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知識原理

閥門的工作原理(圖)

Writer: admin Time:2020-03-05 13:20 Browse:

今天我們來介紹通用閥門的工作原理在這里可以直接看動圖原理,主要是以蒸汽和冷凝水回路的方框6考慮了控制的實際方面,將方框5中討論的基本控制理論付諸實踐。

基本控制系統通常由以下組件組成:

  • 控制閥
  • 執行器。
  • 控制器。
  • 傳感器。

所有這些術語都是通用的,每個術語都可以包含許多變體和特征。隨著技術的進步,各個設備項及其定義之間的分界線變得越來越不清楚。例如,傳統上將閥門調節到其行程范圍內特定位置的定位器現在可以:

  • 直接從傳感器獲取輸入并提供控制功能。
  • 與計算機連接以更改控制功能并執行診斷例程。
  • 修改閥的運動以改變控制閥的特性。
  • 與工廠數字通信系統的接口。

但是,為了清楚起見,將單獨考慮每個設備。

控制閥

盡管存在各種各樣的閥門類型,但本文檔將重點介紹在蒸汽和其他工業流體的自動控制中使用最廣泛的閥門。其中包括
具有線性和旋轉主軸運動的閥門類型。
線性類型包括截止閥和滑閥。
旋轉類型包括球閥,蝶閥,旋塞??閥及其變型。
首先要選擇的是二通閥和三通閥。

  • 兩通閥“節流”(限制)通過它們的流體。
  • 三通閥可用于“混合”或“轉移”通過它們的液體。

二通閥

截止閥

截止閥常用于控制應用,因為它們適合節流,并且易于獲得特定的“特性”,從而將閥的開度與流量聯系起來。
圖6.1.1顯示了兩種典型的截止閥類型。聯接到閥桿的致動器將提供閥運動。

截止閥的主要組成部分是:

  • 身體。
  • 引擎蓋。
  • 閥座和閥塞或閥內件。
  • 閥桿(連接到執行器)。

閥桿和閥蓋之間的密封裝置。

圖6.1.2是單座兩通截止閥的示意圖。在這種情況下,流體流推向閥芯,并趨于使閥芯脫離閥座。

閥門必須關閉的上游(P1)和下游(P2)的壓力差稱為壓差(ΔP)。閥門可以關閉的最大壓差取決于閥門的尺寸和類型以及執行該閥門的執行器。
廣義上講,執行器所需的力可使用公式6.1.1確定。

在蒸汽系統中,通常假定最大壓差與上游絕對壓力相同。當閥關閉時,這允許閥下游可能存在真空條件。封閉水系統中的壓差是最大泵壓差。
如果使用具有較大孔口的較大閥門通過更大體積的介質,那么執行器為關閉閥門而必須產生的力也會增加。如果必須使用大的閥門通過非常大的容量,或者存在非常高的壓差,將無法提供足夠的力來關閉傳統的單座閥,這將成為現實。在這種情況下,傳統的解決方案是雙座二通閥。
顧名思義,雙座閥在同一主軸上有兩個閥塞,兩個閥座。如圖6.1.3所示,不僅可以將閥座保持較?。ㄒ驗橛袃蓚€),而且可以使力部分平衡。這意味著,盡管壓差試圖將頂部閥塞從其閥座上移開(與單個閥座閥一樣),但它也試圖向下推并關閉下部閥塞。

但是,任何雙座閥都存在潛在的問題。由于制造公差和膨脹系數不同,幾乎無法保證雙座閥具有良好的截止密封性。

密封性

控制閥的泄漏根據完全關閉時閥的泄漏量進行分類。標準雙座閥上的泄漏率最高為III類(泄漏量為全流量的0.1%),可能太大而無法使其適合某些應用。因此,由于通過兩個端口的流路不同,因此當閥門打開時,力可能不會保持平衡。
存在各種使控制閥泄漏率正規化的國際標準。以下泄漏率取自英國標準BS 5793第4部分(IEC 60534-4)。對于不平衡的標準單座閥,泄漏率通常為IV級(全流量的0.01%),盡管有可能獲得V級(1.8 x 10 5)x壓差(bar)x閥座直徑(mm)。通常,泄漏率越低,成本越高。

平衡單座閥

由于與雙座閥相關的泄漏問題,當需要嚴密關閉時,應指定一個單座閥。關閉單個閥座截止閥所需的力隨閥門尺寸的增加而大大增加。一些閥門設計有平衡機構,以減小必要的關閉力,特別是在以較大壓差運行的閥門上。在活塞平衡閥中,一些上游流體壓力通過內部通道傳輸到閥芯上方的空間中,該空間用作壓力平衡室。如圖6.1.4所示,該腔室內的壓力在閥芯上提供了下壓力,從而平衡了上游壓力并輔助了執行器施加的法向力,從而關閉了閥。

主軸滑閥

滑閥傾向于采用兩種不同的設計。楔形澆口型和平行滑槽型。兩種類型都非常適合隔離流體,因為它們提供了緊密的關閉功能,并且在打開時,它們之間的壓降很小。兩種類型均用作手動操作閥,但如果需要自動致動,則通常選擇并聯滑閥,以進行隔離或控制。典型的閥如圖6.1.5所示。

平行滑閥通過兩個彈簧加載的滑動盤(未顯示彈簧)關閉,該滑動盤穿過流體的流路,流體壓力確保下游盤與其閥座之間的緊密連接。大型并聯滑閥用于電力和過程工業的主要蒸汽和進料管線中,以隔離工廠的各個部分。小口徑平行滑閥也用于控制輔助蒸汽和水服務,盡管主要由于成本原因,這些任務通常是使用致動球閥和活塞式閥來執行的。

旋轉閥

旋轉閥通常稱為直角回轉閥,包括旋塞閥,球閥和蝶閥。所有這些都需要旋轉運動才能打開和關閉,并且可以輕松地安裝執行器。

偏心旋塞閥

圖6.1.6顯示了典型的偏心旋塞閥。如圖所示,通常將這些閥安裝在旋塞主軸水平的位置,并將隨附的執行器安裝在閥旁邊。
旋塞閥可包括旋塞和執行器之間的聯動裝置,以提高杠桿作用和關閉力,以及特殊的定位器,可將固有的閥特性修改為更有用的相等百分比特性(閥特性在模塊6.5中進行了討論)。

球閥

圖6.1.7顯示了一個球閥,該球閥由球形閥組成,位于兩個密封環之間,呈簡單閥體形式。球上有一個孔,可讓液體通過。當與管端對齊時,這會產生全徑流或幾乎全徑流,而壓降很小。將球旋轉90°可打開和關閉流道。專為控制目的設計的球閥將具有特征化的球或閥座,以提供可預測的流量模式。

球閥是一種經濟的方法,可以為許多流體提供嚴密的控制,包括溫度高達250°C(38 bar g,飽和蒸汽)的蒸汽。高于此溫度,則需要特殊的座椅材料或金屬對金屬的座椅,這可能很昂貴。球閥易于操作,通常用于遠程隔離和控制。對于關鍵控制應用,分段球和帶有特殊形狀孔的球可提供不同的流動特性。

蝶閥

圖6.1.8是蝶閥的簡單示意圖,該蝶閥由在耳軸軸承中旋轉的盤組成。在打開位置,閥瓣平行于管壁,允許全部流量通過閥。在關閉位置,它靠著底座旋轉,并垂直于管壁。

傳統上,由于所用軟閥座的固有局限性,蝶閥僅限于低壓和低溫。當前,具有更高溫度或更高品質閥座的閥以及經過特殊加工的金屬對金屬閥座可用來克服這些缺點?,F在,標準蝶形閥用于簡單的控制應用中,特別是在較大尺寸和要求調節能力有限的情況下。
特殊的蝶閥可滿足更高的要求。
流經蝶閥的流體會產生較低的壓降,因為打開時該閥幾乎沒有阻力。但總的來說,它們的壓差極限低于截止閥的壓差極限。球閥的相似之處在于,由于其不同的密封布置,它們可以承受比等效蝶閥更高的壓差。

選件

選擇控制閥時,總是有很多選擇要考慮。對于截止閥,這些選擇包括主軸壓蓋填料和壓蓋填料配置,以使該閥適合在更高溫度或不同流體下使用。這些示例中的一些示例可以在圖6.1.9的簡單示意圖中看到。值得注意的是,某些類型的填料函與閥桿的摩擦力要大于其他類型。例如,傳統的填料函類型的填料會產生比PTFE彈簧加載的V形V型或波紋管密封型更大的摩擦力。更大的摩擦力需要更大的致動器力,并且會增加偶然運動的傾向。
彈簧式填料在磨損時會自動調整。這減少了定期手動維護的需要。波紋管密封閥是這三種類型中最昂貴的,但通過最佳的閥桿密封機構可提供最小的摩擦。如圖6.1.9所示,波紋管密封閥通常在閥桿殼體的頂部具有另一套傳統填料。這將作為對通過主軸泄漏到大氣中的任何可能性的最終防御。

閥門還具有在閥體內引導閥芯的不同方式。如圖6.1.10所示,一種常見的引導方法是“雙引導”方法,其中主軸在其長度的頂部和底部均被引導。另一種類型是“導引塞”方法,其中塞子可以由籠子或框架導引。某些閥門可以使用帶孔塞子,該塞子結合了塞子導向和降噪功能。

用于自動控制的二通閥概述截止閥是

迄今為止用于蒸汽過程和應用自動控制的最廣泛使用的閥類型。它相對容易致動,用途廣泛,并且具有固有特性,非常適合蒸汽的自動控制需求。
還應該說兩通自動控制閥也用于液體系統中,例如低溫,中溫和高溫熱水系統以及導熱油系統。液體系統固有地需要在質量流量方面進行平衡。在許多情況下,系統設計為可以使用兩通閥而不會破壞配電網絡的平衡。
但是,當不能在液體系統上使用兩通閥時,則要安裝三通閥,該三通閥通過以分流或混合的方式固有地在整個分配系統中保持平衡。

三通閥

根據閥內的閥塞和閥座布置,三通閥可用于混合或分流服務。每個功能的簡單定義如圖6.1.11所示。

 

 

三通閥有三種基本類型:

  • •活塞閥類型
  • •截止插頭類型
  • •旋轉靴型

活塞閥

這種類型的閥具有一中空的活塞,(圖6.1.12),其向上移動,并通過所述致動器向下,覆蓋并且相應地露出兩端口阿和乙。油口A和油口B的總流體傳輸面積相同,并且在任何時候,兩者的累積橫截面面積始終相等。例如,如果端口A打開了30%,端口B打開了70%,反之亦然。這種類型的閥具有固有的平衡性,并由自作用控制系統提供動力。注意:廠商之間的移植配置可能有所不同。

截止閥型三通閥(也稱為“提升和鋪設”)

在此,執行器推動兩個閥座之間的閥瓣或閥瓣對(圖6.1.13),以相應的方式增加或減少通過端口A和B的流量。

注意:通過對插頭裙邊進行輪廓分析可以實現線性特性(見圖6.1.14)。

旋轉靴三通閥

這種類型的閥采用旋轉閘板,該閘板在端口面上穿梭。圖6.1.15中的示意圖說明了一個混合應用,其中大約80%的流量通過端口A,20%的流量通過端口B,100%的流量通過端口AB離開  。

 

使用三通閥

并非所有類型都可用于混合和分流服務。圖6.1.16顯示了制造為混合閥但用作分流閥的截止閥的錯誤使用。

通過端口AB進入閥的流量可以從兩個出口A或B中任一個流出,也可以從每個出口中流出一部分。在端口A打開且端口B關閉的情況下,系統的壓差將施加到閥塞的一側。
當端口A關閉時,端口B打開,并且差壓將施加在塞子的另一側。在某個中間閥塞位置,壓差將反向。壓力的這種逆轉可能導致塞子移動到位,從而由于塞子“震顫”在其閥座上而產生差的控制和可能的噪音。
為了克服在設計用于換向的旋塞閥上的這個問題,使用了不同的閥座配置,如圖6.1.17所示。在此,壓差始終均等地施加在兩個閥芯的同一側。

在封閉回路中,可以根據系統設計使用混合閥或換向閥,如圖6.1.18和6.1.19所示。
在圖6.1.18中,該閥設計為混合閥,因為它具有兩個入口和一個出口。但是,當將其從負載放置在返回管道中時,由于將熱水從熱交換器中轉移出去,它實際上起到了轉移功能。

考慮圖6.1.18中使用的混合閥,當熱交換器需要最大熱量時,也許在啟動時,端口A將完全打開,而端口B將完全關閉。從鍋爐流出的全部水通過熱交換器,并通過端口AB和A穿過閥門。當滿足熱負荷時,端口A將完全關閉,而端口B將完全打開,并且所有從鍋爐流出的水都會繞過負載,并通過端口AB和B通過閥門。在這種意義上,相對于熱負荷的要求,水從熱交換器被轉移。
如圖6.1.19所示,通過在流量管道中安裝一個換向閥也可以達到相同的效果。

 


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