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調(diào)節(jié)閥工作原理
現(xiàn)代工業(yè)是以生產(chǎn)自動(dòng)化為標(biāo)志的。從自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展歷史和進(jìn)步來看，技術(shù)工具的變革起著極為重要的作用。各種控制手段雖然不斷出現(xiàn)，但基本的控制規(guī)律沒有改變，而技術(shù)工具的變化則是月新月異。人們已經(jīng)不再滿足于傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，開始用模擬電路、數(shù)字化、微機(jī)化等技術(shù)進(jìn)行革新。智能儀表的研制和使用更為工業(yè)自動(dòng)化開創(chuàng)了美好的未來。
圖1-1是一個(gè)典型的熱交換器的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖。從圖中可以看出，調(diào)節(jié)閥的信號(hào)來自調(diào)節(jié)器，根據(jù)信號(hào)的變化直接改變蒸汽——被調(diào)介質(zhì)的流量，即改變輸人到對(duì)象 (熱交換器)的熱量，使出口熱水的溫度保持在給定的溫度值。這種典型的自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要有三個(gè)環(huán)節(jié)——檢測(cè)、控制、執(zhí)行三大部分。近年，檢測(cè)儀表和控制儀表受到數(shù)字技術(shù)和微處理器技術(shù)的影響，發(fā)生的變化已是眾目共睹，而執(zhí)行器這一環(huán)節(jié)，特別是作為主要產(chǎn)品的調(diào)節(jié)閥，也有長(zhǎng)足的進(jìn)步。傳統(tǒng)使用的調(diào)節(jié)閥雖然基本上滿足許多工業(yè)系統(tǒng)的需要，但隨著現(xiàn)代化工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，如何生產(chǎn)出更多、更好的產(chǎn)品，如何提高產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，如何更有效，更安全地操作，如何更充分地利用資源，節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，都給社會(huì)、給人們提出新的課題，人們已經(jīng)對(duì)調(diào)節(jié)閥提出更嚴(yán)格、更高的要求。這些要求可歸納如下。
(1)質(zhì)量更穩(wěn)定，工作更可靠，操作更安全
在過程控制中，調(diào)節(jié)閥直接和控制流體相接觸，一旦發(fā)生故障，后果不堪設(shè)想。在石油工業(yè)中，從油田到煉油廠，各種生產(chǎn)裝置都大規(guī)模地集中監(jiān)測(cè)和控制，大部分操作條件都是在高溫低壓或高溫高壓中進(jìn)行，介質(zhì)都是易燃易爆的各種油品，因此，調(diào)節(jié)閥的可靠性和防火防爆性被提到。在化學(xué)工業(yè)中，過程的多樣性及工藝 條件的變化，對(duì)溫度、壓力、流量和液位四大熱工變量的控制和執(zhí)行中，都有很多特殊問題要求調(diào)節(jié)閥能夠適用。在電力工業(yè)中，火力發(fā)電廠要對(duì)鍋爐進(jìn)行控制，鍋爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)中保持水位的正常至關(guān)重要，避免調(diào)節(jié)閥的誤開、誤關(guān)，避免事故的發(fā)生又是何等的重要。
為了確保調(diào)節(jié)閥的工作性能和可靠性，必須做到如下的要求。
①保證調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量 調(diào)節(jié)閥的選用要經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算；類型、口徑、各項(xiàng)性能都要符合要求；調(diào)節(jié)閥各種重要零件的材料要嚴(yán)格地挑選；要有足夠的強(qiáng)度和剛度；要按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)通過耐壓試驗(yàn)，氣密性等試驗(yàn)；生產(chǎn)廠家的制造技術(shù)和測(cè)試方法必須符合標(biāo)準(zhǔn)，要由主管部門鑒定認(rèn)可。嚴(yán)禁不具備生產(chǎn)條件的小廠進(jìn)行生產(chǎn)。
②確�？煽康牟僮餍� 這里不僅指調(diào)節(jié)閥本身的制造質(zhì)量，而且包括對(duì)操作人員的培訓(xùn)和素質(zhì)的提高。為了防止誤操作，工藝人員一定要注意銘牌所標(biāo)的注意事項(xiàng)；根據(jù)我國(guó)新氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥新標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 4213-92)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的銘牌至少要標(biāo)出制造廠名、產(chǎn)品型號(hào)、額定流量系數(shù)、設(shè)計(jì)位號(hào)、產(chǎn)品編號(hào)及制造年月等項(xiàng)；閥體上則要鑄出或沖出表示介質(zhì)流動(dòng)方向的箭頭和“DN”數(shù)值以及“PN”的字樣及數(shù)值，也可以標(biāo)志在與閥體牢牢固定的銘牌上，重要的閥門都要裝有足夠的附件，如閥門定位器、極限開關(guān)等。要有足夠的安裝空間和操作空間，有足夠的照明，有嚴(yán)格的操作規(guī)程。
③有應(yīng)急裝置 當(dāng)高壓氣體設(shè)備發(fā)生事故時(shí)，為防止直接損害其他設(shè)備，必須在連接設(shè)備的管路上安裝切斷裝置，必要時(shí)安裝快速切斷閥。對(duì)快速切斷閥的泄漏量要有嚴(yán)格規(guī)定。在容易發(fā)生火災(zāi)的場(chǎng)合，要從結(jié)構(gòu)上考慮到調(diào)節(jié)閥的耐火性，或者用防火涂層等辦法。應(yīng)急的裝置有防火袋，它在幾分鐘之內(nèi)就可以套上，袋的材料含有多層的陶瓷纖維或玻璃纖維，還可以采用連桿保護(hù)的方法，夾持元件可以用一些易熔連桿，電熱連桿，這些連桿受熱時(shí)啟動(dòng)，在著火的危險(xiǎn)時(shí)刻斷開，使閥門移動(dòng)到一個(gè)保險(xiǎn)的位置。
(2)保護(hù)環(huán)境
保護(hù)自然環(huán)境、生活環(huán)境的重要性和必要性是眾所周知的。調(diào)節(jié)閥對(duì)環(huán)境造成不良影響的因素主要是大氣污染和噪音等問題，公眾和社會(huì)對(duì)此都有強(qiáng)烈的要求。應(yīng)該有相應(yīng)對(duì)策。
①防止大氣污染“跑、冒、滴、漏”是許多化工廠、煉油廠的常見公害，也是不易解決的問題。設(shè)備泄漏不僅浪費(fèi)大量寶貴的物料和能源，而且污染環(huán)境，誘發(fā)中毒，引起火災(zāi)和爆炸。
為了防止大氣污染，閥的密封部位不能泄漏。要注意密封方法和密封材料的選用，當(dāng)流體有毒性時(shí)，例如氯氣或一氧化碳等介質(zhì)，就要考慮用波紋管密封或更可靠的密封方法。為了防止更為可怕的輻射性流體的泄漏，更要遵照核電站的使用要求和規(guī)定，采用特殊的方法。
②防止噪聲 在使用調(diào)節(jié)閥的環(huán)境保護(hù)問題中，噪聲問題十分突出。由于調(diào)節(jié)閥的使用必然造成流體的減壓、速度變化和振動(dòng)，噪聲的產(chǎn)生是難以避免的，問題是要控制它的噪聲級(jí)的大小。在過程裝置中，能產(chǎn)生噪聲的設(shè)備有電動(dòng)機(jī)，泵、壓縮機(jī)、鍋爐、調(diào)節(jié)閥等，而調(diào)節(jié)閥的噪聲占有很大比例。調(diào)節(jié)閥噪聲的類型有機(jī)械噪聲、液體動(dòng)力噪聲和空氣動(dòng)力噪聲，對(duì)其產(chǎn)生的機(jī)理、預(yù)估和防止。
(3)節(jié)約能源
在使用調(diào)節(jié)閥的過程中要把節(jié)能問題和調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)、使用、安裝、維修聯(lián)系起來。
①采用低阻抗閥門 使流體流過閥門的阻抗小，減少能耗。在使用球閥時(shí)，在全開狀態(tài)下球芯孔與管道的口徑如果相同，就可以節(jié)約壓縮機(jī)、泵等設(shè)備的電力消耗。與某些傳統(tǒng)閥門相比，凸輪撓曲閥具有更大的容量，可以在較小壓差的情況下進(jìn)行相同流量的調(diào)節(jié)，達(dá)到減少能耗的目的。利用一些閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)改變的閥門，例如，使用低S值調(diào)節(jié)閥，能夠達(dá)到節(jié)能的目的。
②提高閥芯、閥座的密封性能 閥芯、閥座密封性能不好，閥門就不能完全關(guān)閉，泄漏引起的壓力下降造成動(dòng)力損失。為了提高密封性，可以采用摻有玻璃纖維的聚四氟乙烯或石墨等材料來代替純四氟乙烯制造閥座，采用高硬度的密封墊片，采用迷宮式密封面等辦法。還要保護(hù)密封面不能損傷。
③盡量使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)要始終保持一定的氣壓才能動(dòng)作，這樣一年所消耗的能源很多，如果用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，只需在改變開度時(shí)供電，當(dāng)閥門達(dá)到所需的開度就停止供電。雖然電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)造價(jià)高，防爆性能差，但從節(jié)能的角度看，有明顯的優(yōu)點(diǎn)。
(4)適用于新能源
長(zhǎng)期以來，石油是一種主要能源，而近年已經(jīng)出現(xiàn)了許多新能源，這些新能源從加工生產(chǎn)到運(yùn)輸、儲(chǔ)存，都對(duì)調(diào)節(jié)閥提出特殊的要求。
①液化天然氣 液化天然氣是一種潔凈的能源，它可以解決燃燒石油后產(chǎn)生污染大氣的公害問題。
由于生產(chǎn)液化天然氣裝置的流體溫度低達(dá)-162℃，在這種低溫情況下，對(duì)低溫調(diào)節(jié)閥及其所用的材料和結(jié)構(gòu)都有新的要求。關(guān)鍵在于解決材料的強(qiáng)度、脆裂性和變形問題，要求動(dòng)作部分不能凍結(jié)。如果低溫閥用于超低溫的宇宙火箭的液態(tài)氫 (-253℃)及液態(tài)氦(-269℃)的控制系統(tǒng)，則從結(jié)構(gòu)到材料處理都要求特殊的方法。
②液化煤漿 將煤粉粉碎后與溶劑混合，再經(jīng)過一系列處理和脫硫，得到一種優(yōu)質(zhì)燃料——液化煤漿。用于這種系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥受煤漿的高速?zèng)_刷，會(huì)很快磨蝕而損壞，材料的硬度，耐磨性、耐熱性及韌性都很重要，除選用適用的材料外，還可以用分段式或迷宮式結(jié)構(gòu)來緩和煤漿的沖刷作用。
③原子能 核電站的自動(dòng)控制系統(tǒng)必然使用調(diào)節(jié)閥。在核聚合反應(yīng)過程中控制超電導(dǎo)的低溫液態(tài)氦，這種閥門必須滿足下面的要求:
a.具有防止放射性物質(zhì)外泄的結(jié)構(gòu)；
b.優(yōu)良的動(dòng)作性能；
c.調(diào)整、維修簡(jiǎn)便；
d.材料能經(jīng)受放射性照射；
e.不能使用禁忌物質(zhì) (如含氯等鹵素材料)。
可見，與常規(guī)閥門相比，這種調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、檢查和使用環(huán)節(jié)更特殊，更嚴(yán)格，為了確保安全，必須從各方面給予保證。
展望未來，要面臨的問題會(huì)更多:原材料供不應(yīng)求，石油、煤、水資源的消耗和欠缺；社會(huì)對(duì)提高生產(chǎn)力和改善工作條件的要求；環(huán)境保護(hù)及人類生活質(zhì)量提高的呼聲。要解決這些問題，就要對(duì)舊的過程控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，或者創(chuàng)造出更新的過程控制方法，而新的系統(tǒng)。
