氣動薄膜角形調節(jié)閥工作原理

氣動調節(jié)閥就是以壓縮空氣為動力源，以氣缸為執(zhí)行器，并借助于電氣閥門定位器、轉換器、電磁閥、保位閥等附件去驅動閥門，實現(xiàn)開關量或比例式調節(jié)，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制信號來完成調節(jié)管道介質的流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)。氣動調節(jié)閥的特點就是控制簡單，反應快速，且本質安全，不需另外再采取防爆措施。 與上產(chǎn)品同一工作原理的產(chǎn)品還有氣動薄膜套筒調節(jié)閥。

氣動薄膜角形調節(jié)閥的分類及應用

氣動調節(jié)閥動作分氣開型和氣關型兩種。氣開型（Air to Open）是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(tài)。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（Air to Close）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，閥門向開啟方向或全開為止。故有時又稱為故障開啟型（Fail to Open FO）。氣動調節(jié)閥的氣開或氣關，通常是通過執(zhí)行機構的正反作用和閥態(tài)結構的不同組裝方式實現(xiàn)。   
氣開氣關的選擇是根據(jù)工藝生產(chǎn)的安全角度出發(fā)來考慮。當氣源切斷時，調節(jié)閥是處于關閉位置安全還是開啟位置安全？舉例來說，一個加熱爐的燃燒控制，調節(jié)閥安裝在燃料氣管道上，根據(jù)爐膛的溫度或被加熱物料在加熱爐出口的溫度來控制燃料的供應。這時，宜選用氣開閥更安全些，因為一旦氣源停止供給，閥門處于關閉比閥門處于全開更合適。如果氣源中斷，燃料閥全開，會使加熱過量發(fā)生危險。又如一個用冷卻水冷卻的的換熱設備，熱物料在換熱器內與冷卻水進行熱交換被冷卻，調節(jié)閥安裝在冷卻水管上，用換熱后的物料溫度來控制冷卻水量，在氣源中斷時，調節(jié)閥應處于開啟位置更安全些，宜選用氣關式（即FO）調節(jié)閥。   
氣開式改變?yōu)闅怅P式或氣關式改變?yōu)闅忾_式，如調節(jié)閥安裝有智能式閥門定位器，在現(xiàn)場可以很容易進行互相切換。  
但也有一些場合，故障時不希望閥門處于全開或全關位置，操作不允許，而是希望故障時保持在斷氣前的原有位置處。這時，可采取一些其它措施，如采用保位閥或設置事故空氣儲缸設施來確保。  
    氣動調節(jié)閥的維修：氣動調節(jié)閥準確正常地工作對保證工藝裝置的正常運行和安全生產(chǎn)有著十分重要的意義。因此加強氣動調節(jié)閥的維修是必要的。

常見故障及產(chǎn)生的原因 
　　　1．氣源系統(tǒng)故障
    儀表風線堵塞。由于球閥在儀表分支風線末端有節(jié)流作用，風線中贓物在此處易堆積堵塞。致使儀表風壓過低，調節(jié)閥不能全開全關，甚至調節(jié)閥不動作。
    空氣過濾減壓閥故障?？諝膺^濾減壓閥長時間使用贓物太多，減壓閥漏風，減壓閥設定輸出壓力過底，使輸出的儀表風壓小于規(guī)定的壓力。致使調節(jié)閥動作遲緩，不能全開全關甚至不動作。
銅管連接故障。銅管老化漏風，接頭連接處松動或贓物堵死銅管使儀表信號風壓低致使調節(jié)閥不動作，不能全開全關，手動狀態(tài)閥位不穩(wěn)定產(chǎn)生調節(jié)振蕩。
儀表風系統(tǒng)故障?？諌赫井惓＃b置凈化風罐異常，切水不及時使風線結冰，儀表風線漏風或被贓物堵死，造成裝置儀表風壓過低甚至無風。
儀表風支線閥門未開，造成調節(jié)閥不動作。常發(fā)生于裝置大修，改造后開車期間。
2.電源系統(tǒng)故障
電源線接線端子處松動，短路，脫落，極性接反故障。由于現(xiàn)場振動，接線不牢造成接線松動或灰塵太多造成接觸不良使控制室到達現(xiàn)場的信號時有時無，致使調節(jié)閥動作混亂產(chǎn)生調節(jié)振蕩。由于接線失誤，設備進水或受潮等原因使電源線接線處短路從而使調節(jié)閥接受到的信號比調節(jié)器的信號便低，造成調節(jié)閥不能全開全關。脫落及極性接反調節(jié)閥不動作。極性接反常發(fā)生于安裝新表，從新接線，裝置大修等情況。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。
電源線中間接頭或中間受傷處故障。電源線受環(huán)境的振動、外力的拉扯，絕緣膠帶失效絕緣性能下降及接頭進水高溫烘烤等原因使電源線接頭松動或似斷非斷，電源線之間短路或對地短路，接線頭或電源線斷裂。致使調節(jié)閥動作不連續(xù)，不能全開全關，不動作。在維修過程中電源線中間接頭接反，造成調節(jié)閥不動作。
調節(jié)閥不受調節(jié)器控制故障。在裝置大修，改造后開車過程中電源線接錯或控制室內組態(tài)有錯誤造成調節(jié)閥不受調節(jié)器控制。
3.電氣轉換器故障 
零點、量程不準。由于安裝調試不準或現(xiàn)場振動、溫度變化等原因使轉換器輸出信號的零點、量程不準。致使調節(jié)閥不能全開全關，泄露量大，*等現(xiàn)象。在對轉換器現(xiàn)場調校中首先應保證轉換器信號小表指示準確。平常應對信號小表進行維護。
節(jié)流孔堵塞。儀表風贓物堵塞節(jié)流小孔。致使調節(jié)閥不動作。
輸出不線性。由于轉換器中的線圈、部件老化或受現(xiàn)場振動、環(huán)境溫度的影響，使轉換器的輸出不線性，致使在對其進行零點、量程調節(jié)過程中不能達到要求值，調節(jié)閥動作不線性，不能全開全關。
4.閥門定位器故障 
1）電氣閥門定位器
零點、量程不準。由于定位器安裝過程中調試不準或現(xiàn)場振動、溫度變化及調節(jié)閥閥桿行程改變，反饋桿位置的改變等原因使調節(jié)閥zui小開度和zui大開度與控制室的信號不*。致使閥門定位器輸出的信號不能使調節(jié)閥全開全關，造成泄露量大，*等現(xiàn)象。在對定位器現(xiàn)場調校中首先應保證調節(jié)閥動作良好，反饋系統(tǒng)安裝牢固動作良好，然后通過標準信號來進行調整。使調節(jié)閥的行程與控制信號*。
節(jié)流孔堵塞。贓物堵塞節(jié)流孔。使定位器無輸出信號，導致調節(jié)閥不動作。
噴嘴、擋板間有贓物。受現(xiàn)場環(huán)境的影響，定位器使用一段時間后會附著一層灰塵，影響噴嘴擋板的背壓，從而影響定位器的輸出。造成調節(jié)閥狀態(tài)不穩(wěn)，產(chǎn)生震蕩。
密封不好。*使用的定位器各種緊固螺母、密封墊片易發(fā)生松動、老化現(xiàn)象，造成定位器漏風。使調節(jié)閥不能全開全關，閥位不穩(wěn)，產(chǎn)生調節(jié)振蕩。
反饋桿故障。*運行中反饋桿緊固螺母逐漸松動甚至脫落，造成反饋桿松動、歪斜、與固定件卡碰、脫落。使調節(jié)閥動作遲緩，波動頻繁，調節(jié)閥限位甚至失去控制。反饋板上的限位彈簧脫落，或反饋桿從中脫出，造成反饋桿與反饋板接觸不良，產(chǎn)生滯后，造成調節(jié)閥動作頻繁。使被控參數(shù)難以穩(wěn)定特別在調節(jié)閥動作要求準確的溫度控制中產(chǎn)生較大影響。
固定螺母松動。定位器固定螺母安裝不牢產(chǎn)生松動，造成定位器歪斜，影響反饋桿動作，造成卡碰現(xiàn)象。使調節(jié)閥動作不穩(wěn)定，產(chǎn)生限位等現(xiàn)象。定位器中各種彈簧的緊固螺絲在震動環(huán)境下松動，改變了彈簧的預緊量，影響彈簧的張力和狀態(tài)。使定位器的零點量程發(fā)生改變，定位器不線性，致使調節(jié)閥不能全開全關，調節(jié)閥動作不線性。
*磁鐵位置發(fā)生變化。由于受到外力作用，使兩塊磁鐵的位置發(fā)生變化，改變了磁場的位置，是線圈受力不平衡，定位器輸出不線性，致使調節(jié)閥動作不線性。磁鐵吸附雜質如鐵銷等，形成卡碰阻礙擋板的移動，使定位器的輸出不準，從而使調節(jié)閥動作與控制信號不*。
2）智能定位器
    反饋桿故障。反饋桿緊固螺母松動甚至脫落，造成反饋桿松動、歪斜、與固定件卡碰、脫落。使調節(jié)閥動作遲緩，波動頻繁，調節(jié)閥限位甚至失去控制。定位器固定不牢發(fā)生歪斜松動，影響反饋桿的活動，造成卡碰現(xiàn)象使調節(jié)閥限位。反饋板上的限位彈簧脫落，或反饋桿從中脫出，造成反饋桿與反饋板接觸不良，產(chǎn)生滯后，造成調節(jié)閥動作頻繁。使被控參數(shù)難以穩(wěn)定特別在調節(jié)閥動作要求準確的溫度控制中產(chǎn)生較大影響
    定位器調校不好。調校中中間位置沒有找好，手動輸出時調節(jié)閥沒有去開全關，氣開氣關選擇不對等。使調節(jié)閥不能全開全關，造成泄漏量大，限位等現(xiàn)象。
    由于智能定位器的調校復雜，時間長，而且需要多次全開全關，對工藝波動大，因此調校時應把調節(jié)閥切出，特別是在調?？刂茰囟鹊恼{節(jié)閥一定要離線調整。調節(jié)閥選型計算：
       調節(jié)閥是自控系統(tǒng)中的執(zhí)行器，智能調節(jié)閥在化工行業(yè)的廣泛應用，是提高生產(chǎn)過程自動化程度的重要環(huán)節(jié)。調節(jié)閥的應用效果直接表現(xiàn)在系統(tǒng)的調節(jié)品質上。作為過程控制的終端元件，除調節(jié)閥自身品質、用戶的正確安裝、使用和維護外，正確地計算相關參數(shù)值和恰當?shù)倪x型十分關鍵。
       調節(jié)閥按其所用能源可分為氣動、電動和液動。調節(jié)閥包括執(zhí)行機構和閥兩部分。氣動執(zhí)行機構有薄膜式和活塞式兩種。筆者主要介紹CV3000氣動薄膜式調節(jié)閥的選型與相關參數(shù)的選擇和計算。調節(jié)閥的選型是一種很繁瑣的工作，它不僅在其自身的計算和選擇，更需要有多專業(yè)的協(xié)調和配合，還應考慮安裝的規(guī)范等。下面臺臣閥門為大家詳細介紹一下調節(jié)閥選型原則。
調節(jié)閥選型原則：
【固有流量特性】化工行業(yè)過程控制中，要求調節(jié)閥有大的調節(jié)范圍，開度和閥的壓差變化也要相對較大，因此大部分調節(jié)閥均采用等百分比流量特性。
【調節(jié)閥材料選擇】閥體耐壓等級、使用溫度范圍、耐腐蝕性能和材料都不應低于工藝連接管道材料的要求，一般選用鑄鋼和鑄不銹鋼材料閥體。如果介質為水蒸氣、含水較多的濕氣體或易燃流體，則不宜采用鑄鋼閥體。到目前為止，zui耐腐蝕的材料為聚四氟乙烯，且襯聚四氟乙烯閥的成本相對特殊合金材料閥的價格優(yōu)勢明顯。因此，在耐腐蝕方面，應*襯聚四氟乙烯的產(chǎn)品；但溫度大于180℃，PN大于1.6MPa時應選用特殊合金材料，且應包含接觸介質的部分。
【型式、泄漏量、流向和填料材料】在化工生產(chǎn)過程控制中，工藝介質的控制要求一般為泄漏量小、流量控制也小且并閥的前后壓差也要小，因此大部分采用單座閥；但在一些特殊工況或公用工程的控制中要求閥前后的壓差大且泄漏量要求不嚴時，則采用套筒閥；泄漏量高且溫度不高的采用軟閥座，反之采用金屬閥座；其他也會有些特殊的閥門，如切斷式O型球閥等，此處不再贅述。
重點討論化工行業(yè)中主要采用的單座閥。單座閥的流向一般采用流開型。單座閥填料一般采用V型聚四氟乙烯，高溫環(huán)境中采用柔性石墨。
【上閥蓋型式】結合工藝過程，介質溫度低于－20℃的采用長頸型閥蓋，介質溫度高于200℃的采用散熱型閥蓋，有毒有害且耐壓等級要求不高的采用波紋管密封型閥蓋，其他則采用普通型閥蓋。
CV3000調節(jié)閥分為常溫型、伸長型（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）和波紋管密封型，閥蓋型式的選擇與介質溫度、特性相關，根據(jù)具體選型確定。
【口徑的確定原則】根據(jù)標準HG/T20507-2014，選擇閥尺寸的原則有：一是閥全開時，應至少通過正常流量的1.25倍；二是閥的特性和經(jīng)濟性。一般情況下，希望在正常流量時閥的開度范圍：線性閥位70%，等百分比閥位80%。然后計算出流量系數(shù)C計值（C計值是基于正常流量Q和正常流量時閥上的壓差Δp計算所得），適當放大后圓整為C選，zui后以C選與閥門的選型資料比較來確定閥的口徑。其中圓整放大系數(shù)m=C選/C計，線性閥的m值不小于1.63，等百分比閥的m值不小于1.97。
結合CV3000調節(jié)閥的選型材料，引入Cv值，Cv值是閥處于全開狀態(tài)，兩端壓差為0.07kgf/cm2的條件下，60℉（15.6℃）的清水每分鐘通過閥的美加侖數(shù)?，F(xiàn)給出化工行業(yè)常用的3種相態(tài)介質的Cv值計算方法：
a.液相其中G為比重，水的比重為1；p1、p2為閥全開時進、出口壓力，kPa；Q為zui大流量，m3/h。
b.氣相Cv值的計算，當Δp＜p1/p2時Cv=；當Δp≥p1/p2時。其中Q為標準狀態(tài)下zui大流量，Nm3/h；T為流體溫度，℃；Δp=p1－p2。水蒸氣Cv值的計算，當Δp＜p1/2時當Δp≥p1/2時Cv=WK/（0.1205p1）。其中W為zui大流量，kg/h；K=1+（0.0013×過熱溫度）。過熱溫度是進口側壓力（p1）下飽和溫度（Ts）和介質入口溫度（T1）之差；飽和蒸汽場合的過熱溫度為0。由于化工行業(yè)采用的水蒸氣基本為飽和蒸汽，則以K=1作為計算依據(jù)。
根據(jù)以上不同相態(tài)介質Cv值的計算式可以計算出Cv值，再根據(jù)Cv進行相應的對比選擇，選出更適合的額定Cv值。雖然Cv值的計算結果是*的，但調節(jié)閥的類別選擇卻不是*的，因此在選擇過程中需要有一定的現(xiàn)場經(jīng)驗，并結合實際情況進行相應的抉擇。
調節(jié)閥執(zhí)行機構作用形式：
      執(zhí)行機構的選擇重點要考慮閥全關的輸出推力滿足一定要求，控制閥關閉時應有足夠的閥座密封壓力。結合CV3000調節(jié)閥選型，主要可以考慮閥座的允許壓差，即控制閥關閉時的密封壓力，但由于閥進出口壓力條件不準確，因此可以閥前zui大壓力的一定安全倍數(shù)下（一般1.5倍）的允許壓差來選擇執(zhí)行機構。
      氣開和氣關主要是從工藝安全的角度進行考慮的，在CV3000調節(jié)閥選型中，執(zhí)行機構的選擇已經(jīng)考慮了氣開和氣關。執(zhí)行機構的選擇還涉及彈簧范圍的選擇，確定工作彈簧范圍涉及計算輸出力去克服不平衡力。若有困難，應將條件（主要是閥關時的壓差）告訴制造廠，協(xié)助計算并調好彈簧和工作范圍后再出廠。
調節(jié)閥附件選擇：
      調節(jié)閥的附件有很多，常用的有保位閥、減壓閥、電氣閥門定位器及手輪等。減壓閥主要用于穩(wěn)定接入調節(jié)閥的氣源壓力，保證閥門的正常運行；電氣閥門定位器能使調節(jié)閥的執(zhí)行機構進行相應準確的調節(jié)，且重要場合需要定位器自帶閥位反饋；保位閥的應用也主要是滿足工藝要求，保證閥門事故狀態(tài)處于原開度，維持工藝控制穩(wěn)定；手輪的選擇主要用于大口徑、貴金屬閥門及需要限制開度等的場合，但工藝安全聯(lián)鎖和危險區(qū)域不應設置。且氣源接口規(guī)格也應進行核實，為氣源管的選擇提供有效幫助。
調節(jié)閥選型實例：
      在化工公用工程中，水蒸氣的運用頗為廣泛?，F(xiàn)以水蒸氣介質為例進行調節(jié)閥的選型說明。一個罐體設備夾套加熱控制閥的條件：介質為飽和水蒸氣，操作溫度150℃，操作密度2.547kg/m3，動力粘度0.014mPa·s，泄漏等級10-3；信號中斷時閥位有FC（初始為關閉），zui大、正常狀態(tài)；zui小流量為60、35、0kg/h，閥前全關/正常/全開壓力（表壓）為0.5/0.4/0.3MPa，閥后全關/正常/全開壓力（表壓）為0.4/0.3/0.2MPa，管道材料20#碳鋼，管道規(guī)格Φ32mm×3mm（DN25mm）。
結合以上選型原則和CV3000的選型資料，進行相應的Cv值計算和其他項的選擇。
       根據(jù)以上選型原則，需采用流量特性為等百分比、流向為流開型、閥體WCB（鑄鋼），閥內件不銹鋼，閥上蓋型式常溫型，填料材料V型聚四氟乙烯的調節(jié)閥，由于泄漏量要求不高且溫度偏高則選擇金屬閥座（泄漏量可達10-4），再根據(jù)閥工作壓力選擇閥的公稱壓力為PN16，然后通過Cv值確定調節(jié)閥閥型式、口徑，執(zhí)行機構和氣開關的選擇。
Cv值的計算。因p1=0.5×100+98.067=598.067kPa，p2=0.4×100+98.067=498.067kPa，Δp=p1－p2=100kPa，p1/2=598.067/2=299.0335kPa，則Δp＜p1/2；因為是飽和蒸汽，其過熱溫度為0，則K=1。
當Δp＜p1/2時，p1+p2=1096.134kPa，Cv=，通過圓整放大系數(shù)m=C選/C計，從而按選型資料進行圓整確定額定Cv值。
由于選用的是等百分比，則m應不小于1.97，則圓整后的選型Cv=1.411×1.97≈2.78。其中W為zui大流量，kg/h，有65kg/h≥35×1.25=43.75kg/h，則選擇zui大流量65kg/h；R為可調比（一般可選擇50∶1）；98.067kPa為標準大氣壓的壓力值。
與臺臣公司生產(chǎn)的氣動調節(jié)閥的選型樣本資料對比，確定額定Cv=4.0。再根據(jù)經(jīng)濟性考慮，應選擇公稱通徑DN×閥座直徑dn=25×14。
調節(jié)閥參數(shù)的選擇：
      由于工藝要求信號中斷時閥位為關，則應選擇氣開閥，再結合廠家的標準配置，選擇為小口徑單座閥HLS，執(zhí)行機構HA2R，供氣壓力140kPa，彈簧壓力20～100kPa，對應的允許壓差2MPa，已滿足閥前zui大壓力的一定倍數(shù)（此倍數(shù)可按現(xiàn)場經(jīng)驗進行確定，一般按大于1.5倍選擇）。附件根據(jù)實際要求進行相應的選擇，可選性價比高的電氣閥門定位器及減壓閥等。綜上所述，zui后確定的調節(jié)閥：小口徑單座閥HLS-16K，Cv值為4.0，公稱通徑×閥座直徑=25×14，執(zhí)行機構為HA2R，供氣壓力140kPa，等百分比流量特性，泄漏量10-4，V型聚四氟乙烯，常溫型上閥蓋型式，金屬閥座，閥體/座/芯材料為WCB/不銹鋼/不銹鋼。附件根據(jù)工藝要求進行合理的選擇，且氣源接口也應進行核實確定。
故障