自力式壓力平衡調(diào)節(jié)閥補償原理

自力式壓力平衡調(diào)節(jié)閥補償原理
自力式壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)定點壓力通過導(dǎo)壓管傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作并與彈簧建立一個動態(tài)平衡，當(dāng)設(shè)定點壓力發(fā)生變化時，平衡被破壞，彈簧產(chǎn)生一個力，閥芯上下移動，從而使設(shè)定點壓力重新回到設(shè)定值。自力式壓力調(diào)節(jié)閥是以被控介質(zhì)自身的能量為動力源，引入執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥芯的位置來改變流通面積，改變兩端的壓差和流量，將調(diào)節(jié)閥的上游或下游壓力穩(wěn)定在給定值。自力式上游或下游調(diào)節(jié)閥用于無電源、氣源和控制的場合。它具有靈敏和敏感的優(yōu)點。功能，密封性能好，壓力波動小。廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備中氣體、液體和蒸汽介質(zhì)的減壓和調(diào)壓自動控制。

自力式壓力平衡調(diào)節(jié)閥補償原理的整機(jī)作用方式：
壓閉型（B）型：控制閥后壓力的調(diào)壓閥，其初始位置的閥芯處于開啟位置，當(dāng)閥后壓力升高，閥開度逐漸減小，直至閥后壓力穩(wěn)定在要求的給定值。
壓開型（K型）：控制閥前壓力的調(diào)壓閥，其初始位置的閥芯處于關(guān)閉位置，當(dāng)閥前壓力逐漸升高，閥逐漸打開，直至閥前壓力穩(wěn)定在要求的給定值。
差壓型（C型）：控制兩點差壓恒定的調(diào)節(jié)閥，常用于控制兩種物料的配比或兩點保持一個恒定的差壓。

自力式壓力平衡調(diào)節(jié)閥補償原理的壓力平衡補償原理：
彈簧式自力式壓力調(diào)節(jié)閥工作原理，以常用型閥后式為例（見圖1），閥芯的初始位置為開啟狀態(tài)，閥后壓力P2經(jīng)導(dǎo)壓管輸入上膜室作用在執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片上，其作用力與彈簧的作用力相平衡時的閥芯位置決定了閥的開度，從而控制閥后壓力。當(dāng)閥后壓力P2增加時，P2作用在膜片上的作用力也隨之增加。此時，膜片上的作用力大于設(shè)定彈簧的作用力，使閥芯向著關(guān)閉的位置運動，閥的開度減小，P2降低，直到膜片上的作用力與彈簧作用力相平衡為止，從而使P2降為設(shè)定值。同理，當(dāng)閥后壓力P2降低時，動作方向與上述方向相反。自力式壓力調(diào)節(jié)閥的閥前式調(diào)節(jié)其閥芯的初始位置為關(guān)閉狀態(tài)，其力平衡原理與閥后式相同（見圖2）。　

自力式壓力調(diào)節(jié)閥優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)工作量小壓力設(shè)定點可調(diào)且范圍寬，便于用戶在設(shè)定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)閥內(nèi)采用壓力平衡機(jī)構(gòu)，使調(diào)節(jié)閥反應(yīng)靈敏、控制精確、允許壓差大被調(diào)介質(zhì)為腐蝕性低、具有流動性的輕質(zhì)油品、水、空氣等，也可控制溫度在350℃以下的非腐蝕性氣體、蒸汽等。對于高溫、高粘度的介質(zhì)需要配置冷凝器、隔離罐等附件。此產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于天然氣采輸、城市供熱及冶金、石油、化工、電力等行業(yè)中介質(zhì)連續(xù)使用工況下的調(diào)節(jié)控制。但此產(chǎn)品在閥后介質(zhì)用量減少、或無用量時、或者間斷用量時的控制又會如何呢？根據(jù)用戶反應(yīng)的現(xiàn)象是調(diào)節(jié)閥會出現(xiàn)泄露情況，導(dǎo)致閥的前后差壓相等；當(dāng)使用末段關(guān)閉后重新開始使用介質(zhì)時，閥門又恢復(fù)了減壓功能，同時存在憋壓后再開啟時造成瞬間高壓沖擊，極有損壞設(shè)備的可能性。下面以我公司該類產(chǎn)品在某企業(yè)的應(yīng)用實例來闡述彈簧式自力式壓力調(diào)節(jié)閥（以下簡稱閥）針對這類特殊工況的設(shè)計和應(yīng)用。

二、自力式壓力平衡調(diào)節(jié)閥補償原理特殊工藝參數(shù)
控制系統(tǒng)為穩(wěn)定閥后壓力的系統(tǒng)，介質(zhì)為氮氣，系統(tǒng)的初始管道壓力為2800KPa，后工段所需要的最大流量為2000NM3/h。工藝要求是后工段使用介質(zhì)10分鐘后停止使用1小時，并按此方式循環(huán)使用；正常使用時閥后壓力穩(wěn)定在700KPa，停止使用時閥后壓力不得高于800KPa。閥后輸送管道長度為800∼1000米左右（如圖3所示）。

　　
自力式壓力平衡調(diào)節(jié)閥補償原理工作原理：
1.自力式壓力下游調(diào)節(jié)閥：
自力式下游壓力調(diào)節(jié)閥是控制下游壓力的閥門，閥動作類型為壓合式。原理如下：
　介質(zhì)按閥體上的箭頭方向流經(jīng)閥體。閥芯和閥座之間的截流面積決定介質(zhì)流量。受控的下游壓力（P2）通過導(dǎo)壓管傳遞到傳感元件，冷凝器（介質(zhì)為蒸汽時使用）和截止，并轉(zhuǎn)換成定位力。定位力根據(jù)彈簧力調(diào)節(jié)閥芯的位置。彈簧力由調(diào)壓盤調(diào)節(jié)。全平衡閥設(shè)有平衡波紋管，下游壓力P2作用于波紋管內(nèi)表面，
當(dāng)下游壓力大于調(diào)整后的設(shè)定點時，它壓縮彈簧并驅(qū)動塞子，然后閥門開度根據(jù)壓力變化量按比例減小。當(dāng)下游壓力低于設(shè)定值時，通過彈簧產(chǎn)生的反作用力帶動閥芯，使閥門開度根據(jù)壓力變化成比例增加，從而達(dá)到減壓穩(wěn)壓的目的。

　2.自力式壓力上游調(diào)節(jié)閥：
自力式上游壓力調(diào)節(jié)閥是控制上游壓力的閥門，閥動作類型為壓開式。原理如下：
　控制的上游壓力（P1）通過導(dǎo)壓管、冷凝器（介質(zhì)為蒸汽時使用）和截止閥傳遞到傳感元件，轉(zhuǎn)換成定位力。定位力根據(jù)彈簧力調(diào)節(jié)閥芯的位置。彈簧力由調(diào)壓盤調(diào)節(jié)。全平衡閥帶有平衡波紋管，下游壓力P2作用于波紋管內(nèi)表面，上游壓力P1作用于波紋管外表面，使作用在塞子上的壓力P1和P2相互平衡。
當(dāng)上游壓力大于調(diào)整后的設(shè)定值時，它壓縮彈簧并驅(qū)動閥芯，閥門打開，然后閥門開度隨壓力的增加成比例增加。當(dāng)上游壓力減小時，作用在檢測元件上的力減小。在彈簧的反作用力下，帶動閥芯使閥門開度減小，當(dāng)壓力低于壓力設(shè)定值時閥門關(guān)閉，從而達(dá)到減壓穩(wěn)壓的目的。

三、自力式壓力平衡調(diào)節(jié)閥補償原理設(shè)計分析
根據(jù)上述工藝要求，為了保證控制系統(tǒng)介質(zhì)正常使用時的壓力，可選擇一臺閥降壓也可以選擇兩臺，但考慮到后工段關(guān)閉介質(zhì)時的特殊要求，選擇使用兩臺閥進(jìn)行雙級降壓能夠更好的分解設(shè)定壓力，減小單臺閥過重的負(fù)載，以化的方式滿足此工藝要求。

（1）在閥內(nèi)件設(shè)計方面，兩臺閥的密封形式均采用軟密封形式，以提高閥的泄漏等級，減小因內(nèi)漏造成的閥后壓力升高。
（2）兩臺閥需要合理分配設(shè)定壓力。第一臺閥的關(guān)鍵任務(wù)
①當(dāng)系統(tǒng)正常使用介質(zhì)時降低大部分閥前壓力，使閥后壓力穩(wěn)定在一個適中的壓力值上
②能夠切斷介質(zhì)且在切斷介質(zhì)后閥后壓力只有小幅上升以利于第二臺閥的控制。第二臺閥的任務(wù)除了正常的減壓外，也應(yīng)能較好起到切斷介質(zhì)的作用，并在第一臺閥因其他未知原因不能正常關(guān)閉的情況下起到二次切斷介質(zhì)的作用，最終保證閥后壓力，滿足工藝要求。
（3）在關(guān)鍵的控制元件一一彈簧的設(shè)計中，需充分考慮兩臺閥的作用。相對來說第二臺閥的彈簧承受壓力的變化較大，特別是兩臺閥在關(guān)閉介質(zhì)時，閥后的壓力都會有一定的變化，單單對于第二臺閥來說閥前壓力和閥后壓力均有所變化，根據(jù)系統(tǒng)受力平衡分析，閥后壓力升高的幅度對彈簧的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閥前壓力，所以此時彈簧所承受的負(fù)載也相對變大，因此在設(shè)計計算此彈簧時應(yīng)充分考慮這一因素。
（4）調(diào)節(jié)閥距控制系統(tǒng)末端有800∼1000米左右的輸送管道，當(dāng)控制系統(tǒng)末端關(guān)閉后重新開啟時產(chǎn)生的瞬間高壓會慢慢的消耗在輸送過程中，所以此壓力在這種工況下可以忽略不計。
（5）此工藝要求兩臺閥須頻繁的打開和關(guān)閉，所以閥的關(guān)鍵部件所采用的材料也應(yīng)合理捧擇，并建議用戶及時更新易損件，以保障產(chǎn)品的良好性能。