ZXP氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)組成及工作原理
隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，調(diào)節(jié)閥作為自動(dòng)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(lái)越廣泛的應(yīng)用，調(diào)節(jié)閥應(yīng)用的好壞直接關(guān)系著生產(chǎn)的質(zhì)量與安全。因此，結(jié)合長(zhǎng)期從事氣動(dòng)元件的設(shè)計(jì)，增壓設(shè)備選型及安裝、調(diào)試及維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，談一談氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)組成、工作原理及選型。
一、ZXP氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)組成及工作原理
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是以壓縮氣體（常采用凈化壓縮空氣）為動(dòng)力源，以氣缸為執(zhí)行器，并根據(jù)實(shí)際需求可選配電/氣閥門(mén)定位器、電/氣轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥、儲(chǔ)氣罐、氣體過(guò)濾/減壓/油霧分離器等附件去驅(qū)動(dòng)閥門(mén)，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)目標(biāo)，接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制信號(hào)來(lái)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(guò)程參數(shù)。
2、氣動(dòng)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(hào)，送至氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥定位器。定位器根據(jù)所接收到的電流值，自動(dòng)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(dāng)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(shí)，就可以推動(dòng)閥芯、閥桿、推桿等構(gòu)件自由運(yùn)動(dòng)了。
3、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的彈簧范圍
彈簧范圍：是指一臺(tái)閥在靜態(tài)啟動(dòng)時(shí)的膜室壓力到走行程時(shí)的膜室壓力。20～100KPa，表示這臺(tái)閥靜態(tài)啟動(dòng)時(shí)膜室壓力是20KPa，關(guān)閉時(shí)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(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)組成及工作原理氣動(dòng)薄膜結(jié)構(gòu)組成
氣動(dòng)執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：氣動(dòng)薄膜、氣動(dòng)活塞、氣動(dòng)長(zhǎng)行程3種，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為：閥、閘板、調(diào)節(jié)閥等，有直、角行程兩種。
2、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥工作原理
0.2～1kg／cm的信號(hào)壓力輸人薄膜氣室中，產(chǎn)生的推力使推桿部件移動(dòng)、彈簧被壓縮產(chǎn)生的反作用力與信號(hào)壓力在薄膜上產(chǎn)生的推力相平衡。推桿的移動(dòng)即是氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程。正作用式：當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號(hào)壓力時(shí)，使推桿部件向下移動(dòng)。反作用式：當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號(hào)壓力時(shí)，使推桿部件向上移動(dòng)。
二、ZXP氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)，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(dòng)、泄漏、流量特性失真甚至 閥芯脫落的現(xiàn)象。在長(zhǎng)期的機(jī)械疲勞、熱沖擊和化學(xué)腐蝕作用下，調(diào)節(jié)閥的使用性能逐漸下降。實(shí)際上調(diào)節(jié)閥的使用壽命難以估計(jì)，最重要的因素是需要設(shè)計(jì)者了解工藝要求及使用工況。
1、ZXP氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)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(dá)成工藝目的，滿足控制要求以及長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。調(diào)節(jié)回路參數(shù)的整定耗時(shí)費(fèi)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?jì)算機(jī)技術(shù)已能使P I D算法接近數(shù)學(xué)期望值，但通過(guò)調(diào)節(jié)閥動(dòng)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(duì)于單回路而言，可以放寬控制強(qiáng)度得到較好的穩(wěn)定性；而串級(jí)回路中，副回路需要較好的快速響應(yīng)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(jí)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(yīng)快速，易造成調(diào)節(jié)閥振蕩，使整個(gè)串級(jí)回路波動(dòng)。相對(duì)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(duì)稱結(jié)構(gòu)，定點(diǎn)徑向力震動(dòng)性小，有利于閥芯穩(wěn)定，延長(zhǎng)使用壽命，并且遠(yuǎn)離流體沖刷區(qū)，有利于保護(hù)閥芯／座，避免湍流損壞此外，等百分比流量特性是嚴(yán)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(yīng)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(dòng)作自如，必須與填料有一定間隙。對(duì)于低沸點(diǎn)介質(zhì)很容易從此處泄漏出來(lái)。
采用波紋管密封可解決這個(gè)問(wèn)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(zhǎng)。閥門(mén)應(yīng)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(dá)到零內(nèi)泄漏，且使用次數(shù)（閥門(mén)全開(kāi)到全關(guān)）在160萬(wàn)次以上，同時(shí)可以加載波紋管檢漏裝置，更能保證閥門(mén)的安全性，保護(hù)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(jié)晶，工藝上此類管道設(shè)計(jì)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(gòu)的方式，將夾套與閥體固定在一起，通過(guò)夾套壁傳熱。金屬之間很難作到無(wú)間隙，造成傳熱死角。要選擇將夾套焊接在閥體上，采用下進(jìn)上出的方式，獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)使得介質(zhì)能夠均勻分布到閥體的各個(gè)部分；不改變?cè)y門(mén)的尺寸，方便安裝，拆卸簡(jiǎn)便；結(jié)構(gòu)小巧獨(dú)立，不受管道干擾，也不對(duì)其他管件產(chǎn)生影響。這種夾套必須經(jīng)過(guò)水壓試驗(yàn)及探傷，使成本上升，但無(wú)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(mén)的使用壽命與工作狀況直接相關(guān)。在計(jì)算書(shū)上除了開(kāi)度、噪聲等結(jié)果，還應(yīng)密切注意出口流速的值，原則上液體的出口流速不應(yīng) >3 m／s，而對(duì)于氣體或蒸汽則不應(yīng)>3Mach，在選型的過(guò)程中，如果忽略了這個(gè)值而單純地看開(kāi)度和噪聲，過(guò)高的流速會(huì)造成對(duì)閥門(mén)內(nèi)件的損害，從而使閥門(mén)的使用壽命不能得到保障。
三、ZXP氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)組成及工作原理主要參數(shù)與性能指標(biāo)
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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) | 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(hào) | 4~20、0~10mA·DC及其它控制信號(hào)或以上信號(hào)分程控制 | |||||||||||
2.ZXP氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)組成及工作原理主要性能指標(biāo) 表3
| 序號(hào) | 項(xiàng)目 | 標(biāo)準(zhǔn)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(kāi) | 始點(diǎn) | ±2.5 | ±6 | ±2.5 | |||
| 4 | 始終點(diǎn)偏差(%) | 終點(diǎn) | ±5 | ±2.5 | ±15 | ||
| 氣關(guān) | 始點(diǎn) | ±5 | ±15 | ||||
| 終點(diǎn) | ±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(jí) | |||||
| 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(biāo)貫徹 GB/T4213-92標(biāo)準(zhǔn)
三、ZXP氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)組成及工作原理結(jié)語(yǔ)
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的終端設(shè)備，在化工企業(yè)被廣泛的應(yīng)用。但必須正確的選擇才能達(dá)到理想的調(diào)節(jié)效果。氣動(dòng)薄膜精小型單座調(diào)節(jié)閥（ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥）采用頂導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，配用多彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動(dòng)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(diǎn)。廣泛應(yīng)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(chǎng)合。
本系列產(chǎn)品有標(biāo)準(zhǔn)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(gè)品種。 產(chǎn)品公稱壓力等級(jí)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(biāo)準(zhǔn)有Ⅳ級(jí)或Ⅵ級(jí)。流量特性有線性或等百分比。設(shè)計(jì)單位及用戶可根據(jù)具體工況進(jìn)行選擇。本公司產(chǎn)品可與國(guó)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。
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