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自力式調(diào)節(jié)閥選型參數(shù)
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1 自力式調(diào)節(jié)閥選型參數(shù)自力式調(diào)節(jié)閥介紹
之前介紹截止閥常見種類，現(xiàn)在介紹自力式調(diào)節(jié)閥可分為自力式壓力調(diào)節(jié)閥、自力式溫度調(diào)節(jié)閥及自力式流量調(diào)節(jié)閥3種。其中自力式壓力調(diào)節(jié)閥應(yīng)用。自力式調(diào)節(jié)閥主要應(yīng)用在被控參數(shù)一旦調(diào)定后，不經(jīng)常改變(調(diào)整)的場合，而被控參數(shù)經(jīng)常改變(調(diào)整)的場合，應(yīng)使用氣動或電動調(diào)節(jié)閥；自力式調(diào)節(jié)閥一般應(yīng)用在非腐蝕性工 藝條件下；被控參數(shù)不應(yīng)超過或接近所選擇的調(diào)整范圍的極限值，應(yīng)留有一定裕量；自力式溫度調(diào)節(jié)閥一般用于溫度變化比較緩慢的場合，不適用于溫度急劇變化的 場合；當介質(zhì)溫度超過140℃時，在控制管線安裝隔離罐，當介質(zhì)溫度超過200℃時，除在控制管線安裝隔離罐，還應(yīng)在控制閥與執(zhí)行機構(gòu)之間加裝散熱片(不 同制造商的產(chǎn)品，此溫度值會有所不同)；隔離罐應(yīng)高于調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機構(gòu)而低于閥前后接管；對于非潔凈流體，在閥前應(yīng)安裝過濾器，一般情況下，應(yīng)將閥門倒立 安裝，即控制閥在上，執(zhí)行機構(gòu)在下，此種安裝方式可使其重心在下，有利于閥門的穩(wěn)定運行。當介質(zhì)溫度低于80℃時，閥門可以正立安裝，當介質(zhì)溫度高于 80℃時，則閥門必須倒立安裝。
對自力式調(diào)節(jié)閥')進行了介紹，并著重闡述了流量系數(shù)的計算方法，自力式調(diào)節(jié)閥的選擇方法及選擇時應(yīng)注意的事項。ZZY型自力式壓力調(diào)節(jié)閥(簡稱調(diào)壓閥)利用被控介質(zhì)自身能量作為動力源。引入執(zhí)行機構(gòu)控制閥芯位置來改變流通面積，改變流量，從而使閥前(或閥后)壓力穩(wěn)定到給定值，具有動作靈敏，壓力波動小等特點。
自力式調(diào)節(jié)閥選型參數(shù)自力式壓力調(diào)節(jié)閥有泄壓用閥前壓力調(diào)節(jié)型、減壓用閥后壓力調(diào)節(jié)型二大類，壓力分段范圍15~3000Kpa，配用不同的檢測執(zhí)行機構(gòu)，廣泛應(yīng)用干蒸汽、各種氣體及液體減壓穩(wěn)壓或泄壓穩(wěn)壓的自動控制。
自力式調(diào)節(jié)閥是一種無需外來能源，依靠被調(diào)介質(zhì)自身的壓力、溫度、流量變化進行自動調(diào)節(jié)的節(jié)能儀表。具有測量、執(zhí)行、控制的綜合功能。尤其適合于在無電源無氣源的場合工作。廣泛應(yīng)用于城市供熱、供暖系統(tǒng)及石油、化工、冶金、電力、輕工等工業(yè)部門的自控系統(tǒng)。
目前，由于各種因素的影響(包括工藝條件不準確，計算公式及計算方法上的差異及實際工藝條件與計算時考慮的工藝條件不一致)，加上不可預見的因素，往往理 論上計算出的數(shù)據(jù)，選擇的產(chǎn)品不能滿足現(xiàn)場實際需要。選擇的調(diào)節(jié)閥口徑過大或過小。選擇的材料及公稱壓力不合適，同樣會造成事故和不必要的浪費。本文將就 自力式調(diào)節(jié)閥通用的選擇原則、選擇方法、流量系數(shù)計算及選擇注意事項等進行闡述。ZZY型自力式壓力調(diào)節(jié)閥 ZZY型自力式壓力調(diào)節(jié)閥，是一種無需外來能源，而只依靠被調(diào)介質(zhì)自身的壓力變化達到自動調(diào)節(jié)和穩(wěn)定閥前（或閥后）壓力為恒定值的一種節(jié)能型壓力調(diào)節(jié)閥。 該閥是一種理想的節(jié)能型產(chǎn)品，它廣泛應(yīng)用于蒸汽的保壓與穩(wěn)定，也適用于非腐蝕性氣體，低粘度液體介質(zhì)減壓穩(wěn)壓（閥后）或泄壓穩(wěn)壓（閥前）的自動控制。
標準技術(shù)參數(shù) 閥 體 型 式：直通單座/雙座/三通鑄造球形閥 閥 尺 寸：DN20～300 額定壓力：PN16，PN40，PN63 連接形式：法蘭 法蘭標準：鋼制法蘭按GB9113-2000，JB/T-94 密封面型式：PN16為突面，PN40/63為凹凸面 法蘭端面距：按GB12221-89
材 料：ZG230-450（SCPH2） ZG0Cr18Ni9Ti（SCS13A） ZG0Cr18Ni12Mo2Ti（SCS14A） 結(jié)構(gòu)形式：·標準型（-5℃～+80℃） 見圖1 ·中溫型(冷凝器)（＜+350℃）見圖1 ·波紋管平衡型 見圖2 ·活塞平衡型 見圖3 壓蓋型式：螺紋式 填 料：V型聚四氟乙烯填料 柔性石墨填料 墊 片：型式，齒型和平型 材料，F(xiàn)4/改性F4，不銹鋼+石墨 閥內(nèi)組件 閥 芯：·單座柱塞型閥芯
見圖1 ·壓力平衡型式柱塞型閥芯 見圖4
·雙座柱塞型閥芯 見圖5 金屬密封 軟密封 快開特性 
執(zhí)行機構(gòu) 型 式：薄膜式(用于被調(diào)壓力≤0.6MPa) ZY70，ZY100，ZY200， ZY280，ZY400 膜片材料：丁腈橡膠夾增強滌綸織物 信號接口：內(nèi)螺紋M16×1.5 環(huán)境溫度：-30℃～+70℃ 型 式：活塞式（用于被調(diào)壓力＞0.6MPa） ZYH28，ZYH70，ZYH103， ZYH133，ZYH188，ZYH201 活塞材料：ZALSi12 信號接口：內(nèi)螺紋M16×1.5 環(huán)境溫度：-30℃～+70℃ 性 能 額定Kv值：參照第2頁表1 流量特性：快開（特殊可要求等百分比或線性） 整機作用方式：·閥前壓力控制見圖2 ※特殊要求可采用等百分比特性或線性特性 材 料：1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni12Mo2Ti PTFE ·閥后壓力控制見圖1 壓力調(diào)節(jié)范圍：參照第2頁表2 閥前/閥后壓力比：10:1～10:8參照第3頁表3 壓力控制精度：±5%
附 件 調(diào)節(jié)手柄，其他 附加規(guī)格（根據(jù)要求生產(chǎn)制造） ·特殊檢查，材料檢查（制造記錄表） 無損檢查，蒸氣檢查，低溫檢查 ·法蘭背面加工 ·帶排污栓 ·雙重填料 ·蒸氣夾套 ·禁油禁水處理 ·禁銅處理 ·特殊配管和接頭 ·SUS304制品的外裸螺栓，螺母 ·鹽害對策 ·防砂，防塵要求 ·熱帶地區(qū)規(guī)格 ·寒冷地區(qū)規(guī)格 ·真空（用途） 閥座泄漏率（對于額定Kv值%）： 金屬密封 小于0.01% （ANSI B16.104-1976Ⅳ級） 軟密封 小于0.00001%以下 （ANSI B16.104-1976Ⅵ級） 外形尺寸：參照第5頁表4 產(chǎn)品重量：參照第8頁表5 型號編制：參照第8頁型號編制 油漆顏色：調(diào)節(jié)閥的氣動執(zhí)行機構(gòu)和閥的表 面應(yīng)涂漆，不銹鋼和銅的閥可不 涂漆。閥體上的箭頭及文字涂紅 漆。用戶色彩也可。
1.1 自力式壓力調(diào)節(jié)閥
根據(jù)作用形式的不同，自力式壓力調(diào)節(jié)閥又可分為直接作用式和指揮器操作式2種。指揮器操作式自力式壓力調(diào)節(jié)閥控制精度高，可比一般的直接作用式壓力調(diào)節(jié)閥 高一倍左右，壓力調(diào)節(jié)范圍廣，尤其是在微壓方面，故適合在控制精度要求比較高或壓力調(diào)節(jié)設(shè)定值比較小的場合應(yīng)用。氮封裝置就是其典型應(yīng)用之一。
根據(jù)被調(diào)壓力取壓點的不同，又分為閥前壓力調(diào)節(jié)型(K 型，用于背壓調(diào)節(jié))和閥后壓力調(diào)節(jié)型(B型，用于減壓調(diào)節(jié))2種。閥前壓力調(diào)節(jié)型自力式壓力調(diào)節(jié)閥，其初始位置的閥芯在關(guān)閉位置，當閥前壓力逐漸升高，閥 門逐漸打開，直至閥前壓力穩(wěn)定在要求的給定值；閥后壓力調(diào)節(jié)型自力式壓力調(diào)節(jié)閥，其初始位置的閥芯在開啟位置，當閥后壓力逐漸升高，閥門逐漸關(guān)閉，直至閥 后壓力穩(wěn)定在要求的給定值。
此外，還有一種自力式差壓(微壓)調(diào)節(jié)閥，也分為差壓上升閥開啟(K型)和差壓上升閥關(guān)閉(B型)2種形式。將自力式差壓調(diào)節(jié)閥的低壓端通大氣，即變?yōu)樽粤κ轿赫{(diào)節(jié)閥。
1.2 自力式溫度調(diào)節(jié)閥
自力式溫度調(diào)節(jié)閥是基于液體受熱體積膨脹的原理工作的。當溫度升高時，溫包內(nèi)工作液體積急劇增大，使密封容室的壓力增高，壓迫波紋管向上移動，推動彈簧向 上位移，從而使推桿、閥芯也向上運動，關(guān)小閥門，使被調(diào)介質(zhì)溫度向設(shè)定值方向靠攏，閥芯便停留在新的位置上，即閥芯的位移正比于被測溫度的變化量，形成一 定的比例調(diào)節(jié)特性。
自力式溫度調(diào)節(jié)閥可分為溫度升高閥開啟(K型，用于冷卻調(diào)節(jié))和溫度升高閥關(guān)閉(B型，用于加熱調(diào)節(jié))2種形式。
1.3 自力式流量調(diào)節(jié)閥
自力式流量調(diào)節(jié)閥(亦稱流量限制器，或稱恒流量調(diào)節(jié)閥)是具有恒流量功能的調(diào)節(jié)閥，它是將自力式的壓差控制裝置和流量調(diào)節(jié)裝置組合而成的閥門，其工作原 理：用壓差控制裝置控制并穩(wěn)定流量調(diào)節(jié)裝置前后的壓差，從而使閥門前后的壓差大于恒流啟動值之后，通過的流量不再隨閥門前后的壓差而變化，在壓差控制的范 圍內(nèi)，通過閥門某一開度的流量能夠自動保持恒定，流量的變化只需調(diào)節(jié)閥門開度即可實現(xiàn)，與閥門前后的壓差無關(guān)。
自力式流量調(diào)節(jié)閥在城市集中供暖或中央空調(diào)的循環(huán)水管網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。
此外，自力式調(diào)節(jié)閥的閥體有單座、雙座及套筒3種形式；閥蓋有標準型、加長型和散熱型(適合溫度350~550℃工況)；執(zhí)行機構(gòu)有膜片式(普通膜片、增強膜片和金屬膜片)和活塞式2種。
自力式調(diào)節(jié)閥一般采用快開流量特性。
2 自力式調(diào)節(jié)閥的選擇
自力式調(diào)節(jié)閥在自控系統(tǒng)中，既是可調(diào)的節(jié)流元件，又是承受一定溫度、壓力的容器。所以在選擇時，既要考慮其適用性，又要保證安全可靠。
2.1 選擇的一般原則
具體選擇時，應(yīng)根據(jù)被調(diào)介質(zhì)的種類、性質(zhì)、溫度、壓力及工藝要求的其他條件，遵循以下的選擇原則：閥的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、流動性、腐蝕性、 控制范圍以及嚴密性要求；閥的材料應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、腐蝕性要求；閥的額定流量系數(shù)及口徑應(yīng)能滿足工藝的流量要求；閥的允許壓差應(yīng)能滿足現(xiàn)場實際壓 差的要求；閥的實際使用條件應(yīng)與計算選擇時考慮的相一致。
2.2 材料及使用溫度的選擇
選擇材料時，主要考慮材料的強度、硬度、耐腐蝕及高溫、低溫的特性，首先應(yīng)滿足自力式調(diào)節(jié)閥的安全可靠，其次是使用的性能、壽命和經(jīng)濟性。在滿足使用要求 的前提下，應(yīng)盡量選擇便宜、易得的材料。一般情況下，閥體和閥蓋可選擇多種材料制造(如：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼及鑄不銹鋼)。而閥內(nèi)組件一般用不銹鋼材 料制造。
2.3 公稱壓力及壓差的選擇
根據(jù)工藝介質(zhì)的zui大工作壓力來選擇調(diào)節(jié)閥的公稱壓力時，必須對照工藝溫度條件綜合選擇，因為公稱壓力是在一定基準溫度下依據(jù)強度條件定出。一旦工作溫度超過了基準溫度，其允許的zui大工作壓力必定低于公稱壓力，這一點應(yīng)該引起足夠的重視。
除了注意選定調(diào)節(jié)閥公稱壓力外，在選用時，還應(yīng)從推力角度出發(fā)，考慮調(diào)節(jié)閥能否正常工作的問題。用特征數(shù)值表達就是允許壓差是否大于zui大工作壓差。因此，在選用時，要使zui大工作壓差小于閥的允許壓差。
2.4 流量系數(shù)計算
流量系數(shù)Kv(或稱流通能力)，是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)。它反映流體通過調(diào)節(jié)閥的能力，亦即反映調(diào)節(jié)閥的容量。根據(jù)計算出的流量系數(shù)Kv值的大小，選擇閥的額 定流量系數(shù)Kvs，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。如果選擇的額定流量系數(shù)過大，就會使調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度的情況下，影響控制質(zhì)量，引起振蕩和噪音，縮 短閥的使用壽命。相反，如果選擇的額定流量系數(shù)過小，則會使調(diào)節(jié)閥的開度過大，閥門超負荷運行，不能滿足流量要求，容易出現(xiàn)事故，造成不必要的浪費。為了 合理選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸，必須正確計算調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)Kv值。
調(diào)節(jié)閥的額定流量系數(shù)Kvs定義：在規(guī)定條件下，即閥的兩端壓差為100kPa，流體密度為1g/cm3時，額定行程時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量是以立方米每小時或噸每小時計的流量數(shù)。
2.4.1 液體的Kv值計算
1)非阻塞流
判別式 (1)
流量系數(shù)計算公式
(2)
(3)
式中 FL— 壓力恢復系數(shù)；
FF— 液體臨界壓力比系數(shù)；
PV— 閥入口溫度下，介質(zhì)的飽和蒸汽壓(壓力)，kPa；
Pc— 熱力學臨界壓力(壓力)，kPa；
qv— 液體流量，m3/h；
ρ— 液體密度，g/cm3；
P1— 閥前壓力(壓力)，kPa；
P2— 閥后壓力(壓力)，kPa。
2)阻塞流
判別式 (4)
流量系數(shù)計算公式
(5)
由式(5)可以看出，在阻塞流情況下，Kv值的計算公式有變化，壓差一項用FL2(P - FFpv)代替實際壓差P1- P2。這樣，比用實際壓差計算出的Kv值要大，即由于阻塞流的作用，使閥的流通能力不能充分發(fā)揮，必須按更大的Kv值來選擇閥的口徑，才能滿足流量的要 求。
2.4.2 低雷諾數(shù)Re修正(高黏度液體Kv值計算)
液體黏度過高時，由于雷諾數(shù)下降，改變了流體的流動狀態(tài)。在Re<2300時，流體處于層流低速流動，這樣按原公式計算出的Kv值就會導致較大的誤差，實際流通能力達不到計算值，必須進行修正。當液體為高黏度時，調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Kv 的計算公式為
(6)
式中 ψ— 黏度修正系數(shù)，按Re查圖1求得。
關(guān)于Re在流體力學中已有論述，主要與流體性質(zhì)及流經(jīng)的管路兩方面因素有關(guān)。對于只有1個流路的自力式調(diào)節(jié)閥(如單座閥、套筒閥等)，Re的計算公式為
(7)
對于只有2個平行流路的自力式調(diào)節(jié)閥(如雙座閥)，Re的計算公式為
(8)
式中 Kv— 不考慮黏度修正時的流量系數(shù)；
v— 流體運動粘度，10-6m2/s。
2.4.3 氣體的Kv值計算
氣體與液體不同，它具有可壓縮性。氣體流過調(diào)節(jié)閥后，密度變小，不能再用液體公式來計算。關(guān)于氣體的Kv值計算方法，目前有閥前密度法、閥后密度法、平均 密度法、壓縮系數(shù)法等多種方法。因為平均密度法的計算結(jié)果比較接近實驗數(shù)據(jù)，故應(yīng)用zui多。這里推薦采用平均密度法來計算氣體的Kv值。
當P2>0.5p1時
(9)
當P2≤0.5p1時
(10)
式中 qvN— 標準狀態(tài)下氣體流量，m3/h；
Pm— 壓力，kPa；
Δp— 閥前后壓差，kPa；
d — 氣體相對密度，空氣d=1；
t — 氣體溫度，℃ 。
2.4.4 蒸汽的Kv值計算
1)飽和蒸汽
當P2>0.5p1時
(11)
當p2≤0.5p1時
(12)
式中 qv蒸— 蒸汽流量，kg/h；
K— 蒸汽修正系數(shù)，各種蒸汽的K值：水蒸汽 K=19.4，甲烷、乙烯蒸氣 K=37，氨蒸氣K=25，丙烷、丙烯蒸汽 K=41.5，氟利昂11 K=68.5，丁烷、異丁烷蒸氣 K=43.5。
2)過熱水蒸汽
當P2>0.5p1 時
(13)
當p2≤0.5pl時
(14)
式中 Δt— 水蒸汽過熱溫度，℃。
2.4.5 兩相流的Kv值計算
當介質(zhì)為氣液兩相流時，一般采用分別計算液體的Kv液和氣體的Kv氣值，然后相加求取調(diào)節(jié)閥總Kv值。
Kv=Kv液+Kv氣
這種方法是基于兩種介質(zhì)相互獨立，互不影響的觀點。但實際上，隨著液相和氣相組成成分的變化，流體的狀態(tài)趨向也不同，因此，計算出的Kv值誤差較大。
2.5 調(diào)節(jié)閥的口徑選擇
2.5.1 一般的選擇步驟
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥 根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負荷確定zui大流量和zui小流量qvmax、qvmin；根據(jù)系統(tǒng)特點、壓力分配和管路損失，確定zui大壓差和zui小壓差Δpvmax 、Δpvmin；按流量系數(shù)計算公式，求得zui大流量和zui小流量時的流量系數(shù)Kvmax、Kvmin；根據(jù)求出的Kvmax，在產(chǎn)品樣本中選取大于 Kvmax，并zui接近Kvmax的Kvs值；由計算出的Kvmax，Kvmin驗算閥的開度(一般要求閥開度在10%~80%之間)；根據(jù)Kvmax、 Kvmin計算可調(diào)比R(一般要求R=Kvmax/KVmin≤30∶1)；各項計算驗證合格后，根據(jù)Kvs值，確定調(diào)節(jié)閥的口徑。
2.5.2 常用的選擇步驟
按照qvmax及Δpvmin 計算出Kvmax；將Kvmax乘以(1.3~1.5)，求得Kvmax(根據(jù)具體情況定)；按K vmax選擇Kvs (查產(chǎn)品樣本)，應(yīng)選擇zui靠近Kvmax且大于Kvmax的Kvs值，保證Kvmax/Kvs≤0.75，按Kvs值，確定調(diào)節(jié)閥的口徑。
但是應(yīng)保證液體流速在2.5m/s以下，氣體流速在80~100m/s以下，否則易產(chǎn)生噪音。
2.5.3 自力式流量調(diào)節(jié)閥的選擇
當介質(zhì)為液體時，自力式流量調(diào)節(jié)閥的口徑選擇將有所不同。實際上有效壓力(指調(diào)節(jié)閥節(jié)流閥板前后的壓差)下的zui大流量已經(jīng)限制了自力式流量調(diào)節(jié)閥的流量值，所以在選擇閥流量時，不能按照Kv值選擇，只能按照工藝條件qvmax的大小選擇流量。
根據(jù)qvmax值的大小和系統(tǒng)壓差來選取合適的流量，然后確定Kvs值和閥的口徑。選擇時應(yīng)注意閥前后壓差應(yīng)大于有效壓力，還應(yīng)注意閥的開度。自力式流量調(diào)節(jié)閥一般多用于液體介質(zhì)的流量控制。
當介質(zhì)為氣體時，應(yīng)保持氣體的壓力比較穩(wěn)定。在計算時，應(yīng)按Kv值選取閥的口徑。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有：加長桿蝶閥安裝注意事項
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