淺談控制閥的選型與使用

【摘要】控制閥是自動化控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器，其應(yīng)用質(zhì)量反應(yīng)在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)上，工業(yè)自動控制水平的提高，控制閥已經(jīng)滲透到生產(chǎn)的每一個角落，其在穩(wěn)定生產(chǎn)，優(yōu)化控制，維護(hù)及檢修成本控制等方面起著舉足輕重的作用。本文重點分析了控制閥的組成與分類以及類型的選擇，介紹了控制閥口徑、作用方式、流量特性、執(zhí)行機構(gòu)和材質(zhì)等選擇的原則、步驟和方法。

【關(guān)鍵詞】控制閥;流量系數(shù);選型

Abstract：Control valve is automatic control actuator system，the application of quality reaction in the system of regulation on quality，enhance industrial automatic control level，control valve has penetrated into every corner of the production，in the stable production，optimal control，play a decisive role on maintenance and repair cost control.This paper focuses on the analysis of the control valve and the composition of the classification and type selection，introduced the control valve diameter，mode of action，flow characteristics，execution mechanism and material selection principles，steps and methods.

Keywords：Control valve;The flow coefficient;Selection

1.引言

隨著科技進(jìn)步，在生產(chǎn)過程自動化中，用來控制流體流量的調(diào)節(jié)閥已遍及各個行業(yè)?？刂崎y作為自動控制系統(tǒng)終端的執(zhí)行部件，接受調(diào)節(jié)器或計算機的控制信號，改變節(jié)流方式來控制流量，即改變被調(diào)介質(zhì)的流量實現(xiàn)對工藝過程某一參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位等的調(diào)節(jié)控制，從而達(dá)到生產(chǎn)過程的自動化。因此如何選擇安全、適用、可靠、經(jīng)濟的控制閥，滿足工藝調(diào)節(jié)要求，提高控制水平，使調(diào)節(jié)閥在一個高水平狀態(tài)下運行將是一個很關(guān)鍵的問題。

2.控制閥的組成與分類

控制閥又稱調(diào)節(jié)閥，是執(zhí)行器的主要類型，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量?？刂崎y一般由執(zhí)行機構(gòu)和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機構(gòu)使用的動力，控制閥可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動控制閥，以電為動力源的電動控制閥，以液體介質(zhì)（如油等）壓力為動力的電液動控制閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現(xiàn)場總線型控制閥等?？刂崎y的產(chǎn)品類型很多，結(jié)構(gòu)也多種多樣，而且還在不斷更新和變化。一般來說閥是通用的，既可以與氣動執(zhí)行機構(gòu)匹配，也可以與電動執(zhí)行機構(gòu)或其他執(zhí)行機構(gòu)匹配。

3.選擇控制閥的步驟

（1）控制閥類型的選擇

控制閥的閥體類型選擇是控制閥選擇中最重要的環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)閥閥體種類很多，在選擇閥門之前，要對控制過程的介質(zhì)、工藝條件和參數(shù)進(jìn)行細(xì)心的分析，收集足夠的數(shù)據(jù)，了解系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥的要求，根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)來確定所要使用的閥門類型。在具體選擇時，可從以下幾方面考慮：

a.閥芯形狀結(jié)構(gòu)，主要根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。

b.耐磨損性，當(dāng)流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥芯、閥座接合面每一次關(guān)閉都會受到嚴(yán)重摩擦。因此閥門的流路要光滑，閥的內(nèi)部材料要堅硬。

c.耐腐蝕由于介質(zhì)具有腐蝕性，在能滿足調(diào)節(jié)功能的情況下，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單閥門。

d.介質(zhì)的溫度、壓力當(dāng)介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時，應(yīng)選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。

e.防止閃蒸和空化只產(chǎn)生在液體介質(zhì)。在實際生產(chǎn)過程中，閃蒸和空化不僅影響流量系數(shù)的計算，還會形成振動和噪聲，使閥門的使用壽命變短，因此在選擇閥門時應(yīng)防止閥門產(chǎn)生閃蒸和空化。

（2）調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Cv及口徑的計算

流量系數(shù)Cv（流通能力）即調(diào)節(jié)閥前后的壓差為1Kg/cm2，重度為1g/cm2流體，每小時通過閥門的體積流量（m3/h）。其中，調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Cv的計算方法很多，也比較繁瑣但十分重要，可讓閥門廠專業(yè)選型人員計算。

（3）流量特性的選擇

調(diào)節(jié)閥的流量特性，是在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的相對流量與它的開度之間關(guān)系。調(diào)節(jié)閥的流量特性一般常用的有如下四種：

a.等百分比特性

等百分比特性也稱為對數(shù)特性，是指閥門的開度增加同樣的值時，通過的調(diào)節(jié)閥的流量按照等百分比增加。調(diào)節(jié)閥在同樣開度變化值下，流量小時流量的變化也小，調(diào)節(jié)作用緩和平穩(wěn);流量大時.流量的變化也大，調(diào)節(jié)作用靈敏而有效。等百分比特性的閥門在全行程閥門內(nèi)的控制精度時不變的。

b.直線特性

直線特性是指調(diào)節(jié)閥的相對流量和相對開度的比值為常數(shù)。調(diào)節(jié)閥在同樣開度變化值下，流量小時流量的變化值相對較大，凋節(jié)作用較強，容易產(chǎn)生超調(diào)和引起振蕩;流量大時，流量的變化值相對較小，調(diào)節(jié)作用不夠靈敏。

c.拋物線特性

拋物線特性是指調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度的二次方根成正比。拋物線特性介于直線特性和等百分比特性之間，改善了直線特性在小開度時調(diào)節(jié)性能差的缺點。

d.快開特性

快開特性是指調(diào)節(jié)閥在開度很小時流量就已經(jīng)較大，隨著開度增加，流量很快達(dá)到最大值。從調(diào)節(jié)閥的流量特性可以看出，調(diào)節(jié)閥的流量特性對選用調(diào)節(jié)閥有非常重要的意義，直接影響到自動控制系統(tǒng)的質(zhì)量和穩(wěn)定性，因此必須正確合理選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性。

（4）選擇可調(diào)比

調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量和最小流量之比稱為可調(diào)比R.，是閥門的一個重要的參數(shù)，選擇的準(zhǔn)確與否，直接影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。

（5）調(diào)節(jié)閥的作用方式選擇

調(diào)節(jié)閥的作用方式只有在選用氣動執(zhí)行機構(gòu)時才有，主要是從工藝生產(chǎn)的安全來考慮，其作用方式通過執(zhí)行機構(gòu)正反作用和閥門的正反作用組合形成。調(diào)節(jié)閥組合形式有4種即正正（氣關(guān)型）、正反（氣開型）、反正（氣開型）、反反（氣關(guān)型），通過這四種組合形成的調(diào)節(jié)閥作用方式有氣開和氣關(guān)兩種。調(diào)節(jié)閥對于調(diào)節(jié)閥作用方式的選擇，主要從三方面考慮：

a）工藝生產(chǎn)安全;b）介質(zhì)的特性;c）保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟損失最小。調(diào)節(jié)閥材質(zhì)選擇

例如：蒸氣加熱器、氯氣浸出工藝氯氣調(diào)節(jié)閥選用氣開閥;鍋爐進(jìn)水的調(diào)節(jié)閥則選用氣關(guān)式。氣動調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)的選擇不是一個單純的自控專業(yè)的設(shè)計選型問題，這是個涉及到兩個專業(yè)，即工藝、自控兩個專業(yè)之間協(xié)調(diào)的問題，作用方式是由工藝人員提供。對于一些特殊情況也可以考慮在氣源中斷時使調(diào)節(jié)閥保持原位。例如在加壓釜內(nèi)放料作業(yè)中，不希望使高壓介質(zhì)突然的切斷或全部放空，在這種情況下調(diào)節(jié)閥應(yīng)保持原位。

（6）閥門結(jié)構(gòu)形式的選擇

a.調(diào)節(jié)閥應(yīng)垂直、正立安裝在水平管道上，公稱通經(jīng)Dg≥50的調(diào)節(jié)閥，其閥前后管道上最好有永久性支架。

b.調(diào)節(jié)閥安裝位置應(yīng)方便操作維修，以便人員能進(jìn)行維修和操作，必要時應(yīng)設(shè)置平臺。

c.調(diào)節(jié)閥上、下部分應(yīng)留有足夠空間，以便維修時取下執(zhí)行機構(gòu)和閥內(nèi)件及閥的下法蘭和堵頭。

d.當(dāng)調(diào)節(jié)閥安裝在有振動場合時，應(yīng)考慮防振措施。

e.未安裝閥門定位器的調(diào)節(jié)閥，膜頭上最好安裝指示控制信號的小型壓力表。

f.調(diào)節(jié)閥應(yīng)先檢查校驗，并在管道吹掃后安裝。

4.結(jié)束語

控制閥的選擇是非常細(xì)致的工作，不僅要有扎實的專業(yè)理論知識，還要有豐富實踐經(jīng)驗。調(diào)節(jié)閥選擇得好不僅有利于調(diào)節(jié)控制回路PID參數(shù)的整定，使被調(diào)參數(shù)得到較好地控制效果，也使調(diào)節(jié)閥的使用壽命大大增長。調(diào)節(jié)閥的選擇要因地制宜，并非一成不變，要在實踐的過程中不斷總結(jié)和創(chuàng)新，特別隨著機電一體化技術(shù)、計算機和數(shù)字信息技術(shù)的應(yīng)用，調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)功能變得更好、更全面，為選擇調(diào)節(jié)閥提供了極大的方便。

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作者簡介：

范璇（1992—），遼寧北票人，女，研究方向：測控技術(shù)與儀器。

楊雪（1991—），遼寧沈陽人，女，研究方向：控制工程。