控制閥執行機構的選擇

                       控制閥執行機構的選擇

                       上海申弘閥門有限公司

4.9之前介紹自力式減壓閥彈簧頻跳，現在介紹控制閥執行機構的選擇
4. 9.1輸出力的考慮
    執行機構不論是哪種類型，它的輸出力都是用于克服負荷的有效力，而負荷主要是指不平衡力和不平衡力矩加摩擦力、密封力、重力等有關的作用力。為了使控制閥能正常工作，選配的執行機構要能產生足夠的輸出力來克服各種阻力．保證嚴格的密封或閥門的開啟。執行機構的選擇為使控制閥正常工作，所選執行機構要能產生足夠的輸出力來克服各種阻力，保證高度的密封和閥門的開啟。執行機構類型有三種，即氣動執行機構（直行程用薄膜執行機構，彈簧復位的單氣缸及雙氣缸采用氣缸執行機構）；電動執行機構（包括馬達驅動閥MOV）；液動執行機構。可根據輸出力、調節速度、線性度、滯后性、靈敏度、故障位置、尺寸與重量來選擇。通常選擇氣動執行機構，在沒有氣源的場合選擇電動執行機構。控制閥的執行機構彈簧壓力范圍建議綜合考慮選擇60～180kPa（通常20～100kPa，40～200kPa兩種），彈簧硬，控制閥的穩定性好；彈簧軟，輸出力大。耐雙作用的氣動、電液、電動執行機構，一般都沒有復位彈簧。作用力的大小與它的運動方向無關，因此，選擇執行機構的關鍵在于了解大輸出力或電機的轉動力矩。
    對于單作用氣動執行機構，輸出力與控制閥開度有關，控制閥上出現的力也將影響運動特性，因此，要求在整個控制閥的開度范圍建立力平衡。如果執行機構的輸出力為F，它的力平衡方程式為：
    F=F，+FM+FT+F"    (4—34)


式中：F，，    作用在閥芯上流體不平衡力，N 5
    FM    控制閥關閉時閥芯對闊座的密封力，N：
    F．一  閥桿與填料間的摩擦力，N；
    Fw -閥芯和各種活動部件的重力，N。
    當采用波紋管閥桿密封控制閥時，還應該考慮波紋管隨控制閥開度而變的阻力。
    式(4-35)中各種力的大小和方向隨執行機構的類型而變化，下面將討論典型的執行機構：
    (1)氣動薄膜執行機構的輸出力
    帶彈簧的氣動膜片執行機構，由于膜片室信號壓力所產生的推力大部分被彈簧力所平
衡。因此，有效輸出力比無彈簧型要小。
    根據控制閥不平衡力的方向性．執行機構輸出力有相應的兩種不同方向，設+F表示執行機構向下的推力，F表示執行機構向上的輸出力，如圖4 3所示。是正作用式或反作用式的氣動膜片搠衙機構．它們的正向或反向輸出上的推力pA。與彈簧的反作用

a1正作用式    b）反作用式
  圖4-3膜片式執行機構輸出力
    p.-彈簧范圍．相當于使彈簧產生全行程變形量L所需加在膜片上的壓力變化范圍，Pa,
    Pi--彈簧的啟動壓力，相當于使彈簧產生預緊變形量L所需加在膜片上的壓力。彈簧在自由狀態時．p．-o．聲．可根據需要在一定范圍內調節。
    式(4-38)中的p。為有效的輸出壓力，是用來克服負荷的有效壓力，增大p r或增大有效面積A。，都可以提高執行機構的輸力F。
    目前，控制閥使用的彈簧范圍有20 kPa～60 kPa.20 kPa-100 kPa.40 kPa—200 kPa.60 kPa—l00 kPa.60 kPa-180 kPa籌多種，分別調整各種彈簧的啟動壓力，可使執行機構具有不同的輸出力。不同的彈簧范圍與不同有效面積的膜片相配之后，可得到不同的輸出力，表4 22中給出了輸出力的近似值。
表4-22氣動膜片執行機構的輸出力F 單位：IN

    (2)控制閥執行機構的選擇活塞式執行機構的輸出力
    常見的活塞式執行機構有單向和雙向兩種作用方式，雙向活塞執行機構在結構上是沒有彈簧的，由于沒有彈簧反作用力，因此，它的輸出力比膜片式執行機構大，常用來做公稱尺寸DN較大、高壓差控制閥的執行機構。

    式(4-41)說明活塞執行機構的輸出力與活塞直徑D有關，一般聲。和叩都一定（p。=0.5—0.6 MPa，叩一0.9）塞的直徑（見表4 23）。大工作壓力如和活塞缸效率≈因此．輸出力的大小主要決走于活表4-23活塞執行機構的輸出力
  (3)不平衡力和不平衡力矩
    流體通過控制閥時，閥芯受到靜壓和動壓的作用，產生使閥芯上、下移動的軸向力和閥芯旋轉的切向力，對于直線位移的控制閥來說，抽向力直接影響閥芯位移與執行機構信號力的關系。因此，閥芯所受到的軸向合力稱為不平衡力．對于角位移的控制閥，如上海申弘閥門有限公司生產的氣體減壓閥，水減壓閥,組合式減壓閥,球閥、蝶閥．偏心旋轉閥等，影響其角位移的是關閉件的軸受到的切向合力距，稱之不平衡力矩。
    影響不平衡力和不平衡力矩的因素很多，如控銅閥的結構型式，公稱尺寸DNNPS流體的物理狀態等，如果工藝流體及控制閥結構形式都已確定，不平衡力或 不平衡力矩主要與閥前后的壓差有關，也與流體與閥芯的相對流向有關。
    流體流向不同時，閥芯所受到的不平L衡力并不一樣，圖4 5表示單座閥正裝閥芯在兩種不同流向下，壓差不變時不平衡力與行程之間的關系曲線，圖中假定使閥桿受壓的不平衡力為“+”’使閥桿受拉伸的不平衡力為“一”，圖中上面一種在流流動時使閥芯打開．稱為流開狀態，下；種在流體流動時使閥芯關閉，稱為流狀態。


    圖4-5的曲線表明：閥芯在全關位置時不平衡力F。大．隨著閥芯開啟而逐漸 4-5單閥座不平衡力與流體流向的關系變小，由于中間位置動壓難以用公式表示，因此，在選擇執行機構計算作用力時，主要根據全關時來確定。
    對于流開狀態．即閥桿在流體流出端時不平衡力F，，為：
式中：DMN -  閥座內徑，mm; d，-闊桿直徑，mm,——一閥前壓力，MPa,P2-閥后壓力，MPa;土p-壓差，AP=聲t -P2．MPa。
    從式(4 42)可以看出，F。始終為正值．閥桿處于受壓狀態，另外，若DM~、△p、和Pz越大，則不平衡力F，趣大，因此，對于高壓差、公稱尺寸DN( NPS)大的單座閥，不平衡力是較大的。
    對于流閉狀態（高進低出），即閥桿在流體流A端的不平衡力為：控制閥又稱調節閥，是執行器的主要類型，通過接受調節控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。控制閥一般由執行機構和閥門組成。如果按其所配執行機構使用的動力，控制閥可以分為氣動、電動、液動三種。下面我們就來說說控制閥在蒸汽系統中的選型和使用。蒸汽調節閥因其使用介質的高溫高壓，故在選型時頗有講究，如果選型不當，則會在使用過程中頻頻出現故障，嚴重影響設備和系統的正常運行。下面我們通過一個實例來談談蒸汽調節閥的選型及使用中需要注意的一些問題。
一家大型化工企業，需要用蒸汽減壓閥來控制反應罐的溫度，蒸汽來自熱電廠的蒸汽余熱，溫度200℃左右，壓力1.2MPa左右，要求用蒸汽調節閥來控制蒸汽壓力的恒定，閥門進口壓力0.8～1.0MPa，出口壓力0.4～0.5MPa。開始選型時，因為沒有弄清楚現場參數，選用的是電動單座調節閥，使用不久就故障頻頻，執行器電機燒壞、控制模塊損壞、減速齒輪打壞的事，屢屢發生。


    從式(4-43)可以看出，對小流量閥及公稱尺寸DN (lxIPS)小的高壓閥-由于dr≥D…故F。為正值，閥桿受壓；對于DN15以上的單座閥，因Dv、》dF，F，為負位，因此閥桿受拉；閥的公稱尺寸在此兩者之間，即DM。>d，時，從公式分析可知，F，，可能為正，也可能為負．與本產品相關論文：壓縮空氣減壓閥在萊鋼應用