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  专栏: 调节阀|控制阀  电动执行器  阀门定位器  气动执行器  电/气液执行器  气动附件  检测设备  自力式控制阀  电力行业应用
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本书作者
明赐东
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第一章 综述
第二章 计算
第三章 校核
第四章 结构
第五章 选型
第六章 产品
第七章 维护
第八章 习题
在线阅读:《调节阀计算 选型 使用》
    主要包括调节阀计算、选型、安装、维护、故障诊断和处理等一系列应用知识,以方便相关人员能正确用好调节阀,更好地发挥其作用。该书对提高调节阀应用质量,提高选型质量,正确地指导使用调节阀有较好的参考作用,还可作为调节阀的讲义、教材供有关人员学习和培训用。
 成都科技大学出版社        作者:明赐东 单价:27.00
 独家授权连载,不得转载 联系作者
 八 调节阀习题集  目录
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  1 填空题 5 简答题
  2 选择题 6 简述题
  3 改错题 7 调节阀30个为什么
  4 计算题
 6 简述题
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1)正作用-反作用、气开-气闭、流开-流闭是怎么一回事?

答:正作用、反作用是对气动薄膜执行机构而言,即为气动薄膜执行机构的作用方式.上面进气,推杆向下运动的,称正作用执行机构;下面进气,推杆向上运动的,称反作用执行机构。气开、气闭是对气动薄膜调节阀整机而言,即为气动薄膜调节阀的作用方式。顾名思义,随信号增加,阀逐步关闭者为气闭阀;在没有信号时,气开阀为关闭状态,气闭阀为全开状态。

正、反作用执行机构与气开、气闭阀的匹配关系是:对于双导向的阀芯(即上、下均导向),只需正作用执行机构就可实现作用方式的改变。当阀芯正装时,为气闭阀;阀芯反装时,为气开阀,如双座阀、DN25以上的单座阀。对单导向阀芯(仅阀芯上端一处导向),不可能反装,气开、气闭的改变,只能更换执行机构.气闭阀配正作用执行机构,气开阀配反作用执行机构,如单座阀DN20角形阀、高压阀等。

流开、流闭是对介质的流动方向而言,与正、反作用,气开、气闭不相干.其定义为:在节流口,介质的流动方向向着阀的打开方向流动(即与阀开方向相同)时为流开型;反之,向着阀的关闭方向流动(即与阀关方向相同)时为流闭型。顺便指出,以往按不平衡力的作用方向来定义,认为若不平衡力作用是将阀芯顶开的,则为流开型,将阀芯压闭的,则为流闭型,这种说法是错误的。在这一错误定义下,认为流闭型之不平衡力均为压闭型,故稳定性差这也是不全面的。

2)调节阀口径计算有哪些步骤?

答:从工艺上提供有关参数到最后口径的确定,需要以下几个步骤。

(1)确定工艺参数

对Qmin和Qnor(正常流量)注意不要一再留余地,以防阀选大,造成小开度工作,工作性能差,经济性差(特别是特殊材料的大口径阀)。再由系统特点确定S值,然后得出相应压差(不同开度的S值可查有关表)。对老系统改进,参数可根据经验和现场测定来确定。

(2)Kv值计算

首先,根据已知条件查有关计算参数(如FL);其次,根据不同介质(液体、气体、蒸气)采用相应流动判别公式,分别对Qmin,Qnor流动状态进行判别,确定是正常流动还是阻塞流动;根据流动状态,采用相应KV值计算公式,计算出Kvmin和Kvnor。

(3)口径的确定

根据Cnor按直线流量特性放大1.4倍,对数特性放大1.97倍后,在所预定的阀系列中,选取大于该值并最接近的一档,对应得阀口径DN。

(4)开度、可调比验算与Ft校核

①开度验算:因本方法是按阀全开能通过1.3Qnor来确定的,故对最大开度可以不验算,主要是对最小开度进行验算,以防小开度工作。

②可调范围验算:考虑到实际可调比与理想可调比R变化较大,工作可调比为10,验算时按Qmax/Qmin<10计算(这里相当于在理论推导公式上,留有2.3倍余地).若Omax/min大于上述值则考虑其它措施或另选阀结构。

③Ft校核:最后还需要进行不平衡力校核,可采用计算F和Ft来进行校核,也可查表进行许用压力(dg=ds)、许用压差校核。若不能满足,则应考虑其它措施,如带定位器等,假如还不行那就只好另选阀结构了。

在阀开度、可调比、Ft的验算和校核均通过后,该阀结构和口径才选定。若任一条件通不过,都必须另选直至通过为止。

3)汽蚀是怎么一回事,怎样减小和防止?

答:调节阀在节流中,因节流口流速急剧上升,由能量守恒定律可知,速度上升,压力必须下降,若此时压力的下降低于介质温度的饱和蒸气压,便气化,分解出气体,形成气液双相流动,这就是所谓的闪蒸。节流后,速度下降,压力的恢复超过Pv(饱和蒸汽压)值后,不能继续产生气化,同时液体中的气泡将还原为液体。在流体力学中可以证明,此时气泡内的压力趋近于无穷大,即有较大的压力产生,它迫使气泡破裂,并形成强大的压力冲击波,这种现象称为空化,此压力冲击波作用在阀芯、阀座金属表面上,使材料很快被破坏(开头如蜂窝),同时,引起振动和噪音.这种由空化引起的材料破坏、振动和噪音,称为汽蚀。若空化产生的冲击未作用在金属上,其能量由液体吸收,汽蚀将小得多。在严重汽蚀下,一般不锈钢只能用几天,硬质合金只能用半年,即使6YCl也只能用1年左右。

怎样减小和防止汽蚀?一般来说,有如下几种办法:①使节流口最低压力高于Pv值,一般较困难;②尽量提高节流口压力,通常是增大阀的阻力,如增长节流通道(即把阀芯头加长,阀座加厚)、在阀座密封面上部增设阻力初步节流、多级节流分级降压、叠片式结构等;③增设孔板降压,以减小压降;把空化破坏引向次要部位,如选用流闭型;选用耐汽蚀的特殊材料等。

4)冲刷的弊与利,怎样防止与利用?

答:调节阀节流口介质的高速流动,其冲刷能量很大,它可在几天内将节流件冲出一个大缺口,特别是进口方,高压差冲刷更厉害。由于它是顺着流线冲刷的,其破坏形状也成流线形。怎样防止呢?一是从开度上考虑。在日常生活中我们可以看到,为提高水的冲刷能力,往往把出水口管道压缩,或用钳子将出口钳住部分,以提高流速,使冲刷能力成倍增加;同样道理,阀选大,处小开度工作,节流间隙小,冲刷厉害.相反,阀选得适宜,工作开度增大,使节流间隙大,冲刷减弱,阀的寿命得以提高。某厂选用的高压阀,因dg选得大,一般在20%开度以下工作,阀芯一个月内被冲蚀.缩小一档dg,开度在60%左右,阀的寿命提高到一年左右。这就是说,特别是高压差阀,防止阀在小开度工作是提高使用寿命的一个主要措施.在小开度下,冲刷的破坏往往变得比汽蚀严重,而这一点往往未被人们重视.其次还可以从转移破坏位置上想办法。

象水冲地面一样,冲刷可减小高粘度、悬浮液、含颗粒介质造成的堵塞,这就是所谓调节阀的"自洁"性能.可以从三方面考虑:①从结构上考虑选用角阀,尽可能减少死区,防止介质沉淀,最好的就是流线型结构;②从流向上选流闭型,以增加冲刷;③最好选用"自洁"性能更好的旋转类调节阀,但经济性要差些。

5)为什么调节阀会强烈振动,怎样消除?

答:调节阀和水龙头一样,也会使系统管道跳动,附件及其元件振松,伴随旋转与噪音。甚至阀杆振断、阀座脱落。它严重影响系统正常工作,造成噪音污染,有的根本就无法投运。调节阀产生振动的原因与频率有关。当外力的频率与系统的固有频率(无阻尼的理想振动频率)相同或接近时,即同拍时,外力在整个周期内对系统做正功,受迫振动的能量达最大值,这种现象就称为共振,此时的外力称为策动力。由此可见,产生共振的条件必须是策动力与系统固有频率相等或接近。破坏了这个条件,就破坏了共振,就达到消除振动和伴音的目的。

那么,能否在系统设计的时候,通过计算的办法来防止它们的频率相等呢?回答是不可能的.因为固有频率无法计算(只有弹簧、共振消音器等个别典型的可以计算).因此,只限在实际投运中发生共振时加以消除.需要指出的是,共振本身是一种巧合(策动力与系统固有频率接近或相等),不是阀的质量问题(实际中不少人认为是阀造成的,而没在共振上想办法).那么,又怎样消除呢?

我们又通过对共振的自来水龙头反复试验发现,阀门产生频率的所谓源是节流口的急剧速度和压力变化所致,改变节流形状或形式即可改变阀的振动频率。再结合上述分析,得出以下行之有效的办法:①轻微共振可增加阀的刚度(增大Pr、Ae)以增加阻尼,另外应尽量减小配合间隙,以减小水平振动;②中等程度的共振可以考虑改变节流件形状(将共振开度范围上的阀芯曲面或套筒窗口车或锉掉0.5~1mm,也可更换另一流量特性的阀芯和套筒);③对共振厉害,共振开度范围较大者,则可更换另一种节流形式的阀。因为阀型不一样,其固有频率自然不同。改变节流形式,相当于改变了固有频率,因此这是最根本的办法。具体的办法如将双座阀改为套筒阀,套筒阀改为双座阀等。上述办法,从理论到实践已证明简易可行。共振问题普遍存在,了解这一问题有较大的实用意义。如锅炉给水调节系统,普遍反映其产生振动和噪音,采取本办法即可解决问题。

6)怎样防止和减小噪音?

答:噪音对人有严重危害,一般不应超过80分贝。调节阀噪音有时可达100分贝以上,使人接近它感到很难忍受。一般调节阀的噪音来源于阀芯的振动,有因高速气流面产生的气体动力学噪音,也有因闪蒸、空化、流动造成的液体动力学噪音。其中流体流动噪音和闪蒸噪音不是很大,其它噪音则可以根据噪音来源做如下考虑:

(1)振动噪音的防止和减小。这一类噪音绝大多数是共振所致,振动往往就伴随着噪音,只不过有大有小。可以从增加刚度以增加阻尼,减小节流件配合、导向间隙,以减小横向振动等方面来减小噪音;根本的防止方法不是在产生噪音之后采取被动的方法加以削弱或隔音,而是要在消除共振上考虑,改变阀的固有频率。

(2)空化噪音的防止。防止振动噪音应从消除共振上考虑;同理,空气噪音应从防止闪蒸、防止空化或减小闪蒸、减小空化上考虑。

(3)气体动力学噪音的防止。当可压缩流体通过调节阀的速度大于或等于音速时,便产生强烈的噪音和振动,不仅产生噪音,而且还损坏其中零件,这种噪音的破坏程度与噪音能量有关,而噪音的能量又与速度的3次方成正比。因此,速度越大,噪音将更为明显地增大。目前,避免气体动力学噪音一般有如下方法:①消除噪音源,即从根本上限制调节阀节流速度,使之低于音速;②选用低噪音调节阀,它使流体节流时曲折流动,互相干扰与冲撞,以增加阻力,消耗能量,防止(或减小)流路里任意一点产生超音速,从而降低噪音。当噪音不是很大时,可选普通套筒阀;③选用多孔限流板,它吸收阀后部分压降,以提高阀后压力,降低节流速度以降低噪音;④采用隔音材料隔绝噪音。当噪音不大时,用隔音材料包住阀后管线,直到噪音低于80分贝左右;⑤采用消音器,当噪音稍高时,在阀后安装消音器吸收噪音,减小传播。

7)为什么调节阀不能在小开度工作

调节阀在小开度时存在着急剧的流阻、流速、压力等变化,它带来如下问题:①流速最大,节流间隙最小,冲刷最厉害,严重影响阀的使用寿命;②急剧的流速、压力变化,斜率将产生正负变化,超过阀刚度时,阀稳定性差,甚至产生严重振荡;③对“+”ft,产生跳跃关闭或跳跃启动,调节型阀在这个开度内,无法进行调节;④开度大,阀芯密封面离节流口远,有利于保护阀芯密封面;相反,开度小,有损于阀芯密封面;⑤从阀结构上看,有些阀不适宜于小开度工作,如蝶阀,小开度受力为“+”ft,产生跳跃关闭和启动;双座阀两个阀芯球,一个处流开,一个处流闭,使小开度时的稳定性差,易产生振荡。

综合上述,为提高阀使用寿命、稳定性、正常调节等工作性能,调节阀应避免在小开度工作。通常应大于10~15%,但对高压阀、双座阀、蝶阀、处于“+”ft工作的调节阀应大于20%(线性阀)~30%(对数阀)。

8)调节阀稳定性差及出现喘振时怎样解决?

答:调节阀出现振荡时,可从如下方面考虑:

(1)判别ft的作用方向。因“-”ft稳定性好,“+”ft(dg<ds)稳定性差,可将在“+”ft情况下工作的阀改为在“-”ft情况下工作,通常是将流闭改为流开。

(2)从结构上考虑.对柱塞形阀芯,阀芯直径随开度增大而减小,ft与△Pi和Ai有关故ft仅与△Pi变化有关.前者变化斜率大,稳定性差.因此,对单、双座阀可改用套筒也易产生振荡.如蝶阀,通常在5~10°、75°两处发生交变,故最小开度应大于15~20%,而全开度,设计厂已考虑,全开为70°再如双座阀,一般在10%以内和70%左右开度上产生交变。

(3)增加刚度。通常选用大的弹簧,以增加对ft变化的适应能力。

(4)从调节速度上考虑.对快速响应调节系统,阀的动作速度不应太快,不宜选用定位器和直线流量特性,相反应改用对数流量特性和转换器(或继动器)。对两位型调节阀,因它是一次性全行程动作,动作速度快,加之通常为流闭型,又产生跳跃动作,特别是对液体介质的流量进行调节,因介质调节速度变化快,易产生水击现象,并引起振动。通常可采用如下办法:①将流闭型改为流开型,防止跳跃(因跳跃开度动作速度极快);②根据系统要求,可采用快开慢关,以减小关闭速度;采用慢开快关,以减小打开速度,或开、关动作均限制。具体办法,是对执行机构膜室进气、排气加阻尼,减慢执行机构动作速度。要进气慢时,对气源、进气管等设阻尼,要排气慢时,在排气口设阻尼。

9)调节阀在安装时主要应注意什么?投运前为什么要特别注意清洗?

答:调节阀在安装时应注意如下问题:

(1)安装前的检查。调节阀运到现场,应立即进行检查,以明确是否符合规定,特别是安装尺寸、材料、附件等.主要检查项目有:外观、行程、始终点、泄漏量等。此外,还应根据PF做弹簧预紧力调整,使执行机构有足够的输出力,以克服不平衡力。

(2)管道铺设.因调节阀Kv值是在直管段上测定的,所以要求阀前、阀后直管段应大于10倍DN和5倍DN.若管道口径大于阀口径,应安装大小头过渡;要考虑调节阀的移动和复位方便;要避免在阀上产生安装应力。

(3)便于检修。管道对地面、楼板的高度要考虑对反装的阀芯(如气开的双座阀、DN25以上的单座阀)部件便于从阀体下面取出,否则,必须卸下阀体并放倒才能取出,管道标高大于2米,应设置在平台上,以利维护;对装有附件的阀要考虑便于观察、调整、操作,要留卸下阀体法兰的螺栓空隙。

(4)介质流向,对单密封类阀,流向对阀工作性能影响甚大,应根据流向进行安装.制造厂是按一般情况考虑的,对特殊的情况不能死搬硬套。

(5)环境条件。受调节阀橡胶件(如膜片)工作温度的影响,其环境温度应在-30+60℃内,同时应尽量远离高温、振源和有毒场合。

(6)安全措施。对泄漏、泄压、排放、易燃介质、强腐蚀介质等要采取安全、保护措施。

(7)气源。气源应符合标准要求,特别是带定位器的阀,最好在定位器前加上空气过滤阀。

(8)安装。应尽量垂直安装,特殊情况需倾斜安装时应支掌;不带定位器时,建议在膜头上安装一个小压力表,以指示调节器来的信号。

在阀正式投运前,要特别注意冲刷、清洗管道,以防投运后焊渣等类硬物卡在节流口,造成卡住、拉伤、密封面损坏等未用先坏的现象.在冲洗时应将阀全开,以便硬渣顺利通过。在试车时,应多让阀全行程动作几次,每一次注意阀不要关到底,防止异物压伤密封面.有时不少硬物从下阀盖平衡孔掉人导向套内,应卸下下阀盖清洗。发现有卡的现象,应向开方向动作,让硬物过去。上述问题普遍存在,应引起重视.最后,作者还得强调一下;开车前应多加冲洗。
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