電動平衡籠式調(diào)節(jié)閥KHCB不平衡力和不平衡力距計(jì)算 流體通過調(diào)節(jié)閥時，受流體作用力影響，產(chǎn)生使閥芯上下移動的軸向力或使閥芯旋轉(zhuǎn)的切向力。對于直行程的調(diào)節(jié)閥，軸向力影響信號與位移的關(guān)系，這一軸向力稱為不平衡力，以ft（任意位置時），F(xiàn)t（關(guān)閉位置時）表示。對角位移的調(diào)節(jié)閥，如蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等，影響其角位移的切向合力矩稱為不平衡力矩，以M表示。調(diào)節(jié)閥是工業(yè)過程控制系統(tǒng)的終端執(zhí)行元件，工業(yè)過程上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥連續(xù)生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)中一般均需要用調(diào)節(jié)閥來控制過程生產(chǎn)中的各種工藝參數(shù)，來達(dá)到對流體的壓力、溫度、流量和液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)，通常被人們稱之為工業(yè)過程自動化生產(chǎn)中的“手和腳”。它的應(yīng)用質(zhì)量直接反應(yīng)在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)上。作為過程控制中的終端執(zhí)行元件，人們對它的重要性較過去有了更深刻地認(rèn)識。調(diào)節(jié)閥應(yīng)用的好壞，除產(chǎn)品質(zhì)量和用戶是否正確安裝、使用與維護(hù)外，正確地計(jì)算選型十分重要。由于計(jì)算選型的失誤，造成系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，有的甚至無法投用的例子很多。所以，用戶及系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員要充分認(rèn)識到調(diào)節(jié)閥在現(xiàn)場的重要性，必須對調(diào)節(jié)閥的選型引起足夠的重視。 調(diào)節(jié)閥選型的一般原則是：在滿足使用功能的前提下，所選的調(diào)節(jié)閥應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、價格低廉、壽命長、維護(hù)方便等。下面著重介紹調(diào)節(jié)閥閥型的選擇和和附件的選擇。 1 調(diào)節(jié)閥閥型的選擇 調(diào)節(jié)閥的分類方法很多，目前國內(nèi)和國際上通常采用的一種分類方法是按結(jié)構(gòu)、原理和作用劃分，總共為9大類，即直通單座調(diào)節(jié)閥、直通雙座調(diào)節(jié)閥、套筒調(diào)節(jié)閥、角形調(diào)節(jié)閥、三通調(diào)節(jié)閥、隔膜閥、蝶閥、球閥和偏心旋轉(zhuǎn)閥，這九類產(chǎn)品是*基本、*普通的產(chǎn)品，通常也稱為標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品，其它在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際應(yīng)用改進(jìn)而來的，稱為特殊型產(chǎn)品。 1.1 標(biāo)準(zhǔn)型調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)及正確選擇 1.1.1 直通單座調(diào)節(jié)閥 直通單座調(diào)節(jié)閥只有一個閥芯和一個閥座，容易實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的密封，可采用金屬與金屬的硬密封，或金屬與聚四氟乙烯或其它復(fù)合材料的軟密封，標(biāo)準(zhǔn)泄漏量為0.01%C（C是額定流量系數(shù)），允許壓差小，流通能力小，比如DN100單座調(diào)節(jié)閥的允許壓差僅120kPa，流通能力僅為100。流路復(fù)雜，結(jié)構(gòu)簡單，適用于泄漏要求嚴(yán)格、工作壓差較小的干凈介質(zhì)的場合，但小規(guī)格的調(diào)節(jié)閥（DN1/2、3/4、20）亦可用于壓差較大的場合，是應(yīng)用*為廣泛的調(diào)節(jié)閥之一，當(dāng)進(jìn)一步設(shè)計(jì)后，可作為切斷閥使用。閥芯形狀決定了流量特性，受沖刷后失去原有特性，更換閥芯可改變流量特性。但流體介質(zhì)對閥芯的推力大，即不平衡力大，需配推力較大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此，在高壓差、大口徑的應(yīng)用場合，不宜采用這類調(diào)節(jié)閥。選用此閥應(yīng)特別注意壓差校核，防止被頂開。 1.1.2 直通雙座調(diào)節(jié)閥 直通雙座調(diào)節(jié)閥有兩個閥芯和兩個閥座，由于上閥芯所受向上推力和下閥芯所受向下推力基本平衡，因此，整個閥芯所受不平衡力小，允許壓差大，比如DN100雙座調(diào)節(jié)閥允許壓差280kPa，流通能力大，與相同口徑的其它調(diào)節(jié)閥相比，雙座調(diào)節(jié)閥可流過更多流體，同口徑雙座調(diào)節(jié)閥流通能力比單座調(diào)節(jié)閥流通能力約大20%～50%。例如，DN100雙座調(diào)節(jié)閥的流通能力達(dá)160。因此，為獲得相同的流通能力，雙座調(diào)節(jié)閥可選用較小推力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。雙座調(diào)節(jié)閥采用頂?shù)纂p導(dǎo)向，因此，正體閥和反體閥的改裝方便，即只需將閥芯和閥座反過來安裝就能將正體閥改為反體閥，或者將反體閥改為正體閥，而不需要改選執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正作用或反作用類型。雙座調(diào)節(jié)閥的上、下閥芯不能同時保證關(guān)閉，泄漏量較大，標(biāo)準(zhǔn)泄漏量為0.1%C（C是額定流量系數(shù)）；流路復(fù)雜，不適用于高壓差的應(yīng)用場合，因?yàn)樵谠摲N應(yīng)用場合，閥受到高壓流體的沖刷較為嚴(yán)重，并且容易形成閃蒸和空化，加重對閥體的沖刷，同樣它也不適用于含纖維介質(zhì)和高黏度流體的控制。 1.1.3 套筒調(diào)節(jié)閥 套筒調(diào)節(jié)閥又稱籠式閥，它的閥內(nèi)件采用閥芯和閥籠（套筒），套筒可以是直通單座調(diào)節(jié)閥，也可以是雙座調(diào)節(jié)閥或角形調(diào)節(jié)閥等：有單密封、雙密封兩種結(jié)構(gòu)，前者相當(dāng)于單座調(diào)節(jié)閥，適應(yīng)于單座調(diào)節(jié)閥場合；后者相當(dāng)于雙座調(diào)節(jié)閥，適應(yīng)于雙座調(diào)節(jié)閥場合。除此之外，它還具有穩(wěn)定性好、裝卸方便、維護(hù)方便、有降低噪音和降低空化影響的特點(diǎn)，但價格比單、雙座調(diào)節(jié)閥貴50%～200%，還需要專門的纏繞密封墊，它的應(yīng)用也比較廣泛，僅次于單、雙座調(diào)節(jié)閥，但對于不干凈介質(zhì)和易結(jié)晶、結(jié)巴、結(jié)垢介質(zhì)不應(yīng)選用此閥。 1.1.4 角形調(diào)節(jié)閥 角形調(diào)節(jié)閥是具有特殊閥體結(jié)構(gòu)的單座調(diào)節(jié)閥，適用于特定的配管和流體場合，它是將直通的閥體改變?yōu)榻切危ㄏ喈?dāng)于一個彎頭）閥體，其節(jié)流、受力形式完全等同于單座調(diào)節(jié)閥。保留了單座調(diào)節(jié)閥泄漏小、許用壓差小的特點(diǎn)。除此之外，由于其流路簡單具有“自潔”性能，可適用于不干凈介質(zhì)，還可進(jìn)一步改進(jìn)為防堵角閥，適用于含有懸浮顆粒介質(zhì)的工況場合，尤其在安裝空間受限制的場合特別適用。 1.1.5 三通調(diào)節(jié)閥 三通調(diào)節(jié)閥利用閥芯自身導(dǎo)向，更換氣開、氣關(guān)時必須更換執(zhí)行機(jī)構(gòu)，應(yīng)注意的是它的氣開、氣關(guān)的含義與其它調(diào)節(jié)閥不一樣，它的氣開和氣關(guān)必須要明確對哪一路而言，即水平位置還是垂直位置。它有三個通道，可代替兩個直通單座調(diào)節(jié)閥用于分流和合流兩組流及溫差≤150℃的場合，當(dāng)DN≤80mm時，合流閥可用于分流場合。 1.1.6 隔膜調(diào)節(jié)閥 隔膜調(diào)節(jié)閥由耐腐蝕的隔膜和內(nèi)襯耐腐蝕材質(zhì)的閥體組成，流路簡單，適應(yīng)于不干凈介質(zhì)及弱腐蝕性介質(zhì)的兩位切斷場合。它是*早的調(diào)節(jié)閥之一，由于具有近似快開的流量特性，調(diào)節(jié)品質(zhì)較差，又受隔膜和襯里材質(zhì)的影響，不能用于高溫和高壓等工況，一般工作壓力≤1.6MPa，工作溫度≤150℃，加之隔膜容易損壞、壽命短的缺點(diǎn)，現(xiàn)在使用的場合已不多。 1.1.7 蝶閥 蝶閥相當(dāng)于一段管道來做閥體，中央設(shè)閥板節(jié)流，是用于控制的*普通的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥。適用于低壓或者極少數(shù)情況下用于高靜壓、大流量的場合，但壓差有限制。其體積小、重量輕，比同口徑的球形類調(diào)節(jié)閥輕4～10倍，口徑與價格比小，特別適用于大口徑的場合，且調(diào)節(jié)閥的口徑越大，此特點(diǎn)越顯著。一般當(dāng)DN>300mm時，通常都由蝶閥來完成。 1.1.8 球閥 球閥是一種成熟的老產(chǎn)品，有“O”形和“V”形球閥之分，流路*簡單，流阻*小，損失*小，“自潔”性能�！癘”形球閥是一種無阻力調(diào)節(jié)閥，同規(guī)格相比，額定流量系數(shù)，常用于大流量及不干凈介質(zhì)的場合；“V”形球閥提供近似對數(shù)流量特性，且可調(diào)比大，“V”形球芯與閥座相對旋動時產(chǎn)生剪切作用，尤其適用于高黏度、懸浮流、紙漿等不干凈、含纖維介質(zhì)的調(diào)節(jié)和切斷。球閥的價格比較昂貴。 1.1.9 偏心旋轉(zhuǎn)閥 又稱凸輪撓曲閥，它綜合了球閥、蝶閥的長處，流路簡單，“自潔”性能和調(diào)節(jié)性能好，適用于結(jié)晶、結(jié)巴及不干凈介質(zhì)的場合；閥體體積小、重量輕，可根據(jù)現(xiàn)場安裝的位置不更換任何零件而靈活組裝；額定流量系數(shù)大，比同口徑的單座、雙座調(diào)節(jié)閥大10%～30%，可調(diào)比大，可達(dá)100：1；閥座密封可靠，由于閥芯支撐臂的擾性作用以及閥芯球面偏心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動減少了所要求的操作力矩，補(bǔ)償了一些不對稱性，在流開、流閉和高壓差下都能穩(wěn)定運(yùn)行；比例調(diào)節(jié)時，需配定位器，可通過改變定位器中凸板位置，方便地得到直線或等百分比流量特性。 1.2 特殊型調(diào)節(jié)閥的選擇 為特殊應(yīng)用，在上述調(diào)節(jié)閥的基礎(chǔ)上，如果上閥蓋加長、添加散熱片可用于低溫和高溫場合；采用多個彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可減小整個調(diào)節(jié)閥的體積和重量；為降低噪聲采用一系列降噪措施設(shè)計(jì)可組成低噪聲調(diào)節(jié)閥。此外，還有為便于維護(hù)和清洗采用閥體分離結(jié)構(gòu)的閥體分離調(diào)節(jié)閥；為連鎖動作的快速要求采用的快速切斷調(diào)節(jié)閥；為小流量控制要求設(shè)計(jì)的小流量調(diào)節(jié)閥；為防止泄漏采用的波紋管密封調(diào)節(jié)閥等。 這些特殊類型的調(diào)節(jié)閥都是為了滿足特殊工藝生產(chǎn)過程或某一特定使用場合使用的專用閥，屬于非標(biāo)準(zhǔn)的。它們具有工作條件復(fù)雜、使用要求高、生產(chǎn)批量小的特點(diǎn)，這些調(diào)節(jié)閥通常都是由標(biāo)準(zhǔn)類型產(chǎn)品針對使用要求演變、改進(jìn)而來的。因此，首先應(yīng)按非特殊性來確定其基本型式，然后再針對特殊性來確定相應(yīng)的變形型式及材料等。 2 附件的選擇 調(diào)節(jié)閥的附件主要有：閥門定位器、閥位開關(guān)、氣動保位閥、氣動繼動器、電磁閥、空氣過濾減壓器、手輪機(jī)構(gòu)、閥位傳送器和轉(zhuǎn)換器等。其中閥門定位器有電氣閥門定位器和氣動閥門定位器，主要用于改善調(diào)節(jié)閥的工作特性，實(shí)現(xiàn)正確定位，提高調(diào)節(jié)閥位置的線性度，減少調(diào)節(jié)信號的傳遞滯后，改變調(diào)節(jié)閥的流量特性，改變調(diào)節(jié)閥對信號壓力的響應(yīng)范圍，實(shí)現(xiàn)分程控制和正確定位。它是調(diào)節(jié)閥*主要的附件之一，其好壞會直接影響到調(diào)節(jié)閥及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能和品質(zhì)。下面著重介紹選擇閥門定位器時需要考慮的幾種主要因素： 1）閥門定位器能否實(shí)現(xiàn)“分程”功能，即閥門定位器只對輸入信號的某個范圍有響應(yīng)。若閥門定位器能實(shí)現(xiàn)該功能，就可根據(jù)實(shí)際需要用一個輸入信號來控制兩臺或多臺調(diào)節(jié)閥； 2）零點(diǎn)和量程的調(diào)校是否容易，標(biāo)定是否獨(dú)立，穩(wěn)定性如何； 3）閥門定位器的精度如何。在理想工作狀態(tài)下，對應(yīng)某一輸入信號，調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件（包括調(diào)節(jié)閥的閥芯、閥桿、閥座等）每次都應(yīng)準(zhǔn)確地定位在所需要的位置，而不管行程的方向或者調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件承受多大的負(fù)載； 4）閥門定位器的作用速度如何以及頻率特性如何。因?yàn)殚y門定位器可以不斷比較輸入信號和閥位，并根據(jù)它們之間的偏差調(diào)節(jié)其本身的輸出。如果閥門定位器對這種偏差響應(yīng)速度快，那么單位時間里介質(zhì)的流動量就大，調(diào)節(jié)系統(tǒng)對設(shè)定點(diǎn)和負(fù)載變化的響應(yīng)就愈快，即系統(tǒng)的誤差愈小，控制品質(zhì)也就愈佳。一般來說，頻率特性愈高，即對頻率響應(yīng)的靈敏度愈高，控制性能就愈好。需要注意的是頻率特性的評估應(yīng)采取實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合的方法，而非一味憑借理論，并且在評估時，實(shí)驗(yàn)方法必須穩(wěn)定、科學(xué)，同時應(yīng)將閥門定位器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)合并起來一塊考慮； 5）閥門定位器與調(diào)節(jié)閥組合以后，其定位分辨力變化如何。定位分辨力對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制品質(zhì)有非常明顯的作用，因?yàn)榉直媪υ礁撸�調(diào)節(jié)閥的定位就越接近理想值，因調(diào)節(jié)閥過調(diào)而造成的波動變化就可以得到有效抑制，從而*終達(dá)到限制被調(diào)節(jié)量周期性變化的目的。 6）閥門定位器的額定供氣壓力是否和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的額定操作壓力相匹配，安裝和連接是否方便，維護(hù)量和維護(hù)程度如何，等等。 而除閥門定位器外，其它的幾類附件相對來說比較簡單，在此不需要重復(fù)。所有附件都起補(bǔ)充功能和保證調(diào)節(jié)閥正確運(yùn)行的作用，在選擇時要把握的原則是必要的增加，不必要的舍棄，否則只會提高控制系統(tǒng)的運(yùn)行成本并降低可靠性。調(diào)節(jié)閥的正確選型是應(yīng)用好調(diào)節(jié)閥的步，也是*關(guān)鍵的一步，選型的好壞直接影響到調(diào)節(jié)閥的使用效果，進(jìn)而影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。當(dāng)然選型工作比較復(fù)雜，同時更是一門學(xué)問，需要在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中不斷探索和總結(jié)。因此，我們有必要在調(diào)節(jié)閥的選型方面，在熟悉相關(guān)*知識的前提下，掌握一定的方法和技巧，惟有如此，才能真正發(fā)揮其在工業(yè)過程自動化控制“手和腳”的作用。 影響不平衡力（矩）的因素很多，主要是閥的結(jié)構(gòu)型式、壓差、流向因素。閥的結(jié)構(gòu)型式中又包括閥的類型、節(jié)流形式、閥芯（塞）形狀、閥芯正裝或反裝、閥桿直徑與閥座直徑大小等關(guān)系。 從表3－1中工作狀態(tài)中，可以非常直觀地看出對單座式調(diào)節(jié)閥，閥芯正裝，流開型，閥關(guān)閉時的閥芯所受的不平衡力Ft其它閥的不平衡力（距）的推導(dǎo)道理一樣，是一個簡單的受力計(jì)算。常見的閥計(jì)算公式匯。電動平衡籠式調(diào)節(jié)閥輸出力定義及計(jì)算 首先我們引入幾個符號：ft表示任意開度的不平衡力；Ft表示閥關(guān)閉時的不平衡力；“-”表示不平衡力的作用方向是將閥芯頂開的；“+”表示不平衡力的作用方向是將閥芯壓閉的。 過去的定義是：執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來克服不平衡力的力。這個定義有兩個問題：①調(diào)節(jié)閥任意開度都存在著不平衡力ft，這樣，執(zhí)行機(jī)構(gòu)任意開度都有輸出力克服Ft，使閥信號壓力與開度一一對應(yīng)，ft變化不影響閥位。實(shí)際并非如此，只有帶定位器時才有這種功能。②克服“+”、“-”ft問題沒有區(qū)分，造成混為一體的模糊概念，導(dǎo)致計(jì)算錯誤。表現(xiàn)在現(xiàn)場時，就是有的閥關(guān)不死或打不開。 我們知道，“-” Ft對閥芯產(chǎn)生頂開趨勢，所需執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力應(yīng)該是克服它頂開，并保證閥密封的力；“+” Ft對閥芯產(chǎn)生壓閉趨勢，所需輸出力應(yīng)該是保證閥啟動并能走完全行程的力。于是，我們得出輸出力的正確定義為：閥處關(guān)閉位置時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有克服“—” Ft，以保證閥的密封，克服“+” Ft，以保證閥正常啟動并能走完全行程的力，這種力稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力，以F表示。電動平衡籠式調(diào)節(jié)閥KHCB工作原理電動籠式單座調(diào)節(jié)閥適用于高壓差易產(chǎn)生閃蒸空化的場合,是一種高性能的單座調(diào)節(jié)閥,堅(jiān)固的套筒保護(hù)閥體不受閃蒸和空化的破壞.閥結(jié)構(gòu)緊湊,有呈S流線型的通道,使其壓降損失小,流量大,可調(diào)范圍廣.閥芯導(dǎo)向面積大,抗振性好.籠式單座調(diào)節(jié)閥：是采用自動對中的卡入式閥座。傳統(tǒng)式調(diào)節(jié)閥之閥座是靠螺紋鎖死在閥體上，設(shè)計(jì)復(fù)雜而且維修更換十分困難�；\式系列調(diào)節(jié)閥之閥座采用無螺紋連接，閥座的固定力是通過閥蓋、閥座固定籠施加的軸向推力，裝配時即可自對中心，保證閥芯閥座同心度，因此更換起來輕而易舉而又精確無比。閥座固定籠又可導(dǎo)引流道，緩沖流體壓力，保護(hù)閥體不受流體沖蝕、閃蒸和空化的破壞，同時又可降低噪音、它可使維護(hù)簡易、快速和低成本，使用壽命顯著提高�；\式單座調(diào)節(jié)閥系列技術(shù)先進(jìn)，性能卓越。在高品質(zhì)、高性能、低重量及易保養(yǎng)等方面均令人贊嘆，而同時又兼?zhèn)鋯巫�閥和套筒閥的優(yōu)點(diǎn)，具有調(diào)節(jié)、切斷、切斷壓差大、泄漏小等全部功能。電動平衡籠式調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用前景 隨著電子產(chǎn)品不斷進(jìn)步，尤其是可靠性的進(jìn)一步提高，使得九十年代國外電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，其突出的表現(xiàn)是：①可靠性極高，可以在5-10年內(nèi)免維修；②重量大幅度下降，比老式的DKZ、DKJ的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輕70％～80％；③外觀也得到了*的改善；④性能提高、調(diào)整簡化、使用更加方便、簡單。 值得一提的是，國內(nèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與之差距太大，仍處于六七十年代的水平。正由于電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性得到了根本上的解決，配上高可靠性的全功能超輕型調(diào)節(jié)閥，使得調(diào)節(jié)閥成為了真正意義上的第二代產(chǎn)品，到下世紀(jì)初，這種高可靠性電子式全功能超輕型調(diào)節(jié)閥必將逐步取代傳統(tǒng)的“氣動閥+電氣閥門定位器+氣源”的組合方式。除上述高可靠、全功能、超輕型的特點(diǎn)外，還將帶來如下好處： （1） 用電源既方便又節(jié)約，省去了建立氣源站的一系列費(fèi)用； （2） 用“氣動閥+電氣閥門定位器+氣源”的復(fù)雜方式，它不只是增加了費(fèi)用，反而帶來了可靠性的下降（環(huán)節(jié)越多，可靠性差的因素增加）； （3） 從經(jīng)濟(jì)性上看，除省去氣源站的費(fèi)用外，還省去電氣閥門定位器的費(fèi)用：現(xiàn)在一臺好的進(jìn)口的電氣閥門定位器，通常在5000～6000元以上，更好的在8000～10000的價位上，而這個價位基本上可購回上述高可靠的電子式執(zhí)行機(jī)構(gòu)； （4） 環(huán)節(jié)減少了，相應(yīng)減少了維修工作量。電動平衡籠式調(diào)節(jié)閥主要零件材料本體材質(zhì)為碳鋼 1 閥體 WCB LCB WC92 閥座 304 304 3043 閥芯 304 304 3044 導(dǎo)向套 304 304 3045 閥蓋 WCB LCB WC96 閥桿 304 304 3047 填料 PTFE/柔性石墨8 彈簧 65Mn9 螺母 304 304 304本體材質(zhì)為不銹鋼 1 閥體 CF8 CF8M CF3M2 閥座 304 316 316L3 閥芯 304 316 316L4 導(dǎo)向套 304 316 316L5 閥蓋 CF8 CF8M CF3M6 閥桿 304 316 316L7 填料 PTFE/柔性石墨8 彈簧 65Mn9 螺母 304 316 316L三、電動平衡籠式調(diào)節(jié)閥KHCB主要技術(shù)參數(shù)