自動(dòng)化儀表閥、控制閥的基礎(chǔ)知識(shí)

一、控制閥的定義：

工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)流體流量的控制裝置

控制閥又可稱調(diào)節(jié)閥。它可通過(guò)對(duì)流體流量的控制來(lái)調(diào)節(jié)流體的壓力，溫度，流量，液位等工藝參數(shù)。

二、控制閥應(yīng)用：

控制閥可應(yīng)用于化工，石化，電力，石油天然氣，冶金，制藥，造紙，輕工，食品，電子等行業(yè)?？刂崎y是影響工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量（控制精度）乃至產(chǎn)品質(zhì)量的重要控制元件。控制閥的性能與控制精度直接影響工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

控制閥往往是控制回路中最薄弱的環(huán)節(jié)全部掌握

三、控制閥的構(gòu)成：

控制閥主要由兩大部分組成。閥體組合件＋執(zhí)行器

四、與控制閥常用標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的組織：

（1）美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)組織 (ANSI)

（2）美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì) (ASME)

（3）美國(guó)測(cè)試與材料學(xué)會(huì) (ASTM)

（4）美國(guó)石油組織 (API)

（5）國(guó)際測(cè)量與控制學(xué)會(huì) (ISA)

（6）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)

（7）國(guó)際電工委員會(huì) (IEC)

（8）國(guó)際腐蝕工程師協(xié)會(huì) (NACE)

（9）流體控制組織 (FCI)

（10）制造商標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì) (MSS)

五、閥門耐壓能力表述法有兩種：

（1）壓力等級(jí) （CL）

（2）公稱壓力 （PN）

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，壓力等級(jí)與公稱壓力之間的關(guān)系為： CL 150 ：PN 20    CL 900 ： PN 150

CL 300 ：PN 50    CL 1500 ：PN 260

CL 600 ：PN 110   CL 2500 ：PN 420

六、控制閥的流量特性：

控制閥的流量特性是指控制閥的行程在0－100％的范圍內(nèi)與對(duì)應(yīng)的流經(jīng)控制閥的流量之間的關(guān)系。

壓差恒定時(shí)閥門的流量特性稱作固有流量特性。

在壓差等參數(shù)變化條件下閥門的流量特性稱作實(shí)際流量特性。

1. 控制閥的流量特性有三種

（1）快開流量特性；

（2）線性流量特性；

（3）等百分比流量特性。

七、控制閥的主要性能指標(biāo)：

（1）可調(diào)比－控制閥最大可控流量與最小可控流量的比值。

（2）流通能力－特定條件下流經(jīng)閥門的流量。

（3）氣室密封性－特定壓力下，特定時(shí)間內(nèi)，執(zhí)行器氣室壓力下降的程度。

八、流量系數(shù) (Cv)：：

流量系數(shù)是指溫度為 40-60 ℉ 的水在 1 PSI（磅/平方英寸）的壓降下，閥門某開度下每分鐘流過(guò)閥門的（美)加侖數(shù)流量系數(shù)是表征閥門流通能力的參數(shù)。流量系數(shù)與閥門流道幾何形狀，閥門尺寸，閥門開度等參數(shù)有關(guān)。調(diào)節(jié)閥尺寸基本計(jì)算公式：Q = Cv√△P / G

FISHER 用不同符號(hào)表示不同介質(zhì)流量系數(shù)。Cv－－液體    Cg －－氣體     Cs－－蒸汽

采用國(guó)際單位制，流量系數(shù)用Kv表示。

流量系數(shù)KV 是指溫度為 5-40 ℃ 的水在100 kPa的壓降下，閥門某開度下每小時(shí)流過(guò)閥門的立方米數(shù)。Cv 與 Kv 換算關(guān)系式：Cv = 1.167 Kv

九、控制閥的偏差：

a. 基本誤差

        Ei = ( li- Li )/L   X 100％                    

        Ei - 第i點(diǎn)的誤差

         li -第I點(diǎn)的實(shí)際行程

         Li -第i點(diǎn)的理論行程

         L - 控制閥的額定行程

b. 回 差  同一輸入信號(hào)上測(cè)得的正反行程的最大差值

c. 死 區(qū)（控制閥）  

作用在執(zhí)行器膜片上仍不能使其動(dòng)作的壓力區(qū)間即控制閥行程上某點(diǎn)正反程信號(hào)之差。

十、（閥座）泄漏量：

在一定壓差，溫度的條件下閥門全關(guān)時(shí)介質(zhì)流過(guò)閥門的流量。泄漏量是衡量閥門內(nèi)漏的指標(biāo)：

關(guān)閉等級(jí)  ANS II－－VI

十一、內(nèi)件常用材料：

（1）416 SST  

抗水及蒸汽介質(zhì)的腐蝕性較好，常用于電廠正氣給水系統(tǒng)常用來(lái)制造閥芯閥座。因應(yīng)力較高，不可堆焊及表面硬化處理，工作溫度高于427 ℃則硬度降低。

（2）17-4 PH  

抗腐蝕性好，強(qiáng)度高，常被施以3種硬化處理(H900,1075, 1150)常用來(lái)制造閥籠，閥座，閥塞，閥軸，溫度較高時(shí)易脆，高于800 F(427℃)禁止使用。

（3）440 SST  

硬度最高的調(diào)節(jié)閥不銹鋼材料（HRC60),抗腐蝕性好，使用溫度不高于427℃，如電廠鍋爐給水閥。主要用來(lái)制造CAVITORL閥籠

（4）ALLOY 6  

即使在高溫下仍保持抗腐蝕及抗磨損的優(yōu)越性能，高達(dá)566℃高溫蒸氣條件下保持優(yōu)良性能。主要用于堆焊閥芯閥座。切削性能，鑄造性能差，成本高，故不用于閥籠制造。

十二、閥體常用材料：

WCC/WCB

優(yōu)質(zhì)碳素鋼（低碳鋼），價(jià)格低，可焊性好，低溫易脆，高溫時(shí)強(qiáng)度降低（工作溫度 -29℃ - 427℃ ）

WC9

低合金鉻鉬鋼，適于 〉427 C 過(guò)熱蒸氣及沖刷嚴(yán)重的工況，抗腐蝕性能優(yōu)于碳鋼，可焊性優(yōu)于C5，熱膨脹性能，導(dǎo)熱性能優(yōu)于CF8M，工作溫度 -29℃ – 593 ℃

十三、閥門零件常用處理方法：

（1）敷層處理：零件表面敷以

a. 鉻層(V-ball, butterfly disc,先進(jìn)的處理技術(shù)可使敷層工作溫度高達(dá)590℃ 而保持較好的耐磨性)

b. 鎳層(如，ENC-Electroless Nickel Coating 常用于閥籠處理,工作溫度不高于340℃)

敷層厚度：鎳層常約為0.05mm，鉻層常約為0.01mm

（2）滲層處理：

化學(xué)熱處理，滲層約為0.05-0.10mm 常用于閥籠硬化處理工作溫度高達(dá)590℃

十四、控制閥分類：

1. 按控制閥的結(jié)構(gòu)分類

籠式閥   單座閥   雙座閥   三通閥   角閥   球閥   碟閥

十五、控制閥連接方式：

（一） 閥體與管道的聯(lián)接形式

閥體與管道常用的聯(lián)接方式有三種：

（1）螺紋聯(lián)接    （2）法蘭聯(lián)接    （3）焊接

1. 螺紋聯(lián)接 (下圖）特點(diǎn)：

a. 常用于小尺寸閥門（不大于2英寸）。

b. 比法蘭聯(lián)接成本低。

c. 螺紋通常為管螺紋（NPT）

d. 閥體的下線不如法蘭聯(lián)接方便

2. 法蘭式聯(lián)接的特點(diǎn)：

適于控制閥的各種壓力范圍，使用溫度可達(dá)815 C。具有各種尺寸。

法蘭式聯(lián)接有三種常用型式：

a.平面（FF）法蘭

b.突面(RF)法蘭 

c.環(huán)式（RTJ）法蘭

3.平面法蘭(下圖）的特點(diǎn)

常用于低壓場(chǎng)合, 鑄鐵閥體，銅閥體常為平面法蘭。

法蘭面與墊片完全接觸，螺栓緊固引起的法蘭應(yīng)力較低。

4. 突面法蘭(下圖）的特點(diǎn)：

突面經(jīng)過(guò)精加工，其面上有同心圓槽保證密封性突面法蘭可與各種材質(zhì)的墊片一起使用，工作壓力可達(dá) 414 公斤/平方米（6000 psi），工作溫度可達(dá) 815度（1500 F）

5. 環(huán)式法蘭(下圖）的特點(diǎn)：

環(huán)式法蘭與突面法蘭外形相似，只是在凸面處切出一同心 U 形環(huán)形槽，墊片是一個(gè)斷面為橢圓形或八角形的圓環(huán)，該環(huán)嵌入 U 形槽內(nèi),旋緊法蘭螺栓后即獲得可靠密封。圓環(huán)材質(zhì)通常為蒙耐爾但亦可為其他金屬此種法蘭在高達(dá)1034公斤/平方厘米（15000 psi)的壓力下仍具有較好的密封性能，但高溫場(chǎng)合一般不選用環(huán)式法蘭。

十六、閥體與管道的焊接

特點(diǎn)：

a. 在任何溫度和壓力下都不會(huì)出現(xiàn)泄漏，

b. 聯(lián)接成本低（無(wú)需配制法蘭）

c. 閥體下線困難

焊接式聯(lián)接有兩種型式

a.承插焊（SWE）常用于閥門公稱尺寸為2英寸及以下的場(chǎng)合。

b.對(duì)焊式（BWE）常用于閥體公稱尺寸為2英寸以上的場(chǎng)合。

密封件  

防止外漏的密封件：填料與墊片。

兩種主要填料：PTFE填料，石墨填料。

PTFE 填料的特點(diǎn)：

（1）摩擦力小無(wú)需潤(rùn)滑；                            

（2）適于多種介質(zhì)；                      

（3）填料環(huán)由彈簧加載，自動(dòng)調(diào)整；

（4）工作溫度－40℃－232℃；

（5）要求閥桿必須具有較高光潔度；

（6）不適于核輻射場(chǎng)合（填料易損壞）。

石墨填料的特點(diǎn)：

（1）工作溫度較高可高達(dá)649℃；

（2）適于多種介質(zhì)以及核輻射場(chǎng)合；

（3）使用壽命較長(zhǎng)；

（4）工作溫度較高時(shí)需潤(rùn)滑；

（5）摩擦力較大，易產(chǎn)生滯后（死區(qū)）。

波紋管密封的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)：

（1）密封性能好；

（2）使用壽命長(zhǎng)；

（3）安裝方便。

常用墊片：

標(biāo)準(zhǔn)墊片由金屬平墊片，金屬纏繞墊，石墨墊組成。