与调节阀有关化工自动化知识 PPT课件

1 与调节阀有关化工自动化知识 一 气动调节阀在化工自动化中的重要作用在自动调节系统中 调节器的调节作用是靠执行器去执行而完成调节任务的 所以执行器称为自动调节系统的 手脚 它也是调节系统的重要环节 执行器按其能源的不同 分为 气动 电动 液动三种 电动执行器主要用电动机 电磁阀进行调节 具有快速 便于集中等优点 但目前因其结构较复杂 防火 防爆性能较差 所以在化工生产中使用不太多 液动执行器主要是用高压油或水推动活塞运动再带 2 动阀门 它推力大 适用于负荷较大的场合 但由于其辅助设备大而笨重化工生产中用得也少 气动执行器有气动薄膜式和气动活塞式两种 又以气动薄膜式使用较多 它以在缩空气为能源 具有调节性能好 结构简单 动作可靠 维护方便 防火防爆和价廉等优点 不少电动调节器有时通过电 气交换器后也利用气动薄膜调节阀作执行器 它是化工生产中最主要的一种执行器 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 调节阀的发展历史 30年代 阀体形状为球形的球形阀成为代表性产品 40年代 角形阀 蝶阀 隔膜阀和球阀都相继出现 先后在市场上占主导地位 60年代后 出现套筒阀并成为球形阀的主流产品 70年代 出现的新产品是凸轮绕曲阀 14 80年代 轻型 精小型 调节阀 它的主要特点是在气动执行机构中 用多弹簧代替原来的一根大弹簧 90年代 智能调节阀的出现 为调节阀的发展翻开新的一页 15 调节阀的结构 调节阀又称控制阀 它是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置 调节阀由执行机构和阀组成 执行机构起推动作用 而阀起调节流量的作用 一 阀 直通单座阀图2 1表示常用的直通单座阀主要有阀体上阀盖 下阀盖 阀座 阀芯 阀杆 填料和压板等零件组成 阀芯形状有柱塞形 调节形 平板形 切断形 阀体结构紧凑 形体小 流体通道呈S流线 16 17 18 19 阻力小 适用于高压差 高黏度 含有悬浮物和颗粒物质流体的调节 可以避免结焦 堵塞便于自净和清洗 角阀一般用于底进侧出但阀芯密封面易损伤 侧进底出时在小开度易发生震荡 4 高压阀见图2 4 高压阀是一种适用于高压差调节的特殊阀门多为角形单座 最大公称压力可达32Mpa 阀体为锻造结构形式 填料箱与阀体做成整体 因使用时的不平衡力大 一般要配阀门定位器 5 套筒阀见图2 5套筒阀也称为笼阀 是一种结构特殊的调节阀 阀体与一般的直通单座阀相似 但阀内 20 21 有一个圆柱形套筒也叫笼子 改变笼子上节流孔形状时就能得到所需的流量特性 这种调节阀的允许压差大 不平衡力小 稳定性好 不易振荡 而且还有降噪的作用 这种阀的阀座不用螺纹连接 维修方便 6 蝶阀见图2 6 碟阀结构较简单 它主要是由阀体 阀板 阀板轴等零部件组成 蝶阀阻力损失小 结构紧凑 寿命长 特别适用于低压差 大口径 大流量气体和带有悬浮物流体的场合 1 无偏心碟阀 2 单偏心碟阀 22 3 双偏心碟阀 4 三偏心碟阀碟阀一般泄漏量较大但也有高性能低泄漏量的碟阀 流量特性在转角60 前与等百分比特性相似 60 后转矩增大 工作不稳定特性变差 7 三通阀见图2 7所示 三通调节阀有三个出入口与管道相连 按其作用方式可分为合流阀和分流阀两种 1 合流阀 两进一出 2 分流阀 一进两出由于阀芯阀座的结构形式和安装位置不同 一般合流阀的阀芯位于阀座的内部 分流阀的阀芯位于 23 阀座外部 所以合流阀一般只用在合流场合若不平恒力较小时 合流阀也可以用在分流场合 而分流阀只能用在分流场合 三通调节阀可以省掉一个两通阀和一个三通接管 不但节省投资 而且占地面积小 因此得到广泛应用 8 球阀球阀 按阀芯形式可分为0形球阀和V形球阀 1 O形球阀见图2 8所示 其特点如下 a 结构简单 维修方便 一般作两位调 24 25 26 27 节用 因为流量特性是快开 b 密封采用软材料 密封可靠 c 流通能力大 流体进入阀 没有方向性 可调比大100 1 200 1 d 一般使用温度不高 PTFE阀座 20 150 充填碳纤维聚四氟乙烯阀座 20 250 浸铜石墨 20 450 2 V形球阀见图2 9所示 它的球体上开有一个V形口随着球的旋转 开口面积不断发生变化 开口面的形状始终保持为三角形 这种阀的特点如下 a V形口与阀座之间有剪切作用 b 流通能力大 比同口径普通阀高两倍 28 c 流量特性近似等百分比 可调比大可高达300 1d 结构简单维修方便 9 偏心旋转阀偏心旋转阀又称凸轮绕曲阀其结构形式见图2 10所示其特点如下 1 依靠柔臂的弹性变形 自动对中密封性能好泄漏量小 2 流路简单 阻力小 3 流通能力大 4 不平衡力小 允许压差大 5 可调比大100 1 6 体积小 重量轻 29 二 上阀盖及其填料上阀盖是装在调节阀的执行机构与阀之间的不件 其中有填料函 能适应不同的工作温度和密封要求 常见的结构形式有四种见图2 11所示 1 上阀盖的结构形式 1 普通形图2 11 a 适用于常温场合 工作温度一般为 20 200 2 散 吸 热形图2 11 b 适用于高温和低温 工作温度为 60 450 3 长颈形图2 11 c 适用于深度冷冻的场合工作温度为 60 250 4 波纹管密封形图2 11 d 适用于有毒性易挥发或贵重的流体 不允许微量泄漏的介质 30 31 2 上阀盖中的密封件主要结构形式 普通形填料靠压盖压紧 结构简单实用 带弹簧形式由于有压缩弹簧的作用 密封性能更好 有测试腔的双层填料函 隔离式双层料 密封填料 提高阀杆表面和填料空腔表面精度 摩擦系数为零 填料顶部所施加的压力能均匀的传递到整个填料长度而没有任何衰减 摩擦力压力 合理选用直径填料函孔径和阀杆直径的比值d0 d1影响径向压力的大小 32 合适的填料长度一般经验L 1 5d1 填料的类形 聚四氟乙烯V形填料摩擦小 有润滑作用 密封性好普通阀60 V 高压阀90 V 使用温度200 以下 不能用在熔融状态的碱金属 以及高温的氟 氟化氢等介质 石棉 聚四氟乙烯可用在高温 高压场合 使用时加入适当的润滑油 石棉 石墨用于高温 高压和非腐蚀介质系统 但必须装注油器 33 利用润滑油起到密封润滑作用 石墨环密封性好 润滑性好 化学惰性强 耐腐蚀 耐高温 低温 200 600 等优点 缺点是摩擦力比较大 不能用于一些强氧化剂 如浓硫酸 浓硝酸等介质 三 阀芯 直行程阀芯 平板形阀芯 且有快开特性 可用作二位调节 柱塞形阀芯a 上 下双导向柱塞阀芯b 上导向柱塞形阀芯特性有直线特性和等百分比特性两种 34 窗口形阀芯 用于三通阀 有合流和分流两种 特性有直线 等百分比 抛物线三种 多级阀芯 把n个阀芯串联在一起 使每个阀芯起到逐级降压 它用于高压阀 可防止高压差因汽蚀现象而损坏阀芯 阀座 套筒形阀芯 只要改变套筒窗口的大小或形状就可改变Kv值或阀的特性 特性有直线和等百分比两种 角行程阀芯 偏心旋转阀芯 转角为50 特性有直线和等百分比 蝶形阀板 特性近似等百分比 35 球形阀芯a O型球形阀芯 快开特性b V型球形阀芯 近似等百分比特性 36 37 38 执行机构一气动薄膜执行机构1 动作原理当信号压力增大时 执行机构的推杆向下动作叫做正作用执行机构 反之为反作用执行机构 薄膜执行机构的平衡方程式可用下式表示 P Ae KL式中P 信号压力 0 2bar 1 0bar Ae 膜片面积K 弹簧刚度L 推杆位移所以 2 1 39 从 2 1 式可知 当执行机构的规格确定后 Ae和K为一常数 推杆位移与信号压力成正比 结构 膜片做成波纹形状 可使膜片的有效面积基本保持不变材料 丁晴橡胶加锦纶织物物质制成 压缩弹簧它是一个关键零件 在全行程内 弹簧刚度应不变 样可以提高执行机构的线性度 60Si2Mn 55CrSi 高温 绕制 并经热处理 上下膜盖用钢板冲压而成 为加快推杆的反应速度应减少膜盖的容积 40 支架材料一般为铸铁或求铁 并考虑于阀门及附件的连接 行程标尺指示推杆的位移 二 气动活塞式执行机构 无弹簧输出推理大 用于高压差的工艺条件 输出特性有比例式和二位式 有弹簧 调节型 三 滚动膜片执行机构这种执行机构兼有薄膜执行机构和活塞执行机构的优点 于薄膜执行机构相比 膜片面积相同时有更大的行程 于活塞执行机构相比有摩擦力小密封性好的优点 41 42 43 调节阀的附件 一 阀门定位器目前阀门定位器分为气动阀门定位器 电 气阀门定位器和智能阀门定位器 用途a 用于高压介质 b 用于高压差 c 用于高温和低温 d 用于介质含有固体悬浮物 黏性流体 含纤维易结焦场合 e 增加执行机构的动作速度 f 用于调节阀口径较大的场合 44 g 用于活塞式执行机构的比例动作 h 实现调节阀的反相动作 i 改善调节阀的流量特性 j 操作非标准信号的执行机构 k 用于分程控制l 用于气动 电动仪表的复合调节 m 智能阀门定位器 动作原理 力矩平衡 当波纹管信号 压力主杠杆 绕支点 转动挡板 靠近喷嘴 喷嘴背压经功率放大器 放大通过执行机构 因压力增加所以推杆下移反馈杆 绕支点 转动 凸轮片也跟着作逆时针方向转动副杠杆 绕支点 转动 45 反馈弹簧 拉长挡板 远离喷嘴二手动机构1 用途a 当气源信号有故障或执行机构损坏时 把自动操作改为手动操作b 可用来作为调节阀行程的限位器c 可提高调节阀运行的可靠性三阀位传送器用以将调节阀的位移变化转化成相对应的气动模拟信号或电流信号 使操作人员在控制室就能了解现场情况 广泛用于远距离操作及重要的自控回路中 四空气过滤减压器净化来自空气压缩机的气源 并能把压力调整到所需的压力值 有自动稳压功能 46 五气动保位阀阀门的保护装置 当仪表的气源压力中断或气源供给系统发生故障时 能自动切断调节器与调节阀气室 或定位器输出与调节阀气室之间的通道 使调节阀的阀位保持不变 六气动继动器当仪表远距离传送压力信号或执行机构气室的容量很大时将产生较明显的传递时间滞后 使用继动器能显著提高执行机构的响应特性 47 48 自立式调节阀 自立式调节阀也称直接作用调节阀 它不需外部能源 直接利用被调介质的能量来推动调节机构 实现自动控制 一 自立式温度调节阀如图9 1所示 温包4插入到要调温的管路中 当温度升高毛细管中的液体膨胀推动活塞2下移 带动阀杆下移 使阀的开度减小 温度低时毛细管中液体收缩活塞下的弹簧把活塞上推 带动阀杆将阀芯开度增大二 自立式压力调节阀 重锤自立式压力调节阀 阀后调节如图9 2a所示信号从阀后管内取得 用以保持阀后压力恒定 压力的大小取决于重锤的 49 重量 给定值 主阀膜片1压力增大阀芯下移流通面积减少当压力用在杠杆上的力矩等于重锤作用在杠杆上的力矩时 处平衡状态 阀前压力条件如图9 2b所示 信号来自道前 当膜片1信号压力增大阀芯4下移流通面积大阀前压力减小 重锤3所产生的力使阀芯上移使流通截面减小直至阀前压力增高到给定值 带指挥器的自立式压力调节阀 阀后压力调节如图9 3a当被调介质压高 膜片下的压力升高 阀芯上移 流通面积少 阀后压力稍有下降 同时作用在指挥器膜片3上的压力增大 膜片3的力大于弹簧7的力 指挥器膜片组件 50 向右移 挡板靠近喷嘴 指挥器的压力减小 通到主膜上的压力随之下降 阀芯9继续上移 流通面积减小 调介质继续降低 直到与指挥器给定弹簧的力相平衡为止反之当被调介质压力下降时 作用在指挥器膜片3上的压力减小 当这个力小于给定弹簧7的力时 挡板4向右移 远