气动薄膜角形调节阀工作原理

气动调节阀就是以压缩空气为动力源，以气缸为执行器，并借助于电气阀门定位器、转换器、电磁阀、保位阀等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节，接收工业自动化控制系统的控制信号来完成调节管道介质的流量、压力、温度等各种工艺参数。气动调节阀的特点就是控制简单，反应快速，且本质安全，不需另外再采取防爆措施。 与上产品同一工作原理的产品还有气动薄膜套筒调节阀。

气动薄膜角形调节阀的分类及应用

气动调节阀动作分气开型和气关型两种。气开型（Air to Open）是当膜头上空气压力增加时，阀门向增加开度方向动作，当达到输入气压上*，阀门处于全开状态。反过来，当空气压力减小时，阀门向关闭方向动作，在没有输入空气时，阀门全闭。故有时气开型阀门又称故障关闭型（Fail to Close FC）。气关型（Air to Close）动作方向正好与气开型相反。当空气压力增加时，阀门向关闭方向动作；空气压力减小或没有时，阀门向开启方向或全开为止。故有时又称为故障开启型（Fail to Open FO）。气动调节阀的气开或气关，通常是通过执行机构的正反作用和阀态结构的不同组装方式实现。   
气开气关的选择是根据工艺生产的安全角度出发来考虑。当气源切断时，调节阀是处于关闭位置安全还是开启位置安全？举例来说，一个加热炉的燃烧控制，调节阀安装在燃料气管道上，根据炉膛的温度或被加热物料在加热炉出口的温度来控制燃料的供应。这时，宜选用气开阀更安全些，因为一旦气源停止供给，阀门处于关闭比阀门处于全开更合适。如果气源中断，燃料阀全开，会使加热过量发生危险。又如一个用冷却水冷却的的换热设备，热物料在换热器内与冷却水进行热交换被冷却，调节阀安装在冷却水管上，用换热后的物料温度来控制冷却水量，在气源中断时，调节阀应处于开启位置更安全些，宜选用气关式（即FO）调节阀。   
气开式改变为气关式或气关式改变为气开式，如调节阀安装有智能式阀门定位器，在现场可以很容易进行互相切换。  
但也有一些场合，故障时不希望阀门处于全开或全关位置，操作不允许，而是希望故障时保持在断气前的原有位置处。这时，可采取一些其它措施，如采用保位阀或设置事故空气储缸设施来确保。  
    气动调节阀的维修：气动调节阀准确正常地工作对保证工艺装置的正常运行和安全生产有着十分重要的意义。因此加强气动调节阀的维修是必要的。

气动薄膜角形调节阀常见故障及产生的原因 
　　　1．气源系统故障
    仪表风线堵塞。由于球阀在仪表分支风线末端有节流作用，风线中赃物在此处易堆积堵塞。致使仪表风压过低，调节阀不能全开全关，甚至调节阀不动作。
    空气过滤减压阀故障。空气过滤减压阀长时间使用赃物太多，减压阀漏风，减压阀设定输出压力过底，使输出的仪表风压小于规定的压力。致使调节阀动作迟缓，不能全开全关甚至不动作。
铜管连接故障。铜管老化漏风，接头连接处松动或赃物堵死铜管使仪表信号风压低致使调节阀不动作，不能全开全关，手动状态阀位不稳定产生调节振荡。
仪表风系统故障。空压站异常，装置净化风罐异常，切水不及时使风线结冰，仪表风线漏风或被赃物堵死，造成装置仪表风压过低甚至无风。
仪表风支线阀门未开，造成调节阀不动作。常发生于装置大修，改造后开车期间。
2.电源系统故障
电源线接线端子处松动，短路，脱落，极性接反故障。由于现场振动，接线不牢造成接线松动或灰尘太多造成接触不良使控制室到达现场的信号时有时无，致使调节阀动作混乱产生调节振荡。由于接线失误，设备进水或受潮等原因使电源线接线处短路从而使调节阀接受到的信号比调节器的信号便低，造成调节阀不能全开全关。脱落及极性接反调节阀不动作。极性接反常发生于安装新表，从新接线，装置大修等情况。上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,波纹管减压阀,活塞式减压阀,蒸汽减压阀,先导式减压阀,空气减压阀,氮气减压阀,水用减压阀,自力式减压阀,比例减压阀)、安全阀、保温阀、低温阀、球阀、截止阀、闸阀、止回阀、蝶阀、过滤器、放料阀、隔膜阀、旋塞阀、柱塞阀、平衡阀、调节阀、疏水阀、管夹阀、排污阀、排气阀、排泥阀、气动阀门、电动阀门、高压阀门、中压阀门、低压阀门、水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。
电源线中间接头或中间受伤处故障。电源线受环境的振动、外力的拉扯，绝缘胶带失效绝缘性能下降及接头进水高温烘烤等原因使电源线接头松动或似断非断，电源线之间短路或对地短路，接线头或电源线断裂。致使调节阀动作不连续，不能全开全关，不动作。在维修过程中电源线中间接头接反，造成调节阀不动作。
调节阀不受调节器控制故障。在装置大修，改造后开车过程中电源线接错或控制室内组态有错误造成调节阀不受调节器控制。
3.电气转换器故障 
零点、量程不准。由于安装调试不准或现场振动、温度变化等原因使转换器输出信号的零点、量程不准。致使调节阀不能全开全关，泄露量大，*等现象。在对转换器现场调校中首先应保证转换器信号小表指示准确。平常应对信号小表进行维护。
节流孔堵塞。仪表风赃物堵塞节流小孔。致使调节阀不动作。
输出不线性。由于转换器中的线圈、部件老化或受现场振动、环境温度的影响，使转换器的输出不线性，致使在对其进行零点、量程调节过程中不能达到要求值，调节阀动作不线性，不能全开全关。
4.阀门定位器故障 
1）电气阀门定位器
零点、量程不准。由于定位器安装过程中调试不准或现场振动、温度变化及调节阀阀杆行程改变，反馈杆位置的改变等原因使调节阀zui小开度和zui大开度与控制室的信号不一致。致使阀门定位器输出的信号不能使调节阀全开全关，造成泄露量大，*等现象。在对定位器现场调校中首先应保证调节阀动作良好，反馈系统安装牢固动作良好，然后通过标准信号来进行调整。使调节阀的行程与控制信号一致。
节流孔堵塞。赃物堵塞节流孔。使定位器无输出信号，导致调节阀不动作。
喷嘴、挡板间有赃物。受现场环境的影响，定位器使用一段时间后会附着一层灰尘，影响喷嘴挡板的背压，从而影响定位器的输出。造成调节阀状态不稳，产生震荡。
密封不好。*使用的定位器各种紧固螺母、密封垫片易发生松动、老化现象，造成定位器漏风。使调节阀不能全开全关，阀位不稳，产生调节振荡。
反馈杆故障。*运行中反馈杆紧固螺母逐渐松动甚至脱落，造成反馈杆松动、歪斜、与固定件卡碰、脱落。使调节阀动作迟缓，波动频繁，调节阀限位甚至失去控制。反馈板上的限位弹簧脱落，或反馈杆从中脱出，造成反馈杆与反馈板接触不良，产生滞后，造成调节阀动作频繁。使被控参数难以稳定特别在调节阀动作要求准确的温度控制中产生较大影响。
固定螺母松动。定位器固定螺母安装不牢产生松动，造成定位器歪斜，影响反馈杆动作，造成卡碰现象。使调节阀动作不稳定，产生限位等现象。定位器中各种弹簧的紧固螺丝在震动环境下松动，改变了弹簧的预紧量，影响弹簧的张力和状态。使定位器的零点量程发生改变，定位器不线性，致使调节阀不能全开全关，调节阀动作不线性。
*磁铁位置发生变化。由于受到外力作用，使两块磁铁的位置发生变化，改变了磁场的位置，是线圈受力不平衡，定位器输出不线性，致使调节阀动作不线性。磁铁吸附杂质如铁销等，形成卡碰阻碍挡板的移动，使定位器的输出不准，从而使调节阀动作与控制信号不一致。
2）智能定位器
    反馈杆故障。反馈杆紧固螺母松动甚至脱落，造成反馈杆松动、歪斜、与固定件卡碰、脱落。使调节阀动作迟缓，波动频繁，调节阀限位甚至失去控制。定位器固定不牢发生歪斜松动，影响反馈杆的活动，造成卡碰现象使调节阀限位。反馈板上的限位弹簧脱落，或反馈杆从中脱出，造成反馈杆与反馈板接触不良，产生滞后，造成调节阀动作频繁。使被控参数难以稳定特别在调节阀动作要求准确的温度控制中产生较大影响
    定位器调校不好。调校中中间位置没有找好，手动输出时调节阀没有去开全关，气开气关选择不对等。使调节阀不能全开全关，造成泄漏量大，限位等现象。
    由于智能定位器的调校复杂，时间长，而且需要多次全开全关，对工艺波动大，因此调校时应把调节阀切出，特别是在调校控制温度的调节阀一定要离线调整。调节阀选型计算：
       调节阀是自控系统中的执行器，智能调节阀在化工行业的广泛应用，是提高生产过程自动化程度的重要环节。调节阀的应用效果直接表现在系统的调节品质上。作为过程控制的终端元件，除调节阀自身品质、用户的正确安装、使用和维护外，正确地计算相关参数值和恰当的选型十分关键。
       调节阀按其所用能源可分为气动、电动和液动。调节阀包括执行机构和阀两部分。气动执行机构有薄膜式和活塞式两种。笔者主要介绍CV3000气动薄膜式调节阀的选型与相关参数的选择和计算。调节阀的选型是一种很繁琐的工作，它不仅在其自身的计算和选择，更需要有多专业的协调和配合，还应考虑安装的规范等。下面台臣阀门为大家详细介绍一下调节阀选型原则。
调节阀选型原则：
【固有流量特性】化工行业过程控制中，要求调节阀有大的调节范围，开度和阀的压差变化也要相对较大，因此大部分调节阀均采用等百分比流量特性。
【调节阀材料选择】阀体耐压等级、使用温度范围、耐腐蚀性能和材料都不应低于工艺连接管道材料的要求，一般选用铸钢和铸不锈钢材料阀体。如果介质为水蒸气、含水较多的湿气体或易燃流体，则不宜采用铸钢阀体。到目前为止，zui耐腐蚀的材料为聚四氟乙烯，且衬聚四氟乙烯阀的成本相对特殊合金材料阀的价格优势明显。因此，在耐腐蚀方面，应衬聚四氟乙烯的产品；但温度大于180℃，PN大于1.6MPa时应选用特殊合金材料，且应包含接触介质的部分。
【型式、泄漏量、流向和填料材料】在化工生产过程控制中，工艺介质的控制要求一般为泄漏量小、流量控制也小且并阀的前后压差也要小，因此大部分采用单座阀；但在一些特殊工况或公用工程的控制中要求阀前后的压差大且泄漏量要求不严时，则采用套筒阀；泄漏量高且温度不高的采用软阀座，反之采用金属阀座；其他也会有些特殊的阀门，如切断式O型球阀等，此处不再赘述。
重点讨论化工行业中主要采用的单座阀。单座阀的流向一般采用流开型。单座阀填料一般采用V型聚四氟乙烯，高温环境中采用柔性石墨。
【上阀盖型式】结合工艺过程，介质温度低于－20℃的采用长颈型阀盖，介质温度高于200℃的采用散热型阀盖，有毒有害且耐压等级要求不高的采用波纹管密封型阀盖，其他则采用普通型阀盖。
CV3000调节阀分为常温型、伸长型（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）和波纹管密封型，阀盖型式的选择与介质温度、特性相关，根据具体选型确定。
【口径的确定原则】根据标准HG/T20507-2014，选择阀尺寸的原则有：一是阀全开时，应至少通过正常流量的1.25倍；二是阀的特性和经济性。一般情况下，希望在正常流量时阀的开度范围：线性阀位70%，等百分比阀位80%。然后计算出流量系数C计值（C计值是基于正常流量Q和正常流量时阀上的压差Δp计算所得），适当放大后圆整为C选，zui后以C选与阀门的选型资料比较来确定阀的口径。其中圆整放大系数m=C选/C计，线性阀的m值不小于1.63，等百分比阀的m值不小于1.97。
结合CV3000调节阀的选型材料，引入Cv值，Cv值是阀处于全开状态，两端压差为0.07kgf/cm2的条件下，60℉（15.6℃）的清水每分钟通过阀的美加仑数。现给出化工行业常用的3种相态介质的Cv值计算方法：
a.液相其中G为比重，水的比重为1；p1、p2为阀全开时进、出口压力，kPa；Q为zui大流量，m3/h。
b.气相Cv值的计算，当Δp＜p1/p2时Cv=；当Δp≥p1/p2时。其中Q为标准状态下zui大流量，Nm3/h；T为流体温度，℃；Δp=p1－p2。水蒸气Cv值的计算，当Δp＜p1/2时当Δp≥p1/2时Cv=WK/（0.1205p1）。其中W为zui大流量，kg/h；K=1+（0.0013×过热温度）。过热温度是进口侧压力（p1）下饱和温度（Ts）和介质入口温度（T1）之差；饱和蒸汽场合的过热温度为0。由于化工行业采用的水蒸气基本为饱和蒸汽，则以K=1作为计算依据。
根据以上不同相态介质Cv值的计算式可以计算出Cv值，再根据Cv进行相应的对比选择，选出更适合的额定Cv值。虽然Cv值的计算结果是*的，但调节阀的类别选择却不是*的，因此在选择过程中需要有一定的现场经验，并结合实际情况进行相应的抉择。
调节阀执行机构作用形式：
      执行机构的选择重点要考虑阀全关的输出推力满足一定要求，控制阀关闭时应有足够的阀座密封压力。结合CV3000调节阀选型，主要可以考虑阀座的允许压差，即控制阀关闭时的密封压力，但由于阀进出口压力条件不准确，因此可以阀前zui大压力的一定安全倍数下（一般1.5倍）的允许压差来选择执行机构。
      气开和气关主要是从工艺安全的角度进行考虑的，在CV3000调节阀选型中，执行机构的选择已经考虑了气开和气关。执行机构的选择还涉及弹簧范围的选择，确定工作弹簧范围涉及计算输出力去克服不平衡力。若有困难，应将条件（主要是阀关时的压差）告诉制造厂，协助计算并调好弹簧和工作范围后再出厂。
调节阀附件选择：
      调节阀的附件有很多，常用的有保位阀、减压阀、电气阀门定位器及手轮等。减压阀主要用于稳定接入调节阀的气源压力，保证阀门的正常运行；电气阀门定位器能使调节阀的执行机构进行相应准确的调节，且重要场合需要定位器自带阀位反馈；保位阀的应用也主要是满足工艺要求，保证阀门事故状态处于原开度，维持工艺控制稳定；手轮的选择主要用于大口径、贵金属阀门及需要限制开度等的场合，但工艺安全联锁和危险区域不应设置。且气源接口规格也应进行核实，为气源管的选择提供有效帮助。
调节阀选型实例：
      在化工公用工程中，水蒸气的运用颇为广泛。现以水蒸气介质为例进行调节阀的选型说明。一个罐体设备夹套加热控制阀的条件：介质为饱和水蒸气，操作温度150℃，操作密度2.547kg/m3，动力粘度0.014mPa·s，泄漏等级10-3；信号中断时阀位有FC（初始为关闭），zui大、正常状态；zui小流量为60、35、0kg/h，阀前全关/正常/全开压力（表压）为0.5/0.4/0.3MPa，阀后全关/正常/全开压力（表压）为0.4/0.3/0.2MPa，管道材料20#碳钢，管道规格Φ32mm×3mm（DN25mm）。
结合以上选型原则和CV3000的选型资料，进行相应的Cv值计算和其他项的选择。
       根据以上选型原则，需采用流量特性为等百分比、流向为流开型、阀体WCB（铸钢），阀内件不锈钢，阀上盖型式常温型，填料材料V型聚四氟乙烯的调节阀，由于泄漏量要求不高且温度偏高则选择金属阀座（泄漏量可达10-4），再根据阀工作压力选择阀的公称压力为PN16，然后通过Cv值确定调节阀阀型式、口径，执行机构和气开关的选择。
Cv值的计算。因p1=0.5×100+98.067=598.067kPa，p2=0.4×100+98.067=498.067kPa，Δp=p1－p2=100kPa，p1/2=598.067/2=299.0335kPa，则Δp＜p1/2；因为是饱和蒸汽，其过热温度为0，则K=1。
当Δp＜p1/2时，p1+p2=1096.134kPa，Cv=，通过圆整放大系数m=C选/C计，从而按选型资料进行圆整确定额定Cv值。
由于选用的是等百分比，则m应不小于1.97，则圆整后的选型Cv=1.411×1.97≈2.78。其中W为zui大流量，kg/h，有65kg/h≥35×1.25=43.75kg/h，则选择zui大流量65kg/h；R为可调比（一般可选择50∶1）；98.067kPa为标准大气压的压力值。
与台臣公司生产的气动调节阀的选型样本资料对比，确定额定Cv=4.0。再根据经济性考虑，应选择公称通径DN×阀座直径dn=25×14。
调节阀参数的选择：
      由于工艺要求信号中断时阀位为关，则应选择气开阀，再结合厂家的标准配置，选择为小口径单座阀HLS，执行机构HA2R，供气压力140kPa，弹簧压力20～100kPa，对应的允许压差2MPa，已满足阀前zui大压力的一定倍数（此倍数可按现场经验进行确定，一般按大于1.5倍选择）。附件根据实际要求进行相应的选择，可选性价比高的电气阀门定位器及减压阀等。综上所述，zui后确定的调节阀：小口径单座阀HLS-16K，Cv值为4.0，公称通径×阀座直径=25×14，执行机构为HA2R，供气压力140kPa，等百分比流量特性，泄漏量10-4，V型聚四氟乙烯，常温型上阀盖型式，金属阀座，阀体/座/芯材料为WCB/不锈钢/不锈钢。附件根据工艺要求进行合理的选择，且气源接口也应进行核实确定。?
气动薄膜角形调节阀故障