如何选择控制阀？ - We Focus on Fluid Control Solutions

在为过程选择控制阀时，必须考虑许多因素，包括阀的流量特性，其尺寸，噪声，潜在的气蚀或闪蒸损坏，阀体和阀内件材料，执行机构的尺寸和类型及其动态特性。对控制信号变化的响应。

选择主要取决于应用以及压力和温度条件。

如何选择控制阀？
阀门有多种类型，每种都有其优点和局限性。基本要求和选择取决于它们执行特定功能的能力，例如：

能够节流或控制流速。
完全打开时没有湍流或流动阻力，因为湍流降低了头部压力。
快速的打开和关闭机制–在紧急情况或安全方面多次需要快速响应。
严密的关闭防止高压泄漏。
仅允许一个方向流动的能力–防止回流。
在预设压力下打开–程序控制以防止设备损坏
能够处理研磨液–硬化材料可防止快速磨损。

本文讨论了基本的阀门类型，执行器类型，控制动作和定位器类型。
根据控制动作，分为直线运动和旋转运动

直线运动
线性阀（也称为多回转阀）具有滑杆设计，可将关闭元件推入打开或关闭位置。通常是截止阀，闸阀。

旋转运动
旋转运动也称为直角回转阀。阀杆旋转90°后，直角回转阀将处于完全打开或完全关闭的状态（0°）。
它们的操作比线性运动阀快得多。常见的有球阀，蝶阀。

基本阀类型
阀具有各种样式，材料，连接和尺寸的各种阀体。选择主要取决于服务条件，任务和应用程序的负载特征。

球阀

球阀是一种快速打开的阀，可提供紧密的关闭。完全打开时，球阀几乎不会产生湍流或流动阻力

球阀被认为是高回收阀，具有低压降和相对较高的流量。

最适合控制：

快速打开
线性的

用途：

完全开/关
节流阀
高温流体应用

优点：

低成本
高流量
高压/高温能力
低泄漏和维护
低扭矩紧密密封
容易的四分之一转操作。

缺点：

节流特性有限
容易发生气蚀。

蝶阀

蝶阀由一个附在轴上的圆盘组成，并带有用于促进旋转的轴承。这些阀被认为是高回收率阀，因为只有阀瓣会阻塞阀的流路。流量相对较高，阀上的压降较低

蝶阀用于节流阀，不需要严格关闭。完全打开时，蝶阀几乎没有湍流或流动阻力。

最适合的控制：

线性
等百分比

用途：

全开/全关或节流服务
频繁操作
需要小压降的应用

应用范围：

对于化学服务，水处理和消防系统中的大型管线而言，这是最经济的。
由于阀门的设计，与大多数阀门类型相比，其面对面尺寸小且重量轻，
对于较大的管线尺寸（即8英寸及以上），蝶阀是一种经济的选择。

优点：

成本低，维护轻巧，因此需要的支持更少
大容量
良好的流量控制
低压降

缺点：

控制所需的高扭矩
流量较低时容易产生气蚀

通常不被认为是气密性的，圆盘杆周围的腔和泄漏路径是流体和泥浆的潜在夹带。

截止阀

截止阀由一个可动盘形元件和一个固定在大体球形体内的固定环座组成。阀杆使截止阀相对于阀座运动。截止阀可以在完全打开和完全关闭之间的任何位置，以控制通过阀门的流量

球形阀杆和阀座结构使阀门具有良好的流量调节特性。当阀打开时，经过阀座和阀塞的湍流会导致较高的压降，有限的流量和低回收率。

最适合的控制：

线性
等百分比

用途：

精确的流量调节
节流操作频繁而广泛
适用于极高的压降应用
适用于大多数液体，蒸气，气体，腐蚀性物质
压力限制相对较高，范围从1480到1500 psi，具体取决于结构材料，尺寸和温度。
最低和最高温度范围也很广，从-425°F到1100°F，这再次取决于构造材料。

优点：

高效而精确的节流
精确的流量控制

缺点：

低回收率和相对较低的流量系数（Cv）。
高压降，更高的泵容量和系统磨损。
比其他阀门贵
密封装置是一个塞子，其关闭功能有限，并不总是满足气泡密封的要求。

闸阀

闸阀使用线性运动的阀杆来打开和关闭阀门。这些阀使用平行或楔形阀瓣作为提供紧密密封的封闭件

最适合的控制：

快速开启

用途：

完全打开/关闭，无节流
不频繁操作
管路中的液体截留最少

应用范围：

适用于石油，天然气，空气，重液体，蒸汽，非冷凝气体，磨蚀性和腐蚀性液体

优点：

大容量
严密关闭
低成本
流动阻力小。

缺点：

控制不良
在低压降时空化
不能用于节流

执行器

阀门执行器是一种利用动力源产生力来打开或关闭阀门的装置。

执行器类型

通常有两种类型的执行器：

气动执行器
电动执行器

气动：

气动执行器利用来自外部控制装置的空气信号通过定位器或电磁阀产生控制作用。通常有两种主要形式：活塞执行器和隔膜执行器。

活塞执行器
活塞执行器通常用于膜片执行器的行程太短或推力太小的场合。

隔膜执行器
隔膜执行器将压缩空气施加到称为隔膜的柔性膜片上。这些类型的执行器是单作用的，因为仅将空气供应到隔膜的一侧，并且它们可以是正作用（从弹簧缩回）或反向作用（从弹簧伸出）。

控制动作：
在气动阀中，可能有两种控制动作：

“气开” –流量限制随着控制信号值的增加而减小。
“气关” –流量限制随着控制信号值的增加而增加

故障安全功能

空气（或控制信号）故障关闭” –在执行器的压缩空气出现故障时，阀在弹簧压力下关闭。
空气（或控制信号）故障打开” –在执行器的压缩空气出现故障时，阀在弹簧压力下打开。

气动执行器的优点

气动执行器的最大优点是其故障保护功能。通过压缩弹簧的设计，工程师可以根据过程的安全性确定阀门是否会关闭或打开

电动：
电动执行器是一种电机驱动的设备，利用电输入信号来产生电机轴旋转。该旋转又通过设备的连杆转换为线性运动，该运动驱动阀杆和阀塞组件进行过程变量调制。

执行器使用两种类型的电动机

步进电机 使用齿轮，它们在90度旋转时增量在5,000到10,000之间，以便在较低速度下精确定位。

伺服电机 根据定义，是闭环的，可在高速下提供卓越的性能，但成本更高。

优点：

运营成本低。控制器和驱动器的低压电路消耗的功率要小得多。
响应时间基本上是瞬时的。
与气动执行器相比，提供精确的控制和定位。

缺点

电动执行器的主要缺点是，如果发生停电，阀门将保持在最后位置，除非有方便的电能存储来源，否则很难获得故障安全位置。
比气动执行器成本更高。
通常不建议在易燃气体中使用。

阀门定位器

阀门定位器是一种控制设备，旨在赋予阀门以灵敏度并确保控制信号所指示的精确定位。

定位器的添加可以纠正许多变化，包括由于灰尘，腐蚀或缺乏润滑而引起的填料摩擦变化，过程动态力变化。

定位器可以用作信号放大器或增强器。它接受低压空气控制信号，并通过使用其自己的高压输入，将其相乘以向执行器膜片提供高压输出空气信号。

何时应安装定位器：

在以下情况下应考虑使用定位器：

使非线性执行器线性化；
节流范围大时进行控制
加快阀门响应。
定位器允许在多个阀门之间分配控制器信号的量程。
必须严格控制压力，温度，流量等工艺参数。

作者：R.Jagan Mohan Rao