石墨填料等

密封垫：金属夹石墨密封垫

执行机构：气动：薄膜多弹簧执行机构气开式、气关式、双作用气缸式执行机构

电动：普通型381L PSL、防爆型381L系列

定位器：电气阀门定位器、智能型数字定位器

附件：电磁阀、阀位反馈器、手操机构、保位阀、空气过滤减压器等

阀内部件

阀芯型式：单座套筒阀芯、双座套筒型阀芯

流量特性：等百分比、线性、快开

内件材质：标准材质组合及使用温度、压力范围请参阅附录

气动薄膜精小型套筒调节阀选型分析

阀体材质：WCB、WC9、CF8、CF8M等

阀盖材质：WCB、WC9、CF8、CF8M

阀芯材质：304、304+STL/PTFE、316、316+STL/PTFE

填料材质：“V”型PTFE、柔性石墨、波纹管

气动薄膜精小型套筒调节阀选型分析外形尺寸：



公称通径	L（mm）			H（mm）		H1（mm）	A（mm）	重量（kg）
	PN1.6MPa	PN4.0MPa	PN6.4MPa	普通型	散热片型
25	184	197	210	410	560	72	285	34
40	222	235	251	455	620	87		45
50	254	267	286	457	627	92		52
65	276	292	311	610	790	105	360	95
80	298	317	337	622	807	110		110
100	352	368	394	640	850	127		138
150	451	473	508	870	1130	174	470	244
200	600	600	650	890	1150	209		317
250	720	760	800	1210	1490	300	620	495
300	820	850	870	1230	1510	350		715

 

4 气动薄膜精小型套筒调节阀选型分析应用实例
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，气动阀采用了生产的气动调节阀，由阀门定位设备和调节阀组成。阀门定位设备采用了位移式气动阀门定位设备，其负反馈闭环系统。
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/P≈AEKL/CKF
AE、KL、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设备的电气转换，定位设备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。采用阀门定位设备后，正作用定位设备的输人信号从 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，使定位设备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时，由于不使用手动机构，为此经常要加油防锈。



气动薄膜精小型套筒调节阀选型分析安装调节阀须注意

(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zui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。
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。