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安沃馳AVENTICS壓力調節閥

氣動調節閥是石油、化工、電力、冶金等工業企業廣泛使用的工業過程控制儀表之一。化工生產中調節閥在調節系統中是，它是組成工業自動化系統的重要環節，它如生產過程自動化的手腳。

閥門定位器

閥門定位器是調節閥的主要附件，與氣動調節閥大大配套使用，它接受調節器的輸出信號，然后以它的輸出信號去控制氣動調節閥，當調節閥動作后，閥桿的位移又通過機械裝置反饋到閥門定位器，閥位狀況通過電信號傳給上位系統。閥門定位器按其結構形式和工作原理可以分成氣動閥門定位器、電-氣閥門定位器和智能式閥門定位器。

閥門定位器能夠增大調節閥的輸出功率，減少調節信號的傳遞滯后，加快閥桿的移動速度，能夠提高閥門的線性度，克服閥桿的磨擦力并消除不平衡力的影響，從而保證調節閥的正確定位。

用執行機構分氣動執行機構，電動執行機構，有直行程、角行程之分。用以自動、手動開閉各類伐門、風板等。

氣動調節閥安裝原則：

（1）氣動調節閥安裝位置，距地面要求有一定的高度，閥的上下要留有一定空間，以便進行閥的拆裝和修理。對于裝有氣動閥門定位器和手輪的調節閥，必須保證操作、觀察和調整方便。

（2）調節閥應安裝在水平管道上，并上下與管道垂直，一般要在閥下加以支撐，保證穩固可靠。對于特殊場合下，需要調節閥水平安裝在豎直的管道上時，也應將調節閥進行支撐（小口徑調節閥除外）。安裝時，要避免給調節閥帶來附加應力）。

（3）調節閥的工作環境溫度要在（－30～+60）相對濕度不大于95%95%，相對濕度不大于95%。

（4）調節閥前后位置應有直管段，長度不小于10倍的管道直徑（10D），以避免閥的直管段太短而影響流量特性。

（5）調節閥的口徑與工藝管道不相同時，應采用異徑管連接。在小口徑調節閥安裝時，可用螺紋連接。閥體上流體方向箭頭應與流體方向一致。

（6）要設置旁通管道。目的是便于切換或手動操作，可在不停車情況下對調節閥進行檢修。

（7）調節閥在安裝前要*清除管道內的異物，如污垢、焊渣等。

氣動調節閥作用方式：

氣開型（常閉型）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。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。顧通常我們稱氣開型調節閥為故障關閉型閥門。

氣關型（常開型）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。顧通常我們稱氣關型調節閥為故障開啟型閥門。

安沃馳AVENTICS壓力調節閥

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R414002953OCT-DA-010-0150-528101-MODI

  1 前言

    調節閥的作用是按照調節器發出的控制信號的大小和方向，通過執行機構來改變閥門的開度以實現調節流體流量的功能，使生產過程中被調參數控制在工藝所要求的范圍內，從而實現生產過程自動化。調節閥是調節系統中的一個重要環節，可以看成是廣義調節對象中的組成部分之一，是受調節設備的控制去影響被調量的工具。調節閥包括電動調節閥和氣動調節閥等。正確的選擇和使用調節閥，直接關系到整個自動控制系統的控制質量，直接影響生產產品的質量。自動控制系統不能正常投入運行的，有許多是由于調節閥的選型不當造成的，因此，必須正確選擇合適的調節閥。調節閥所反映出來的問題大多集中在調節閥的工作特性和結構參數上，如流通能力、公稱通徑及流量特性等。在這些參數中，流通能力更重要，其大小直接反映調節閥的特性，是設計選型中的主要參數。在一個自動調節系統中，即使設計方案非常合理，調節設備很*，但調節閥的流量特性不一致或者是沒有足夠的可調范圍，調節系統也不能正常運行的，也就是說，調節閥的特性應與被控對象的特性相對應互補的。

    2 調節閥的流量特性

    調節閥的流量特性是指被調介質流過調節閥的相對流量與調節閥的相對開度之間的關系，也就是調節閥的靜態特性。相對流量是指調節閥在某一開度下的流量與全開度下最大流量之比；相對開度是指調節閥在某一開度下的行程與全行程之比，調節閥的流量特性就是相對流量與相對開度成函數關系。調節閥的流量特性有理想流量特性和工作流量特性之分，理想特性是指假定調節閥前后壓差不變的情況下的流量特性（即調節閥開度變化調節閥前后壓差不變），但是，實際上由于各種因素的影響，在調節的閥芯和閥座間的節流面積改變的同時，會發生閥前后壓差的變化，而壓差的變化也會引起流量的變化。

    2.1 理想流量特性

    常用的調節閥的理想流量特性有如下4種。

    （1）等百分比特性

    等百分比特性也稱為對數特性，是指閥門的開度增加同樣的值時，通過的調節閥的流最按照等百分比增加。調節閥在同樣開度變化值下，流量小時，流量的變化也小，調節作用緩和平穩；流量大時．流量的變化也大，調節作用靈敏而有效。等百分比特性的閥門在全行程閥門內的控制精度是不變的。

    （2）直線特性

    直線特性是指調節閥的相對流量和相對開度的比值，為常數。調節閥在同樣開度變化值下，流量小時，流量的變化值相對較大，凋節作用較強，容易產生超調和引起振蕩；流量大時，流量的變化值相對較小，調節作用不夠靈敏。

    （3）拋物線特性

    拋物線特性是指調節閥的相對流量與相對開度的二次方根成正比。拋物線特性介于直線特性和等百分比特性之間，改善了直線特性在小開度時調節性能差的缺點。

    （4）快開特性

    快開特性是指調節閥在開度很小時流量就已經較大，隨著開度增加，流量很快達到最大值。

    從調節閥的流量特性可以看出，調節閥的流量特性對選用調節閥有非常重要的意義，直接影響到自動控制系統的質量和穩定性，因此，必須正確合理選擇調節閥的流量特性。在工程應用中，選用最多的是等百分比特性，對于壓差變化小、可調范圍小、開度變化小的場合，也可以選用直線特性的調節閥，V型球閥一般選用拋物線特性。

    在調節系統中被控對象的變化特別是其放大系數的變化一般是由調節設備和調節閥的放大系數變化的特性來補償的（在常規儀表調節系統中，是由DCS系統和調節閥共同補償被調對象的特性變化的），調節閥的流量特性即是由調節閥放大系數所體現它的特性。調節閥的理想流量特性，當調節閥前后壓差不變時，即為一個常數。因此流量特性的改變是其放大系數的特性變化。

    調節閥相對開度的變化引起相對流量變化，等百分比流量特性的放大系數與流量成正比，流量越大，放大系數也越大；快開特性的放大系數隨閥門開度的增加而減小，成反比，這類調節閥在接近全關點時放大系數小，工作得很緩和平穩，而在接近全開時放大系數大，工作得靈敏有效；直線調節閥在全行程范圍內具有不變的放大系數值，這種調節閥在小開度時放大系數大，使調節性能不穩定，不容易控制，往往會產生振蕩，而在大開度時，放大系數又不夠大，使調節過于遲鈍；對于快開對特調節閥，其調節性能更差，它的放大系數與調節閥的開度成反比，在實際工作中，這種調節閥不常用，一般只用在兩位式調節系統中。

    從控制系統的角度看，希望在調節閥全行程范圍內有相同的變化流量，來保證調節系統在各種負荷下有相同的調節品質精度。否則，調節系統不穩定，品質精度不能保證。在調節閥的4種特性中，等百分比調節閥具有這種特性，拋物線閥次之，直線閥要差一些，快開閥最差，不能應用到連續調節系統中，只能適用于斷續的位式調節。

    2.2 工作流量特性

    通常，調節閥前后的壓差會隨輔助設備的影響而變化。在這種情況下，調節閥相對流量與相對開度之間的關系就不是理想狀態而是工作狀態下的流量特性，被稱為“工作流量特性"。在實際應用中，人們所關心和難掌握的是工作流量特性。雖然我們根據具體被控對象具體要求選擇閥門的工作流量特性，然后再按配管情況由所需的工作流量特性來選擇調節閥的理想流量特性和理想的調節設備而組成一套完整的調節系統，但是，在運行中往往不能得到很好的品質精度，有的調節系統區間性的品質精度不能達到要求，有時，在生產過程中，為了調節的品質來改變調節閥的并聯閥或是串聯閥的開度來修補調節精度。

    調節閥安裝在管道系統中，由于管道系統的壓力損失隨流過管道的流量平方值成正比，當該系統兩端總壓差一定時，調節閥上的壓差就會隨著流量的增加而減少，此時，調節閥的流量特性就會發生變化，調節閥前后的壓差與管道的壓差比，也就是壓降比數，其值越大，說明串聯于管道的調節閥前后壓差占管道系統總壓的比例越大，當調節閥前后壓差等于管道系統總壓差時，調節閥的工作流量特性和理想流量特性相似，這也是所需的最重要的條件，對于調節系統來講，這時的品質因數（調節精度）最好。但在日常的工作中，因人為或設備故障造成調節閥前后壓差小于管道系統壓差時，串聯于管道的調節閥的實際可調范圍下降，即調節閥的全開流量減小，可調比下降，隨著調節閥前后壓差值減小，調節閥的流量特性曲線將發生很大畸變，直線閥特性趨近于快開特性，等百分比閥特性逐漸接近于直線閥特性，也就是說，隨著串聯管道阻力的增加，不但調節閥的可調范圍越來越小，并且與理想的流量特性偏離也越來越大，從而使調節系統中調節閥在小開度時，放大系數增加，在大開度時，放大系數減少，造成小開度時調節不穩定，大開度時調節很遲鈍，嚴重影響了調節精度。調節閥并聯在管道和設備上時，或是調節閥上裝有旁路時（有泄漏狀態），則管道的總流量是流經調節閥的流量與流經旁路的流量之和。旁路閥全關閉時調節閥流經的流量就是總閥的最大流量，隨著旁路流量的增大，流經調節閥的流量將減小，使調節閥的可調范圍減小，放大倍數下降和可調節的流量急劇降低。

    綜上所述，在實際工作和日常維修使用中，無論串聯管道或并聯大管道，有人為或設備故障時，調節閥的可調范圍放大系數都會下降，給調節系統的精度帶來影響，因此，在調節閥串聯管道使用時，壓降比不小于0.3~0.5，調節閥的旁路閥應盡量避免打開或泄漏，另外，在維修中應注意到調節閥在長期使用后由于腐蝕沖刷或氣蝕對閥芯閥座的磨損造成泄漏也會使可調比減小影響其工作性能，調節不穩定甚至無法調節，嚴重影響了調節精度。

    3 調節閥流量特性的補償

    調節閥流量特性往往是根據調節對象的特性如溫度、壓力、流量等和調節系統所要求的調節閥的工作流量特性來選擇的，然后再按被調介質的特性等來選擇相對應的調節閥的閥型，在使用時，調節閥的工作流量特性和理想流量特性可能相差甚遠，有時，甚至沒有可用的調節閥流量特性，在這種情況下，只能用試驗的方法來求取調節閥的工作流量特性，用輔助設備來修正現有的調節工作流量特性來達到能使用的目的。有2種方法供選擇。

    （1）由智能調節閥或是DCS系統，經過數學模型計算修正后的DCS的輸出具有調節閥的修正能力來改變調節閥的工作流量特性，達到補償調節控制的要求。例如在熱冷卻系統，需要對放熱溫度進行控制，用常規儀表以放熱溫度為控制點，冷卻溫度為輔助點，冷卻劑作為調節量，組成了1套串級控制系統，該系統按設計來講是比較合理的，但是系統極不穩定，前期自控系統放大倍數過高，超調量大，后期系統放大倍數過小滯后，為此對該系統進行了多次測試后，發現被控對象的特性是前期放熱緩慢，后期放熱速度快，我們選擇的調節閥是對數閥，其流量特性，兩者差距大，調節閥的工作流量特性*不能實現對該系統的穩定控制精度要求。我們把常規調節器換為可編程控制器，輸出采取了折線處理，使輸出近似控制對象的放熱特性，經過處理后，該系統較為穩定，前后期都較穩定。

    （2）是由調節閥的輔助設備閥門定位器來修正調節閥的工作流量特性。其方法是改變反饋凸輪的反饋量來達到補償調節控制的要求。有時，調節閥超出控制精度，此時，只要對調節閥的輔助設備閥門定位器的反饋機構進行修改，使調節閥的流量特性和對象特性相一致，調節精度滿足工藝上的要求。

    通過該自動控制系統說明，既使一個好的設計方案有套較為*的設備，但其特性也就是調節閥的工作流量特性不符合對象特性要求，也得不到穩定的工作狀態，需要修正補償調節閥的流量特性，才能達到工藝上的控制精度要求。

    4 選用注意事項

    （1）直接按照接管管徑選取調節閥是不合理的。閥門的調節品質與接管流速或管徑沒有關系，閥門的調節品質僅與水的阻力及流量有關。亦即，一旦系統設備確定之后，理論上適合該系統的閥門只有一種理想的口徑，而不會出現多種選擇。

    （2）調節閥口徑不能過小。選擇的閥門口徑過小，一方面，會增加系統的阻力，甚至會出現閥門口徑100%開啟時，系統仍無法達到設定的容量要求，導致嚴重后果；另一方面，閥門將需要通過系統提供較大的壓差以維持足夠的流量，加重泵的負荷，閥門易受損害，對閥門的壽命影響很大。

    （3）調節閥口徑不能過大。選擇的閥門口徑過大，不僅增加工程成本，而且還會閥門經常運行在低百分比范圍內，引起調節精度降低，使控制性能變差，而且易使系統受沖擊和振蕩。

    （4）為了保證系統控制品質，方法是在系統允許的范圍內選擇能獲得較大壓力降的閥門口徑，使閥門在運轉過程中壓力降的變化值盡可能小。閥門全開狀態下的壓力降占全泵壓百分比越高，則閥門壓力降相對變化值越小，閥門的安裝特性就越接近其內在特性。

    （5）控制系統中調節閥應盡可能工作于恒定的壓力降條件下，因為閥門是否匹配盤管依賴于它的內在特性和流量因子，而這些閥門參數取決于恒定的閥門壓力降。