工業(yè)自動化控制閥設(shè)計選型

工業(yè)生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)有各種不同類型，例如簡單控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)等，圖l是兩個簡單控制系統(tǒng)的示例。圖中，每個控制系統(tǒng)都包括被控變量、操縱變量和相應(yīng)的控制規(guī)律。被控變量是需要控制的過程變量，例如，換熱器出口溫度、泵出口壓力等。要使被控變量與期望的設(shè)定值保持一致，需要一種控制手段，例如，圖中的蒸汽流量、泵的旁路流量等。被控變量偏離設(shè)定的原因是生產(chǎn)過程中存在干擾，例如，蒸汽壓力的波動、泵轉(zhuǎn)速的變化等。通常，把用于調(diào)節(jié)的變量稱為操縱變量。本書從控制閥選用所需的基礎(chǔ)知識入手, 重點介紹控制閥的組成及分類, 控制閥計算的理論基礎(chǔ), 流量系數(shù)的計算, 控制閥類型的選擇, 控制閥公稱尺寸的選擇, 噪聲的允許標(biāo)準(zhǔn)及控制閥的檢測與安裝, 常見故障及消除。

工業(yè)自動化控制閥設(shè)計選型

一個簡單控制系統(tǒng)由檢測元件和變送器、控制器、執(zhí)行器和被控對象組成。檢測元件和變送(sensorandtransmitter)用于檢測被控變量，將檢測信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號。例如，熱電阻將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化，溫度變送器將電阻信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的氣壓或電流、電壓信號等。
控制器(controller)將檢測變送環(huán)節(jié)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號與設(shè)定值信號進(jìn)行比較，獲得偏差信號，按一定控制規(guī)律對偏差信號(errorsignal)進(jìn)行運算，運算輸出送執(zhí)行器?？刂破骺捎媚M儀表實現(xiàn)，也可用微處理器組成的數(shù)字控制器實現(xiàn)，例如DCS和FCS中采用的PID控制功能模塊等。

執(zhí)行器(actuator)處于控制環(huán)路的終位置，因此也稱為終元件(final element)。執(zhí)行器用于接收控制器的輸出信號，并控制操縱變量變化。在大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用中，執(zhí)行器采用控制閥。近年來，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，一些控制系統(tǒng)已采用變頻器和相應(yīng)的電動機(泵)等設(shè)備組成執(zhí)行器。本頁介紹控制閥的有關(guān)內(nèi)容，不討論變頻器和其他執(zhí)行器。
生產(chǎn)過程的負(fù)荷變化或操作條件改變時，通過檢測元件和變送器的檢測和變送，將過程的被控變量送控制器，經(jīng)控制規(guī)律運算后的輸出送執(zhí)行器，改變過程中相應(yīng)的流體流量，使被控變量與設(shè)定值保持一致?？梢姡瑱z測元件和變送器的作用類似于人的眼睛，控制器的作用類似于人的大腦，執(zhí)行器的作用類似于人的手腳。一個控制系統(tǒng)的質(zhì)量受到組成控制系統(tǒng)各組成部件的影響，主要取決于控制系統(tǒng)組成部件中弱環(huán)節(jié)的影響。

流量調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力和液位。根據(jù)調(diào)節(jié)部位信號，自動控制閥門的開度，從而達(dá)到介質(zhì)流量、壓力和液位的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥分電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥和液動調(diào)節(jié)閥等。調(diào)節(jié)閥由電動執(zhí)行機構(gòu)或氣動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。調(diào)節(jié)閥通常分為直通單座式調(diào)節(jié)閥和直通雙座式調(diào)節(jié)閥兩種，后者具有流通能力大、不平衡辦小和操作穩(wěn)定的特點，所以通常特別適用于大流量、高壓降和泄漏少的場合。

工業(yè)自動化控制閥設(shè)計選型

壓力調(diào)節(jié)閥是由361L系列電子式電動執(zhí)行機構(gòu)和單座調(diào)節(jié)閥以及壓力傳感器與顯示器組合電動執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)有伺系統(tǒng)，無須另配伺服放大器，無需4-20mA調(diào)節(jié)，只需注明閥后壓力是多少即可運行閥門，實現(xiàn)沒有遠(yuǎn)程信號可運行的壓力調(diào)節(jié)閥.自力式壓力調(diào)節(jié)閥是一種無需外加驅(qū)動能源，依靠被調(diào)介質(zhì)自身的壓力為動力源及其介質(zhì)壓力變化，按預(yù)定設(shè)定值，進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的節(jié)能型控制裝置。它集檢查、控制、執(zhí)行諸多功能于控制閥，自成一個獨立的儀表控制系統(tǒng)。

溫度調(diào)節(jié)閥,自力式電控溫度調(diào)節(jié)閥（適用于較大口徑及導(dǎo)熱油控制）,該閥大的特點只需普通220V電源，利用被調(diào)介質(zhì)自身能量,直接對蒸汽、熱水、熱油與氣體等介質(zhì)的溫度實行自動調(diào)節(jié)和控制，亦可使用在防止對過熱或熱交換場合，該閥結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，選用調(diào)溫范圍廣、響應(yīng)時間快、密封性能可靠，并可在運行中隨意進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而廣泛應(yīng)用于化工、石油、食品、輕紡、賓館與飯店等部門的熱水供應(yīng)。

2．工業(yè)自動化控制閥設(shè)計選型控制閥的重要性

控制閥(controlvalve)用于調(diào)節(jié)操縱變量的流量，因此，以前亦稱調(diào)節(jié)閥。從控制系統(tǒng)整體看，一個控制系統(tǒng)控制得好不好，都要通過控制閥來實現(xiàn)。由于下列原因，控制閥變得十分重要。 

①控制閥是節(jié)流裝置，屬于動部件，與檢測元件和變送器、控制器比較，在控制過程中，控制閥需要不斷改變節(jié)流件的流通面積，使操縱變量變化，以適應(yīng)負(fù)荷變化或操作條件的改變。因此，對控制閥閥組件的密封、耐壓、腐蝕等提出更高要求。例如，密封會使控制閥摩擦力增加，控制閥死區(qū)加大，造成控制系統(tǒng)控制品質(zhì)變差等。
②控制閥的活動部件是造成“跑”、“冒”、“滴”、“漏”的主要原因，它不僅造成資源或物料的浪費，也污染環(huán)境，引發(fā)事故。
③控制閥的閥內(nèi)件與過程介質(zhì)直接接觸，和檢測元件與過程介質(zhì)接觸的不同之處如下
a．控制閥閥組件的接觸介質(zhì)可能與檢測元件的接觸介質(zhì)不同，對控制閥的耐腐蝕性、強度、剛度、材料等有更高要求。
b．檢測元件可采用隔離液等方法與過程介質(zhì)隔離，但控制閥通常與過程介質(zhì)直接接觸，很難采用隔離的方法與過程介質(zhì)隔離。

④控制閥的節(jié)流使能量在閥內(nèi)件內(nèi)部被消耗，因此，降低能耗，降低控制閥的壓力損失，和保證較好的控制品質(zhì)之間要合理選擇和兼顧。
⑤控制閥對流體進(jìn)行節(jié)流的同時也造成噪聲。例如，當(dāng)閥出口壓力低于液體的蒸汽壓力時，造成閃蒸；當(dāng)閥下游壓力高于液體蒸汽壓力時，造成汽蝕。控制閥造成的噪聲和控制閥流路的設(shè)計、操作壓力、被控介質(zhì)特性等有關(guān)，因此，降低噪聲，降低壓力損失等對控制閥提出更高要求。
⑥控制閥的適應(yīng)性強。它被安裝在各種不同的生產(chǎn)過程，生產(chǎn)過程的低溫、高溫、高壓、大流量、微小流量等操作條件需要控制閥具有各種不同的功能，控制閥應(yīng)能夠適應(yīng)不同應(yīng)用的要求。
⑦檢測元件和變送器、控制器等發(fā)展快，投入的人力和物力多。相對來看，通常認(rèn)為
控制閥結(jié)構(gòu)簡單，因此，對控制閥投入研究和開發(fā)的人力和物力相對不足。

工業(yè)自動化控制閥設(shè)計選型

現(xiàn)代化工廠往往是大量的控制回路組成的。每一個控制回路都經(jīng)過設(shè)計以保證重要的過程變量不超出要求的工作范圍,以確保控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?？刂崎y作為控制系統(tǒng)的終端執(zhí)行裝置,它的各項質(zhì)量及安全指標(biāo)對生產(chǎn)的穩(wěn)定運行、控制的優(yōu)化等至關(guān)重要。工業(yè)自動化過程控制中的重要執(zhí)行單元儀表。隨著工業(yè)領(lǐng)域的自動化程度越來越高,正被越來越多的應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。與傳統(tǒng)的氣動調(diào)節(jié)閥相比具有明顯的優(yōu)點：電動調(diào)節(jié)閥節(jié)能（只在工作時才消耗電能），環(huán)保（無碳排放），安裝快捷方便（無需復(fù)雜的氣動管路和氣泵工作站）。閥門按其所配執(zhí)行機構(gòu)使用的動力，按其功能和特性分為線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種.