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分析压差对控制阀升程的影响
作者: 来源: 发布时间:2020-03-12

 送入隔膜室的空气是来自气动控制器的控制信号。使用最广泛的信号气压为0.2 bar至1 bar。

考虑一个安装在直动阀上的反作用执行器(弹簧至伸出),其标准0.2到1.0 bar弹簧。

压差对控制阀的影响

压差对控制阀的影响

在对阀和执行器组件进行校准(或“基准设定”)后,将对其进行调节,以使0.2 bar的气压刚开始克服弹簧的阻力并将阀芯移离阀座。

随着气压的升高,阀芯逐渐向远离阀座的方向移动,直到最终达到1 bar气压时,阀才100%打开。如上图所示。

现在考虑在减压应用中将该组件安装在管道中,上游侧压力为10 bar g,下游压力控制为4 bar g。

阀两端的压差为10 – 4 = 6 bar。该压力作用在阀芯的下侧,提供了倾向于打开阀的力。该力是执行器中气压所提供的力的补充。

因此,例如,如果为执行器提供0.6 bar(0.2至1 bar之间的一半)的空气,而不是阀占据了预期的50%打开位置,则由于提供了额外的力,实际打开会更大通过压差。

同样,此附加力意味着阀不会在0.2 bar时关闭。为了在此示例中关闭阀门,必须将控制信号减小到大约0.1 bar。

蒸汽阀控制热交换器中的温度时,情况略有不同,因为跨阀的压差将在以下情况之间变化:

  • 当过程要求最大热量且控制阀100%打开时的最小值。
  • 当过程达到温度且控制阀关闭时的最大值。

如果控制阀上游的压力保持恒定,则随着热交换器中蒸汽压力的升高,阀两端的压差必须减小。

下图显示了将空气施加到直动执行器上的情况。在这种情况下,由压差产生的作用在阀芯上的力与空气压力相反。

 

效果是,例如,如果为执行器提供0.6 bar的空气,而不是阀占据预期的50%打开位置,则由于差压提供的额外作用力,打开百分比将更大。在这种情况下,控制信号必须增加到大约1.1。杆完全关闭阀门。

 

可以重新校准阀门和执行器,以考虑到由压差产生的力,或者可以使用不同的弹簧,气压和执行器组合。

 

这种方法可以为压差低且不需要精确控制的小型阀门提供经济的解决方案。

但是,实际情况是:

  • 较大的阀具有较大的面积,以使压差作用于其上,从而增加了产生的力,并且对阀位置的影响增大。
  • 更高的压差意味着产生更大的力。
  • 阀门和执行器产生摩擦,导致磁滞现象。较小的阀相对于所涉及的总力可能具有较大的摩擦力。

解决方案是将定位安装到阀/执行器组件上。

注意:为简单起见,以上示例假定未使用定位器,并且磁滞为零。

下图显示了用于确定各种阀和执行器组合将阀保持在阀座上可用推力的公式。

哪里:

A =膜片有效面积

Pmax =致动器的最大压力(通常为1.2 bar)

Smax =弹簧的最大工作台设定

Pmin =致动器的最小压力(通常为0 bar)

Smin =弹簧的最小工作台设定

用于关闭阀门的推力必须提供三个功能:

  1. 为了克服在关闭位置的流体压差。
  2. 为了克服阀和执行器中的摩擦,主要是在阀和执行器杆密封处。
  3. 在阀芯和阀座之间提供密封载荷,以确保所需的密封性。

控制阀制造商通常会提供其各种阀和执行器/弹簧组合可操作的最大压差的完整详细信息;图中的表是此数据的示例。

 

注意:使用定位器时,有必要参考制造商的资料以获取最小和最大气压。

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