调节阀概述及发展
日期:2021/03/27
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1最早诞生的调节阀是什么调节阀?
20世纪20年代,原始的稳定压力用的调节阀问世,至今已有八九十年的发展历史了,先后产生了十大类的调节阀产品,如自力式阀和定位器等。时下,调节阀已成为过程控制工业中最常用的、重要的终端控制元件。目前,随着新的过程控制方法和系统的发展,对调节阀的要求会越来越高,但调节阀的发票现状却不能令人乐观,若不努力改变这状况,调节阀将仍是工业自动化控制发展几十年中的老大难问题。
220世纪60年代以前诞生了哪几种调节阀?
20世纪30年代:以“V”型缺口的双座阀和单座阀为代表产品V型调节球阀问世。
20世纪40年代:出现定位器,调节阀新品种进一步产生,出现隔膜阀、角型阀、蝶阀、球阀等。
20世纪50年代:球阀得到较大的推广使用,三通阀代替两台单座阀投入系统。
3我国调节阀生产形成完整系列是在什么时候?
20世纪60年代,在国内对上述产品进行了系列化的改进设计和标准化、规范化后,才有了我国自有的完整系列产品。现在我国还在大量使用的单座阀、双座阀、角型阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、球阀七种产品仍然是六十年代水平的产品。
4套筒阀和偏心阀是在什么时候诞生的?
20世纪60年代,国外开始推出了第八种结构调节阀新产品——套筒阀,最推崇的是Fisher公司的。
20世纪70年代,又一种新结构的产品——偏心旋转阀问世,成为第九大类结构的调节阀品种,这一时期,套筒阀在国外被广泛应用。20世纪70年代末80年代初,国内研究机构和生产厂商联合设计了套筒阀,使我国有了自己的套筒阀系列产品。
520世纪80年代,调节阀制造取得什么重大进展?
20世纪80年代初,由于改革开放,中国成功引进了石化装置和调节阀技术,使套筒阀、偏心旋转阀得到了推广使用,尤其是套筒阀,大有取代单、双座阀之势,其使用越来越广。80年代末,调节阀又一重大进展是日本的Cv3000和精小型调节阀,它在结构方面只是将单弹簧的气动薄膜执行机构改为多弹簧式薄膜执行机构,阀的结构只是改进,不是改变。它的突出特点是使调节阀的重量下降30%、高度下降30%,流量系数提高30%。在这之后,国内才有了自己设计的精小型阀产品。
CV3000精小型阀与典型老式阀的比较见图1-1。
620世纪90年代,调节阀有哪些重大突破?
20世纪90年代的发展重点是在调节阀可靠性、特殊疑难产品,如高温、高压、耐腐蚀等方面的攻关、改进、提高上。到了90年代末,推出了第十种结构的产品——全功能超轻型调节阀。它突出的特点是在可靠性上、功能上和重量上的突破。
功能上的突破——唯一具备全功能的产品,故可由一种产品代替众多功能上不齐全的产品,使选型简化、使用简化、品种简化。
重量上的突破——比主导产品单座阀、双座阀、套筒阀轻70~80%,比精小型阀还轻40~50%。
可靠性的突破——解决了传统阀一系统不可靠性因素,如密封的可靠性、定位的可靠性、动作的可靠性等。
该产品的问世,使中国的调节阀技术和应用水平达到了九十年代末先进水平;它是对调节阀的重大突破;尤其是电子式全功能超轻型阀,必将成为下世纪调节阀的主流。
全功能阀与老式阀、CV3000和精小型阀的直观比较如图1-2、图1-3所示。
7调节阀在使用中存在哪些问题?
调节阀是工业自动化仪表中使用问题最多的产品,也是更新换代最慢的产品。调节阀在使用中存在的问题如下:
(1)调节阀不像仪表,太笨重;
(2)品种、规格繁多,工厂管理复杂,维护工作量大;
(3)泄漏大;
(4)经常堵卡、动作迟钝;
(5)寿命短
(6)推力不够、阀关不严;
(7)流量系数小,调节范围小;
(8)阀外漏;
(9)振动、振荡、啸叫。
在对上述问题作进一步的归纳分析后,最突出的问题有以下四个。
(1)笨重。一台DN200的阀重700-800KG,一台DN300的阀重900-1000KG,对它们的运输、安装、维护都必须要起用吊车才能够进行,用户对此反映极为强烈。
(2)品种规格繁多,单、双座阀、套筒阀等产品由于压力、温度、特性等参数不同,总计达10000多个规格,造成调节阀选型、工厂管理复杂化。
(3)汇漏大。一是产品结构缺陷所致;二是没有考虑密封的可靠性;三是执行机构推力不够。
(4)调节阀堵卡。阀的流路复杂,不干净介质必定造成堵卡。
第二节调节阀在系统中的作用与重要性
8人工控制存在什么问题?
图1-4所示是人工控制液位示意图。液体连续不断地通过入口阀门2流入储槽1,同时又不断地通过出口阀门4流出。可以看出,槽内液位将随着流入量或流出量而波动,波动严重时,槽内流体可能溢出或抽空。要解决这个问题,使液位保持在某一范围内,最简单的办法是安装一个玻璃管液位计3。以液位计的上、下限刻度线为标准,当液位上升到接近上限刻度时,可以开大出品阀门的开度,或关小进口阀门的开度;当液位下降到接近下限刻度时,可以关小出口中阀门或开大进口阀门的开度,这样就避免了储槽因液位过高而溢流,或因液位下降而抽空的事故发生,使液位保持在某一范围内。这个过程是由人直接控制的,所以叫人工控制。
(1)控制精度差。当液位要求较精确,即液位上、下限变动范围要求小时,因人意识的反映到手动操作有一个过程,会造成液位控制超差。
(2)响应时间慢。
(3)疲劳失误。
9一个简单的控制系统是怎样组成的?
若用一套自动化仪表控制装置来实现第8问的液位控制过程,则叫自动控制,如图1-5所示。
由图可知,储槽液位经测量由变送器3以特定的信号输送给调节器4,调节器将变送器送来的信号(气压、电流等)与工艺上需要的液位高度给定信号进行比较,按设计好的去处规律得出结果,并以特定的信号(气压与电流)输送给调节阀6,调节阀根据调节器的信号开始动作,自动改变阀门的开度。这样,自动控制就代替了人工控制。这一套自动化装置和被控制的液体储槽就构成了自动控制系统。
在自动控制系统中,生产工艺介质及设备(如液体储槽)就叫被控对象(简称对象)。被控对象的输出量即为系统的被调参数(如液位)。在主控系统中,用来设定被调参数的预期值的输入量叫设定值(又称参与量)。在研究自动控制系统时,为了表示各个组成环节之间的相互影响和信号联系,一般用方块图来表示系统的组成。如图1-6所示,每个方块表示组成系统的一个环节,两个环节之间用一条带有箭头的线条表示其相互关系,箭头指向环节表示对这个环节输入,箭头离开环节表示从这个环节输出。
10为什么称调节阀是生产过程自动化的“手脚”?
根据第9题中所述和方块图可知,调节阀、变送器、调节器、显示仪表等与被控对象组成自动调节系统。调节阀根据调节器输出的调节信号直接作用于被控对象,使被调参数回到设定值,从而使生产过程正常进行。显然调节阀是自动调节系统中一个终端控制仪表,因而称作生产过程自动化的“手脚”。
11为什么应重视调节阀的作用?
调节阀是直接安装在工艺管道上的,其使用条件较恶劣的环境下,如高温高压、尝试冷冻、极毒、易燃、易渗透、易结晶、强腐蚀和高黏度等环境。它的好坏直接影响到系统的质量,从而影响最终产品的质量及系统运行的效益。如果选型不当或维护不善,就会发生问题。例如,有的调节回路怎样也稳定不好,一直振荡,若在选型上作了改进,将线性特性阀芯改为对数特性阀芯或改变流向之后,调节品质会大有改善;又如,有些调节过程中出现持续振荡,原因不在于调节器的比例度的过大或过小,而是由于阀门填料函的干摩擦太大,动作很不灵活;再如,调节阀的泄漏将造成厂区污染,甚至造成事故等。因此,应重视调节阀的作用,加强对其的维护和保养。
第三节有关调节阀的概念、术语
12调节阀的简要定义是什么?
调节阀又称控制阀,它是过程控制系统中用董丽操作区改变流体流量的装置。调节阀由执行机构和阀组件组成。如图1-7所示,执行机构起推动作用,而阀起调节流量的作用。
13什么是气动调节阀?
调节阀是由两部分组成,如果其中的执行机构是以压缩空气为动力源,则该调节阀称为气动调节阀。见图1-7a。
14什么是电动调节阀?
如果调节阀的执行机构是以电为动力源,则该调节阀称为电动调节阀。见图1-7b
15什么是液动调节阀?
只要把气动调节阀中的气动执行机构改为液动执行机构,便形成液动调节阀。液动执行机构典型代表是液压缸,它主要有单活塞液压缸和摆动式液压缸。
16什么是角形成调节阀?什么是直行程调节阀?
调节阀按阀芯(截流元件)的运动方式分为直行程调节阀(直行程阀)和角行程调节阀(角行程阀)两类。
阀的截流元件(阀芯、阀塞、阀板等)在流体通道里做直线运动称直行程阀。
阀的截流元件(阀芯、阀塞、阀板等)在流体通道里做旋转运动称角行程阀。
17直行程阀有哪些品种?
直通单座阀 体内只有一个阀芯做线性运动,阀体内具有一个阀座的阀,见图1-8a
直通双座阀 体内有两个阀芯做线性运动,阀体内有两个阀座的阀,见图1-8b。
套筒阀 在阀体内安装有阀笼(套笼)、阀塞,阀塞做直线运动,见图1-8c
角形阀 阀芯做线性运动,两阀口中心成直角,见图1-8d
三通阀 阀芯做线性运动,阀体上有三个通口,见图1-8e
隔膜阀 阀内装在一块隔膜片,隔膜的上下动作来改变它与阀体堰面间的流通面积,完成调节作用,而当阀芯将隔膜压紧在堰面上时,就将介质完全切断,见图1-8f。
18角行程阀有哪些品种?
蝶阀 阀轴带动阀板旋转,实现流体调节或切断,见图1-8g
球阀 阀轴带动球体或部分球体旋转,球体上有一个通过它的流体通道,流体通道中心与管道中心一致时,阀具有最大流量,流体通道中心与管道中心垂直时,则阀处理切断状态,见图1-8h。
偏心旋转阀 阀轴带动偏心球塞旋转,由于偏心球塞会塞进或偏离阀座,可以减少摩擦和磨损,见图1-8i。
全功能超轻型调节阀 综合了旋转类阀的共同特点,配上“日”字形支架与轻便型 的活塞执行机构、电子式执行机构相连接,见图1-8i。
19调节阀按通道来划分有几种类型?
有三种类型:直通调节阀、三通调节阀、角形程调节阀。
20何谓自力式调节阀?
直接利用被调介质的能量来推动调节阀,实现自动控制。故其也称为直接作用调节阀,显然它不需要外部能源,见图1-9.
21第一代调节阀具备的特征是什么?
从20世纪初以后的近百年时间里,调节阀还处于第一代产品的水平上。其调节阀的特征是:
①以20世纪六七十年代水平的单座阀、双座阀、套筒阀为主导产品;
②这代产品功能不齐全,不得不依靠扩充产品品种、变型来适应各种不同的场合,造成了品种规格繁多,对调节阀使用、计算、选型、调校、维护、备件等要求特别高;
③可靠性差,使用时出现的问题多;
④十分笨重。
现今,比较盛行的CV3000、精小型阀与传统老产品相比多了三个30%:重量下降30%;高度下降30%;流量系数提高30%。但它们没带来质的突破,只是对传统产品作了改进而已。
22第二代调节阀具备的特征是什么?
第二代产品从可靠性、功能、重量上应有质的突破。其调节阀的特征是:
①全功能超轻型调节阀代替了众多可靠性差、功能不齐全、又十分笨重的产品,代替了第一代的主导产品单座阀、双座阀、套筒阀,成为第二代主导产品;
②电子式电动全功能超轻型调节阀逐步取代传统的因原执行机构可靠性差,不得不采用的“气动阀+电气阀门定位器+气源”的组合方式。
从外观上看,第二代产品应具备轻型化、小型化、仪表化的特征。
23第三代调节阀具备的特征是什么?
其突出特征是智能化,并满足现场总线的要求,在应用上的特点是:
①与计算机接口;
②自诊断使可靠性更加提高,故障率进一步下降;
③改良阀的特性曲线,从而改变阀的调节品质;
④调节阀的品种以及对调节阀的使用要求进一步的简化;
⑤指标上,满足现代工业要求达到新的性能水平,例如一些工业部门推出的新的流程与系统对调节阀提出的一些苛刻的要求。
第四节现代工业对调节阀的使用要求
24“让调节阀简单起来”为什么是21世纪调节阀应用技术的方向?
为传入抹布代是工业自动化的老大难问题,分析其原因,是因为阀的工作条件的复杂性与阀的结构的复杂性、品种多相矛盾。所以,应该让调节阀简单起来,因为只有简单才能带来更高的可靠性。
调节阀简单起来是指其结构与运用的简单,要达到此目的,还需要相关人员不断努力。让调节阀简单起来的内容包括:
①简化计算(完善计算技术);
②简化选型(提高阀功能);
③减少品种(减少备品配件管理);
④减轻重量(方便维护安装);
⑤提高工艺性,提高可靠性。
25随着现代工业的发展,对调节阀提出了哪些更高、更严格的要求?
①要求调节阀的质量更稳定,工作更可靠,操作更安全;
②更严格的环保标准;
③更高的节能指标;
④适应新的工业部门或工艺的特殊要求,如高温、高压、大压差、大温差、不干净介质的复杂工况下,要求阀的硬密封、紧急切断泄漏率达到气泡级要求。
26怎样确保调节阀的质量?
为了保证调节阀的质量,调节阀的选用要经过正确的计算;类型、口径、各项性能都要符合要求;调节阀各种重要零件的材料要严格的挑选;要有足够的强度和刚度;要按照国家标准通过耐压试验,气密性等试验;生产厂家的制造技术和测试方法必须符合标准,要由主管部门鉴定认可。
27怎样确保调节阀可靠的操作性?
确保调节阀可靠的操作性,这里不仅指调节阀本身的制造质量,还涉及到调节阀的正确计算、调节阀选型,以及包括对操作人员的培训和素质的提高。为了防止误操作,工艺人员一定要注意铭牌所标的注意事项,根据我国新气动调节阀新标准(GB/T4213―92),执行机构的铭牌至少要标出制造厂名、产品型号、额定流量系数、设计位号、产品编号及制造年月等项;阀体上则要铸出或冲出表示介质流动方向的箭头和“DN”数值以及“PN”的字样及数值,也可以标志在与阀体牢牢固定的铭牌上。重要的调节阀都要装有足够的附件,如阀门定位器、极限开关等。要有足够的安装空间和操作空间,有足够的照明,有严格的操作规程。
28为什么调节阀有些要有应急装置?
当高压气体设备发生事故时,为防止直接损害其他设备,必须在连接设备的管路上安装切断装置,必要时安装快速切断阀,对快速切断阀的泄漏量要有严格规定。在容易发生火灾的场合,要从结构上考虑到调节阀的耐火性,或者使用防火涂层等方法。应急的装置有防火袋,它在几分钟之内就可以套上,袋的材料含有多层的陶瓷纤维或玻璃纤维;还可以采用连杆保护的方法,夹持元件可以使用一些易熔连杆、电热连杆,这些连杆受热时启动,在着火的危险时刻断开,合阀移动到一个保险的位置。
29调节阀是怎样影响环境的?如何防止调节阀污染大气?
公众和社会对保护环境有强烈的要求,调节阀对环境潜在的不良影响主要是大气污染、土地污染和噪声问题。因此,在调节阀的生产、使用中应该有相应的对策。"跑、冒、滴、漏"是许多化工厂、炼油厂常见的公害,也是不易解决的问题。设备泄漏不仅浪费大量宝贵的物料和能源,而且污染环境,使大气污染,诱发中毒,引起火灾和爆炸。
为了防止大气污染,阀的密封部位不能泄漏,要注意密封方法和密封材料的选用。当流体有毒性时,例如氯气或一氧化碳等介质,就要考虑用波纹管密封或采用更可靠的密封方法。为了防止更为严重的辐射性流体的世漏,必须要遵照核电站的使用要求和规定,采用特殊的方法防止问题的出现。
30怎样防止调节阀的噪声?
在使用调节阀的环境保护问题中,噪声问题十分突出。由于调节阀的使用,必然造成流体的减压、速度变化和振动,噪声的产生是难以避免的,问题是要控制其噪声的大小。在过程装置中,能产生噪声的设备有电动机、泵、压缩机、锅炉、调节阀等,而调节阀的噪声占有很大比例。调节阀噪声的类型有机械噪声、液体动力噪声和空气动力噪声。针对其产生机理,在选用调节阀时应作出预估和提出防止措施。
31怎样实现调节阀在应用中的节能?
要把节能问题和调节阀的选型、使用、安装和维修联系起来。
①采用低阻抗阀门,使流体流过阀门的阻抗最小,减少能耗。在使用球阀时,在全开状态下,球芯孔与管道口径如果相同,就可以节约压缩机等设备的电力消耗。与某些传统阀相比,凸轮挠曲阀有更的容量,可以在较小压差的情况下进行相同流量的调节,达到减少能耗的目的。利用一些阀内件结构改变的阀门,例如使用低s值调节阀,能够达到节能的目的。
②提高阀芯、阀座的密封性能。阀芯、阀座密封性能不好,阀门就不能完全关闭,泄漏引起的的压力下降将造成动力损失。为了提高密封性,可以采用惨有玻璃纤维的聚四氟乙烯或石墨等材料来代替纯聚四氟乙烯阀座,次用高硬度的密封垫片,采用迷宫式密封面等办法,同时还要保护密封面不受损伤。
③尽量使用电动执行机构。采用气动执行机构要始终保持一定的气压才能动作,这样一年所消耗的能源很多。如果用电动执行机构,只需在改变开度时供电。但阀达到所需的开度就停止供电。虽然电动执行机构造价高,防爆性能差,但从节能的角度看,其有明显的优势。
32调节阀如何满足液化天然气生产过程的需要?
液化天然气是一种洁净的能源,它可以解决燃烧石油后产生污染大气的公害问题。由于生产液化天然气装置的流体温度低达-162摄氏度,在这种低温情况下,对低温调节阀及其所用的材料和结构都有新的要求,关键在于解决材料的强度、脆裂性和变形问题,要求动作部分不能冻结。
33液化煤浆生产中使用的调节阀需要考虑哪些问题?
在液化煤浆生产中,要将煤粉粉碎后与溶剂混合,再经过一系列处理和脱硫,得到一种优质燃料——液化煤浆。用于这种系统的调节阀受煤浆的高速冲刷,会很快磨蚀而损坏,材料的硬度、耐磨性、耐热性及韧性都很重要。解决这一问题除选用适用的材料外,还可以采用分段式和迷宫式结构来缓和煤浆的冲刷作用。
34核电站控制系统中使用的调节阀应满足哪些要求?
在核聚合反应过程中控制超电导的低温液态氦,这种阀必须满足下面的要求:
①具有防止放射性物质外泄的结构;
②优良的动作性能;
③调整、维修简便;
④材料能经受放射性照射;
⑤不能使用禁忌物质(如含氯等卤素材料)。
可见,与常规阀门相比,这种调节阀的设计、制造、高难、检查和使用环节更特殊、更严格,为了确保安全,必须从各方面给予保证。
第五节调节阀的使用功能
35调节阀有哪几个主要功能?
调节阀的主要功能共有九个:调节、切断、克服压差、防堵、耐蚀、耐压、耐温、重量、外观。
36调节阀的调节功能主要表现在哪几个方面?
调节阀的首要功能就是调节,其主要表现在五个方面:
1.流量特性。
2.可调范围R。
3.小开度调节性能。
4.流量系数Kv。
5.调节速度(响应时间)满足系统对阀动作的速度要求。
37何谓流量特性?
流量特性是反映调节阀的开度与流量的变化关系,以适应不同的系统特性要求。如对流量调节系统反应速度快,需对数流量特性;对温度调节系统反应速度慢,需直线流量特性。流量特性反映了调节阀的调节品质。
38何谓可调范围R?
可调范围反映调节阀控制的流量范围,用R=Qmax/Qmin之比表示。R越大,调节流量的范围越宽,性能指标就越好。通常阀的R=30;好的阀,如V形球阀的R=50;全功能超轻型的R可达100-200。
39调节阀的小开度工作性能应当怎样?
有些阀爱到结构的限制,小开度工作性能差,产生启跳、振荡,R变得很小(即Qmin很大),如双座阀、衬胶蝶阀。好的阀小开度应有微调功能,即可满足很小流量的调节,且工作又十分平衡,这类阀如V形球阀、偏心旋转阀、全功能超轻型阀。
40流量系数表示阀的何种功能?
流量系统(Kv)表示阀通过流量的能力,同口径的阀,Kv值越大越好。角行程阀(球阀、蝶阀、全功能超轻型调节阀)是直行程阀(单座阀、双座阀、套筒阀)的2-3倍。41调节阀的切断功能用什么指标来表示?
切断功能由阀的泄漏指标来表示,切断通常指泄漏量小于0.001%,最高级别为VI级(气泡级),它反映阀的内在质量。
42调节阀的克服压差功能用什么表示?为什么旋转类阀使用会越来越多?
调节阀的克服压差功能通常用阀关闭时的允许压差来表示,允许压差越大,此功能也就越好。如果考虑不周全,阀芯就会被压差顶开,造成阀关不到位,泄漏量越标。因此,保证阀切断就必须克服阀关闭时的工作压差。通常,单密封阀的允许压差小,如单座阀、角形阀、隔膜阀、三通阀;双密封阀和转动类阀的允许压差大,如双座阀、球阀、全功能超轻型调节阀。从泄漏量与克服压差两者来看,单密封阀泄漏小,但允许压差;双密封阀泄漏大,允许压差大;只有旋转类阀泄漏量又小,允许压差又大。这就是旋转类阀使用越来越多的重要原因之一。
43为什么对调节阀提出了防堵功能要求?哪类阀的防堵性好?
对不干净介质,或者即使是干净介质,但管道中有焊渣等杂物的调节都可能造成阀堵塞或被卡住。因此,要求阀应有较好的防堵功能,使之正常调节。防堵性最好的是流路最简单的旋转类阀,如球阀、蝶阀、偏心阀、全功能超轻型调节阀;流路复杂的阀、上下衬套导向的阀易造成堵卡,如单座阀、双座阀、套筒阀等。旋转类阀不只是防堵功能好,而且泄漏又小,允许压差又大,因此它的使用将会越来越广泛。
44怎样提高耐蚀功能,以提高阀的寿命?
阀的腐蚀是由介质的化学性能引起的材质被腐蚀问题,通常选用耐腐蚀的材料来解决;冲蚀是由高速流动的介质、含颗粒的介质和产生闪蒸被空化的介质所致。解决的途径是选用耐磨的材料例如耐磨损蝶阀,结构上采用反汽蚀、反冲蚀的措施。对高压安全阀、大压差工作的高压调节阀、含颗粒介质使用的调节阀需重点考虑此问题。
45耐压功能反映了调节阀的什么指标?
它反映阀的强度和安全指标,即介质不能通过密封处和阀体缺陷处向外渗漏。出厂时通常用1.5倍PN做试验来检验。对高压介质如使用闸阀最好使用锻件结构的锻钢闸阀。铸铁阀的耐压强度是最低的,通常应选铸钢阀。46耐温功能是为了确保调节阀的什么指标?
材料的强度和硬度是材料具有的温度的函数,高温会使阀体材料的强度降低。为了满足不同温度条件下阀的强度指标的要求,必须对阀用材料的耐温性仔细斟酌,对阀的结构进行合理设计,以保证阀在工作温度下有较好的强度和安全保证。
在耐温考虑中,除考虑温度外,还应考虑温差(如压力考虑压差一样)带来的影响。
47为什么对调节阀有外观及重量的要求??
工业产品要求具有悦目的外观;在满足功能的前提下轻型化,小型化,这样不但可以节省材料,而且方便运输与安装。目前,调节阀比较理想的外观是电子式全功能超轻型阀。
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