隨著我國(guó)有色行業(yè)的迅猛發(fā)展，氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、使用可靠、防火防爆等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于氧化鋁的生產(chǎn)過程。而作為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要一環(huán)，它的工作狀態(tài)的好壞將直接影響自動(dòng)控制過程，本文以自己的工作實(shí)踐為基礎(chǔ)，詳細(xì)敘述氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的工作原理、選型過程、安裝及維修。

氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析主要結(jié)構(gòu)和工作原理

氣動(dòng)執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：氣動(dòng)薄膜、氣動(dòng)活塞、氣動(dòng)長(zhǎng)行程三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為：閥、閘板、調(diào)節(jié)閥等，有直、角行程 2 種。氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥為老一代ZMAM型的改進(jìn)型產(chǎn)品。具有穩(wěn)定性好、通用性強(qiáng)、易維修等優(yōu)點(diǎn)。單密封型適用于泄漏要求較嚴(yán)，壓差不大的干凈介質(zhì)場(chǎng)合，改進(jìn)后，可當(dāng)切斷閥使用；雙密封型適用于泄漏要求不嚴(yán)，壓差較大的干凈介質(zhì)場(chǎng)合。小孔節(jié)流型，可作低噪音閥使用。

1、采用平衡型閥芯，不平衡力下，允許壓差大，操作穩(wěn)定。

2、閥芯導(dǎo)向面大，可改善由渦流和沖擊引起的振蕩。

3、比普通的單、雙座調(diào)節(jié)閥噪聲降低10dB左右。

4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆維修方便，并具有如下優(yōu)點(diǎn)：

?、俨捎闷胶馐浇Y(jié)構(gòu), 閥前后介質(zhì)壓差對(duì)閥瓣產(chǎn)生的不平衡力非常小, 相同工況下同類型閥門所需要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力小, 所以其閥桿直徑比單座非平衡閥設(shè)計(jì)或選擇更小。

?、陂y桿與填料之間的摩擦力比較小, 減小了閥門動(dòng)作的阻力, 且閥桿和填料的磨損也小, 使用壽命增加。另外, 較小直徑的閥桿在中高溫時(shí)熱脹冷縮變化量小, 避免了在中高溫時(shí)閥桿與填料之間摩擦力增大或互相抱卡塞住的情況發(fā)生。

?、塾捎谛滦吞淄查y是平衡式結(jié)構(gòu), 與非平衡式的直通單座閥比較, 所配置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以比較小, 但卻可以克服比直通單座調(diào)節(jié)閥高的介質(zhì)壓差。例如, DN200/ DN250/ DN300 的新型套筒調(diào)節(jié)閥可配置氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu), 可適應(yīng)更大范圍的工作壓差。最大閥座直徑時(shí),允許工作壓差是相同配置直通單座調(diào)節(jié)閥的2倍左右,也可配置薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)和防爆電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

?、苄滦吞淄舱{(diào)節(jié)閥采用自對(duì)中無(wú)螺紋卡入式閥座結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì), 閥門拆裝方便, 并能達(dá)到Ⅳ級(jí)以上泄漏量標(biāo)準(zhǔn)。

⑤在150℃以下時(shí), 金屬硬密封可以達(dá)到Ⅳ級(jí)以上泄漏量標(biāo)準(zhǔn), 聚四氟乙烯軟密封可以達(dá)到Ⅵ級(jí)泄漏量標(biāo)準(zhǔn)。DN200/ DN250/ DN300 的新型套筒調(diào)節(jié)閥使用壽命高于直通單座調(diào)節(jié)閥。

氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析工作原理：

當(dāng) 0.2~1kg/cm2 時(shí)的信號(hào)壓力輸人薄膜氣室中，產(chǎn)生推力使推桿部件移動(dòng)、彈簧被壓縮產(chǎn)生的反作用力與信號(hào)壓力在薄膜上產(chǎn)生的推力相平衡。推桿的移動(dòng)即是氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程。正作用式：當(dāng)薄膜氣室的信號(hào)壓力為零時(shí)，推桿部件位于下方，當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號(hào)壓力時(shí)，使推桿部件向下移動(dòng);反作用式：當(dāng)薄膜氣室的信號(hào)壓力為零時(shí)，推桿部件位于上方，當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號(hào)壓力時(shí)，使推桿部件向上移動(dòng)。

氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析流特性和選型原則

流量特性是指閥位開度和流量大小的關(guān)系，直接影響調(diào)節(jié)質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，與被調(diào)參數(shù)和設(shè)備對(duì)象，工藝流程有關(guān)。

1、理想流量特性調(diào)節(jié)閥兩端壓差不變時(shí)相對(duì)流量與相對(duì)開度(行程)的關(guān)系：Q/Qmax=f×l/L式中，Q 為某一開度時(shí)，調(diào)節(jié)閥的流量及閥桿行程;f 為閥芯系數(shù);Qmax、L 為調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的zui大流量及閥桿全行程。理想流量特性取決于閥芯的尺寸，不同的閥芯曲面得到不同的理想流量特性。
2、工作流量特性分析調(diào)節(jié)閥前后端壓差變化情況下得到的流量特性。分為直線特性、對(duì)數(shù)特點(diǎn)、拋物線特性等。拋物線特性介于直線和對(duì)數(shù)之間。經(jīng)計(jì)算、分析，直線特性調(diào)節(jié)閥工作在小開度時(shí)調(diào)節(jié)性強(qiáng)，相對(duì)流量變化率過于激烈，不易控制，小干擾大克服容易過頭，引起系統(tǒng)振蕩，而在大開度時(shí)，相對(duì)變化率下，調(diào)節(jié)性能弱，太遲鈍，大的干擾不能很服;對(duì)數(shù)特性是指單位開度變化所引起的相對(duì)流量變化值與此點(diǎn)相對(duì)流量成正比.經(jīng)計(jì)算、分析，對(duì)數(shù)閥在小開度時(shí)放大倍數(shù)小，緩和平衡，利于操作控制，而在大開度時(shí)放大倍數(shù)大，工作能靈敏有效，是zui常用的閥門。
3、 流量特性選擇規(guī)則工業(yè)生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥如直線、對(duì)數(shù)、快開特性，一般選取直線、對(duì)數(shù)特性即可滿足工藝調(diào)節(jié)要求，快開特性適應(yīng)于二位調(diào)節(jié)，對(duì)于比較難控制和要求較嚴(yán)的對(duì)象，從以下幾個(gè)方面考慮：
a、用調(diào)節(jié)閥的非線性去補(bǔ)償過程的非線性，使系統(tǒng)總的增益變化較小，穩(wěn)定;
b、工藝管道情況，考慮工藝管道阻力情況;
c、適應(yīng)系統(tǒng)的負(fù)荷波動(dòng);
d、考慮調(diào)節(jié)閥的工作條件和使用壽命;
e、調(diào)節(jié)閥工作特性改善。
3 流量能力 C 值的計(jì)算方法和調(diào)節(jié)閥口徑的確定
C 值的定義：我國(guó)規(guī)定在調(diào)節(jié)閥前后壓差為 1kPa、液體重度為 1kPa3 的情況下，以每小時(shí)通過調(diào)節(jié)閥門的流體 m3數(shù)值，表示流通能力 C 值的大小(以氧化鋁料漿為例。)
調(diào)節(jié)閥壓差：S=ΔP/(∑ΔPF ΔP)
式中，ΔP 為調(diào)節(jié)閥差壓;∑ΔPF 為zui大流量時(shí)管路阻力降。
C=Q(r/ΔP)1/2=G/(ΔP * r)1/2
式中，Q、G 為工藝所提供的體積或重量流量;ΔP 為閥門前后壓差;r 為重度。
C 值的選取和公稱通徑 Dg 及閥座直徑 dg 的確定，由工藝提供的大流量和對(duì)應(yīng)的小壓差。計(jì)算出 Cmax，便可選取合適的閥。

氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析技術(shù)參數(shù)：

閥體部分

閥體型式：鑄造球型閥 

公稱通徑：DN25、32、40、50、65、80、100、200、250、300、350、400、450

公稱壓力：PN  1.6、2.5、4.0、6.4、10Mpa

ANSI 150、300、600Lb

              JIS  10K、20K、30K

連接方式：法蘭： FF、RF、RTJ、等

焊接：SW、BW

法蘭距：符合IEC 534

閥蓋形式：標(biāo)準(zhǔn)型、加長(zhǎng)型（散熱、低溫、波紋管密封）

填   料：V型聚四氟乙烯、柔性石墨填料等

密封墊：金屬夾石墨密封墊

執(zhí)行機(jī)構(gòu)：氣動(dòng)：薄膜多彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣開式、氣關(guān)式、雙作用氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)

電動(dòng)：普通型381L PSL、防爆型381L系列

定位器：電氣閥門定位器、智能型數(shù)字定位器

附件：電磁閥、閥位反饋器、手操機(jī)構(gòu)、保位閥、空氣過濾減壓器等

閥內(nèi)部件

閥芯型式：?jiǎn)巫淄查y芯、雙座套筒型閥芯

流量特性：等百分比、線性、快開

內(nèi)件材質(zhì)：標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)組合及使用溫度、壓力范圍請(qǐng)參閱附錄

氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析

閥體材質(zhì)：WCB、WC9、CF8、CF8M等

閥蓋材質(zhì)：WCB、WC9、CF8、CF8M

閥芯材質(zhì)：304、304+STL/PTFE、316、316+STL/PTFE

填料材質(zhì)：“V”型PTFE、柔性石墨、波紋管

氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析外形尺寸：

4 氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析應(yīng)用實(shí)例
沉降工段負(fù)責(zé)將高壓溶出的料漿通過洗滌、沉降槽的作用下，將赤泥沉淀、分離出來(lái)。在料漿輸送過程中，需要大量的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)流量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工藝環(huán)境或計(jì)算，氣動(dòng)閥采用了生產(chǎn)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，由閥門定位設(shè)備和調(diào)節(jié)閥組成。閥門定位設(shè)備采用了位移式氣動(dòng)閥門定位設(shè)備，其負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。
為波紋管的有效面積;C 為測(cè)量組件的剛度;K 為三級(jí)功率放大器的放大倍數(shù);KL 為輸人信號(hào)傳動(dòng)杠桿比;KF 為反饋信號(hào)傳動(dòng)杠桿比;KV/(TVs 1) 是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)，是一個(gè)一階周期環(huán)節(jié)，KV 為調(diào)節(jié)的放大系數(shù)，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的薄膜有效面積和彈簧剛度及調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān);TV 為調(diào)節(jié)閥的時(shí)間常數(shù)，也與氣室大小等因素有關(guān)。

上述負(fù)反饋系統(tǒng)中，閥桿輸出位移 Y 與輸人的調(diào)節(jié)器壓力領(lǐng)信號(hào) P 之間的傳遞函數(shù)：
W(s)=Y/P≈AEKL/CKF
AE、KL、C、KF 一定時(shí)，Y 與 P 之間成一一對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系。也就是說，通過電一氣閥門定位設(shè)備的電氣轉(zhuǎn)換，定位設(shè)備接受來(lái)自調(diào)節(jié)器或控制系統(tǒng)的電流信號(hào)(4~20mA)，這個(gè)信號(hào)改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力 P，使閥門的位置達(dá)到給定值 Y，從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。
4.1 調(diào)節(jié)閥反向動(dòng)作和流量特性在應(yīng)用過程中，由于生產(chǎn)需要將一臺(tái)氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥改成氣開式調(diào)節(jié)器，在以前就需將閥芯反裝，或采用反作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在現(xiàn)場(chǎng)改裝比較麻煩，而且需有一定的備品才行。采用閥門定位設(shè)備后，正作用定位設(shè)備的輸人信號(hào)從 20~100kPa 變化時(shí)，它的輸出信號(hào)從 20~100kPa 變?yōu)?100~20kPa 即可。具體結(jié)構(gòu)中，用到一個(gè)凸輪和兩個(gè)噴嘴。左噴嘴用以實(shí)現(xiàn)正作用，右噴嘴實(shí)現(xiàn)反作用。左、右噴嘴與放大器的氣路用背壓切換板來(lái)溝通。調(diào)節(jié)閥的流量特性可以通過改變反饋凸輪的幾何形狀來(lái)改變。改變反饋凸輪的幾何形狀能夠改變調(diào)節(jié)閥的反饋量，使定位設(shè)備的輸出特性發(fā)生變化，從而修正了流量特性。

4.2 手動(dòng)機(jī)構(gòu)的配置當(dāng)氣源信號(hào)或電信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，或者當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要元件(膜片、彈黃等)損壞時(shí)，就需把自動(dòng)操作改為手動(dòng)操作，需轉(zhuǎn)動(dòng)手輪維持調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能;另一方面，這種機(jī)構(gòu)也可作為調(diào)節(jié)閥行程的限位器，當(dāng)信號(hào)壓力為零時(shí)，調(diào)節(jié)閥不是全開就是全關(guān)，如果工藝過程要求調(diào)節(jié)閥有少量的流量，可利用手輪來(lái)達(dá)到目的。手輪機(jī)構(gòu)有頂裝式和側(cè)裝式，頂裝式只能為單方向限制行程，如果在選型或安裝時(shí)，選用側(cè)裝式可以根據(jù)工藝的要求安在左或右側(cè)實(shí)現(xiàn)限位。總之，手動(dòng)機(jī)構(gòu)可提高調(diào)節(jié)閥運(yùn)行的可靠性，特別是調(diào)節(jié)閥臺(tái)增設(shè)旁路，使用口徑較大的調(diào)節(jié)閥時(shí)，使用手輪機(jī)構(gòu)從投資費(fèi)用或占地面積都很合算。所以自動(dòng)操作完成正常和執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，由于不使用手動(dòng)機(jī)構(gòu)，為此經(jīng)常要加油防銹。

氣動(dòng)薄膜精小型套筒調(diào)節(jié)閥選型分析安裝調(diào)節(jié)閥須注意

(1)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在便于維護(hù)、修理的地方。
(2)當(dāng)選定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑與工藝管徑不同時(shí)應(yīng)加裝異接頭進(jìn)行連接。
(3)安裝在有振源的場(chǎng)合，應(yīng)增加防振措施。
(4)安裝時(shí)，必須使閥體上或法蘭上的箭頭方向指向介質(zhì)方向。
(5)安裝前，需要認(rèn)真清洗管道內(nèi)焊渣和其它雜物，在安裝后，應(yīng)將閥芯處于zui大開度，并對(duì)管道和閥再一次清洗，以防雜物卡住和損傷節(jié)流件。
氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的正確選型、安裝、使用、維修，不僅能夠提高過程控制的可靠性，而且能夠快速解決閥的故障，增加閥的使用壽命對(duì)企業(yè)的節(jié)能降耗有著可觀的經(jīng)濟(jì)效益。