气动比例调节阀的工作原理及计算选型

1. 气动调节阀的工作原理

调节阀类似于孔板，均属于局部阻力元件。但不同于孔板的是，调节阀的节流面积能够通过阀芯的移动进行灵活调整，使其成为可变节流元件。基于此特性，我们可以将调节阀视作一种可变节流形式的孔板。对于不可压缩流体，依据伯努利方程，调节阀的流量方程式可表述为：气动薄膜直通调节阀采用顶导向结构，配用多弹簧执行机构。具有结构紧凑、重量轻、动作灵敏、充体通道呈S流线型、压降损失小、阀容量大、流量特性准确、拆装方便等优点。应用于控制气体、液体等介质，工艺参数如压力、流量、温度、液位保持在给定值。单座适用于对泄露量求严格、阀前后压差低及有一定粘度和含纤维介质的场合；双座阀不平衡力小、允许压差大、流通能力大等特点，适用于泄露量要求不严格的场合；套筒阀具有稳定性好，不易产生震动，噪音低，对温度敏感小，适用于压差较大及泄露量要求不严格场合。（可配附件：定位器、空气过滤减压器、保位阀、行程开关、阀位传送器、电磁阀、手轮机构等）

【一】本系列产品的标准型、调节切断型、波纹管密封型、夹套保温型等多种品种。产品公称压力等级有PN10、16、40、64；阀体口径范围DN20~400。适用流体温由-200℃~560℃范围内多种档次。泄漏量标准有IV级或VI级。流量特性为线性或等百分比。多种多样的品种规格可供选择。

气动比例调节阀的工作原理及计算选型

1. 气动调节阀的工作原理

调节阀，作为一种局部阻力元件，其工作原理与孔板相似，但具有更高的灵活性。通过阀芯的移动，调节阀能够便捷地调整节流面积，从而成为一种可变节流元件。基于这一特性，我们可以将调节阀视作一种特殊形式的孔板。对于不可压缩流体，其流量可以通过伯努利方程进行计算。
气动比例调节阀广泛应用于精确控制气体、液体、蒸汽等介质，特别适用于允许压差小，而允许泄漏量也较小压差不大的工作场合。在石油、化工、电力、冶金等行业应用十分广泛。下面，小编就给大家具体讲讲它的工作原理、特点还有一些安装注意事项，认真看哦！

气动比例调节阀的工作原理：
气动比例调节阀是一种用于温度比例、压力比例、流量比例的一种压力平衡式调节阀，采用单座、套筒式结构，配用多弹簧气动薄膜执行机构，执行机构高度低、重量轻、装备简便。气动比例调节阀阀芯采用笼式套筒阀芯，将气源压力变换为阀芯的直线位移，自动的控制调节阀开度，达到对管道内流体的压力连续调节。台臣阀门气动比例调节阀具有结构紧凑、重量轻、动作灵敏、压降损失小、阀容量大、流量特性精确、维护方便等优点。整体具有工作平稳、允许压差大、流量特性精确噪音低等特点。气动比例调节阀特别适用于允许泄露小、阀前后压差较大的工作场合。

气动比例调节阀的工作原理及计算选型的特点：
1、采用平衡型阀芯，不平衡力下，允许压差大，操作稳定。
2、阀芯导向面大，可改善由涡流和冲击引起的振荡。
3、比普通的单、双座调节阀噪声降低10dB左右。
4、结构简单，装拆维修方便，并具有如下优点：
（1）采用平衡式结构, 阀前后介质压差对阀瓣产生的不平衡力非常小, 相同工况下同类型阀门所需要的执行机构推力小, 所以其阀杆直径比单座非平衡阀设计或选择更小。
（2）阀杆与填料之间的摩擦力比较小, 减小了阀门动作的阻力, 且阀杆和填料的磨损也小, 使用寿命增加。另外, 较小直径的阀杆在中高温时热胀冷缩变化量小, 避免了在中高温时阀杆与填料之间摩擦力增大或互相抱卡塞住的情况发生。
（3）由于新型套筒阀是平衡式结构, 与非平衡式的直通单座阀比较, 所配置的执行机构可以比较小, 但却可以克服比直通单座调节阀高的介质压差。例如, DN200/ DN250/ DN300 的新型套筒调节阀可配置气缸式执行机构, 可适应更大范围的工作压差。最大阀座直径时,允许工作压差是相同配置直通单座调节阀的2倍左右,也可配置薄膜式执行机构和防爆电动执行机构。
（4）新型套筒调节阀采用自对中无螺纹卡入式阀座结构和模块化设计, 阀门拆装方便, 并能达到Ⅳ级以上泄漏量标准。
（5）在150℃以下时, 金属硬密封可以达到Ⅳ级以上泄漏量标准, 聚四氟乙烯软密封可以达到Ⅵ级泄漏量标准。

【二】气动比例调节阀的工作原理及计算选型调节机构主要技术参数：

注：可为用户提供ANSI、JIS法兰的产品,结构长度也可按用户需要确定。

【三】气动比例调节阀的工作原理及计算选型主要零部件材料：

【四】ZXP气动单座调节阀执行机构主要技术参数：

【五】ZXP气动单座调节阀性能指标：

注：本产品执行GB/T4213-92标准。
【六】ZXP气动单座调节阀允许压差MPa：

注：（1）P-阀门定位器;R-压力继动器;（2）允许压差为阀关闭P2=0状态下,P的最大值;（3）如果允许压差不清楚或最大工作压差超出列表范围请与我们联系。

【七】ZXP气动单座调节阀外形尺寸mm：

2. 气动比例调节阀的工作原理及计算选型的计算选型

2.1 初选阀型

阀型选择是调节阀选型过程中的关键一步。它涉及到计算流量系数、预估噪声等多个方面，旨在初步确定阀体结构型式。若计算结果不符合要求，需要重新选择阀型并重新进行计算，直至满足各项要求。

2.1.1 确定工艺条件

在初选阀型之前，必须先确定使用条件，包括介质的物化性质、流量、压力和温度等关键工艺参数。同时，还需要考虑配管情况、自控对象类型及特点以及调节性能要求等因素。这些信息对于选择合适的阀型至关重要。

在了解了这些背景信息后，我们可以更深入地探讨气动调节阀的工作原理及计算选型方法。

2.1.2 调节阀阀型初选

在确定了工艺条件后，我们需要根据2.1.1条中选定的阀型，进一步明确调节阀的流向及流量特性。这可以通过查阅产品说明书或相关技术资料来完成，其中包含了所需的管径、压力等级等关键参数，以及阀特性参数如液体压力恢复系数FL和压差比系数XT等。请注意，不同厂家对这些参数的取值可能略有差异，因此在选择时可以参考《调节阀口径计算指南》以及各厂家的样本数据来确定最合适的取值。

2.2 流量系数计算

2.2.1 计算公式与判别式

对于不可压缩流体（如液体），其计算公式与判别式详见表3，而可压缩流体（例如气体和蒸汽）的则列于表4。当流体流经调节阀时，若雷诺数Re小于或等于104，则需应用雷诺数修整系数对流量系数KV进行相应修正。

在表3中，我们定义了以下变量：p1为阀入口取压点的绝对压力，p2为阀出口取压点的绝对压力，Δp代表阀入口与出口间的压差，即(p1-p2)。同时，pV表示阀入口温度下的饱和蒸汽压（绝压），pC为热力学临界压力（绝压）。此外，FF为液体临界压力比系数，FR为雷诺数系数，ρL代表液体密度，而qVL和qmL则分别表示液体体积流量和质量流量。

对于表4中的可压缩流体，我们引入了以下参数：X为压差与入口绝对压力的比值(Δp/p1)，K为比热比。同时，qVg和qmg分别代表气体的体积流量和质量流量，ρN为标准状态下的密度，ρ1是在特定条件p1,T1下的密度，T1为入口绝对温度。此外，M表示相对分子质量，Z为压缩系数，Fg为气体压力恢复系数，而f(X,K)则是压差比修正函数。
表4 可压缩流体的计算公式与判别式
当流体为可压缩时，如气体和蒸汽，其流量系数的计算需要采用特定的公式和判别式。这些公式和判别式详细列于表4中，以便进行准确的流量计算。在计算过程中，需要注意各种参数的定义和取值，以确保结果的准确性。

2.2.2气动比例调节阀的工作原理及计算选型 计算参数的确定

1. 计算流量的确定。计算流量qV，通常由工艺根据装置的生产能力和物料平衡来决定。工艺人员会提供最大流量qVmax、正常流量qVnor和最小流量qVmin三个关键值，其中qVmax和qVnor均可作为计算的依据。

2. 计算压差的确定。在KV值的计算过程中，压差Δp是一个至关重要的参数，但其确定往往具有一定的难度。一旦调节系统得以确定，通过系统的阻力计算，我们可以得到分配到调节阀上的压差Δp值。例如，假设系统总压降为ΔpS，而系统中各部分阻力件如弯头、手动阀和管路等的压降总和为∑Δpi，那么：
   调节阀压差Δp与系统总压降ΔpS紧密相关，同时，它也与选择流量特性及自控系统的调节性能等关键因素紧密相连。因此，在工艺管路的设计过程中，必须对Δp的值进行全面的考虑和精确的计算。

   
   

3. 

KV值的计算步骤可以概括为以下几个关键环节：

a) 根据具体的工艺条件，参照表3或表4，判断流体的工作状态是属于阻塞流还是非阻塞流。
b) 选择适当的公式来计算KV值。
c) 根据实际需要，对KV值进行低雷诺数修正或管件形状修正。通常情况下，采用低压力恢复特性的阀，例如单、双座阀和套筒阀等，可免于进行雷诺数修正和管件形状修正。
d) 对于非阻塞流工况，通常无需进行噪声预估；而对于阻塞流工况，则需要进行噪声预估，具体方法可参考相关文献[2]。
e) 在确定了KV值及噪声估计值后，进一步选定阀型。若需更改阀型，则需在更改后重新按照上述步骤进行计算和查阅相关资料。

接下来，我们探讨调节阀的口径选择问题。其中，调节阀的可调比R定义为调节阀能控制的最大流量与最小流量之比，一般取值范围为30或50。而调节阀的放大系数m则指圆整后选定的KV值与计算KVcal值之比，即m=KV/KVcal。在实际应用中，可以根据不同的计算条件、流量特性以及选定的工作开度来选取合适的m值。常用的流量特性及其对应的m计算值可参见表5所列。
表5中，(l/L)代表相对行程，即开度，它表示调节阀的特定行程与额定行程的比例。

接下来，我们探讨KV值的圆整与开度验算。这一过程涉及两个主要步骤：

1. 使用qVmax进行计算。首先，通过qVmax及其他相关参数来计算KV值。然后，从选定的阀型系列中向上圆整这个计算值。需要考虑到产品值的允许误差以及调节阀无法在全开位置工作等实际情况，确保圆整后的KV值对应的m值不低于1.5。

2. 使用qVnor进行计算。在正常流量情况下计算KV值，需要先确定阀门的正常工作开度。接着，根据所选阀门的流量特性，从表5中查找相应的m值，进而得到放大后的KV值。之后，按照所选阀系列的KV值进行圆整，设圆整后的流量系数为K′V。此时，实际放大系数m′则等于K′V除以KVcal。最后，根据所选阀的流量特性，从开度验算表6中选择适当的公式进行验算。
   若同时给出qVmax和qVmin，则需利用这些参数以及其他相关数据来分别计算出KVmax和KVmin。随后，通过圆整这些计算值，我们可以得到各自的放大系数。最后，依据这些放大系数进行开度验算，并确保调节阀的相对开度符合表7中的规定。
   调节阀口径的计算与选择，主要涉及根据所选阀型及流量特性进行KV值的放大和圆整。在计算过程中，需要验算开度或开度范围、可调比等参数，以确保调节阀的性能符合要求。若验算结果符合规范，则可确定口径；否则，需重新进行计算和验算。同时，调节阀的口径选择不应小于所在管道口径的50%，以保证调节效果。
   接下来，我们将通过一个计算实例来具体展示这一过程。假设被测介质为丙烷，液体状态，温度为20℃，入口压力为1.68MPa，出口压力为1.45MPa，密度为ρL=528 kg/m3，饱和蒸汽压为pv=0.93MPa，临界压力为pc=4.26MPa。此外，最大流量qVmax为20m3/h，正常流量qVnor为10m3/h，且所在管道管径为DN40。在此情况下，我们可以选择Globe单座调节阀，具有等百分比流量特性，阀门流向为FTO。通过查询KOSO样本，我们得到FL=0.9，XT=0.72，并取R=30进行后续计算。接下来，我们将根据这些参数进行工况判别和调节阀口径的计算与选择。

气动比例调节阀的工作原理及计算选型的安装方法：
1、气动调节阀安装位置，距地面要求有一定的高度，阀的上下要留有一定空间，以便进行阀的拆装和修理。对于装有气动阀门定位器和手轮的调节阀，必须保证操作、观察和调整方便。
2、气动调节阀应安装在水平管道上，并上下与管道垂直，一般要在阀下加以支撑，保证稳固可靠。对于特殊场合下，需要调节阀水平安装在竖直的管道上时，也应将调节阀进行支撑（小口径调节阀除外）。安装时，要避免给调节阀带来附加应力）。
3、气动调节阀的工作环境温度要在（－30～+60）相对湿度不大于95%95%，相对湿度不大于95%。
4、气动调节阀前后位置应有直管段，长度不小于10倍的管道直径（10D），以避免阀的直管段太短而影响流量特性。
5、气动调节阀的口径与工艺管道不相同时，应采用异径管连接。在小口径调节阀安装时，可用螺纹连接。阀体上流体方向箭头应与流体方向一致。
6、要设置旁通管道。目的是便于切换或手动操作，可在不停车情况下对气动调节阀进行检修。
7、气动调节阀在安装前要清除管道内的异物，如污垢、焊渣等。