浅谈工业自动化控制中调节阀的选择及应用分析

浅谈工业自动化控制中调节阀的选择及应用分析

罗志成

柳钢中金公司

摘要：调节阀是工业生产过程中一种常用的调节机构，它的作用就是按照调节器发出的控制信号的大小和方向，通过执行机构来改变阀门的开度，可以实现调节流体流量的功能，把生产过程中被参数控制在工艺所耍求的范围内，从而实现生产过程的自动化。

关键词：调节阀 作用 安装

1 前言

在工业生产自动控制系统中，调节阀是最常用的执行元件之一。调节阀又称控制阀，是执行器的主要类型，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。调节阀-般由执行机构和阀门组成。如果按其所配执行机构使用的动力，调节阀可以分为气动、电动、液动三种。一个控制系统，选择最优的调节阀是一项科学而繁杂的工作，本文仅从调节阀的作用方式、流量特性及调节阀的口径选择三个方面进行阐述、讨论。

2 调节阀在工业自动控制中的应用要求

2.1调节阀作用方式的选择

选择作用方式就是要选择调节阀的正、反作用。当气压信号或电流信号增加时输出轴顺时针旋转或向下动作称为正作用，反之为反作用。在进行选择时应从以下几个方面考虑：

⑴、从生产工艺的安全性上考虑。它是指调节阀在正常生产中，信号突然中断，阀门全关或全开(当然有的调节阀在执行机构中增加了信号自锁功能，即信号中断时，阀门]的阀位保持原开度不变)此时对生产设备及现场人员有益、无益进行选择。如用于高炉鼓风机的防喘振调节阀，当失掉气源后，为保证设备的安全，应使阀门]处于全开位置，防止一旦形成喘振,危害风机自身安全。又如用于煤气燃尧系统，当调节阀失掉信号时，阀门将处于全关位置，切断煤气，保证炉窑设备和现场人员的安全，避免事故的发生。

⑵、从介质的特性考虑。一般讲是温度对其影响比较大的介质。如在化工制品及塑料制品生产中介质易结晶，此时选择“关"式以防形成堵塞。又如应用在交换器上，如果冷介质的温度太高会产生分离、结焦，影响操作或损坏设备，这时就要选择“开”式。

⑶、从保证产品质量考虑。由于阀门]开度不再受控，此时生产将影响产品质量。这种情况应选择“开”式，即失去控制信号时阀门J应当关闭，截断介质流通，避免废品的产生。

2.2要做到参数稳定

在实际生产中常用调节阀的理想流量特性有直线、等百分比、抛物线、快开等四种。因抛物线特性接近等百分比，一般可用等百分比特性来代替。对调节阀流量特性的选择，要通过理论计算，但由于干扰的不同所用的方法及方程十分繁杂,因此目前多采用经验法,从以下几个方面来考虑。

①从调节质量分析和选择通常，变送器、调节仪表(已整定)和执行机构的放大系数总是随操作条件、负荷的变化而变化。所以对象的特性往往是非线性的。因此要选择适当的调节阀特性，用阀门放大系数的变化来补偿对象放大系数的变化，从而使系统总的放大系数不变。对于放大系数随负荷的增大而减小的现象，假如选择放大系数随负荷加大而变大的等百分比特性调节阀，便能使两者抵消，使总放大系数保持不变近似于线性。当调节对象的放大系数为线性时，则应采用直线流量特性的调节阀，使系统总的放大系数保持不变。而对用于温度调节，当负荷增加而放大系数减小时，选用等百分比特性的调节阀则比较恰当。

②从负荷变化情况分析和选择直线特性调节阀在小开度时流量相应变化大,过于灵敏，容易振荡。阀芯、阀座也易于损坏。在实际生产中，等百分比特性调节阀用得较多。

根据所选择的流量特性及系统特点选定S值，确定最大差压△Qmax及最小差压△Qmin。要使调节阀起到调节作用，就必须在阀前、阀后有一定的压差，阀门的压差占整个系统压差的比重越大则调节阀流量特性的畸变越小，调节性能就能够得到保证。但如果阀门的压损越大消耗的能量也就越大，因此应合理计算压差。S值是调节阀全开时的压差，是△P.和系统的压力损失总和△Ps之比，即阀阻比。数学表达式为:S=△Pv/(△Pv+ △P_总) (1)

式中: △Pv----调节阀全开时的压差；△P_总----系统中除去调节阀的总压差。一般不希望S值小于0.3，常选S=0.3~0.5。

由式(1)可导出:△Pv=S△P_总/(1-S) (2)

因系统总压损即(△Pv+△P_总)计算十分复杂，其涉及到考虑判定局部及整个管路压损，并且参数涉及到介质密度、流速、导管阻力系数、有效长度及通过每个部件的损失系数等，这里不再详细介绍。

③计算最大流量时的Kv。调节阀的流通能力Kv值是调节阀的重要参数，它反映流体通过调节阀的能力，也就是调节阀的容量。根据调节阀流通能力Kv值的计算，就可以确定选择调节阀的口径，为了正确选择调节阀的尺寸，必须准确计算调节阀的额定流量系数Kv值。

2.3注意安装原则

调节阀安装必须遵循科学规范有效的安装原则，才能保证它工作的安全性和稳定性。一是在安装时要注意查着调节阀是否质量合格，同时在安装时保证调节阀通道内清洁无物，避免有杂物堵塞，以免因堵塞造成压力过大造成爆破类安全生产事故出现。二是要确保调节阀安装时状态，为保证调节阀在实际过程中安全性和稳定性，必须要在调节阀前后位置增加固定支架。三是要确保分析流向问题解决到位。应在应力较小情况下安装调节阀,如果安装环境恶劣,必须保障入口位置直管段长度符合标准要求规范。一般情况阀门直径大是出口位置直管段的3-5倍。 四是考虑后续维护问题，留足空间便于后期维护，以便降低维修成本，保证企业经济效益。

3 结束语

综上所述，调节阀作为工业自控控制过程中的重要执行结构，它的选择和应用直接影响着工业控制系统的运行质量，作为一类自动化元件，其制造及选择涉及到很多特性，如机械特性、工艺特性、力学特性、自动化特性等。所以在选配调节阀时要综合考虑，科学、灵活地选择。最终影响着整个企业生产效益和经济效益。因此，工业生产技术人员必须高度重视调节阀的科学选择和应用，必须严格依据有关制度来安装和运用，综合考虑各种因素选择适合生产环境需要的调节阀。

参考文献

[1]马小军，朱顺兵建筑设备自动化系统设计[ M]。北京:人民都电出版社2019

[2]孙唯一，国外机械工业基本情况一阀门(2]。 沈阳:沈阳阀门研究所2014