隨著我國有色行業(yè)的迅猛發(fā)展,氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥由于結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用可靠、防火防爆等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于氧化鋁的生產(chǎn)過程。而作為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要一環(huán),它的工作狀態(tài)的好壞將直接影響自動(dòng)控制過程,本文以自己的工作實(shí)踐為基礎(chǔ),詳細(xì)敘述氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的工作原理、選型過程、安裝及維修。
氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析主要結(jié)構(gòu)和工作原理
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。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括:氣動(dòng)薄膜、氣動(dòng)活塞、氣動(dòng)長行程三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為:閥、閘板、調(diào)節(jié)閥等,有直、角行程 2 種。氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥為老一代ZMAM型的改進(jìn)型產(chǎn)品。具有穩(wěn)定性好、通用性強(qiáng)、易維修等優(yōu)點(diǎn)。單密封型適用于泄漏要求較嚴(yán),壓差不大的干凈介質(zhì)場合,改進(jìn)后,可當(dāng)切斷閥使用;雙密封型適用于泄漏要求不嚴(yán),壓差較大的干凈介質(zhì)場合。小孔節(jié)流型,可作低噪音閥使用。
1、采用平衡型閥芯,不平衡力下,允許壓差大,操作穩(wěn)定。
2、閥芯導(dǎo)向面大,可改善由渦流和沖擊引起的振蕩。
3、比普通的單、雙座調(diào)節(jié)閥噪聲降低10dB左右。
4、結(jié)構(gòu)簡單,裝拆維修方便,并具有如下優(yōu)點(diǎn):
?、俨捎闷胶馐浇Y(jié)構(gòu), 閥前后介質(zhì)壓差對閥瓣產(chǎn)生的不平衡力非常小, 相同工況下同類型閥門所需要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力小, 所以其閥桿直徑比單座非平衡閥設(shè)計(jì)或選擇更小。
②閥桿與填料之間的摩擦力比較小, 減小了閥門動(dòng)作的阻力, 且閥桿和填料的磨損也小, 使用壽命增加。另外, 較小直徑的閥桿在中高溫時(shí)熱脹冷縮變化量小, 避免了在中高溫時(shí)閥桿與填料之間摩擦力增大或互相抱卡塞住的情況發(fā)生。
?、塾捎谛滦吞淄查y是平衡式結(jié)構(gòu), 與非平衡式的直通單座閥比較, 所配置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以比較小, 但卻可以克服比直通單座調(diào)節(jié)閥高的介質(zhì)壓差。例如, DN200/ DN250/ DN300 的新型套筒調(diào)節(jié)閥可配置氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu), 可適應(yīng)更大范圍的工作壓差。最大閥座直徑時(shí),允許工作壓差是相同配置直通單座調(diào)節(jié)閥的2倍左右,也可配置薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)和防爆電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
?、苄滦吞淄舱{(diào)節(jié)閥采用自對中無螺紋卡入式閥座結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì), 閥門拆裝方便, 并能達(dá)到Ⅳ級以上泄漏量標(biāo)準(zhǔn)。
⑤在150℃以下時(shí), 金屬硬密封可以達(dá)到Ⅳ級以上泄漏量標(biāo)準(zhǔn), 聚四氟乙烯軟密封可以達(dá)到Ⅵ級泄漏量標(biāo)準(zhǔn)。DN200/ DN250/ DN300 的新型套筒調(diào)節(jié)閥使用壽命高于直通單座調(diào)節(jié)閥。
氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析工作原理:
當(dāng) 0.2~1kg/cm2 時(shí)的信號壓力輸人薄膜氣室中,產(chǎn)生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)薄膜氣室的信號壓力為零時(shí),推桿部件位于下方,當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號壓力時(shí),使推桿部件向下移動(dòng);反作用式:當(dāng)薄膜氣室的信號壓力為零時(shí),推桿部件位于上方,當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號壓力時(shí),使推桿部件向上移動(dòng)。
氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析流特性和選型原則
流量特性是指閥位開度和流量大小的關(guān)系,直接影響調(diào)節(jié)質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性,與被調(diào)參數(shù)和設(shè)備對象,工藝流程有關(guān)。
1、理想流量特性調(diào)節(jié)閥兩端壓差不變時(shí)相對流量與相對開度(行程)的關(guān)系:Q/Qmax=f×l/L式中,Q 為某一開度時(shí),調(diào)節(jié)閥的流量及閥桿行程;f 為閥芯系數(shù);Qmax、L 為調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的zui大流量及閥桿全行程。理想流量特性取決于閥芯的尺寸,不同的閥芯曲面得到不同的理想流量特性。
2、工作流量特性分析調(diào)節(jié)閥前后端壓差變化情況下得到的流量特性。分為直線特性、對數(shù)特點(diǎn)、拋物線特性等。拋物線特性介于直線和對數(shù)之間。經(jīng)計(jì)算、分析,直線特性調(diào)節(jié)閥工作在小開度時(shí)調(diào)節(jié)性強(qiáng),相對流量變化率過于激烈,不易控制,小干擾大克服容易過頭,引起系統(tǒng)振蕩,而在大開度時(shí),相對變化率下,調(diào)節(jié)性能弱,太遲鈍,大的干擾不能很服;對數(shù)特性是指單位開度變化所引起的相對流量變化值與此點(diǎn)相對流量成正比.經(jīng)計(jì)算、分析,對數(shù)閥在小開度時(shí)放大倍數(shù)小,緩和平衡,利于操作控制,而在大開度時(shí)放大倍數(shù)大,工作能靈敏有效,是zui常用的閥門。
3、 流量特性選擇規(guī)則工業(yè)生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥如直線、對數(shù)、快開特性,一般選取直線、對數(shù)特性即可滿足工藝調(diào)節(jié)要求,快開特性適應(yīng)于二位調(diào)節(jié),對于比較難控制和要求較嚴(yán)的對象,從以下幾個(gè)方面考慮:
a、用調(diào)節(jié)閥的非線性去補(bǔ)償過程的非線性,使系統(tǒng)總的增益變化較小,穩(wěn)定;
b、工藝管道情況,考慮工藝管道阻力情況;
c、適應(yīng)系統(tǒng)的負(fù)荷波動(dòng);
d、考慮調(diào)節(jié)閥的工作條件和使用壽命;
e、調(diào)節(jié)閥工作特性改善。
3 流量能力 C 值的計(jì)算方法和調(diào)節(jié)閥口徑的確定
C 值的定義:我國規(guī)定在調(diào)節(jié)閥前后壓差為 1kPa、液體重度為 1kPa3 的情況下,以每小時(shí)通過調(diào)節(jié)閥門的流體 m3數(shù)值,表示流通能力 C 值的大小(以氧化鋁料漿為例。)
調(diào)節(jié)閥壓差:S=ΔP/(∑ΔPF ΔP)
式中,ΔP 為調(diào)節(jié)閥差壓;∑ΔPF 為zui大流量時(shí)管路阻力降。
C=Q(r/ΔP)1/2=G/(ΔP * r)1/2
式中,Q、G 為工藝所提供的體積或重量流量;ΔP 為閥門前后壓差;r 為重度。
C 值的選取和公稱通徑 Dg 及閥座直徑 dg 的確定,由工藝提供的大流量和對應(yīng)的小壓差。計(jì)算出 Cmax,便可選取合適的閥。
氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析技術(shù)參數(shù):
閥體部分
閥體型式:鑄造球型閥
公稱通徑:DN25、32、40、50、65、80、100、200、250、300、350、400、450
公稱壓力:PN 1.6、2.5、4.0、6.4、10Mpa
ANSI 150、300、600Lb
JIS 10K、20K、30K
連接方式:法蘭: FF、RF、RTJ、等
焊接:SW、BW
法蘭距:符合IEC 534
閥蓋形式:標(biāo)準(zhǔn)型、加長型(散熱、低溫、波紋管密封)
填 料:V型聚四氟乙烯、柔性石墨填料等
密封墊:金屬夾石墨密封墊
執(zhí)行機(jī)構(gòu):氣動(dòng):薄膜多彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣開式、氣關(guān)式、雙作用氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
電動(dòng):普通型381L PSL、防爆型381L系列
定位器:電氣閥門定位器、智能型數(shù)字定位器
附件:電磁閥、閥位反饋器、手操機(jī)構(gòu)、保位閥、空氣過濾減壓器等
閥內(nèi)部件
閥芯型式:單座套筒閥芯、雙座套筒型閥芯
流量特性:等百分比、線性、快開
內(nèi)件材質(zhì):標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)組合及使用溫度、壓力范圍請參閱附錄
氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析
閥體材質(zhì):WCB、WC9、CF8、CF8M等
閥蓋材質(zhì):WCB、WC9、CF8、CF8M
閥芯材質(zhì):304、304+STL/PTFE、316、316+STL/PTFE
填料材質(zhì):“V”型PTFE、柔性石墨、波紋管
氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析外形尺寸:
公稱通徑 | L(mm) | H(mm) | H1(mm) | A(mm) | 重量(kg) | |||
PN1.6MPa | PN4.0MPa | PN6.4MPa | 普通型 | 散熱片型 | ||||
25 | 184 | 197 | 210 | 410 | 560 | 72 | 285 | 34 |
40 | 222 | 235 | 251 | 455 | 620 | 87 | 45 | |
50 | 254 | 267 | 286 | 457 | 627 | 92 | 52 | |
65 | 276 | 292 | 311 | 610 | 790 | 105 | 360 | 95 |
80 | 298 | 317 | 337 | 622 | 807 | 110 | 110 | |
100 | 352 | 368 | 394 | 640 | 850 | 127 | 138 | |
150 | 451 | 473 | 508 | 870 | 1130 | 174 | 470 | 244 |
200 | 600 | 600 | 650 | 890 | 1150 | 209 | 317 | |
250 | 720 | 760 | 800 | 1210 | 1490 | 300 | 620 | 495 |
300 | 820 | 850 | 870 | 1230 | 1510 | 350 | 715 |
4 氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析應(yīng)用實(shí)例
沉降工段負(fù)責(zé)將高壓溶出的料漿通過洗滌、沉降槽的作用下,將赤泥沉淀、分離出來。在料漿輸送過程中,需要大量的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)流量。根據(jù)現(xiàn)場的工藝環(huán)境或計(jì)算,氣動(dòng)閥采用了生產(chǎn)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥,由閥門定位設(shè)備和調(diào)節(jié)閥組成。閥門定位設(shè)備采用了位移式氣動(dòng)閥門定位設(shè)備,其負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。
為波紋管的有效面積;C 為測量組件的剛度;K 為三級功率放大器的放大倍數(shù);KL 為輸人信號傳動(dòng)杠桿比;KF 為反饋信號傳動(dòng)杠桿比;KV/(TVs 1) 是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù),是一個(gè)一階周期環(huán)節(jié),KV 為調(diào)節(jié)的放大系數(shù),與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的薄膜有效面積和彈簧剛度及調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān);TV 為調(diào)節(jié)閥的時(shí)間常數(shù),也與氣室大小等因素有關(guān)。
上述負(fù)反饋系統(tǒng)中,閥桿輸出位移 Y 與輸人的調(diào)節(jié)器壓力領(lǐng)信號 P 之間的傳遞函數(shù):
W(s)=Y/P≈AEKL/CKF
AE、KL、C、KF 一定時(shí),Y 與 P 之間成一一對應(yīng)的比例關(guān)系。也就是說,通過電一氣閥門定位設(shè)備的電氣轉(zhuǎn)換,定位設(shè)備接受來自調(diào)節(jié)器或控制系統(tǒng)的電流信號(4~20mA),這個(gè)信號改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力 P,使閥門的位置達(dá)到給定值 Y,從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。
4.1 調(diào)節(jié)閥反向動(dòng)作和流量特性在應(yīng)用過程中,由于生產(chǎn)需要將一臺氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥改成氣開式調(diào)節(jié)器,在以前就需將閥芯反裝,或采用反作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在現(xiàn)場改裝比較麻煩,而且需有一定的備品才行。采用閥門定位設(shè)備后,正作用定位設(shè)備的輸人信號從 20~100kPa 變化時(shí),它的輸出信號從 20~100kPa 變?yōu)?100~20kPa 即可。具體結(jié)構(gòu)中,用到一個(gè)凸輪和兩個(gè)噴嘴。左噴嘴用以實(shí)現(xiàn)正作用,右噴嘴實(shí)現(xiàn)反作用。左、右噴嘴與放大器的氣路用背壓切換板來溝通。調(diào)節(jié)閥的流量特性可以通過改變反饋凸輪的幾何形狀來改變。改變反饋凸輪的幾何形狀能夠改變調(diào)節(jié)閥的反饋量,使定位設(shè)備的輸出特性發(fā)生變化,從而修正了流量特性。
4.2 手動(dòng)機(jī)構(gòu)的配置當(dāng)氣源信號或電信號出現(xiàn)故障時(shí),或者當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要元件(膜片、彈黃等)損壞時(shí),就需把自動(dòng)操作改為手動(dòng)操作,需轉(zhuǎn)動(dòng)手輪維持調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能;另一方面,這種機(jī)構(gòu)也可作為調(diào)節(jié)閥行程的限位器,當(dāng)信號壓力為零時(shí),調(diào)節(jié)閥不是全開就是全關(guān),如果工藝過程要求調(diào)節(jié)閥有少量的流量,可利用手輪來達(dá)到目的。手輪機(jī)構(gòu)有頂裝式和側(cè)裝式,頂裝式只能為單方向限制行程,如果在選型或安裝時(shí),選用側(cè)裝式可以根據(jù)工藝的要求安在左或右側(cè)實(shí)現(xiàn)限位??傊?,手動(dòng)機(jī)構(gòu)可提高調(diào)節(jié)閥運(yùn)行的可靠性,特別是調(diào)節(jié)閥臺增設(shè)旁路,使用口徑較大的調(diào)節(jié)閥時(shí),使用手輪機(jī)構(gòu)從投資費(fèi)用或占地面積都很合算。所以自動(dòng)操作完成正常和執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí),由于不使用手動(dòng)機(jī)構(gòu),為此經(jīng)常要加油防銹。
氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析安裝調(diào)節(jié)閥須注意
(1)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在便于維護(hù)、修理的地方。
(2)當(dāng)選定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑與工藝管徑不同時(shí)應(yīng)加裝異接頭進(jìn)行連接。
(3)安裝在有振源的場合,應(yīng)增加防振措施。
(4)安裝時(shí),必須使閥體上或法蘭上的箭頭方向指向介質(zhì)方向。
(5)安裝前,需要認(rèn)真清洗管道內(nèi)焊渣和其它雜物,在安裝后,應(yīng)將閥芯處于zui大開度,并對管道和閥再一次清洗,以防雜物卡住和損傷節(jié)流件。
氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的正確選型、安裝、使用、維修,不僅能夠提高過程控制的可靠性,而且能夠快速解決閥的故障,增加閥的使用壽命對企業(yè)的節(jié)能降耗有著可觀的經(jīng)濟(jì)效益。