ZXP氣動薄膜單座調(diào)節(jié)閥結構組成及工作原理
隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高,調(diào)節(jié)閥作為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最終執(zhí)行元件,在化工企業(yè)得到越來越廣泛的應用,調(diào)節(jié)閥應用的好壞直接關系著生產(chǎn)的質(zhì)量與安全。因此,結合長期從事氣動元件的設計,增壓設備選型及安裝、調(diào)試及維護的經(jīng)驗,談一談氣動薄膜調(diào)節(jié)閥結構組成、工作原理及選型。
一、ZXP氣動薄膜單座調(diào)節(jié)閥結構組成及工作原理
氣動調(diào)節(jié)閥是以壓縮氣體(常采用凈化壓縮空氣)為動力源,以氣缸為執(zhí)行器,并根據(jù)實際需求可選配電/氣閥門定位器、電/氣轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥、儲氣罐、氣體過濾/減壓/油霧分離器等附件去驅(qū)動閥門,來實現(xiàn)調(diào)節(jié)目標,接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制信號來完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的,比如流量、壓力、溫度、液位等各種工藝過程參數(shù)。
2、氣動調(diào)節(jié)閥工作原理
自工業(yè)控制系統(tǒng)如DCS、PLC等系統(tǒng)送出4-20ma電流信號,送至氣動調(diào)節(jié)閥定位器。定位器根據(jù)所接收到的電流值,自動調(diào)節(jié)壓縮空氣量(壓力)的大小,并將壓縮空氣送至膜室上/下腔。當膜室內(nèi)的氣壓大于彈簧的彈力范圍及閥體內(nèi)部壓力和其它阻力時,就可以推動閥芯、閥桿、推桿等構件自由運動了。
3、氣動調(diào)節(jié)閥的彈簧范圍
彈簧范圍:是指一臺閥在靜態(tài)啟動時的膜室壓力到走行程時的膜室壓力。20~100KPa,表示這臺閥靜態(tài)啟動時膜室壓力是20KPa,關閉時的膜室壓力是100KPa。常用的彈簧范圍有20~100KPa、20~60KPa、60~100KPa、60~180KPa、40~200KPa。
ZXP氣動薄膜單座調(diào)節(jié)閥結構組成及工作原理氣動薄膜結構組成
氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機構和調(diào)節(jié)機構組成。執(zhí)行機構包括:氣動薄膜、氣動活塞、氣動長行程3種,調(diào)節(jié)機構為:閥、閘板、調(diào)節(jié)閥等,有直、角行程兩種。
2、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥工作原理
0.2~1kg/cm的信號壓力輸人薄膜氣室中,產(chǎn)生的推力使推桿部件移動、彈簧被壓縮產(chǎn)生的反作用力與信號壓力在薄膜上產(chǎn)生的推力相平衡。推桿的移動即是氣動薄膜執(zhí)行機構的行程。正作用式:當薄膜氣室內(nèi)輸人信號壓力時,使推桿部件向下移動。反作用式:當薄膜氣室內(nèi)輸人信號壓力時,使推桿部件向上移動。
二、ZXP氣動薄膜單座調(diào)節(jié)閥結構組成及工作原理的選型
調(diào)節(jié)閥是直接接觸工藝介質(zhì)的控制機構,承受著流體的壓力、溫度、沖刷、腐蝕和磨損。惡劣工況下不乏調(diào)節(jié)閥卡塞、振動、泄漏、流量特性失真甚至 閥芯脫落的現(xiàn)象。在長期的機械疲勞、熱沖擊和化學腐蝕作用下,調(diào)節(jié)閥的使用性能逐漸下降。實際上調(diào)節(jié)閥的使用壽命難以估計,最重要的因素是需要設計者了解工藝要求及使用工況。
1、ZXP氣動薄膜單座調(diào)節(jié)閥結構組成及工作原理的選用
在調(diào)節(jié)閥的選用中,必須首先考慮是否能達成工藝目的,滿足控制要求以及長期穩(wěn)定使用。調(diào)節(jié)回路參數(shù)的整定耗時費力,其重要的原因便是調(diào)節(jié)閥的流量特性很難做到理想曲線??刂破鞑捎糜嬎銠C技術已能使P I D算法接近數(shù)學期望值,但通過調(diào)節(jié)閥動作得到的流量特性總是偏離理想值,需要多次調(diào)整才能穩(wěn)定。對于單回路而言,可以放寬控制強度得到較好的穩(wěn)定性;而串級回路中,副回路需要較好的快速響應及自我穩(wěn)定性才能跟隨主回路的變化。在化工企業(yè)中常用的串級調(diào)節(jié)回路主回路為溫度(液位)調(diào)節(jié),副回路為流量調(diào)節(jié),如圖1所示。
流量回路響應快速,易造成調(diào)節(jié)閥振蕩,使整個串級回路波動。相對P形閥芯,采用V形閥芯有利于提升控制品質(zhì)。它具有不對稱結構,定點徑向力震動性小,有利于閥芯穩(wěn)定,延長使用壽命,并且遠離流體沖刷區(qū),有利于保護閥芯/座,避免湍流損壞此外,等百分比流量特性是嚴格的等百分比曲線,在任何口徑下,不改變曲線特性,工作范圍20%~90%。
在化工裝置中,常存在有多種有毒介質(zhì)。在CS2裝置中典型的有毒介質(zhì)CS2。從安全、環(huán)保的角度應采用低泄漏閥。調(diào)節(jié)閥的泄漏源主要為閥桿與填料間隙,為保證閥桿動作自如,必須與填料有一定間隙。對于低沸點介質(zhì)很容易從此處泄漏出來。
采用波紋管密封可解決這個問題。傳統(tǒng)的波紋管受材質(zhì)和加工工藝限制,使用壽命不長。閥門應具,這樣才能防止任何有毒及易燃爆氣體散逸到大氣中,采用軟密封的閥芯/座配合,可達到零內(nèi)泄漏,且使用次數(shù)(閥門全開到全關)在160萬次以上,同時可以加載波紋管檢漏裝置,更能保證閥門的安全性,保護人身及環(huán)境安全。
在CS2裝置中液態(tài)硫磺介質(zhì)在一定的溫度下維持液態(tài),如遇冷即結晶,工藝上此類管道設計為夾套管。調(diào)節(jié)閥也必須為夾套閥。許多廠家為降低制造成本,采取夾套外購的方式,將夾套與閥體固定在一起,通過夾套壁傳熱。金屬之間很難作到無間隙,造成傳熱死角。要選擇將夾套焊接在閥體上,采用下進上出的方式,獨立循環(huán)系統(tǒng)使得介質(zhì)能夠均勻分布到閥體的各個部分;不改變原閥門的尺寸,方便安裝,拆卸簡便;結構小巧獨立,不受管道干擾,也不對其他管件產(chǎn)生影響。這種夾套必須經(jīng)過水壓試驗及探傷,使成本上升,但無保溫死角。以上從工藝角度討論了調(diào)節(jié)閥選型的特殊要求,在滿足工藝需要的前提下,閥門的使用壽命與工作狀況直接相關。在計算書上除了開度、噪聲等結果,還應密切注意出口流速的值,原則上液體的出口流速不應 >3 m/s,而對于氣體或蒸汽則不應>3Mach,在選型的過程中,如果忽略了這個值而單純地看開度和噪聲,過高的流速會造成對閥門內(nèi)件的損害,從而使閥門的使用壽命不能得到保障。
三、ZXP氣動薄膜單座調(diào)節(jié)閥結構組成及工作原理主要零件材料
零件名稱 | 材料 |
閥體、閥蓋 | ZG230~450、WCB、304、316、304L、316L |
閥芯、閥座 | 304、316、304L、316L |
波紋膜片 | 丁腈橡膠夾增強滌綸織物 |
填料 | 聚四氟乙烯、柔性石墨 |
彈簧 | 60Si2Mn |
膜蓋 | A3 |
閥桿、推桿 | 304、316、304L、316L |
墊片 | 聚四氟乙烯、石墨墊片、金屬纏繞墊片 |
四、ZXP氣動薄膜單座調(diào)節(jié)閥結構組成及工作原理主要參數(shù)與性能指標
1.主要參數(shù) 表2
公稱通徑DN(mm) | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | 200 | |
額定流量系數(shù) Kv | 直線 | 6.9 | 11 | 17.6 | 27.5 | 44 | 69 | 110 | 176 | 275 | 440 | 550 |
等百分比 | 10 | 16 | 25 | 40 | 63 | 100 | 160 | 250 | 400 | 500 | ||
額定行程(mm) | 16 | 25 | 40 | 60 | ||||||||
公稱壓力PN(MPa) | 1.6 、4.0 | |||||||||||
固有流量特性 | 直線等百分比 | |||||||||||
固有可調(diào)比 R | 50 | |||||||||||
氣動執(zhí)行機構 | 正作用 | PM280B | PM400B | PM600B | PM1000B | |||||||
反作用 | PM280K | PM400B | PM600K | PM1000K | ||||||||
膜片有效面積 Ae (cm2) | 280 | 400 | 600 | 1000 | ||||||||
彈簧范圍 Pr(MPa) | 20~100、40~200、80~240 | |||||||||||
氣源壓力Ps(MPa) | 0.14、0.25、0.28、0.40 | |||||||||||
定位器輸入信號 | 4~20、0~10mA·DC及其它控制信號或以上信號分程控制 |
2.ZXP氣動薄膜單座調(diào)節(jié)閥結構組成及工作原理主要性能指標 表3
序號 | 項目 | 標準型調(diào)節(jié)閥 | 高溫型調(diào)節(jié)閥 | ||||
不帶定位器 | 帶定位器 | 不帶定位器 | 帶定位器 | ||||
1 | 基本誤差(%) | ±5 | ±2.0 | ±15 | ±4 | ||
2 | 回差(%) | 3 | 2.0 | 10 | 3 | ||
3 | 死區(qū)(%) | 3 | 0.8 | 8 | 1 | ||
氣開 | 始點 | ±2.5 | ±6 | ±2.5 | |||
4 | 始終點偏差(%) | 終點 | ±5 | ±2.5 | ±15 | ||
氣關 | 始點 | ±5 | ±15 | ||||
終點 | ±2.5 | +6 | |||||
5 | 額定行程偏差 (%) | +2.5 | +2.5 | +6 | +2.5 | ||
6 | 允許泄漏量 | Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級 | |||||
7 | 額定流量系數(shù)偏差(%) | ±10 | |||||
8 | 固有流量特性偏差 | 符合 IEC534-1和 GB/T4213-92中規(guī)定的斜率偏差要求 |
注:本產(chǎn)品性能指標貫徹 GB/T4213-92標準
三、ZXP氣動薄膜單座調(diào)節(jié)閥結構組成及工作原理結語
氣動調(diào)節(jié)閥作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的終端設備,在化工企業(yè)被廣泛的應用。但必須正確的選擇才能達到理想的調(diào)節(jié)效果。氣動薄膜精小型單座調(diào)節(jié)閥(ZXP氣動調(diào)節(jié)閥)采用頂導向結構,配用多彈簧薄膜執(zhí)行機構。具有結構緊湊、重量輕、動作靈敏、流體通道呈~流線型、壓降損失少、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優(yōu)點。廣泛應用于精確控制氣體、液體、蒸汽等介質(zhì),工藝參數(shù)如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。特別適用于允許泄漏量小閥前后壓差不大的工作場合。
本系列產(chǎn)品有標準型、調(diào)節(jié)切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型、低溫型、高溫散熱型等多個品種。 產(chǎn)品公稱壓力等級有PN16、25、40、64(63):20(Class150)、50(Class300)、110((Class600)口徑范圍DN15~250。適用流體溫度由-250℃~+550℃范圍內(nèi)多種檔次。泄漏量標準有Ⅳ級或Ⅵ級。流量特性有線性或等百分比。設計單位及用戶可根據(jù)具體工況進行選擇。本公司產(chǎn)品可與國產(chǎn)ZMAP、ZMBP、ZJHP(精小型)、ZHAP、ZHBP、VP、HTS、ZHTS、HLS、HTS型等單座調(diào)節(jié)閥等效。