BURKERT電磁閥流量特性分析及應(yīng)用選擇

    BURKERT電磁閥在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是其常用的執(zhí)行器。控制過(guò)程是否平穩(wěn)取決于調(diào)節(jié)閥能否準(zhǔn)確動(dòng)作，使過(guò)程控制體現(xiàn)為物料能量和流量的變化。所以，要根據(jù)不同的需要選擇不同的調(diào)節(jié)閥。選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)閥是管路設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題，也是調(diào)節(jié)系統(tǒng)安全和平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。

    BURKERT電磁閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，接受調(diào)節(jié)器或計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)，用來(lái)改變被控介質(zhì)的流量，使被調(diào)參數(shù)維持在所要求的范圍內(nèi)，從而達(dá)到過(guò)程控制的自動(dòng)化。

    2．1執(zhí)行機(jī)構(gòu)

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照驅(qū)動(dòng)形式分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)3種。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作，性能穩(wěn)定，，維護(hù)方便，防火防爆等，在許多控制系統(tǒng)中獲得了廣泛地應(yīng)用。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)雖然不利于防火防爆，但其驅(qū)動(dòng)電源方便可取，且信號(hào)傳輸速度快，便于遠(yuǎn)距離傳輸，體積小，動(dòng)作，維修方便，。液動(dòng)執(zhí)行器的推力較大，調(diào)節(jié)精度高，動(dòng)作速度快，運(yùn)行平穩(wěn)，但由于設(shè)備體積大，工藝復(fù)雜，所以目前使用不多。

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)不論是何種類(lèi)型，其輸出力都是用于克服負(fù)荷的有效力(主要是指不平衡力和不平衡力矩、摩擦力、密封力及重力等有關(guān)力的作用)。因此，為了使調(diào)節(jié)閥正常工作，配用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)要能產(chǎn)生足夠的輸出力來(lái)克服各種阻力，高度密封和閥門(mén)的開(kāi)啟。對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力確定后。應(yīng)根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。例如，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)有防爆要求時(shí)，應(yīng)選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，且接線(xiàn)盒為防爆型。如果沒(méi)有防爆要求，則氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都可選用，但從節(jié)能方面考慮，應(yīng)盡量選用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)于要求調(diào)節(jié)精度高，動(dòng)作速度快和運(yùn)行平穩(wěn)的工況，應(yīng)選用液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。綜合各類(lèi)執(zhí)行器的特點(diǎn)，自動(dòng)控制系統(tǒng)普遍采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小的ZAZ直行程類(lèi)及zAJ角行程類(lèi)，36101(R)型電子式及SKD型多轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。各類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)盡管在結(jié)構(gòu)上不完全相同，但基本結(jié)構(gòu)都包括放大器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)不論是何種類(lèi)型，其輸出力都是用于克服負(fù)荷的有效力(主要是指不平衡力和不平衡力矩、摩擦力、密封力及重力等有關(guān)力的作用)。因此，為了使調(diào)節(jié)閥正常工作，配用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)要能產(chǎn)生足夠的輸出力來(lái)克服各種阻力，高度密封和閥門(mén)的開(kāi)啟。對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力確定后。應(yīng)根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。例如，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)有防爆要求時(shí)，應(yīng)選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，且接線(xiàn)盒為防爆型。如果沒(méi)有防爆要求，則氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都可選用，但從節(jié)能方面考慮，應(yīng)盡量選用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)于要求調(diào)節(jié)精度高，動(dòng)作速度快和運(yùn)行平穩(wěn)的工況，應(yīng)選用液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。綜合各類(lèi)執(zhí)行器的特點(diǎn)，自動(dòng)控制系統(tǒng)普遍采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小的ZAZ直行程類(lèi)及zAJ角行程類(lèi)，36101(R)型電子式及SKD型多轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。各類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)盡管在結(jié)構(gòu)上不完全相同，但基本結(jié)構(gòu)都包括放大器、動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使閥開(kāi)啟或關(guān)閉。

    BURKERT電磁閥是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，它根據(jù)控制信號(hào)的要求而改變閥門(mén)開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)節(jié)流量，是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件。調(diào)節(jié)閥門(mén)主要由上下閥蓋、閥體、閥瓣、閥座、填料及壓板等部件組成。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，閥門(mén)主要的調(diào)節(jié)介質(zhì)為水和蒸汽等。在壓力比較，使用情況單一的情況下，常用的調(diào)節(jié)閥有直通調(diào)節(jié)閥、三通調(diào)節(jié)閥和蝶閥等。

    直通閥有直通單座閥和雙座閥之分。單座閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廉，關(guān)閉時(shí)泄漏量小，但由于閥座前后存在的壓差對(duì)閥瓣產(chǎn)生的不平衡力較大，所以適用于壓差的場(chǎng)合，例如供水管或回水管中。雙座閥有兩個(gè)閥瓣閥座，在其關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)閥瓣的受力可部分抵消，閥瓣所受的不平衡力小，但是由于熱脹冷縮效應(yīng)，其同時(shí)關(guān)閉性較差，造價(jià)也較高，只適用于閥前后壓差較高但密閉要求不高的場(chǎng)合，例如供水或回水之間的壓差旁通閥。

    三通閥有三個(gè)出入口與管道相連，總進(jìn)水量較恒定，適用于定水量系統(tǒng)中，并要求有固定的安裝方向，不宜反裝，不適于溫差較大場(chǎng)合。三通調(diào)節(jié)閥有合流閥與分流閥之分。合流閥是將來(lái)自?xún)蓚€(gè)入口的流體混合至一個(gè)出口。分流閥則是將一個(gè)入口的流體分別由兩個(gè)口送出。

    蝶閥結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，由閥體、蝶板軸及軸封等部分組成，其行程為0。～90。。蝶閥有位式控制和比例控制2種方式。蝶閥的特點(diǎn)是阻力損失小，體積小，質(zhì)量輕，安裝方便，并且開(kāi)啟閥門(mén)和關(guān)閉閥門(mén)的允許壓差較大，但其調(diào)節(jié)性能和關(guān)閥密閉性能較差，通常用于壓差較大但調(diào)節(jié)性能要求不高的場(chǎng)所。除用作兩通閥外，還可以用兩個(gè)蝶閥組合，完成三通閥的功能。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，開(kāi)／關(guān)型電動(dòng)蝶閥常用于冷水和熱水系統(tǒng)中，作為水路的連通和關(guān)斷控制。

    4調(diào)節(jié)閥的選擇

    4．1流量特性選擇

    流量特性的選擇方法有兩種，一種是通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算的分析法，另一種是在實(shí)際工程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)法。由于分析法既復(fù)雜又費(fèi)時(shí)，所以一般工程上都采用經(jīng)驗(yàn)法。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)該從調(diào)節(jié)質(zhì)量、工況條件、負(fù)荷及特性幾個(gè)方面考慮。

    (1)根據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量根據(jù)自動(dòng)控制原理中的特性補(bǔ)償原理，為了使系統(tǒng)保持良好的調(diào)節(jié)質(zhì)量，希望開(kāi)環(huán)總放大系數(shù)與各環(huán)節(jié)放大系數(shù)之積保持常數(shù)。這樣，適當(dāng)選擇閥的特性，以閥的放大系數(shù)變化來(lái)補(bǔ)償對(duì)象放大系數(shù)的變化，從而使系統(tǒng)的總放大系數(shù)保持不變。

    (2)根據(jù)管道系統(tǒng)壓降變化情況調(diào)節(jié)閥的壓降比S定義為該調(diào)節(jié)閥可控制的較大流量所對(duì)應(yīng)閥門(mén)進(jìn)出口差壓△Pl和系統(tǒng)差壓△P之比調(diào)節(jié)閥流量特性與壓降比S有密切的關(guān)系.

    (3)根據(jù)負(fù)荷變化直線(xiàn)閥在小開(kāi)度時(shí)流量變化大，調(diào)節(jié)過(guò)于靈敏，易振蕩。在大開(kāi)度時(shí)，調(diào)節(jié)作用又顯得微弱，造成調(diào)節(jié)不及時(shí)，不靈敏。因此在壓降比S較小，負(fù)荷變化大的場(chǎng)合不宜采用直線(xiàn)閥。等百分比閥在接近關(guān)閉時(shí)工作緩和平穩(wěn)，而接近全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，放大系數(shù)大，工作靈敏有效，因此它適用于負(fù)荷變化幅度大的場(chǎng)合。快開(kāi)特性閥在行程較小時(shí)，流量就較大，隨著行程的增大，流量很快達(dá)到較大，它一般用于雙位調(diào)節(jié)和程序控制的場(chǎng)合。

    (4)根據(jù)調(diào)節(jié)對(duì)象的特性一般有自平衡能力的調(diào)節(jié)對(duì)象都可選擇等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥，不具有自平衡能力的調(diào)節(jié)對(duì)象則選擇直線(xiàn)流量特性的調(diào)節(jié)閥。

    4．2口徑選擇

    調(diào)節(jié)閥口徑是根據(jù)工藝要求的流通能力確定的，要根據(jù)提供的工藝條件計(jì)算出調(diào)節(jié)閥的流通能力，再依據(jù)其流通能力選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。流通能力是指當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，閥兩端壓差為9．81×10Pa，流體的密度為1g／cm時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量值，該值以1T1／h或kg／h為單位。調(diào)節(jié)閥的流通能力是合理選擇閥門(mén)及閥門(mén)口徑的一個(gè)重要參數(shù)，通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)閥流通能力的計(jì)算，對(duì)比提供的技術(shù)參數(shù)確定閥門(mén)口徑的大小。對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，水是流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的常見(jiàn)的介質(zhì)之一，所以以水為例介紹調(diào)節(jié)閥的流通能力.

    4．3選用注意事項(xiàng)

    (1)調(diào)節(jié)閥直接按照接管管徑選取是不合理的。閥門(mén)的調(diào)節(jié)品質(zhì)與接管流速或管徑?jīng)]有關(guān)系，閥門(mén)的調(diào)節(jié)品質(zhì)僅與水的阻力及流量有關(guān)。亦即一旦系統(tǒng)設(shè)備確定之后，理論上適合該系統(tǒng)的閥門(mén)只有一種的口徑，而不會(huì)出現(xiàn)多種選擇。

    (2)調(diào)節(jié)閥口徑不能過(guò)小。選擇的閥門(mén)口徑過(guò)小，一方面會(huì)增加系統(tǒng)的阻力，甚至?xí)霈F(xiàn)閥門(mén)口徑100％開(kāi)啟時(shí)，系統(tǒng)仍無(wú)法達(dá)到設(shè)定的容量要求，導(dǎo)致嚴(yán)重后果。另一方面閥門(mén)將需要通過(guò)系統(tǒng)提供較大的壓差以維持足夠的流量，加重泵的負(fù)荷，閥門(mén)易受損害，對(duì)閥門(mén)的壽命影響很大。

    (3)調(diào)節(jié)閥口徑不能過(guò)大。選擇的閥門(mén)口徑過(guò)大，不僅增加工程成本，而且還會(huì)引起閥門(mén)經(jīng)常運(yùn)行在百分比范圍內(nèi)，引起調(diào)節(jié)精度降，使控制性能變差，而且易使系統(tǒng)受沖擊和振蕩。

    (4)為了系統(tǒng)控制品質(zhì)，較好的方法是在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)選擇能獲得較大壓力降的閥門(mén)口徑，使閥門(mén)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中壓力降的變化值盡可能小。閥門(mén)全開(kāi)狀態(tài)下的壓力降占全泵壓百分比越高，則閥門(mén)壓力降相對(duì)變化值越小，閥門(mén)的安裝特性就越接近其內(nèi)在特性。