控制阀知识

发布时间：2009-09-22 来源：扬子工具集团 浏览次数:43092

防爆的设备应采取相应防爆措施，对全部被保护的系统应采取密封。10.管线的敷设不应妨碍操作人员的操作及维护人员的维护。11.连接的管线应标记铭牌。必要时可用支撑架固定连接的管线，防止控制阀拆卸后连接管线无法固定。12.连接线应避免水和液体的浸泡和腐蚀或有害气体的侵入。(9)附加管件的安装附加管件有缩径管和扩径管。附加管件的安装使管路压损增大，并影响控制阀流量系数。安装附加管件时，应在连接处留有操作空间，便于维修时拆卸连接螺栓。安装管件时应安装支撑架或支座，必要时可加防振垫片或防振弹簧。(10)控制阀和其他附件的脱月旨、绝热和伴热需进行脱脂处理的控制阀和其他附件必须按设计规定进行脱脂处理。经脱脂处理后的控制阀、管线等需自然通风或用干燥空气或氮气吹干，经检验合格后封闭保存，在安装时应保持干净无油污。需进行绝热和伴热处理的控制阀和其他附件应进行绝热和伴热处理。伴热用的蒸汽管线或电热带的敷设应符合有关安装施工规定。绝热用的保温层材料和厚度应符合设计规定。安装控制阀和附件的各种支撑架、支座和连接管线需涂漆处理。涂漆前应清除被涂表面的铁锈＼焊渣、毛刺和污物。涂漆的颜色和厚度、涂漆操作的条件等应符合有关规定。(11)自力式控制阀取源部件的安装自力式压力、差压控制阀取压部件参照压力取源部件的安装规定进行施工。自力式温度控制阀取源部件可参照温包安装规定进行施工。控制阀安装前的检验控制阀安装前应进行部分性能的检验。从出厂到安装前，控制阀及附件经运输、储存等环境，不同的环境条件使控制阀和附件发生性能变化，因此，需要进行安装前的检验。

仪表设备在运输过程中受到运输工具所激发的随机振动和装卸时受到的各种冲击，此外，运输过程中，环境温度、湿度等·气候条件会发生变化，因此，在运输过程中仪表设备的性能发生变化。仪表设备在储存过程中因储存环境的气候、生物和化学环境参数的变化，从而引起仪表性能的变化。仪表设备在安装过程中受到搬运或装配引起的机械应力作用，也使仪表设备的性能变化，但由于安装过程一般比较短暂，因此，安装环境造成的影响较小。控制阀安装前检验的环境条件与其他仪表检验的环境条件类似，控制阀安装前检验场所的环境条件如下。a．温度：10～35℃______________。b．湿度：空气相对湿度不大于85％。巳无腐蚀性气体。d．有良好工作照明，清洁、安静、光线充足。e．不应在振动大、噪声大、潮湿、灰尘多和有强磁场干扰的场所进行检验。f.应有检验用的电源、气源和液压泵等检验设备和供水，排水设备。g.电源要求：50Hz，220VAC或48VDCil0％，24VDCi5％。h．气源要求：清洁、干燥、露点比最低环境温度低10℃，符合仪表压缩空气质量标准，压力0．5～0．7MPa，压力稳定，波动不超过额定值的±10％。控制阀安装前的检验内容控制阀安装前的检验主要包括下列内容：a、控制阀的静特性测试；b、气密性测试；c、密封性测试，必要时应重新安装填料函；d、泄漏量测试；e、空载全行程时间测试；f、绝缘性能测试；g、耐压强度测试。实际安装前，必须进行的测试有外观测试、耐压强度测试、起点终点误差、死区、回差、基本误差测试、泄漏量测试、空载全行程时间测试等。控制阀的气源要求

控制阀的附件，如电气转换器、电气阀门定位器、气动放大器、保位阀等，都属于气动元件，因此，对控制阀的气源质量可根据仪表净化空气的要求(HG／T20510—000) 确定o 1.露点温度。露点是一定压力下水蒸气开始冷凝的温度。采用露点来限制气源中的湿含量是工程设计常用的方法。仪表气源湿含量以操作压力下不结露为控制要求，因此，通常控制操作压力下的露点温度应至少比环境最低温度低10℃。例如，空气干燥器出口压力为0．7MPa，环境最低温度为一15℃，则该操作压力的露点温度至少为一25℃。例如，上海地区，大气压下露点温度为一40℃。图6—1显示大气压下的露点与操作压力下露点的关系。2.含尘量。过滤器出口的尘埃粒径不大于3μm，含尘量小于lmg／m3。应避免吸人工业粉尘和大气灰尘，易燃、易爆、有毒及腐蚀性气体(或蒸汽)。3.含油量。过滤器出口的含油量不大于10mg／m3[或8ppm(W)]。选用油润滑式空压机或直接用工艺空气压缩机作为仪表气源时，必须配高效除油器，将压缩空气中的油分含量控制在规定值以下，并配以相应的过滤、干燥装置和备用储罐。4.气源压力。应根据最终仪表用气要求统一考虑。一般极限压力范围分500～800kPa(G)和 300～500kPa(G)两个等级。对气缸式执行机构，建议采用0．7MPa。压力上限值为气源装正常操作条件下的送出压力。规定压力下限值为气源装置送出的最低压力，若低于此规定值应有声光报警并应尽快处理。 5.耗气量。按单台控制阀稳态耗气量为1～2m3(标准)／h，低功耗定位器稳态耗气量为0．8～1．3m3(标准)／h估算。开关阀根据气缸大小和动作频度，按控制阀耗气量的3～5倍估算。需注意，仪表说明书提供的耗气量是供气压力140kPa，20℃状态的耗气量，应转换到标准状态下的耗气量,并应加0．1～0．3的泄漏系数。 6.储气罐容积确定。气源装置中应设置足够容量的储气罐，其容积按下式计算V ＝QstPo／(P1一P2) 式中V一 储罐容积，m3； Qs一 气源装置供气设计容量，m3(标准)／min； P1一 正常操作压力，kPa(A)； P2一 最低送出压力，kPa(A)； t一 大气压力，通常，Po＝101．33 kPa(A)；保持时间，min，由工艺提出具体时间，一般保持时间为5～u20min。控制阀现场调试

控制阀安装后，在生产过程开车前应进行控制阀的现场调试。现场调试分线路调试和系统调试。线路调试线路调试用于检查连接控制阀的信号线路、气源管线或液压管线是否正确连接。1.控制阀输入信号的连接。通常，与阀门定位器一起检查。控制阀输入信号来自控制器，因此，从控制器输出一个起点信号，检查控制阀是否在起点位置；输出一个终点信号，检查控制阀是否在终点位置。为此，应检查供气气源压力是否正常；过滤减压器工作是否正常；液压系统供给的油压是否正常；供电是否正常；输出信号是否正确等，并在测量范围内至少取5点检查输入信号与阀位之间是否满足所需关系。应检查气开、气关的作用方式是否正确，是否满足工艺生产过程的安全生产要求。2.控制阀输出信号的连接。控制阀输出信号是阀位信号，可以是模拟量信号或数字量信号。应在检查控制阀输入信号的同时，检查阀位信号是否正确。采用HART或智能电气阀门定位器时，应检查阀位状态信息能否正确传输。控制阀全行程运行过程中应侦听控制阀阀芯和阀座是否有机械振动和异常杂音。3.手轮机构调试。检查手轮机构能否正确转动和动作，限位和锁定装置是否好用。4.当出现偏差超过允许偏差限时，应进行相应的调试。例如，改变阀位开关的位置,检查接线或管路是否有泄漏等。系统调试控制阀是控制系统的最终元件，因此，控制阀运行前需进行系统调试。系统调试应与工艺操作配合进行。1.负反馈调试。控制系统应满足负反馈要求，因此，应将控制器、检测变送和控制阀(包括阀门定位器)和被控对象一起考虑，并设置控制器的正、反作用。负反馈准则是控制系统开环总增益为正。设置好控制器正、反作用方式后，可在控制器测量端模拟输入信号，使其增加或减小，观测控制器输出变化是否符合作用方式的要求，并检查控制阀的动作方向是否正确，是否能够使被控变量向减小方向变化。2.控制阀压降检查。控制阀压降检查在进行清水模拟调试时进行。在控制阀全行程运行过程中，检查控制阀两端压降变化，是否有空化或闪蒸造成的噪声发生，流量变化情况如何，是否符合所设计的流量特性等。3.响应时间检查。一些控制系统对控制阀的响应时间有要求时，应检查控制阀的响应时

间。在控制器输出信号改变时开始计时，到控制阀阀位到达最终稳态位置的63％所需的时间即为响应时间，其时间应满足工艺生产过程的操作要求。九、控制阀的类型 控制阀的组成和分类 控制阀的组成控制阀由执行机构和调节机构组成。执行机构可分解为两部分：力或力矩转换部件和位移转换部件。将控制器输出信号转换为控制阀的推力或力矩的部件称为力或力矩转换部件；将力或力矩转换为直线位移或角位移的部件称为位移转换部件。调节机构将位移信号转换为阀芯和阀座之间流通面积的变化，改变操纵变量的数值。下图是控制阀组成部分的框图。图图1控制阀的组成 执行机构有不同的类型。按所使用能源，执行机构分为气动、电动和液动三类。气动类执行机构具有历史悠久、价格低、结构简单、性能稳定、维护方便和本质安全性等特点，因此，应用最广。电动类执行机构具有可直接连接电动仪表或计算机，不需要电气转换环节的特点，但价格贵、结构复杂，应用时需考虑防爆等问题。液动类执行机构具有推力(或推力矩)大的优点，但装置的体积大，流路复杂。通常，采用电液组合的方式应用于要求大推力(力矩)的应用场合。按执行机构输出的移动方向，执行机构分为正作用和反作用执行机构。正作用执行机构在输入信号增加时，阀杆向外移动。反作用执行机构在输入信号增加时，阀杆向内移动。按执行机构输出位移的类型，执行机构分为直行程执行机构、角行程执行机构和多转式执行机构。直行程执行机构输出直线位移。角行程执行机构输出角位移，角位移小于360°例如，转动角度为90°或60°蝶阀的执行机构。多转式执行机构与角行程执行机构类似，但转动的角位移可以达多圈。按执行机构组成部件的类型，气动执行机构分为薄膜执行机构、活塞执行机构、齿轮执行机构、手动执行机构、电液执行机构等。

按执行机构动作方式，执行机构分为连续、离散两类。连续类型执行机构的输出是连续变化的位移信号。离散类型执行机构的输出是开关变化的位移信号。电磁阀是最常用的电动离散控制阀，安全放空阀也是常见的离散控制阀。按执行机构安装方式，执行机构分为直装式、侧装式。直装式执行机构直接安装在调节机构上。侧装式执行机构安装在调节机构的侧面，它通过一个增力装置来改变位移方向和作用力大小。按执行机构输出和输入的动作特性，执行机构分为比例式、比例积分式等类型。比例式执行机构的输出与输入信号之间成线性关系。比例积分式执行机构的输出是输入信号的比例和积分作用之和。按执行机构输入信号的类型，执行机构分为模拟式执行机构和数字式执行机构。模拟式执行机构接收模拟信号，例如，20～100kPa的气压信号，4～20mA的标准电流信号等。数字式执行机构接收数字信号，通常是一串二进制信号，用于开闭相应的数字阀。随着现场总线技术的应用，接受现场总线数字信号的执行机构正得到广泛应用。调节机构也有不同的类型。通常，将调节机构称为阀。按结构分类，调节机构分为直通单座阀、直通双座阀、三通阀、角形阀、高压阀、隔膜阀、套筒阀、球阀、偏心旋转阀、闸阀和蝶阀等。大多数普通的阀门可添加有关阀门附件，例如执行机构、阀门定位器、阀门位置检测传感器等。按流量特性，调节机构分为线性阀、等百分比阀和快开阀等。按阀芯的形式，调节机构分为直行程和角行程阀芯等。直行程阀芯，分平板式、柱塞式、窗口式、多级式和套筒式等。角行程阀芯分为偏心旋转式、球式、V形切口式和蝶式等。按调节机构上阀盖的形式，调节机构分为普通型、散热或吸热型、波纹管密封型、长颈型等。其中，散热型调节机构适用于高温；吸热型调节机构适用于低温；对于深度冷冻的应用，可采用长颈型调节机构；波纹管密封型适用于有毒性、易挥发或贵重流体介质的控制，可防止介质外漏损耗和造成伤亡事故。按流向的不同，调节机构分为流开和流关、中心向外和外部向中心等。流开(flowopen)类调节机构中，在阀芯节流处流体流动方向与阀门打开的方向一致。流关(flowclose)类调节机构中，在阀芯节流处流体流动方向与阀门关闭的方向一致。中心向外(out-ward)类调节机构中，流体从套筒的中心向外流动。外部向中心(inward)类调节机构中，流体从套筒的外部向中心流动。按阀杆移动时流通面积的变化不同，调节机构分为正体阀和反体阀。正体阀的阀杆移人阀体时，流通面积减小，流量减少。反体阀的阀杆移人阀体时，流通面积增加，流量增加。

按阀芯的导向方式不同，调节机构分为顶导向、顶底导向、阀杆导向、阀座导向和阀笼导向等。顶导向调节机构的阀芯导向由上阀盖或阀体内一个导向轴完成；顶底导向调节机构的阀芯由上、下阀盖的导向轴同时定向；阀杆导向是阀盖上一个导向轴与阀座环中心对中，轴套对阀杆进行导向；阀座导向在小流量控制阀中使用，它通过阀座进行导向；阀笼导向调节构的阀芯与阀笼组成套筒结构，在整个行程范围内，阀芯与阀笼内表面接触，在阀笼上有阀笼孔，阀芯移动时改变阀笼孑L的流通面积。阀笼与阀盖、阀座是自对中的，从而实现阀芯的导向。按阀体是否分离，调节机构分为整体阀和阀体分离阀。整体阀的阀体是一个整体；阀体分离阀的阀体可以分离，便于拆卸和进行内部清洗，进行内部衬里的更换等。按阀体的材质，调节机构分为铸铁阀、铸钢阀、黄铜阀、不锈钢阀、热塑料阀、钛阀等。此外，按阀的应用场合，还有一些特殊的阀门，例如低噪声阀、隔膜阀、防空化阀、耐蚀阀、蒸汽控制阀、降压阀等。除了执行机构和调节机构外，控制阀还可添加一些附件来配合控制阀的动作，包括阀门定位器、手轮机构、信号转换装置、阀位检测、传送装置和自锁装置等，这些附件使控制阀的功能更完善，使用更方便，应用更灵活，性能更优越。控制阀的分类将控制阀的执行机构和调节机构组合，可组成各种类型的控制阀。为了增强控制阀的功能，完善控制阀的性能，控制阀还可与一些控制阀附件组合，实现更高的控制精度，克服控制阀的死区等缺点，实现降级操作。下面介绍主要的控制阀类型。 (1)直通单座阀 如图2所示，直通单座控制阀有一个阀芯和一个阀座。图中，阀杆与阀芯连接，当执行机构作直线位移时，通过阀杆带动阀芯移动。上盖板用于压紧填料，上阀盖与阀体用螺栓连接，用于阀杆和阀芯的中心定位。阀座与上阀盖一起，用于保证阀芯与阀座的中心定位，并在阀芯移动时，改变流体的流通面积，从而改变操纵变量，实现调节流体流量的功能。图中的阀芯导向采用顶导向方式。一些直通单座阀采用顶底导向方式，提高导向精确度。一些小流量直通控制阀常采用阀座导向方式。直通单座控制阀只有一个阀芯和一个阀座，是一种最常见的控制阀。图2 直通单座阀

其特点如下： 1.泄漏量小，容易实现严格的密封和切断，例如，可采用金属与金属的硬密封，或金属与聚四氟乙烯或其他复合材料的软密封，标准泄漏量为0.0l％C(C是额定流量系数)。2.允许压差小，例如，DNl00阀的允许压差仅120kPa。3.流通能力小，例如，DNl00的直通阀的流通能力仅为100。4.由于流体介质对阀芯的推力大，即不平衡力大，因此，在高压差、大口径的应用场合，不宜采用这类控制阀。 近年来，阀笼结构的直通控制阀由于其具有维护简单、改变阀座可改变阀门流量特性的优点而得到广泛应用。为了降低阀芯所受到不平衡力的影响，可采用大推力的执行机构，采用直通双座阀结构，也可采用图3所示平衡阀芯的阀笼式结构。图中，在阀芯上部和阀笼缸体之间采用石墨润滑的滑动活塞环，用于阀芯与阀笼之间的密封。阀笼与上阀盖之间也采用阀帽垫片、螺旋垫片等进行密封，保证上游高压流体不会进入下游低压腔内。此外，流体经阀芯顶部的平衡连接孔，同时作用在阀芯的底部和顶部，消除了大部分静态不平衡力，并具有一定的阻尼作用，减小流体流动引发的振动等扰动的影响。通常，平衡结构的直通单座控制阀采用如图3所示的外部向中心的流向。(2)套筒阀 套筒阀又称笼式阀，它是阀内件采用阀芯和阀笼(套筒)的控制阀。套筒可以是直通单座阀，也可以是双座阀或角形阀等。套筒阀用阀笼内表面导向，用阀笼节流几满足所需流量特性。套筒阀的特点如下。图3 笼式阀的结构 （套筒阀） 1.安装维护方便。阀座通过阀盖紧压在阀体上，不采用螺纹连接，安装和维护方便。 2.流量特性更改方便。套筒阀中流体从套筒向外流出，称为中心向外流向，反之，称外部向中心流向。是外部向中心流向的直通套筒阀结构图。在套筒上对称地分布3、4或6个节流开孔，节流开孔形状与所需流量特性有关，因此，可方便地更换套筒(节流开的形状)来改变控制阀的流量特性。 3.降噪和降低空化影口向。为降低控制阀噪声，套筒和阀芯也可开多个小孔，利用小孔 增加阻力，将速度头转换为动能，使噪声降低。通常，套筒阀可降低噪声10dB以上，因此，

在需降噪场合被广泛应用。为降低控制阀噪声，也可采用多级降压方法，例如多级阀芯和套筒结构。由于控制阀两端的总压降被分配到各级，使各级都不会造成流体发生闪蒸和空化，从而使控制阀的噪声降低，并能够削弱和防止闪蒸和空化造成的冲刷和磨损。套筒阀阀芯底部为平面，如发生汽蚀，气泡破裂产生的冲击不作用到阀芯，而被介质自身吸收，因此，套筒阀的汽蚀影响小，使用寿命长。 4.泄漏量较单座阀大，由于套筒与阀芯之间有石墨活塞环密封，长期运行后，密封环的磨损使套筒阀的泄漏量比单座阀大o 5.互换性和通用性强。更换不同套筒，可获得不同流量系数和不同流量特性。 6.减小不平衡力影响。通常，套筒阀阀芯上开有平衡孔，使阀芯上所受不平衡力大为减小，同时，它具有阻尼作用，对控制阀稳定运行有利。因此，这类控制阀常用于压差大、要求低噪声的应用场合。 (3)直通双座阀 如图4所示。直通双座控制阀有两个阀芯和两个阀座。流体从图示的左侧流人，经两个阀芯和阀座后，汇合到右侧流出。由于上阀芯所受向上推力和下阀芯所受向下推力基本平衡，因此，整个阀芯所受不平衡力小。直通双座阀的特点如下。1.所受不平衡力小，允许的压降大，例如，DNl00 双座阀允许压差280kPa。 2.流通能力大，与相同口径的其他控制阀比较，双座阀可流过更多流体，同口径双座阀流通能力比单座阀流通能力约大20％～50％。例如，DNl00双座阀流通能力达160。因此，为获得相同的流通能力，双座阀可选用较小推力的执行机构。3.正体阀和反体阀的改装方便。由于双座阀采用顶底双导向，因此，只需将阀芯和阀座反过来安装就能将正体阀改为反体阀，反体阀改为正体阀，而不需要改选执行机构的正作用或反作用类型。图4所示的双座阀结构只需将阀体反装，并与阀杆连接即可完成。4.泄漏量大。双座阀的上、下阀芯不能同时保证关闭，因此，双座阀的泄漏量较大，标准泄漏量为0．1％C。双座阀的阀芯和阀座采用不同材料或者用于低温或高温场合时，由于材料线膨胀量不同，造成的泄漏量会更大。图4 双座阀的结构

5.抗冲刷能力差。阀内流路复杂，在高压差应用场合，受到高压流体的冲刷较严重，并在高压差时造成流体的闪蒸和空化，加重了对阀体的冲刷，因此，双座阀不适用于高压差的应用场所。由于流路复杂，它也不适用于含纤维介质和高黏度流体的控制。 由于带平衡的套筒阀能够消除大部分静态不平衡力，双座阀的优点已不明显，而它的泄漏量大的缺点更为显现，因此，在工业生产过程控制中，原来采用双座阀的场合，可用带平衡结构、的套筒阀代替，国外制造商也采用整体结构的双座直通阀来减小泄漏量的产品。 (4)三通阀 三通阀按流体的作用方式分为合流阀和分流阀两类。合流阀有两个人口，合流后从一个出口流出。分流阀有一个流体人口，经分流成两股流体从两个出口流出。图2—5是分流三通阀的结构图。合流三通阀的结构与分流三通阀的结构类似。其特点如下。 1.三通阀有两个阀芯和阀座，结构与双座阀类似。但三通阀中，一个阀芯与阀座间的流通面积增加时，另一个阀芯与阀座间的流通面积减少。而双座阀中，两个阀芯和阀座间的流通面积是同时增加或减少的。 2.三通阀的气开和气关只能通过选择执行机构的正作用和反作用来实现。双座阀的气开和气关的改变可直接将阀体或阀芯与阀座反装米买现。 3.三通阀用于需要流体进行配比的控制系统时，由于它代替一个气开控制阀和一个气关控制阀，因此，可降低成本并减少安装空间。4.三通阀也用于旁路控制的场所，例如，一路流体通过换热器换热，另一路流体不进行换热。当三通阀安装在换热器前时，采用分流三通阀；当三通阀安装在换热器后时，采用合流三通阀。由于安装在换热器前的三通阀内流过的流体有相同温度，因此，泄漏量较小；安装在换热器后的三通阀内流过的流体有不同的温度，对阀芯和阀座的膨胀程度不同，因此，泄漏量较大。通常，两股流体的温度差不宜超过150℃。图5 分流三通阀