自力式壓力平衡調節閥補償原理

【資料簡介】

自力式壓力平衡調節閥補償原理
自力式壓力調節閥設定點壓力通過導壓管傳遞到執行機構，使執行機構動作并與彈簧建立一個動態平衡，當設定點壓力發生變化時，平衡被破壞，彈簧產生一個力，閥芯上下移動，從而使設定點壓力重新回到設定值。自力式壓力調節閥是以被控介質自身的能量為動力源，引入執行器調節閥芯的位置來改變流通面積，改變兩端的壓差和流量，將調節閥的上游或下游壓力穩定在給定值。自力式上游或下游調節閥用于無電源、氣源和控制的場合。它具有靈敏和敏感的優點。功能，密封性能好，壓力波動小。廣泛應用于各種工業設備中氣體、液體和蒸汽介質的減壓和調壓自動控制。

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

自力式壓力平衡調節閥補償原理的壓力平衡補償原理：
彈簧式自力式壓力調節閥工作原理，以常用型閥后式為例（見圖1），閥芯的初始位置為開啟狀態，閥后壓力P2經導壓管輸入上膜室作用在執行機構膜片上，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定彈簧的作用力，使閥芯向著關閉的位置運動，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降為設定值。同理，當閥后壓力P2降低時，動作方向與上述方向相反。自力式壓力調節閥的閥前式調節其閥芯的初始位置為關閉狀態，其力平衡原理與閥后式相同（見圖2）?！?/span>

自力式壓力調節閥優點在于結構簡單，維護工作量小壓力設定點可調且范圍寬，便于用戶在設定范圍內連續調節閥內采用壓力平衡機構，使調節閥反應靈敏、控制精確、允許壓差大被調介質為腐蝕性低、具有流動性的輕質油品、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、高粘度的介質需要配置冷凝器、隔離罐等附件。此產品廣泛應用于天然氣采輸、城市供熱及冶金、石油、化工、電力等行業中介質連續使用工況下的調節控制。但此產品在閥后介質用量減少、或無用量時、或者間斷用量時的控制又會如何呢？根據用戶反應的現象是調節閥會出現泄露情況，導致閥的前后差壓相等；當使用末段關閉后重新開始使用介質時，閥門又恢復了減壓功能，同時存在憋壓后再開啟時造成瞬間高壓沖擊，極有損壞設備的可能性。下面以我公司該類產品在某企業的應用實例來闡述彈簧式自力式壓力調節閥（以下簡稱閥）針對這類特殊工況的設計和應用。

二、自力式壓力平衡調節閥補償原理特殊工藝參數
控制系統為穩定閥后壓力的系統，介質為氮氣，系統的初始管道壓力為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10分鐘后停止使用1小時，并按此方式循環使用；正常使用時閥后壓力穩定在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）。

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

　2.自力式壓力上游調節閥：
自力式上游壓力調節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）通過導壓管、冷凝器（介質為蒸汽時使用）和截止閥傳遞到傳感元件，轉換成定位力。定位力根據彈簧力調節閥芯的位置。彈簧力由調壓盤調節。全平衡閥帶有平衡波紋管，下游壓力P2作用于波紋管內表面，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。
當上游壓力大于調整后的設定值時，它壓縮彈簧并驅動閥芯，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，當壓力低于壓力設定值時閥門關閉，從而達到減壓穩壓的目的。

三、自力式壓力平衡調節閥補償原理設計分析
根據上述工藝要求，為了保證控制系統介質正常使用時的壓力，可選擇一臺閥降壓也可以選擇兩臺，但考慮到后工段關閉介質時的特殊要求，選擇使用兩臺閥進行雙級降壓能夠更好的分解設定壓力，減小單臺閥過重的負載，以化的方式滿足此工藝要求。

（1）在閥內件設計方面，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，減小因內漏造成的閥后壓力升高。
（2）兩臺閥需要合理分配設定壓力。第一臺閥的關鍵任務
①當系統正常使用介質時降低大部分閥前壓力，使閥后壓力穩定在一個適中的壓力值上
②能夠切斷介質且在切斷介質后閥后壓力只有小幅上升以利于第二臺閥的控制。第二臺閥的任務除了正常的減壓外，也應能較好起到切斷介質的作用，并在第一臺閥因其他未知原因不能正常關閉的情況下起到二次切斷介質的作用，最終保證閥后壓力，滿足工藝要求。
（3）在關鍵的控制元件一一彈簧的設計中，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，特別是兩臺閥在關閉介質時，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，根據系統受力平衡分析，閥后壓力升高的幅度對彈簧的影響遠遠大于閥前壓力，所以此時彈簧所承受的負載也相對變大，因此在設計計算此彈簧時應充分考慮這一因素。
（4）調節閥距控制系統末端有800∼1000米左右的輸送管道，當控制系統末端關閉后重新開啟時產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閉，所以閥的關鍵部件所采用的材料也應合理捧擇，并建議用戶及時更新易損件，以保障產品的良好性能。