氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥選型分析

【資料簡介】

1 氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥選型分析引言
調(diào)節(jié)閥又名控制閥，調(diào)節(jié)閥的發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)過程的發(fā)展密切相關(guān)。計算機科學和自動化儀表等高新科學技術(shù)的發(fā)展推動了調(diào)節(jié)閥的發(fā)展。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展與控制裝置的廣泛應(yīng)用，調(diào)節(jié)閥也將開放、智能和更可靠，要求越來越強烈，使工業(yè)生產(chǎn)過程控制的功能更完善，精度更高和效果更明顯。
氣動調(diào)節(jié)閥是以壓縮氣體（常采用凈化壓縮空氣）為動力源，以氣缸為執(zhí)行器，并根據(jù)實際需求可選配電/氣閥門定位器、電/氣轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥、儲氣罐、氣體過濾/減壓/油霧分離器等附件去驅(qū)動閥門，來實現(xiàn)調(diào)節(jié)目標，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制信號來完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的，比如流量、壓力、溫度、液位等各種工藝過程參數(shù)。

2氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥選型分析 工作原理
氣動調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推力部件，以壓縮空氣為動力源，以氣缸為執(zhí)行器，并借助于電氣閥門定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥等附件去驅(qū)動閥門，實現(xiàn)開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制信號來產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作，完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的：流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)。氣動調(diào)節(jié)閥的特點就是控制簡單，反應(yīng)快速，且本質(zhì)安全，不需另外再采取防爆措施。
自工業(yè)控制系統(tǒng)如DCS、PLC等系統(tǒng)送出4-20ma電流信號，送至氣動調(diào)節(jié)閥定位器。定位器根據(jù)所接收到的電流值，自動調(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，就可以推動閥芯、閥桿、推桿等構(gòu)件自由運動了。
3、氣動調(diào)節(jié)閥的彈簧范圍
彈簧范圍：是指一臺閥在靜態(tài)啟動時的膜室壓力到走*行程時的膜室壓力。20～100KPa，表示這臺閥靜態(tài)啟動時膜室壓力是20KPa，關(guān)閉時的膜室壓力是100KPa。常用的彈簧范圍有20～100KPa、20～60KPa、60～100KPa、60～180KPa、40～200KPa。
4、氣動調(diào)節(jié)閥的FO與FC
氣動調(diào)節(jié)閥的動作類型分兩種：氣開型（Air to Open）和氣關(guān)型（Air to Close）。
氣開型：當膜頭上空氣壓力增加時，閥門向增加開度方向動作，當達到輸入氣壓上，閥門處于全開狀態(tài)。反過來，當空氣壓力減小時，閥門向關(guān)閉方向動作，在沒有輸入空氣時，閥門全閉。故有時氣開型閥門又稱故障關(guān)閉型（Fail to Close FC）。
氣關(guān)型：動作方向正好與氣開型相反，當空氣壓力增加時，閥門向關(guān)閉方向動作，空氣壓力減小或沒有時，閥門向開啟方向動作，直到全開為止，故有時又稱為故障開啟型（Fail to Open FO）。氣動調(diào)節(jié)閥的氣開或氣關(guān)，通常由閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)的不同組裝方式實現(xiàn)的。

3 氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥選型分析執(zhí)行機構(gòu)
氣動薄膜式執(zhí)行機構(gòu)接受信號壓力后，根據(jù)其推桿動作方向的不同，可分為正作用式和反作用式兩種。
3.1 正作用式執(zhí)行機構(gòu)
當信號壓力增大時，執(zhí)行機構(gòu)的推桿向下動作，稱作正作用式執(zhí)行機構(gòu)。當其信號壓力從0.002~0.1MPa時，推桿的位置從零走到全行程。其信號壓力與推桿位移的特性如圖1-a所示。
正作用式執(zhí)行機構(gòu)的動作原理如圖2-a所示。當信號壓力進入氣室時，在其膜片上產(chǎn)生一個推力，這樣使其推動部件位移，將彈簧壓縮，直到彈簧的反作用力與信號壓力在膜片上產(chǎn)生的推力相平衡。其平衡方程式為
3.2 反作用式執(zhí)行機構(gòu)
當信號壓力增大時，執(zhí)行機構(gòu)的推桿向上動作的叫做反作用執(zhí)行機構(gòu)，如圖1-b、圖2-b所示。當信號壓力從0.02~0.1MPa時，推桿的位置從全行程走到零。其動作原理和正作用式執(zhí)行機構(gòu)一樣，只不過其信號壓力進入波紋膜片得下方，信號壓力增大時，波紋膜片向上移動。

4 氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥選型分析調(diào)節(jié)閥
調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式較多，包括直通單座調(diào)節(jié)閥、直通雙座調(diào)節(jié)閥、三通閥、角型調(diào)節(jié)閥、高壓調(diào)節(jié)閥、隔膜調(diào)節(jié)閥、小流量調(diào)節(jié)閥、蝶閥、球閥等。
4.1 調(diào)節(jié)閥對調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)節(jié)
在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中有被調(diào)參數(shù)、調(diào)節(jié)參數(shù)、干擾參數(shù)。調(diào)節(jié)參數(shù)是靠調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)的。當調(diào)節(jié)系統(tǒng)中出現(xiàn)干擾時，被調(diào)參數(shù)將偏離給定值，調(diào)節(jié)器命調(diào)節(jié)閥對調(diào)節(jié)參數(shù)進行調(diào)節(jié)，使被調(diào)參數(shù)回到給定值。
4.2 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式
氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥閥分為正裝和反裝兩種。正裝時，閥芯向下位移，閥芯與閥座間的流通面積減小。反裝時，閥芯向下位移，閥芯與閥座間的流通面積增大。正裝與反裝時，閥芯與流通面積的關(guān)系如圖3所示。
5 氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥選型分析組合方式
從執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)的分析中可以看到，氣動執(zhí)行機構(gòu)有正作用式和反作用式兩種，調(diào)節(jié)閥有正裝和反裝兩種，故此，氣動執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)的兩種形式是由執(zhí)行機構(gòu)的正、反作用及調(diào)節(jié)閥的正、反裝綜合確定的。其組合方式有四種，如表1所示。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥選型分析主要零件材料

零件名稱	材料	溫度范圍
閥體上閥蓋	HT200	-20～200℃
	ZG230-450	-40～450℃
	ZG1Cr18Ni9Ti	-250～550℃
	ZG0Cr18Ni12Mo2Ti	-250～550℃
閥芯、閥座	1Cr18Ni9	-250～550℃
	0Cr18Ni12Mo2Ti	-250～550℃
填 料	聚四氟乙烯	-40～200℃
膜 片	丁晴橡膠夾增強滌淪織物
壓縮彈簧	60Si2Mn
膜 蓋	A3

三、氣動薄膜套筒調(diào)節(jié)閥 主要性能指標

公稱通徑mm			20				25	40		50	65	80	100	150		200	250	300	350	400
閥座直徑mm			10	12	15	20	25	32	40	50	65	80	100	125	150	200	250	300	可與本公司 商洽生產(chǎn)
額定流量 系數(shù)Kv		直線	1.8	2.8	4.4	6.9	11	17.6	27.5	44	69	110	176	275	440	690	1000	1600
		等百分比	1.6	2.5	4	6.3	10	16	25	40	63	100	160	250	400	630	900	1440
公稱壓力MPa			0.6   1.6   4.0   6.4
行程mm			10				16	25			40			60			100
流量特性			直線、等百分比、快開型
介質(zhì)溫度℃			-40～230℃(常溫型)，散熱片式230～450℃(中溫型)，特殊訂貨-100～600℃
法蘭標準			符合JB78-59、JB79-59標準，可按JB/79.1-94、JB/79.2-94、ANSI、JIS、DIN 等標準訂貨生產(chǎn)
閥體材質(zhì)	PN (MPa)	0.6,1.6	WCB(ZG230-450) CF3CF8 CF8M
		4.0,6.4	WCB(ZG230-450)、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni12Mo2Ti CF8 CF8M
閥體型式			直通單座鑄造球型閥
閥芯材質(zhì)			1Cr18Ni9、0Cr18Ni12Mo2Ti CF8 CF8M
上閥蓋形式			普通式(常溫型)、熱片式(中溫型)、低溫型
可調(diào)比R			50:1
氣源接頭			M16×1.5

四、氣動薄膜套筒調(diào)節(jié)閥 執(zhí)行機構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)

型號	ZHA-22 ZHB-22	ZHA-23 ZHB-23	ZHB-34 ZHB-34	ZHA-45 ZHB-45	ZHA-56 ZHB-56
有效面積cm2	350	350	560	900	1600
行程mm	16	25	40	60	100
彈簧范圍KPa	20～100(標準):40～200; 80～240; 20～60; 60～100

五、氣動薄膜套筒調(diào)節(jié)閥 性能指標

項目		指標值	項目				指標值
基本誤差%	不帶定位器	±5.0	始 終 點 偏 差 %	氣關(guān)	不帶定位器	始點	±5.0
	帶定位器	±1.0				終點	±2.5
回差%	不帶定位器	≤3.0			帶定位器	始點	±1.0
						終點	±1.0
	帶定位器	≤1.0		氣開	不帶定位器	始點	±2.5
						終點	±5.0
死區(qū)%	不帶定位器	≤3.0			帶定位器	始點	±1.0
						終點	±1.0
	帶定位器	≤0.4	允許泄漏量L/h				1×10-4×閥額定容量
額定行程偏差%		±2.5

六、氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥選型分析 允許壓差

6 調(diào)節(jié)閥使用管理
調(diào)節(jié)閥的操作是否正常，與調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量及產(chǎn)生故障后的維修工作有很大的關(guān)系。由于調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量原因，產(chǎn)生的故障多種多樣。而某一種故障的出現(xiàn)，也可能有不同的原因。
6.1 氣動執(zhí)行機構(gòu)主要故障元件
（1）膜片。對于薄膜式氣動機構(gòu)來說，膜片是最重要的元件。在氣源系統(tǒng)正常工作的情況下，如果執(zhí)行機構(gòu)不動作，首先應(yīng)想到膜片是否安裝好，是否破裂。當金屬接觸面有尖角、毛刺等缺陷時，會把膜片扎破，而膜片不能有泄漏。另外，如果膜片使用時間過長，因橡膠材料老化也會影響性能。
（2）彈簧。彈簧是調(diào)節(jié)閥的主要調(diào)節(jié)元件。如果制造、熱處理、材料選擇不當，會使彈簧疲勞或斷裂。有引起彈簧在過大的載荷作用下，可能會產(chǎn)生斷裂。
（3）接氣管路。這是輸入氣壓通向執(zhí)行機構(gòu)的通路，不能泄漏。因此，要經(jīng)常檢查是否泄漏。
（4）推桿。這是確保有足夠的行程來關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。如推桿有彎曲、變形、會影響調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能。

氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥選型分析

6.2 調(diào)節(jié)閥的主要故障元件
（1）閥芯：它是調(diào)節(jié)閥起調(diào)節(jié)作用和密封作用的活動元件，直接與介質(zhì)接觸，易受介質(zhì)的沖刷和腐蝕、磨蝕。在高壓差情況下更易損壞。所以要檢查它的磨損、沖刷及腐蝕情況，是否需要維修和更換。
（2）閥座：閥座密封面是保證閥門密封的關(guān)鍵部位。受介質(zhì)的沖刷、磨損和腐蝕，要檢查閥座的損壞情況。
（3）閥桿：閥桿與閥芯、推桿的連接，直接影響調(diào)節(jié)閥的性能。因此要檢查閥桿與閥芯、推桿的連接質(zhì)量，以及閥桿本身有無彎曲、變形。
（4）填料：檢查填料是否老化、缺油，填料是否壓緊。
（5）墊片及O形圈：墊片和O形圈是否老化變硬，影響密封性能。
6.3 閥門定位器元件故障
（1）閥位行程傳感器失調(diào)造成調(diào)節(jié)閥閥位失調(diào)。閥位傳感器為一精密多圈電阻，內(nèi)置于閥桿套筒內(nèi)，由緊固件和閥桿相連，作用是輸出閥位反饋信號。當閥行程傳感器的緊固件松動后，會使閥行程零位時閥位傳感器的精密多圈電阻值超出正常范圍（正常為1950~2050Ω），造成調(diào)節(jié)閥閥位失靈，無法完成手/自動校準程序，閥位自動運動到全開/全關(guān)位置。對發(fā)生連接緊固件松動故障的定位器處理方法為：拆下，把反饋臂定位在零位，用萬用表測量閥位傳感器的精密多圈電阻值，調(diào)整閥位傳感器的連接軸，使萬用表指示在1950~2050Ω，然后鎖定連接軸，安裝閥行程傳感器緊固件和閥桿相連，問題得以解決。
（2）氣源不干凈致使閥門定位器內(nèi)部氣路堵塞造成調(diào)節(jié)閥閥位失調(diào)。對于發(fā)生氣路堵塞故障的處理方法為：拆下閥門定位器，對其氣路部分進行清洗，保證氣路暢通，問題得以解決。
（3）I/P轉(zhuǎn)換部件問題造成調(diào)節(jié)閥閥位失調(diào)。當I/P轉(zhuǎn)換部件燒毀時，閥門定位器氣動中繼器就無法感受噴嘴所送出的壓力變化，也就無法去閥位進行調(diào)節(jié)。由于I/P部件問題導(dǎo)致閥位失調(diào)的情況，更換I/P部件得以解決。
（4）反饋臂脫落造成調(diào)節(jié)閥閥位失調(diào)。對反饋臂脫落情況的處理方法：在零信號位置，對應(yīng)實際閥位將反饋臂重新緊固便能解決問題。

6.4 氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥選型分析故障案例
（1）開閥緩慢而且無法全開。三聚氰胺裝置LV-36005液位控制閥（氣開），在調(diào)節(jié)過程中，開閥緩慢而且無法全開，儀表人員經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)該閥膜頭處有漏氣現(xiàn)象，漏氣直接導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥動作緩慢無法全開。處理方法：將調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)全部打開，檢查其密封性，發(fā)現(xiàn)由于長時間的運行，膜片磨損嚴重，導(dǎo)致的漏氣，對其膜片進行更換后，閥門投用正常，調(diào)節(jié)動作靈敏。
（2）閥門突然失控。置運行過程中PV-31063（氣關(guān)閥）閥門突然失靈，且閥門調(diào)節(jié)非常重要，長時間故障會導(dǎo)致整個裝置停車，后果不堪設(shè)想。經(jīng)判斷，該閥門定位器故障。處理方法：打手輪限位，先滿足工藝生產(chǎn)要求，在氣動執(zhí)行器相同的調(diào)節(jié)閥將新相同型號閥門定位器進行校驗合格后更換到PV-31063，工藝人員監(jiān)護，緩慢釋放手輪，觀察閥位變化情況，從效果看，此次的處理效果良好，避免了一次停車。在后來的停車檢修中我們又對該閥進行了聯(lián)校檢查。
（3）調(diào)節(jié)閥不能調(diào)節(jié)。工藝操作人員反映該調(diào)節(jié)閥不能調(diào)節(jié)，儀表人員到現(xiàn)場檢查后發(fā)現(xiàn)閥門定位器收入氣源壓力為零，隨對儀表氣路進行檢查，由于壓縮空氣帶水，有加上氣溫低，導(dǎo)致積水成冰，堵塞氣路，儀表人員對氣路進行除冰，恢復(fù)氣路后調(diào)節(jié)閥動作正常。

7 氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥選型分析結(jié)束語
依據(jù)工作原理，結(jié)合自動化儀表管理工程一線的運管實際經(jīng)驗，根據(jù)真實的工程需求，總結(jié)調(diào)節(jié)閥故障處理技術(shù)。