气动薄膜式调节阀流量计算选型分析

调节阀根据驱动方式分类，。根据结构可分为单座调节阀、双座调节阀、套筒调节阀、角式调节阀、球阀、蝶阀等九大类。调节阀的计算选型是指在选用调节阀时，通过对流经阀门介质的参数进行计算，确定阀门的流通能力，选择正确的阀门型式、规格等参数，包括公称通径，阀座直径，公称压力等，正确的计算选型是确保调节阀使用效果的重要环节。

气动执行器由执行机构和调节机构组成。气动执行机构包括：气动薄膜、气动活塞、气动长行程三种执行机构、调节机构为：阀、闸板、调节阀等，有直、角行程 2 种。

工作原理：当 0.2~1kg/cm2 时的信号压力输人薄膜气室中，产生推力使推杆部件移动、弹簧被压缩产生的反作用力与信号压力在薄膜上产生的推力相平衡。推杆的移动即是气动薄膜执行机构的行程。正作用式：当薄膜气室的信号压力为零时，推杆部件位于下方，当薄膜气室内输人信号压力时，使推杆部件向下移动;反作用式：当薄膜气室的信号压力为零时，推杆部件位于上方，当薄膜气室内输人信号压力时，使推杆部件向上移动。

气动薄膜式调节阀流量计算选型分析调节阀的流量特性

调节阀流量特性 调节阀的流量特性，是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经调节阀的相对流量与它的开度之间关系。调节阀的流量特性有线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。三种注量特性的意义如下：

1，等百分比特性（对数）

等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的。所以它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。

2，线性特性（线性）

线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。流量大时，流量相对值变化小，流量小时，则流量相对值变化大。

3，抛物线特性

流量按行程的二方成比例变化，大体具有线性和等百分比特性的中间特性。

从上述三种特性的分析可以看出，就其调节性能上讲，以等百分比特性为，其调节稳定，调节性能好。而抛物线特性又比线性特性的调节性能好，可根据使用场合的要求不同，挑选其中任何一种流量特性。

1 气动薄膜式调节阀流量计算选型分析调节阀流量系数计算公式

1.1流量系数符号：
Cv—英制单位的流量系数，其定义为：温度60°F（15.6℃）的水，在16/in2(7KPa)压降下，每分钟流过调节阀的美加仑数。
Kv—国际单位制（SI制）的流量系数，其定义为：温度5~40℃的水，在105Pa压降下，每小时流过调节阀的立方米数。
注：Cv≈1.16 Kv
1.2 不可压缩流体（液体）Kv值计算公式
1.2.1 一般液体的Kv值计算

式中：P1—阀入口绝对压力KPa 2—阀出口绝对压力KPa
QL—液体流量 m3/h ρ—液体密度g/cm3
FL—压力恢复系数，与调节阀阀型有关，附后
FF—流体临界压力比系数，
PV—阀入口温度下，介质的饱和蒸汽压（绝对压力KPa）
PC—物质热力学临界压力（绝对压力KPa）
1.2.2 高粘度液体Kv值计算
当液体粘度过高时，按一般液体公式计算出的Kv值误差过大，必须进行修正，修正后的流量系数为
式中：K′V —修正后的流量系数 KV —不考虑粘度修正时计算的流量系数
FR—粘度修正系数 （FR值从FR~Rev关系曲线图中确定）
计算雷诺数Rev公式如下：
对于只有一个流路的调节阀，如单座阀、套筒阀、球阀等:
对于有二个平行流路的调节阀，如双座阀，蝶阀，偏心旋转阀等：
1.3 可压缩流体—气体的KV值计算

式中：P1—阀入口绝对压力KPa P2—阀出口绝对压力KPa
Qg—气体流量 Nm3/h G—气体比重（空气=1）
t—气体温度℃ Z—高压气体（PN＞10MPa）的压缩系数
注：当介质工作压力≤10MPa时，Z=1；当介质工作压力＞10MPa时，Z＞1，具体值查有关资料。
1.4 可压缩流体—蒸汽的KV值计算
1.4.1 饱和蒸汽的KV值计算

式中：P1—阀入口绝对压力KPa P2—阀出口绝对压力KPa
GS—蒸汽流量 kg/h K—蒸汽修正系数
部分蒸汽的K值如下：

气动薄膜式调节阀流量计算选型分析

1.4.2 过热蒸汽的KV值计算

式中：P1、P2、GS、K含义及单位同前 △t—水蒸汽过热度℃
1.5两相流流体的Kv值计算
两相流流体的Kv值计算公式如下：

式中：P1、P2的含义及单位同前； Wg—气体、蒸汽质量流量，kg/h；
WL—液体质量流量，kg/h； ρe—两相流有效密度，kg/m3；
ρm—两相流密度(P1、T1条件)，kg/m3； ρL—液体密度，kg/m3；
Fg—气体压力恢复系数； f(x,k)—压差比修正系数；
T1—入口绝对温度，K； FF—液体临界压缩比系数；
1.6IEC推荐的调节阀FL、XT数值表：

气动薄膜式调节阀流量计算选型分析

2.气动薄膜式调节阀流量计算选型分析调节阀选型

2.1 流量系数选择
当流量系数Kv（Cv）计算出来后，就要对其作适当放大，使其符合所选阀型的Kv（Cv）值系列，并确定相应的调节阀口径（或阀座直径）。
对于S≥0.3的一般工况，采用以下流量系数放大倍数：
 等百分比流量特性，m=1.97;
直线流量特性， m=1.63;
圆整后的流量系数应使调节阀最小和最大流量系数时的相对行程处于下表的范围：
直线流量特性： 10%～80%
等百分比流量特性： 30%～90% 或者 30%～80%（最终按设计院技术规格书要求）
2.2 口径选择
当KV阀确定后，调节阀口径（公称通径）或阀座直径也就相应确定。
所选阀的口径除满足开度要求外，还应根据流体流速极限和接管直径进行验算，防止流速过高对阀门产生的冲击、振动和摩擦损耗。
2.2.1 流速
2.2.1.1 不可压缩流体（液体）的流速极限， m/s

注：套筒阀和抗气蚀调节阀的流速极限允许在上表数据的1.5倍之内。
2.2.1.2 可压缩流体（气体、蒸汽）
可压缩性流体的出口流速不应超过音速，且进口流速在100m/s之内。
2.2.2 接管直径
调节阀直径可以比接管直径小两个规格，如：
接管直径为DN250（10″）时，调节阀口径可以为DN150（6″）。
2.3 噪声预估
在自控系统中，调节阀是最大的噪声源，因此，必须进行噪声预估。当噪声超过有关规定时（一般为85dB）,应考虑低噪声结构，但是有两种场合除外：
a.阀门远离人区； 

b.常闭阀。

气动薄膜式调节阀流量计算选型分析气动薄膜笼式调节阀产品特点：

1、顶导向单座调节阀，结构紧凑，部件少、易维修。
2、金属阀芯适用多种工作场合，达IV级泄漏标准，ZXPQ型软密封结构阀芯达VI级泄漏标准。
3、阀体按流体力学原理设计成等截面低流阻流道，额定流量系数增大30%。
4、可调范围大，固有可调比为50。
5、执行机构采用多弹簧结构，高度减少30%、重量减轻30%。
6、ZXGV型波纹管密封型调节阀，对移动的阀杆形成的密封，堵绝流体外漏。
7、ZXPJ型调节阀带有保温夹套，用于流体冷却后易结晶、凝固造成堵塞的场合。

气动薄膜笼式调节阀零件材料：

☆主要零件材料：
☆阀体、阀盖：HT200，ZG230-450，ZG1Cr18Ni9Ti
☆阀芯、阀座：1Cr18Ni9Ti，司太莱合金堆焊
☆软密封阀芯：增强聚四氟乙烯
☆填料：聚四氟乙烯，柔性石墨
☆波纹管：1Cr18Ni9Ti
☆垫片：橡胶石棉板、10、1Cr18Ni9Ti、石棉缠绕垫片
☆膜盖：A3
☆波纹膜片：丁晴橡胶夹增强涤纶织物
☆弹簧：60SIMN
☆阀杆、推杆：2Cr13、1Cr18Ni9Ti
☆衬套：2Cr13

气动薄膜式调节阀流量计算选型分析技术参数：

本产业性能指标贯彻GB/T4213-92标准

气动薄膜式调节阀流量计算选型分析气动薄膜笼式调节阀外形尺寸及重量：

标准型、散热形、高温型外形尺寸表  单位：MM

散热高温型高度（H）为PN16的数值

夹套型高度H1及H均增加15%

气动薄膜式调节阀流量计算选型分析气动薄膜调节阀流特性和选型原则

流量特性是指阀位开度和流量大小的关系，直接影响调节质量和系统的稳定性，与被调参数和设备对象，工艺流程有关。

1、理想流量特性调节阀两端压差不变时相对流量与相对开度(行程)的关系：Q/Qmax=f×l/L式中，Q 为某一开度时，调节阀的流量及阀杆行程;f 为阀芯系数;Qmax、L 为调节阀全开时的zui大流量及阀杆全行程。理想流量特性取决于阀芯的尺寸，不同的阀芯曲面得到不同的理想流量特性。

2、工作流量特性分析调节阀前后端压差变化情况下得到的流量特性。分为直线特性、对数特点、抛物线特性等。抛物线特性介于直线和对数之间。经计算、分析，直线特性调节阀工作在小开度时调节性强，相对流量变化率过于激烈，不易控制，小干扰大克服容易过头，引起系统振荡，而在大开度时，相对变化率下，调节性能弱，太迟钝，大的干扰不能很*服;对数特性是指单位开度变化所引起的相对流量变化值与此点相对流量成正比.经计算、分析，对数阀在小开度时放大倍数小，缓和平衡，利于操作控制，而在大开度时放大倍数大，工作能灵敏有效，是zui常用的阀门。

3、 流量特性选择规则工业生产中常用的调节阀如直线、对数、快开特性，一般选取直线、对数特性即可满足工艺调节要求，快开特性适应于二位调节，对于比较难控制和要求较严的对象，从以下几个方面考虑：

a、用调节阀的非线性去补偿过程的非线性，使系统总的增益变化较小，稳定;

b、工艺管道情况，考虑工艺管道阻力情况;

c、适应系统的负荷波动;

d、考虑调节阀的工作条件和使用寿命;

e、调节阀工作特性改善。

3 流量能力 C 值的计算方法和调节阀口径的确定

C 值的定义：我国规定在调节阀前后压差为 1kPa、液体重度为 1kPa3 的情况下，以每小时通过调节阀门的流体 m3数值，表示流通能力 C 值的大小(以氧化铝料浆为例。)

调节阀压差：S=ΔP/(∑ΔPF+ΔP)

式中，ΔP 为调节阀差压;∑ΔPF 为zui大流量时管路阻力降。

C=Q(r/ΔP)1/2=G/(ΔP * r)1/2

式中，Q、G 为工艺所提供的体积或重量流量;ΔP 为阀门前后压差;r 为重度。

C 值的选取和公称通径 Dg 及阀座直径 dg 的确定，由工艺提供的zui大流量和对应的zui小压差。计算出 Cmax，便可选取合适的阀。

4 气动薄膜式调节阀流量计算选型分析气动薄膜调节阀应用实例

沉降工段负责将高压溶出的料浆通过洗涤、沉降槽的作用下，将赤泥沉淀、分离出来。在料浆输送过程中，需要大量的气动调节阀来调节流量。根据现场的工艺环境或计算，气动阀采用了美国 FISHER-ROSEMOUNT 公司生产的气动调节阀，由阀门定位器和调节阀组成。阀门定位器采用了位移式气动阀门定位器，其负反馈闭环系统。见图 1。

为波纹管的有效面积;C 为测量组件的刚度;K 为三级功率放大器的放大倍数;KL 为输人信号传动杠杆比;KF 为反馈信号传动杠杆比;KV/(TVs+1) 是气动调节阀的传递函数，是一个一阶周期环节，KV 为调节的放大系数，与执行机构的薄膜有效面积和弹簧刚度及调节的结构等因素有关;TV 为调节阀的时间常数，也与气室大小等因素有关。

上述负反馈系统中，阀杆输出位移 Y 与输人的调节器压力领信号 P 之间的传递函数：

W(s)=Y/P≈AEKL/CKF

AE、KL、C、KF 一定时，Y 与 P 之间成一一对应的比例关系。也就是说，通过电一气阀门定位器的电气转换，定位器接受来自调节器或控制系统的电流信号(4~20mA)，这个信号改变执行机构气室的压力 P，使阀门的位置达到给定值 Y，从而达到调节的目的。

4.1 调节阀反向动作和流量特性在应用过程中，由于生产需要将一台气关式调节阀改成气开式调节器，在以前就需将阀芯反装，或采用反作用式执行机构。在现场改装比较麻烦，而且需有一定的备品才行。采用阀门定位器后，正作用定位器的输人信号从 20~100kPa 变化时，它的输出信号从 20~100kPa 变为 100~20kPa 即可。具体结构中，用到一个凸轮和两个喷嘴。左喷嘴用以实现正作用，右喷嘴实现反作用。左、右喷嘴与放大器的气路用背压切换板来沟通。调节阀的流量特性可以通过改变反馈凸轮的几何形状来改变。改变反馈凸轮的几何形状能够改变调节阀的反馈量，使定位器的输出特性发生变化，从而修正了流量特性。

4.2 手动机构的配置当气源信号或电信号出现故障时，或者当执行机构的主要元件(膜片、弹黄等)损坏时，就需把自动操作改为手动操作，需转动手轮维持调节阀的调节功能;另一方面，这种机构也可作为调节阀行程的限位器，当信号压力为零时，调节阀不是全开就是全关，如果工艺过程要求调节阀有少量的流量，可利用手轮来达到目的。手轮机构有顶装式和侧装式，顶装式只能为单方向限制行程，如果在选型或安装时，选用侧装式可以根据工艺的要求安在左或右侧实现限位。总之，手动机构可提高调节阀运行的可靠性，特别是调节阀台增设旁路，使用口径较大的调节阀时，使用手轮机构从投资费用或占地面积都很合算。所以自动操作完成正常和执行机构*时，由于不使用手动机构，为此经常要加油防锈。

气动薄膜式调节阀流量计算选型分析安装调节阀须注意

(1)气动调节阀应安装在便于维护、修理的地方。

(2)当选定调节阀的公称通径与工艺管径不同时应加装异接头进行连接。

(3)安装在有振源的场合，应增加防振措施。

(4)安装时，必须使阀体上或法兰上的箭头方向指向介质方向。

(5)安装前，需要认真清洗管道内焊渣和其它杂物，在安装后，应将阀芯处于zui大开度，并对管道和阀再一次清洗，以防杂物卡住和损伤节流件。

气动薄膜调节阀的正确选型、安装、使用、维修，不仅能够提高过程控制的可靠性，而且能够快速解决阀的故障，增加阀的使用寿命对企业的节能降耗有着可观的经济效益。