氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型

1、氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型概述

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是以壓縮氣體（常采用凈化壓縮空氣）為動(dòng)力源，以氣缸為執(zhí)行器，并根據(jù)實(shí)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(chǔ)氣罐、氣體過濾/減壓/油霧分離器等附件去驅(qū)動(dòng)閥門，來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)目標(biāo)，接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制信號(hào)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)。

氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥由閥芯和閥體（包括閥座）兩部分組成，按不同的使用要求有不同的結(jié)構(gòu)形式，目前的氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥主要有直通單座閥、雙座調(diào)節(jié)閥和高壓角式調(diào)節(jié)閥。直通單座閥泄漏量小，流體對(duì)單座閥芯的推力所形成的不平衡力很大，因此直通單座閥適用于要求泄漏量小、管徑小和閥前后壓差較低的場(chǎng)合。直通雙座閥閥體內(nèi)有上下兩個(gè)閥芯，由于流體作用于上下閥芯的推力方向相反而大致抵消；所以雙座閥的不平衡力很小，允許閥前后有較大的壓差。但由于閥體內(nèi)流路復(fù)雜，用于高壓差時(shí)對(duì)閥體的沖蝕損傷較嚴(yán)重，不宜用于高粘度、含懸浮顆?；蚝w維的介質(zhì)。此外由于受加工條件的限制，雙座閥上下兩個(gè)閥芯不易同時(shí)關(guān)嚴(yán)，所以關(guān)閉時(shí)泄漏量大，尤其是在高溫或低溫的場(chǎng)合下使用時(shí)，因材料的熱膨脹系數(shù)不同，更易引起嚴(yán)重的泄漏。角式高壓閥閥體為直角式，流路簡(jiǎn)單、阻力小，受高速流體的沖蝕也小，特別適用于高壓差、高粘度和含懸浮物顆粒狀物質(zhì)的流體，也可用于處理汽液混相，易閃蒸汽蝕的場(chǎng)合。這種閥體可以避免結(jié)焦、粘結(jié)和堵塞，便于清潔和自凈。

2、氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型工作原理

自工業(yè)控制系統(tǒng)如DCS、PLC等系統(tǒng)送出4-20ma電流信號(hào)，送至氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥定位器。定位器根據(jù)所接收到的電流值，自動(dòng)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(dāng)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(shí)，就可以推動(dòng)閥芯、閥桿、推桿等構(gòu)件自由運(yùn)動(dòng)了。

1.2 根據(jù)安全性選型

氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥有氣開閥和氣閉閥兩種形式。根據(jù)不同生產(chǎn)工藝上的安全和使用要求考慮，當(dāng)信號(hào)壓力中斷時(shí)調(diào)節(jié)閥處于打開或關(guān)閉位置，對(duì)工藝生產(chǎn)造成的危害性大小而定。如果閥門處于關(guān)閉位置時(shí)危害小，則選用氣開閥，信號(hào)壓力中斷時(shí)，使調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉位置，反之，則選用氣閉閥。

1.3 流量特性

在自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中選擇氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥應(yīng)著重考慮流量特性。典型的理想特性有直線流量特性、等百分比流量特性（對(duì)數(shù)流量特性）、快開流量特性和拋物線流量特性四種。直線流量特性在相對(duì)開度變化相同的情況下，流量小時(shí)流量相對(duì)變化值大；流量大時(shí)，流量相對(duì)變化值小。因此，直線流量調(diào)節(jié)閥在小開度（小負(fù)荷）情況下調(diào)節(jié)性能不好，

不易控制，往往會(huì)產(chǎn)生振蕩，故直線流量特性調(diào)節(jié)閥不宜用于小開度的情況，也不宜用于負(fù)荷變化較大的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而適用于負(fù)荷比較平穩(wěn)，變化不大的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥在小負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)作用弱，大負(fù)荷調(diào)節(jié)作用強(qiáng)，它在接近關(guān)閉時(shí)調(diào)節(jié)作用弱，工作和緩平穩(wěn)，而接近全開時(shí)調(diào)節(jié)作用強(qiáng)，工作靈敏有效，在一定程度上，可以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，因此它適用于負(fù)荷變化較大的場(chǎng)合，無論在全負(fù)荷生產(chǎn)和半負(fù)荷生產(chǎn)都較好的起調(diào)節(jié)作用。

1.4 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇

應(yīng)根據(jù)已知的流體計(jì)算出所要求的流量系數(shù)CV，再根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)表選取合適的調(diào)節(jié)閥口徑。在計(jì)算CV時(shí)要注意液體、氣體、水蒸氣和其它蒸氣的區(qū)別。

3、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的彈簧范圍

彈簧范圍：是指一臺(tái)閥在靜態(tài)啟動(dòng)時(shí)的膜室壓力到走*行程時(shí)的膜室壓力。20～100KPa，表示這臺(tái)閥靜態(tài)啟動(dòng)時(shí)膜室壓力是20KPa，關(guān)閉時(shí)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(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型的FO與FC

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作類型分兩種：氣開型（Air to Open）和氣關(guān)型（Air to Close）。

氣開型：當(dāng)膜頭上空氣壓力增加時(shí)，閥門向增加開度方向動(dòng)作，當(dāng)達(dá)到輸入氣壓上*，閥門處于全開狀態(tài)。反過來，當(dāng)空氣壓力減小時(shí)，閥門向關(guān)閉方向動(dòng)作，在沒有輸入空氣時(shí)，閥門全閉。故有時(shí)氣開型閥門又稱故障關(guān)閉型（Fail to Close FC）。

氣關(guān)型：動(dòng)作方向正好與氣開型相反，當(dāng)空氣壓力增加時(shí)，閥門向關(guān)閉方向動(dòng)作，空氣壓力減小或沒有時(shí)，閥門向開啟方向動(dòng)作，直到全開為止，故有時(shí)又稱為故障開啟型（Fail to Open FO）。氣動(dòng)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(jī)構(gòu)的不同組裝方式實(shí)現(xiàn)的。

5、氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥FO的兩種形式

A:氣源進(jìn)膜室上腔，彈簧位于膜室下腔，閥芯正裝，進(jìn)氣后閥門關(guān)閉。

B：氣源進(jìn)膜室下腔，彈簧位于膜室上腔，閥芯反裝，進(jìn)氣后閥門關(guān)閉。

6、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥FC的兩種形式

A:氣源進(jìn)膜室下腔，彈簧位于膜室上腔，閥芯正裝，進(jìn)氣后閥門打開。

B：氣源進(jìn)膜室上腔，彈簧位于膜室下腔，閥芯反裝，進(jìn)氣后門打開。

值得一提的是，目前絕大多數(shù)場(chǎng)合閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用閥芯正裝。

7、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥定位器的簡(jiǎn)介閥門定位器：經(jīng)過不同時(shí)期的發(fā)展，有機(jī)械式的，有智能型的，早期還有別的類型，閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的主要附件，通常與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配套使用，它接收控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)，然后以它的輸出信號(hào)去控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，當(dāng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作后，閥桿的位移又通過機(jī)械裝置反饋到閥門定位器。閥位狀況可以通過電信號(hào)，或者另外加閥位開關(guān)將數(shù)字量信號(hào)傳給工業(yè)控制系統(tǒng),也可以不傳輸。

通常情況下輸入定位器信號(hào)增大時(shí)，定位器輸出氣信號(hào)增大的為正作用，反之（定位器輸出氣信號(hào)減?。榉醋饔茫ㄎ黄鲉误w的正反作用與執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥體無關(guān)。

閥門定位器的正作用：

輸入電流信號(hào)增大時(shí)，輸出到膜頭的氣壓增大；

閥門定位器的反作用：

輸入電流信號(hào)增大時(shí)，輸出到膜頭的氣壓減小

8、氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型下面以定位器輸出氣壓20~100KPa為條件舉例

A：氣開閥（氣源故障型式為FC），定位器正作用

B:氣開閥（氣源故障型式為FC），定位器反作用

C:氣關(guān)閥（氣源故障型式為FO），定位器正作用

D:氣關(guān)閥（氣源故障型式為FO），定位器反作用

 氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型的安裝

調(diào)節(jié)閥安裝是否合理，不僅關(guān)系到調(diào)節(jié)閥的安裝、拆卸和維修方便與否，也決定了調(diào)節(jié)閥能否在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中起到良好的調(diào)節(jié)作用，安裝調(diào)節(jié)閥時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

① 調(diào)節(jié)閥應(yīng)垂直安裝在水平管道上，如在特殊情況下需要水平和傾斜安裝時(shí)，一般要加支撐。

② 為了防止調(diào)節(jié)閥膜片老化，延長(zhǎng)使用壽命，安裝時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高溫、振動(dòng)和腐蝕嚴(yán)重的環(huán)境。

③ 為了便于維護(hù)檢修，調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在靠近地面或樓板的地方，為了檢修拆卸方便，應(yīng)注意調(diào)節(jié)閥距離地面（或樓板）留有適當(dāng)?shù)母叨?，?duì)于正作用氣開式調(diào)節(jié)閥，因閥芯拆卸時(shí)需從閥體下面取出，調(diào)節(jié)器閥距地面（或樓板）更應(yīng)有足夠的距離。

④ 為了調(diào)節(jié)閥和調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不致影響生產(chǎn)和發(fā)生安全事故，一般都需要安裝旁路和旁路閥。但旁路閥不能安裝在調(diào)節(jié)閥的正上方，以免旁路閥內(nèi)腐蝕性介質(zhì)泄漏到調(diào)節(jié)閥上。調(diào)節(jié)閥前、后安裝截止閥，對(duì)于高溫、高壓、高壓、易凍、易粘稠介質(zhì)，還要安裝排泄閥。

3氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型的檢修

① 閥體內(nèi)壁。對(duì)使用于高壓差及有腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合的閥體內(nèi)壁易受介質(zhì)沖擊和腐蝕，必須重點(diǎn)檢查耐壓、耐腐蝕的情況。

② 閥座。檢查閥座的磨損清況以及固定閥座用的螺紋內(nèi)表面，是否因受腐蝕而使閥座松馳。

③ 閥芯。閥芯是調(diào)節(jié)閥工作時(shí)的可動(dòng)部件，受介質(zhì)沖蝕最嚴(yán)重，特別是在高壓情況下工作，閥芯因汽蝕現(xiàn)象磨損更為嚴(yán)重檢修時(shí)需認(rèn)真檢查。

④ 膜片及“0”形密封圈。檢查是否有老化和裂損等情況。

⑤ 填料。檢查填料配合情況，填料是否老化。

4 氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型的常見故障

4.1 調(diào)節(jié)閥不動(dòng)作

原因：沒有信號(hào)壓力或雖有信號(hào)壓力但膜片裂損、膜片漏氣，膜片推力減??；閥芯與閥座或襯套卡死，閥桿彎曲等原因使調(diào)節(jié)閥不能動(dòng)作。

4.2 調(diào)節(jié)閥動(dòng)作正常，但不起調(diào)節(jié)作用

原因：閥芯脫落，此時(shí)，雖然閥桿動(dòng)作正常，但閥芯不動(dòng)，因此無調(diào)節(jié)作用。另外管道堵塞，也會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥不起調(diào)節(jié)作用的現(xiàn)象。

4.3 調(diào)節(jié)閥動(dòng)作遲鈍或跳動(dòng)

由于密封填料老化或干枯，使閥桿與填料的摩擦增大會(huì)造成動(dòng)作遲鈍或跳動(dòng)；或因閥體內(nèi)含有粘性大的污物以及堵塞、結(jié)焦等情況而引起調(diào)節(jié)閥動(dòng)作遲鈍。膜片及“0”形密封圈等處泄漏也會(huì)引起單方向動(dòng)作遲鈍。

4.4 調(diào)節(jié)閥不穩(wěn)定或產(chǎn)生振蕩

調(diào)節(jié)閥徑選擇過大。經(jīng)常在小開度下工作或單座閥介質(zhì)在閥內(nèi)流動(dòng)方向與關(guān)閉方向相同。在閥芯與補(bǔ)套嚴(yán)重磨損，也可使調(diào)節(jié)閥在任何開度都發(fā)生振蕩。

4.5 調(diào)節(jié)閥泄漏量大

閥芯與閥座腐蝕、磨損而造成，有時(shí)也可能因閥體內(nèi)有異物、閥芯被墊住關(guān)不嚴(yán)，造成泄漏量大。另外，閥門定位器和電器轉(zhuǎn)換期是調(diào)節(jié)閥的輔助裝置，它們接受調(diào)節(jié)器的輸人信號(hào)，然后以它自己輸出信號(hào)去控制調(diào)節(jié)閥，特別是閥門定位器，與氣動(dòng)閥配套使用構(gòu)成一閉環(huán)控制回路，用以提高調(diào)節(jié)閥控制精度?？朔盍虾c閥桿的摩擦力，提高閥門動(dòng)作速度，可實(shí)現(xiàn)分段控制（段幅信號(hào)）改變調(diào)節(jié)閥的流量特性。因此，要想取得理想的調(diào)節(jié)效果，必須使調(diào)節(jié)閥與定位器配合好，應(yīng)用閥門定位器以提高調(diào)節(jié)閥的定位精度及工作可靠性，確保調(diào)節(jié)質(zhì)量。