控制阀选型与维护精选PPT.ppt
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1、控制阀选型与维护第1页,此课件共54页哦导 语在现代化装置的自动化控制当中,调节阀起着十分重要的作用。这些生产装置的生产取决于流动着的液体和气体的控制。这些控制无论是能量的交换、压力的调节,都是靠最终的控制元件去完成。最终控制元件调节阀可以认为是自动控制的“手脚”。调节阀的型式多种多样,因型式的不同,调节阀在自动化生产中往往因各种各样的原因出现多种故障,而每一种故障的出现都会产生不同的后果,影响装置的正常运行,可能造成不可挽回的损失。现就调节阀常出现的一些故障及相应的处理方法汇编以下内容。第2页,此课件共54页哦第一部分概论第3页,此课件共54页哦 先进的现代工业是以生产自动化为标志的。各种先
2、进的控制手段虽然不断出现,但基本的控制规律没有改变而技术工具的变化则是日新月异。智能仪表的研制和使用更为工业自动化开创了美好的未来。右图是一个典型的热交换器的自动调节系统图。从图中可以看出,调节阀的信号来自调节器,根据信号的变化直接改变蒸汽被调介质的流量,即改变输入到对象(热交换器)的热量,使出口热水的温度保持在给定的温度值。这种典型的自动化控制系统主要有三个环节检测、控制、执行三大部分。概 论第4页,此课件共54页哦阀门自动阀驱动阀自力式阀止回阀手动阀气动阀电动阀液动阀电液动阀管道阀门的分类第5页,此课件共54页哦控制阀气动调节阀附件阀电动调节阀附件气动执行机构电动执行机构阀门定位器阀位传送
3、器电气转换器手动机构三断保护薄膜执行机构活塞执行机构长行程执行机构滚动膜片执行机构比例式两位式直装式侧装式正作用反作用角行程直行程多转式按调节型式按移动型式按阀芯型式按流量特性按阀盖型式调节型切断型调节切断型直行程角行程直线特性等百分比抛物线快开普通型散热型长颈型波纹管密封型平板型柱塞型窗口型套筒型多级降压型偏转型蝶型球型第6页,此课件共54页哦第二部分控制阀的计算第7页,此课件共54页哦控制阀的计算包括:1.流通能力计算2.开度计算3.调节比验证4.噪声预估5.关闭力的计算控制阀的计算第8页,此课件共54页哦控制阀通径是根据工艺数据经计算得出1.工艺管道参数2.介质状态及物理参数3.工艺要求
4、参数:入口压力、出口压力、温度及流量4.其他要求计算采用公式法1.IEC60534标准规定的计算方法2.GB/T 17213.2 标准规定的计算方法控制阀通径的确定第9页,此课件共54页哦控制阀和普通的阀门一样,是一个局部阻力可以改变的节流元件。当流体流过调节阀时,由于阀芯、阀座所造成的流通面积的局部缩小,形成局部阻力,与孔板类似,它使流体的压力和速度产生变化,见图。流体流过调节阀时产生能量损失,通常用阀前后的压差来表示阻力损失的大小。控制阀计算的理论基础第10页,此课件共54页哦如果调节阀前后的管道直径一致,流速相同,根据流体的能量守恒原理,不可压缩流体流经调节阀的能量损失为:式中:H单位重
5、量流体流过调节阀的能量损失;P1调节阀阀前的压力;P2调节阀阀后的压力;流体密度;g重力加速度。v流体的平均流速控制阀的阻力系数Q流体的体积流量A控制阀连接管的横截面积如果调节阀的开度不变,流经调节阀的流体不可压缩,则流体的密度不变,那么,单位重量的流体的能量损失与流体的动能成正比,即:流体在调节阀中的平均流速为:公式来源的推导第11页,此课件共54页哦综合上述三式可得调节阀的流量方程式为:若方程式中个参数采用下属单位:Acm2P1、P2100kPag/cm3Qm3/h将式改写为:该式即是控制阀实际应用的流量方程。可见,当调节阀口径一定,并且调节阀两端压差不变时,阻力系数减小,流量增大;所以,
6、控制阀的工作原理就是按照信号的大小,通过改变阀芯行程来改变流通截面积,从而改变阻力系数而达到调节流量的目的。基本计算公式第12页,此课件共54页哦C称为流量系数,它与阀芯和阀座的结构、阀前阀后的压差、流体性质等因素有关。因此,它表示调节阀的流通能力,但必须以一定的规定条件为前提。为了便于用不同单位进行运算,可把上式改写成一个基型公式:式中N为各种不同单位制的系数在采用国际单位制时,流量系数用Kv表示。Kv的定义为:温度为540的水在105Pa压降下,1小时内流过阀的立方米数。很多采用英寸制单位的国家用Cv表示流量系数。Cv的定义为:用4060F的水,保持阀门两端压差为1psi,阀门全开状态下每
7、分钟流过的水的美加仑数流通能力的定义第13页,此课件共54页哦1kPa=0.001Mpa=0.001*145.034237=0.145034237 Psi1m3/h=264.17gol/h=4.4028 gpm1kgf/cm2=0.098067MPa=735.56mmHg=0.96784atm=14.223Psi1Mpa=10.19716kgf/cm2=7500.624576mmHg=9.869221atm=145.034237Psi1atm=1.03229kgf/cm2=760.001653mmHg=0.101325MPa=14.695611Psi1Psi=0.070309kgf/cm2=0
8、.006895MPa=51.716234mmHg=0.068048atmCv=1.156 Kv Kv=0.865 Cv流通能力(Kv与Cv)的换算第14页,此课件共54页哦在建立流量系数的计算公式时,都是把流体假想为理想流体,根据理想的简单条件来推导公式,没有考虑到阀门结构对流动的影响,也就是说,只把调节阀模拟为简单的结构形式,只考虑到阀门前、后的压差,认为压差直接从P1降为P2。而实际上,当流体流过调节阀时,其压力变化情况如图所示。实际流体第15页,此课件共54页哦根据流体的能量守恒定律可知,在阀芯、阀座处由于节流作用而在附近的下游处产生一个缩流,其流体速度最大,但静压最小。在远离缩流处,随
9、着阀内流通面积的增大,流体的流速减小,由于相互摩擦,部分能量转变成内能,大部分静压被恢复,形成了阀门压差P。也就是说,流体在节流处的压力急剧下降,并在节流通道中逐渐恢复,但已经不能恢复到P1值。通过截流的压力变化第16页,此课件共54页哦当介质为气体时,由于它具有可压缩性,当阀的压差达到某一临界值时,通过调节阀的流量将达到极限,这时,即使进一步增加压差,流量也不会再增加。当介质为液体时,一旦压差增大到足以引起液体气化,即产生闪蒸和空化作用时,也会出现这种极限的流量,这种极限流量称为阻塞流。由图可知,阻塞流产生于缩流处及其下游。产生阻塞流时的压差为PT。为了说明这一特性,可以用压力恢复系数FL来
10、描述:阻塞流第17页,此课件共54页哦如图所示,当压力为P1的液体流经节流孔时,流速突然急剧增加,而静压力骤然下降,当孔后压力P2达到或者低于该流体所在情况下的饱和蒸汽压PV蒸时,部分液体成为气体,形成汽液两相共存的现象,这种现象称为闪蒸。产生闪蒸时,对阀芯等材质已开始有侵蚀破坏作用,而且影响液体计算公式的正确性,使计算复杂化。如果产生闪蒸之后,P2不是保持在饱和蒸汽压以下,在离开节流孔之后又急骤上升,这时气泡产生破裂并转化为液态,这个过程即为空化作用。闪 蒸第18页,此课件共54页哦所以,空化作用是一种两阶段现象,第一阶段是液体内部形成空腔或气泡,即闪蒸阶段;第二阶段是这些气泡的破裂,即空化
11、阶段。图中显示就是一个在节流孔后产生空化作用的示意图。许多气泡集中在节流孔阀后,自然影响了流量的增加,产生了阻塞情况。因此,闪蒸和空化作用产生的前后的计算公式必然不同。在产生空化作用时,在缩流处的后面,由于压力恢复,升高的压力压缩气泡,达到临界尺寸的气泡开始变为椭圆形,接着,在上游表面开始变平,然后突然爆裂,所有的能量集中在破裂点上,产生极大的冲击力气 蚀第19页,此课件共54页哦FL值是阀体内部几何形状的函数,它表示调节阀内流体流经缩流处之后动能变为静压的恢复能力。一般FL=0.50.98。当FL=1时,P1-P2=P1-PVC,可以想象为P1直接下降为P2,与原来的推导假设一样。FL越小,
12、P比P1-PVC小得越多,即压力恢复越大。各种阀门因结构不同,其压力恢复能力和压力恢复系数也不相同。有的阀门流路好,流动阻力小,具有高压力恢复能力,这类阀门称为高压力恢复阀,例如球阀、蝶阀、文丘里角阀等。有的阀门流路复杂,流阻大,摩擦损失大,压力恢复能力差,则称为低压力恢复阀,如单座阀、双座阀等。在图中可以看出,球阀的压差损失PA小于单座阀的压差损失PB。FL值的大小取决于调节阀的结构形状,通过试验可以测定各类典型阀门的FL值。计算时可参照表选用。压力恢复系数FL第20页,此课件共54页哦阀的类型阀芯形式流动方向FLXT单座阀柱塞型柱塞型窗口型套筒型套筒型流开流闭任意流开流闭0.900.800
13、.900.900.800.720.550.750.750.70双座阀柱塞型窗口型任意任意0.850.900.700.75角形阀柱塞型柱塞型套筒型套筒型流开流闭流开流闭0.900.800.850.800.720.650.650.60球阀O形球阀(孔径为0.8d)V形球阀任意任意0.550.570.150.25偏旋阀柱塞型任意0.850.61蝶阀60全开90全开任意任意0.680.550.380.20常用FL值表第21页,此课件共54页哦从前面的分析可知,阻塞流是指介质在流过调节阀时所达到的最大流量状态(即极限状态)在固定的入口条件下,阀前压力P1保持一定而逐步降低阀后压力P2时,流经调节阀的流量
14、会增加到一个最大极限值,再继续降低P2,流量也不再增加,这个极限流量即为阻塞流。阻塞流出现之后,流量与P之间的关系已不再遵循公式的规律。也可利用公式求出。从图上可见,当按实际压差计算时Qmax要比阻塞流量Qmax大很多。因此,为了精确求得此时的Kv值,只能把开始产生阻塞流时的阀压降Pt作为计算用的压降。液体是不可压缩流体,它在产生阻塞流时Pvc值与液体介质的物理性质有关,即Pvc=Ff*PvPv液体的饱和蒸汽压力;Ff液体的临界压力比系数。Ff是阻塞流条件下缩流处压力Pc与阀入口温度下的液体饱和蒸汽压力Pv之比的函数。可以用图查出。阻塞流对计算的影响第22页,此课件共54页哦PFL2(PI-P
15、VC)阻塞流判断公式阻塞流判断公式P PVCVC的计算的计算Pvc=Ff*Pv Pv液体的饱和蒸汽压力;Ff液体的临界压力比系数。Ff是阻塞流条件下缩流处压力Pc与阀入口温度下的液体饱和蒸汽压力Pv之比的函数。可以用图查出。或用公式计算阻塞流的判断第23页,此课件共54页哦当PFL2(PI-PVC)当PFL2(PI-PVC)阻塞流判断公式当流体在流经阀门截流面后会产生流体的阻塞现象,造成流量受限,只有进行修正才可满足给定流量 进行修正后,Kv值较为修正前有了增大,可以获得更大的流量,满足给定流量Q-流过调节阀的体积流量m3/hP-调节阀阀前、阀后的压差kPa-液体的密度g/cm3Pc-液体的临
16、界压Pv-液体的饱和蒸汽压力FL-阀门的压力恢复系数不可压缩流体计算公式第24页,此课件共54页哦控制阀的可调比就是控制阀所能控制的最大流量和最小流量之比。可调比也称可调范围:R=Qmax/Qmin要注意:最小流量Qmin和泄漏量含义不同。最小流量是指可调流量的下限值,一般为最大流量的2%4%而泄漏量是阀门全关时泄漏的量,它仅为最大流量0.1%0.01%理想可调比:当控制阀上压差一定时,可调比称为理想可调比。它是由控制阀的结构决定的。一般控制阀的可调比为50.实际可调比:控制阀在工作时不是与管路系统串联就是与旁路阀并联,随着管路系统的变化或旁路阀的开启程度不同,控制阀的可调比也产生相应的变化。
17、这使得可调比称为实际可调比可调比第25页,此课件共54页哦固有流量特性:指介质流过阀门的相对流量与相对行程的关系。流量特性分为:快开型、直线型、等百分比型和抛物线型快开开度较小时就有较大的流量,随开度的增大,很快达到最大流量此后再增大开度,流量变化很小。等百分比等百分比特性也称为对数特性单位相对位移变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比直线:相对流量与相对位移是直线关系单位位移变化所引起的流量变化时常数。放大系数是常数。控制阀的特性3 21 3 4第26页,此课件共54页哦特性曲线第27页,此课件共54页哦根据流量和压差计算得到Kv值,并按制造厂提供的各类调节阀的标准系列,选取调节阀的
18、口径后,考虑到选用时要圆整,因此,对工作时的阀门开度应该进行验算。一般最大流量时,调节阀的开度应在90%左右。最大开度过小,说明调节阀选得过大,它经常在小开度下工作。可调比缩小,造成调节性能的下降和经济上的浪费。一般不希望最小开度小于10%,否则阀芯和阀座由于开度太小,受介质冲蚀严重,特性变坏,甚至失灵。不同的流量特性,其相对开度和相对流量的对应关系是不一样的。理想特性和工作特性又有差别。因此验算开度时,应按不同特性进行。控制阀开度的计算第28页,此课件共54页哦开度计算公式第29页,此课件共54页哦第三部分控制阀的选型第30页,此课件共54页哦控制阀材料分为三类:1.用于承压零件材料2.用于
19、阀内件材料3.各种辅助材料承压零件材料1.铸钢材料WCB、LCB、WC6、WC92.不锈钢材料CF3CF8CF8M3.抗温度变化的合金钢蒙乃尔哈斯特莱4.特殊合金哈氏B、哈氏C5.塑料PTFE阀内件材料1.耐磨性2.耐温度变化性3.耐腐蚀性控制阀材料的选择第31页,此课件共54页哦GB/T 12224-2005 钢制阀门 一般要求 ISO7005-1:1992ISO7005-1:1992PN20PN20PN50PN50PN63PN63PN110PN110ASME B16.34a-1998ASME B16.34a-1998Class 150Class 150Class 300Class 300C
20、lass 600Class 600材料组别材料组别1.11.12.12.11.11.12.12.11.11.12.12.11.11.11.91.92.12.12.22.2材料类别材料类别WCBWCB304304WCBWCB304304WCBWCB304304WCBWCB1Cr1Cr-0.5Mo-0.5Mo304304316316 温度温度F FC C分级表示的工作压力分级表示的工作压力/Mpa/Mpa1001002.0 2.0 1.9 1.9 5.2 5.2 5.0 5.0 6.5 6.5 6.3 6.3 10.4 10.4 10.5 10.5 10.1 10.1 10.1 10.1 2002
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