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ZXP气动薄膜单座调节阀结构组成及工作原理

  • 发布日期:2023-12-02      浏览次数:433
    • ZXP气动薄膜单座调节阀结构组成及工作原理

      随着工业自动化程度的不断提高,调节阀作为自动调节系统的最终执行元件,在化工企业得到越来越广泛的应用,调节阀应用的好坏直接关系着生产的质量与安全。因此,结合长期从事气动元件的设计,增压设备选型及安装、调试及维护的经验,谈一谈气动薄膜调节阀结构组成、工作原理及选型。

      气动调节阀16.jpg

      一、ZXP气动薄膜单座调节阀结构组成及工作原理

       气动调节阀是以压缩气体(常采用净化压缩空气)为动力源,以气缸为执行器,并根据实际需求可选配电/气阀门定位器、电/气转换器、电磁阀、保位阀、储气罐、气体过滤/减压/油雾分离器等附件去驱动阀门,来实现调节目标,接收工业自动化控制系统的控制信号来完成调节管道介质的,比如流量、压力、温度、液位等各种工艺过程参数。
      2、气动调节阀工作原理
      自工业控制系统如DCS、PLC等系统送出4-20ma电流信号,送至气动调节阀定位器。定位器根据所接收到的电流值,自动调节压缩空气量(压力)的大小,并将压缩空气送至膜室上/下腔。当膜室内的气压大于弹簧的弹力范围及阀体内部压力和其它阻力时,就可以推动阀芯、阀杆、推杆等构件自由运动了。
      3、气动调节阀的弹簧范围
      弹簧范围:是指一台阀在静态启动时的膜室压力到走行程时的膜室压力。20~100KPa,表示这台阀静态启动时膜室压力是20KPa,关闭时的膜室压力是100KPa。常用的弹簧范围有20~100KPa、20~60KPa、60~100KPa、60~180KPa、40~200KPa。

      气动调节阀28.jpg

      ZXP气动薄膜单座调节阀结构组成及工作原理气动薄膜结构组成
      气动执行器由执行机构和调节机构组成。执行机构包括:气动薄膜、气动活塞、气动长行程3种,调节机构为:阀、闸板、调节阀等,有直、角行程两种。
      2、气动薄膜调节阀工作原理
      0.2~1kg/cm的信号压力输人薄膜气室中,产生的推力使推杆部件移动、弹簧被压缩产生的反作用力与信号压力在薄膜上产生的推力相平衡。推杆的移动即是气动薄膜执行机构的行程。正作用式:当薄膜气室内输人信号压力时,使推杆部件向下移动。反作用式:当薄膜气室内输人信号压力时,使推杆部件向上移动。 

      调节阀1.jpg

      二、ZXP气动薄膜单座调节阀结构组成及工作原理的选型
      调节阀是直接接触工艺介质的控制机构,承受着流体的压力、温度、冲刷、腐蚀和磨损。恶劣工况下不乏调节阀卡塞、振动、泄漏、流量特性失真甚至 阀芯脱落的现象。在长期的机械疲劳、热冲击和化学腐蚀作用下,调节阀的使用性能逐渐下降。实际上调节阀的使用寿命难以估计,最重要的因素是需要设计者了解工艺要求及使用工况。

      气动带定位器调节阀03.jpg

      1、ZXP气动薄膜单座调节阀结构组成及工作原理的选用
      在调节阀的选用中,必须首先考虑是否能达成工艺目的,满足控制要求以及长期稳定使用。调节回路参数的整定耗时费力,其重要的原因便是调节阀的流量特性很难做到理想曲线。控制器采用计算机技术已能使P I D算法接近数学期望值,但通过调节阀动作得到的流量特性总是偏离理想值,需要多次调整才能稳定。对于单回路而言,可以放宽控制强度得到较好的稳定性;而串级回路中,副回路需要较好的快速响应及自我稳定性才能跟随主回路的变化。在化工企业中常用的串级调节回路主回路为温度(液位)调节,副回路为流量调节,如图1所示。

      气动带定位器调节阀16.jpg

      流量回路响应快速,易造成调节阀振荡,使整个串级回路波动。相对P形阀芯,采用V形阀芯有利于提升控制品质。它具有不对称结构,定点径向力震动性小,有利于阀芯稳定,延长使用寿命,并且远离流体冲刷区,有利于保护阀芯/座,避免湍流损坏此外,等百分比流量特性是严格的等百分比曲线,在任何口径下,不改变曲线特性,工作范围20%~90%。
      在化工装置中,常存在有多种有毒介质。在CS2装置中典型的有毒介质CS2。从安全、环保的角度应采用低泄漏阀。调节阀的泄漏源主要为阀杆与填料间隙,为保证阀杆动作自如,必须与填料有一定间隙。对于低沸点介质很容易从此处泄漏出来。
      采用波纹管密封可解决这个问题。传统的波纹管受材质和加工工艺限制,使用寿命不长。阀门应具,这样才能防止任何有毒及易燃爆气体散逸到大气中,采用软密封的阀芯/座配合,可达到零内泄漏,且使用次数(阀门全开到全关)在160万次以上,同时可以加载波纹管检漏装置,更能保证阀门的安全性,保护人身及环境安全。

      气动带定位器调节阀0.jpg

      在CS2装置中液态硫磺介质在一定的温度下维持液态,如遇冷即结晶,工艺上此类管道设计为夹套管。调节阀也必须为夹套阀。许多厂家为降低制造成本,采取夹套外购的方式,将夹套与阀体固定在一起,通过夹套壁传热。金属之间很难作到无间隙,造成传热死角。要选择将夹套焊接在阀体上,采用下进上出的方式,独立循环系统使得介质能够均匀分布到阀体的各个部分;不改变原阀门的尺寸,方便安装,拆卸简便;结构小巧独立,不受管道干扰,也不对其他管件产生影响。这种夹套必须经过水压试验及探伤,使成本上升,但无保温死角。以上从工艺角度讨论了调节阀选型的特殊要求,在满足工艺需要的前提下,阀门的使用寿命与工作状况直接相关。在计算书上除了开度、噪声等结果,还应密切注意出口流速的值,原则上液体的出口流速不应 >3 m/s,而对于气体或蒸汽则不应>3Mach,在选型的过程中,如果忽略了这个值而单纯地看开度和噪声,过高的流速会造成对阀门内件的损害,从而使阀门的使用寿命不能得到保障。

      气动带定位器调节阀2.jpg

      三、ZXP气动薄膜单座调节阀结构组成及工作原理主要零件材料

      零件名称

      材料

      阀体、阀盖

      ZG230~450、WCB、304、316、304L、316L 

      阀芯、阀座

      304、316、304L、316L 

      波纹膜片

      丁腈橡胶夹增强涤纶织物

      填料

      聚四氟乙烯、柔性石墨

      弹簧

      60Si2Mn

      膜盖

      A3

      阀杆、推杆 

      304、316、304L、316L 

      垫片

      聚四氟乙烯、石墨垫片、金属缠绕垫片

      四、ZXP气动薄膜单座调节阀结构组成及工作原理主要参数与性能指标

      气动带定位器调节阀1.jpg

      1.主要参数                                                                                                                  表2

      公称通径DN(mm) 

      20

      25

      32

      40

      50

      65

      80

      100

      125

      150

      200

      额定流量系数 Kv 

      直线

      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

      额定行程(mm) 

      16

      25

      40

      60

      公称压力PN(MPa) 

      1.6 、4.0

      固有流量特性

      直线等百分比

      固有可调比 R 

      50

      气动执行机构

      正作用

      PM280B 

      PM400B 

      PM600B 

      PM1000B

      反作用

      PM280K

      PM400B 

      PM600K

      PM1000K

      膜片有效面积 Ae (cm2) 

      280

      400

      600

      1000

      弹簧范围 Pr(MPa) 

      20~100、40~200、80~240 

      气源压力Ps(MPa) 

      0.14、0.25、0.28、0.40 

      定位器输入信号 

      4~20、0~10mA·DC及其它控制信号或以上信号分程控制

      2.ZXP气动薄膜单座调节阀结构组成及工作原理主要性能指标                                                                                                              表3      

      序号

      项目

      标准型调节阀

      高温型调节阀

      不带定位器

      带定位器 

      不带定位器

      带定位器 

      1

      基本误差(%) 

      ±5

      ±2.0

      ±15

      ±4

      2

      回差(%) 

      3

      2.0

      10

      3

      3

      死区(%) 

      3

      0.8

      8

      1

         

      气开

      始点

      ±2.5

       

      ±6

      ±2.5

      4

      始终点偏差(%)

       

      终点

      ±5

      ±2.5

      ±15

      气关

      始点

      ±5

      ±15

           

      终点

      ±2.5

       

      +6

      5

      额定行程偏差 (%) 

      +2.5 

      +2.5 

      +6

      +2.5 

      6

      允许泄漏量 

      Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级 

      7

      额定流量系数偏差(%) 

      ±10 

      8

      固有流量特性偏差

      符合 IEC534-1和 GB/T4213-92中规定的斜率偏差要求

      注:本产品性能指标贯彻 GB/T4213-92标准

      气动带定位器调节阀07.jpg

      三、ZXP气动薄膜单座调节阀结构组成及工作原理结语
      气动调节阀作为调节系统的终端设备,在化工企业被广泛的应用。但必须正确的选择才能达到理想的调节效果。气动薄膜精小型单座调节阀(ZXP气动调节阀)采用顶导向结构,配用多弹簧薄膜执行机构。具有结构紧凑、重量轻、动作灵敏、流体通道呈~流线型、压降损失少、阀容量大、流量特性精确、拆装方便等优点。广泛应用于精确控制气体、液体、蒸汽等介质,工艺参数如压力、流量、温度、液位保持在给定值。特别适用于允许泄漏量小阀前后压差不大的工作场合。

      气动调节阀08.jpg

              本系列产品有标准型、调节切断型、波纹管密封型、夹套保温型、低温型、高温散热型等多个品种。  产品公称压力等级有PN16、25、40、64(63):20(Class150)、50(Class300)、110((Class600)口径范围DN15~250。适用流体温度由-250℃~+550℃范围内多种档次。泄漏量标准有Ⅳ级或Ⅵ级。流量特性有线性或等百分比。设计单位及用户可根据具体工况进行选择。本公司产品可与国产ZMAP、ZMBP、ZJHP(精小型)、ZHAP、ZHBP、VP、HTS、ZHTS、HLS、HTS型等单座调节阀等效。