氣動薄膜式調節閥設計選型

【資料簡介】

1、氣動薄膜式調節閥設計選型概述

氣動調節閥是以壓縮氣體（常采用凈化壓縮空氣）為動力源，以氣缸為執行器，并根據實際需求可選配電/氣閥門定位器、電/氣轉換器、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動閥門，來實現調節目標，接收工業自動化控制系統的控制信號來完成調節管道介質的，比如流量、壓力、溫度、液位等各種工藝過程參數。

氣動薄膜調節閥由閥芯和閥體（包括閥座）兩部分組成，按不同的使用要求有不同的結構形式，目前的氣動薄膜調節閥主要有直通單座閥、雙座調節閥和高壓角式調節閥。直通單座閥泄漏量小，流體對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合。直通雙座閥閥體內有上下兩個閥芯，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。但由于閥體內流路復雜，用于高壓差時對閥體的沖蝕損傷較嚴重，不宜用于高粘度、含懸浮顆粒或含纖維的介質。此外由于受加工條件的限制，雙座閥上下兩個閥芯不易同時關嚴，所以關閉時泄漏量大，尤其是在高溫或低溫的場合下使用時，因材料的熱膨脹系數不同，更易引起嚴重的泄漏。角式高壓閥閥體為直角式，流路簡單、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的流體，也可用于處理汽液混相，易閃蒸汽蝕的場合。這種閥體可以避免結焦、粘結和堵塞，便于清潔和自凈。

 

 

2、氣動薄膜式調節閥設計選型工作原理

自工業控制系統如DCS、PLC等系統送出4-20ma電流信號，送至氣動調節閥定位器。定位器根據所接收到的電流值，自動調節壓縮空氣量（壓力）的大小，并將壓縮空氣送至膜室上/下腔。當膜室內的氣壓大于彈簧的彈力范圍及閥體內部壓力和其它阻力時，就可以推動閥芯、閥桿、推桿等構件自由運動了。

1.2 根據安全性選型

氣動薄膜調節閥有氣開閥和氣閉閥兩種形式。根據不同生產工藝上的安全和使用要求考慮，當信號壓力中斷時調節閥處于打開或關閉位置，對工藝生產造成的危害性大小而定。如果閥門處于關閉位置時危害小，則選用氣開閥，信號壓力中斷時，使調節閥處于關閉位置，反之，則選用氣閉閥。

1.3 流量特性

在自控系統的設計過程中選擇氣動薄膜調節閥應著重考慮流量特性。典型的理想特性有直線流量特性、等百分比流量特性（對數流量特性）、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開度變化相同的情況下，流量小時流量相對變化值大；流量大時，流量相對變化值小。因此，直線流量調節閥在小開度（小負荷）情況下調節性能不好，

不易控制，往往會產生振蕩，故直線流量特性調節閥不宜用于小開度的情況，也不宜用于負荷變化較大的調節系統，而適用于負荷比較平穩，變化不大的調節系統。百分比流量特性的調節閥在小負荷時調節作用弱，大負荷調節作用強，它在接近關閉時調節作用弱，工作和緩平穩，而接近全開時調節作用強，工作靈敏有效，在一定程度上，可以改善調節品質，因此它適用于負荷變化較大的場合，無論在全負荷生產和半負荷生產都較好的起調節作用。

 

 

1.4 調節閥口徑的選擇

應根據已知的流體計算出所要求的流量系數CV，再根據產品技術參數表選取合適的調節閥口徑。在計算CV時要注意液體、氣體、水蒸氣和其它蒸氣的區別。

3、氣動調節閥的彈簧范圍

彈簧范圍：是指一臺閥在靜態啟動時的膜室壓力到走*行程時的膜室壓力。20～100KPa，表示這臺閥靜態啟動時膜室壓力是20KPa，關閉時的膜室壓力是100KPa。常用的彈簧范圍有20～100KPa、20～60KPa、60～100KPa、60～180KPa、40～200KPa。

4、氣動薄膜式調節閥設計選型的FO與FC

氣動調節閥的動作類型分兩種：氣開型（Air to Open）和氣關型（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。反過來，當空氣壓力減小時，閥門向關閉方向動作，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閉型（Fail to Close FC）。

氣關型：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）。氣動調節閥的氣開或氣關，通常由閥體內部結構和執行機構的不同組裝方式實現的。

5、氣動薄膜式調節閥設計選型氣動調節閥FO的兩種形式

A:氣源進膜室上腔，彈簧位于膜室下腔，閥芯正裝，進氣后閥門關閉。

B：氣源進膜室下腔，彈簧位于膜室上腔，閥芯反裝，進氣后閥門關閉。

6、氣動調節閥FC的兩種形式

A:氣源進膜室下腔，彈簧位于膜室上腔，閥芯正裝，進氣后閥門打開。

B：氣源進膜室上腔，彈簧位于膜室下腔，閥芯反裝，進氣后門打開。

值得一提的是，目前絕大多數場合閥體內部結構采用閥芯正裝。

7、氣動調節閥定位器的簡介閥門定位器：經過不同時期的發展，有機械式的，有智能型的，早期還有別的類型，閥門定位器是調節閥的主要附件，通常與氣動調節閥配套使用，它接收控制系統的輸出信號，然后以它的輸出信號去控制氣動調節閥，當調節閥動作后，閥桿的位移又通過機械裝置反饋到閥門定位器。閥位狀況可以通過電信號，或者另外加閥位開關將數字量信號傳給工業控制系統,也可以不傳輸。

通常情況下輸入定位器信號增大時，定位器輸出氣信號增大的為正作用，反之（定位器輸出氣信號減小）為反作用，定位器單體的正反作用與執行機構及閥體無關。

閥門定位器的正作用：

輸入電流信號增大時，輸出到膜頭的氣壓增大；

閥門定位器的反作用：

輸入電流信號增大時，輸出到膜頭的氣壓減小

8、氣動薄膜式調節閥設計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

AO輸出電流值	膜室理論氣壓值	理論閥門開度
4ma	20kpa	0%
8ma	40kpa	25%
12ma	60kpa	50%
16ma	80kpa	75%
20ma	100kpa	99%

B:氣開閥（氣源故障型式為FC），定位器反作用

AO輸出電流值	膜室理論氣壓值	理論閥門開度
4ma	100kpa	99%
8ma	80kpa	75%
12ma	60kpa	50%
16ma	40kpa	25%
20ma	20kpa	0%

C:氣關閥（氣源故障型式為FO），定位器正作用

AO輸出電流值	膜室理論氣壓值	理論閥門開度
4ma	20kpa	99%
8ma	40kpa	75%
12ma	60kpa	50%
16ma	80kpa	25%
20ma	100kpa	0%

D:氣關閥（氣源故障型式為FO），定位器反作用

AO輸出電流值	膜室理論氣壓值	理論閥門開度
4ma	100kpa	0%
8ma	80kpa	25%
12ma	60kpa	50%
16ma	40kpa	75%
20ma	20kpa	99%

 

 

 氣動薄膜式調節閥設計選型的安裝

調節閥安裝是否合理，不僅關系到調節閥的安裝、拆卸和維修方便與否，也決定了調節閥能否在自動調節系統中起到良好的調節作用，安裝調節閥時應注意以下幾點：

① 調節閥應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，一般要加支撐。

② 為了防止調節閥膜片老化，延長使用壽命，安裝時應盡量遠離高溫、振動和腐蝕嚴重的環境。

③ 為了便于維護檢修，調節閥應安裝在靠近地面或樓板的地方，為了檢修拆卸方便，應注意調節閥距離地面（或樓板）留有適當的高度，對于正作用氣開式調節閥，因閥芯拆卸時需從閥體下面取出，調節器閥距地面（或樓板）更應有足夠的距離。

④ 為了調節閥和調節系統出現故障時不致影響生產和發生安全事故，一般都需要安裝旁路和旁路閥。但旁路閥不能安裝在調節閥的正上方，以免旁路閥內腐蝕性介質泄漏到調節閥上。調節閥前、后安裝截止閥，對于高溫、高壓、高壓、易凍、易粘稠介質，還要安裝排泄閥。

 

 

3氣動薄膜式調節閥設計選型的檢修

① 閥體內壁。對使用于高壓差及有腐蝕性介質場合的閥體內壁易受介質沖擊和腐蝕，必須重點檢查耐壓、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表面，是否因受腐蝕而使閥座松馳。

③ 閥芯。閥芯是調節閥工作時的可動部件，受介質沖蝕最嚴重，特別是在高壓情況下工作，閥芯因汽蝕現象磨損更為嚴重檢修時需認真檢查。

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 氣動薄膜式調節閥設計選型的常見故障

4.1 調節閥不動作

原因：沒有信號壓力或雖有信號壓力但膜片裂損、膜片漏氣，膜片推力減小；閥芯與閥座或襯套卡死，閥桿彎曲等原因使調節閥不能動作。

4.2 調節閥動作正常，但不起調節作用

原因：閥芯脫落，此時，雖然閥桿動作正常，但閥芯不動，因此無調節作用。另外管道堵塞，也會出現調節閥不起調節作用的現象。

4.3 調節閥動作遲鈍或跳動

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

4.4 調節閥不穩定或產生振蕩

調節閥徑選擇過大。經常在小開度下工作或單座閥介質在閥內流動方向與關閉方向相同。在閥芯與補套嚴重磨損，也可使調節閥在任何開度都發生振蕩。

 

 

4.5 調節閥泄漏量大

閥芯與閥座腐蝕、磨損而造成，有時也可能因閥體內有異物、閥芯被墊住關不嚴，造成泄漏量大。另外，閥門定位器和電器轉換期是調節閥的輔助裝置，它們接受調節器的輸人信號，然后以它自己輸出信號去控制調節閥，特別是閥門定位器，與氣動閥配套使用構成一閉環控制回路，用以提高調節閥控制精度。克服填料函與閥桿的摩擦力，提高閥門動作速度，可實現分段控制（段幅信號）改變調節閥的流量特性。因此，要想取得理想的調節效果，必須使調節閥與定位器配合好，應用閥門定位器以提高調節閥的定位精度及工作可靠性，確保調節質量。