化工儀表及自動(dòng)化論文

　　控制閥又稱調(diào)節(jié)閥，是工業(yè)過(guò)程控制中的主要執(zhí)行單元儀表，通過(guò)接受調(diào)節(jié)控制單元閥是自控系統(tǒng)中的執(zhí)行器，它的應(yīng)用質(zhì)量直接反應(yīng)在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)上。作為過(guò)程控制中的終端元件，人們對(duì)它的重要性較過(guò)去有了更新的認(rèn)識(shí)。調(diào)節(jié)閥應(yīng)用的好壞，除產(chǎn)品自身質(zhì)量、用戶是否正確安裝、使用、維護(hù)外，正確地計(jì)算、選型十分重要。

　　關(guān)鍵字：控制閥，水處理，流量，發(fā)展。

　　1、控制閥在水處理中的發(fā)展方向的目的和意義

　　控制閥廣泛應(yīng)用于制造業(yè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)和降低成本的目的。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，控制閥市場(chǎng)會(huì)保持適度的增長(zhǎng)。水處理中一般采用流量控制閥，流量控制閥是一種采用高精度先導(dǎo)方式控制流量的多功能閥門(mén)。適用于配水管需控制流量和壓力的管路中，保持預(yù)定流量不變，將過(guò)大流量限制在一個(gè)預(yù)定值，并將上游高壓適當(dāng)減低，即使主閥上游的壓力發(fā)生變化，也不會(huì)影響主閥下游的流量。在現(xiàn)代化工廠的自動(dòng)控制中，控制閥起著十分重要的作用，這些工廠的生產(chǎn)取決于流動(dòng)著的液體和氣體的正確分配和控制。這些控制無(wú)論是能量的交換、壓力的降低或者是簡(jiǎn)單的容器加料，都需要某些最終控制元件去完成。最終控制元件可以認(rèn)為是自動(dòng)控制的“體力”。在調(diào)節(jié)器的低能量級(jí)和執(zhí)行流動(dòng)流體控制所需的高能級(jí)功能之間，最終控制元件完成了必要的功率放大作用，控制閥是最終控制元件的最廣泛使用的型式。

　　2、控制閥在水處理中的發(fā)展方向在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀 從控制閥應(yīng)用看，發(fā)展方向如下：

　�。�1）小型執(zhí)行機(jī)構(gòu)：可降低成本，提高流通能力。

　�。�2）套筒導(dǎo)向：采用套筒導(dǎo)向，有利于對(duì)中，有利于降低摩擦，有利于降噪，有利于流量特性的互換

　�。�3）平衡式閥芯：為降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力或推力矩，采用平衡式閥芯是重要的，它對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也有改善

　　（4）一體化閥芯和閥座：為克服雙座閥密封性差的缺點(diǎn)，采用相同材質(zhì)的一體化閥芯和閥座組成閥內(nèi)件，將泄漏量和不平衡力同時(shí)減到最小 ．

　�。�5）簡(jiǎn)單流路：流路簡(jiǎn)單，流阻減小，不僅可使閥兩端壓損下降，而且可降低成本。

　�。�6）密封和摩擦：密封性能和摩擦性能是矛盾的兩方面，控制閥設(shè)計(jì)中不僅要解決密封問(wèn)題，對(duì)摩擦和壽命等性能指標(biāo)也必須重視 因此，近年來(lái)，填料函和填料結(jié)構(gòu)的研究得到重視，旋轉(zhuǎn)型控制閥得到較廣泛應(yīng)用

　�。�7）降低噪聲：采用多種方式降低控制閥噪聲，例如，采用降噪套筒和閥芯，采用多級(jí)閥芯，采用降噪限流板，采用擴(kuò)展器等

　�。�8）采用與管道同直徑的控制閥和限制流通能力的閥內(nèi)件：利于降低閥入口壓力和出口流體流速，不需安裝異徑管等附加管件，有利于降低成本，通過(guò)更換流通能力大的閥內(nèi)件，可擴(kuò)展流通能力，通過(guò)選用限制流通能力閥內(nèi)件可糾正計(jì)算口徑過(guò)大的

　　錯(cuò)誤

　　（9）在數(shù)字化信息化時(shí)代，將較多采用智能閥門(mén)定位器或通過(guò)數(shù)字控制器等實(shí)現(xiàn)非線性規(guī)律，補(bǔ)償被控對(duì)象非線性，將較少選用控制閥流量特性來(lái)補(bǔ)償被控對(duì)象非線性

　　（10）閥內(nèi)件的材料隨溫度變化，因此，應(yīng)考慮不同溫度下熱膨脹造成的影響，也要考慮在高溫下耐壓等級(jí)的變化等，應(yīng)考慮材料的耐腐蝕性、抗疲勞性等性能。

　　2。1當(dāng)前中國(guó)控制閥市場(chǎng)的概況

　　從廠商來(lái)看，國(guó)內(nèi)外廠商競(jìng)爭(zhēng)格局基本保持穩(wěn)定，仍然穩(wěn)居市場(chǎng)首位，本土廠商與國(guó)外優(yōu)勢(shì)品牌相比，仍然較弱，排名和業(yè)績(jī)規(guī)模上未實(shí)現(xiàn)重大突破。雖然市場(chǎng)整體增長(zhǎng)，但是廠商20xx年業(yè)績(jī)表現(xiàn)不均衡，少數(shù)廠商積極的搶占市場(chǎng)份額，多數(shù)廠商業(yè)績(jī)受市場(chǎng)或產(chǎn)能的困擾保持20xx年的水平。

　　從戰(zhàn)略發(fā)展來(lái)看，國(guó)外廠商通常專(zhuān)注于這幾個(gè)方面：實(shí)現(xiàn)本地化，完善營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)體系，整合營(yíng)銷(xiāo)渠道，將中國(guó)公司打造成亞太區(qū)生產(chǎn)和技術(shù)服務(wù)的中心。國(guó)內(nèi)廠商偏重于提高產(chǎn)能，走國(guó)產(chǎn)化道路，尋求產(chǎn)品和技術(shù)上的突破，力爭(zhēng)企業(yè)快速發(fā)展。雖然當(dāng)前控制閥行業(yè)整體增長(zhǎng)放緩，但是出于對(duì)未來(lái)市場(chǎng)的看好，廠商實(shí)際上都在暗自積蓄力量，以便在未來(lái)行業(yè)快速發(fā)展時(shí)能夠搶奪更多的市場(chǎng)份額

　　2。2 當(dāng)前發(fā)展的不利因素

　　國(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)錯(cuò)綜復(fù)雜，標(biāo)普下調(diào)美國(guó)主權(quán)債務(wù)評(píng)級(jí)，包括中國(guó)在內(nèi)的各資本市場(chǎng)近期大幅下挫，國(guó)內(nèi)通脹和宏觀調(diào)控壓力進(jìn)一步加大，實(shí)體經(jīng)濟(jì)有減速的跡象，控制閥應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，市場(chǎng)狀況受?chē)?guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)狀況影響較大，隨著實(shí)體經(jīng)濟(jì)增速減緩，控制閥行業(yè)的市場(chǎng)需求和投資都承受一定的壓力。

　　3、控制閥在水處理中的發(fā)展方向采用的路線和原理

　　3。1原理：控制閥用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力和液位。根據(jù)調(diào)節(jié)部位信號(hào)，自動(dòng)控制閥門(mén)的開(kāi)度，從而達(dá)到介質(zhì)流量、壓力和液位的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥分電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。

　　3。2控制閥的發(fā)展方向主要為智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、精小化、旋轉(zhuǎn)化和安全化。

　�。�1）智能化和標(biāo)準(zhǔn)化：

　　控制閥的智能化和標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)提到議事日程。智能化主要采用智能閥門(mén)定位器。智能化化表現(xiàn)在下列方面。

　�、倏刂崎y的自診斷，運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程通信等智能功能，使控制閥的管理方便，故障診斷變得容易，也降低了對(duì)維護(hù)人員的技能要求。

　�、跍p少產(chǎn)品類(lèi)型，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程。采用智能閥門(mén)定位器不僅可方便地改變控制閥的流量特性，也可提高控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。因此，對(duì)控制閥流量特性的要求可簡(jiǎn)化及標(biāo)準(zhǔn)化（例如，僅生產(chǎn)線性特性控制閥）o用智能化功能模塊實(shí)現(xiàn)與被控對(duì)象特性的匹配，使控制閥產(chǎn)品的類(lèi)型和品種大大減少，使控制閥的制造過(guò)程得到簡(jiǎn)化，并在生產(chǎn)和市場(chǎng)中經(jīng)受考驗(yàn)和認(rèn)可。

　�、蹟�(shù)字通信。數(shù)字通信將在控制閥中獲得廣泛應(yīng)用，以HART通信協(xié)議為基礎(chǔ)，一些控制閥的閥門(mén)定位器將輸入信號(hào)和閥位信號(hào)在同一傳輸線實(shí)現(xiàn)；以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為基礎(chǔ)，控制閥與閥門(mén)定位器、PID控制功能模塊結(jié)合，使控制功能在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)實(shí)現(xiàn)，使危險(xiǎn)分散，使控制更

　　及時(shí)、更迅速。

　�、苤悄荛y門(mén)定位器。智能閥門(mén)定位器具有閥門(mén)定位器的所有功能，同時(shí)能夠改善控制閥的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，提高控制閥的控制精度，因此，智能閥門(mén)定位器將在今后一段時(shí)間內(nèi)成為重要的控制閥輔助設(shè)備被廣泛應(yīng)用。

　�。�2）精小化

　　為降低控制閥的重量，便于運(yùn)輸、安裝和維護(hù)，控制閥的精小化采用了下列措施。

　�、俨捎镁�小型執(zhí)行機(jī)構(gòu)。采用輕質(zhì)材料，采用多組彈簧替代一組彈簧，降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)高度，通常，精小型氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的控制閥比同類(lèi)型氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的控制閥高度要降低約30％，重量降低約30％，而流通能力可提高約30％。

　�、诟淖兞髀方Y(jié)構(gòu)。例如，將閥芯的移動(dòng)改變?yōu)殚y座的移動(dòng)，將直線位移改變?yōu)榻俏灰频�，使控制閥體積縮小，重量減輕。

　　③采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。不僅可減少采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的氣源裝置和輔助設(shè)備，也可減少執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重量。例如，F(xiàn)isher公司的9000系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其20型的高度小于330mm，使整個(gè)控制閥（帶數(shù)字控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)）質(zhì)量降低到20～32kg。

　�。�3）旋轉(zhuǎn)化：

　　由于旋轉(zhuǎn)類(lèi)控制閥，例如球閥等，有相對(duì)體積較小、流路阻力較小、可調(diào)比較大、密封性較好、防堵性能較好、流通能力較大等優(yōu)點(diǎn)，因此，在控制閥新品種中，旋轉(zhuǎn)閥的比重增大。特別是大口徑管道中，普遍采用球閥、蝶閥等類(lèi)型控制閥，從國(guó)外近年的產(chǎn)品看，旋轉(zhuǎn)閥應(yīng)用的比例正逐年增長(zhǎng)。

　�。�4）安全化：

　　儀表控制系統(tǒng)的安全性已經(jīng)得到各方面的重視，安全儀表系統(tǒng)（SIS）對(duì)控制閥的要求也越來(lái)越高，表現(xiàn)在以下幾方面。

　�、賹�(duì)控制閥故障信息診斷和處理要求提高，不僅要對(duì)控制閥進(jìn)行故障發(fā)生后的被動(dòng)性維護(hù)，而且要進(jìn)行故障發(fā)生前的預(yù)防性維護(hù)和預(yù)見(jiàn)性維護(hù)。因此，對(duì)組成控制閥的有關(guān)組件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，及時(shí)提出維護(hù)建議等變得更重要。

　�、趯�(duì)用于緊急停車(chē)系統(tǒng)或安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制閥，提出及時(shí)、可靠、安全動(dòng)作的要求。確保這些控制閥能夠反應(yīng)靈敏、準(zhǔn)確。

　�、蹖�(duì)用于危險(xiǎn)場(chǎng)所的控制閥，應(yīng)簡(jiǎn)化認(rèn)證程序。例如，對(duì)本安應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，可簡(jiǎn)化為采用FISCO現(xiàn)場(chǎng)總線本質(zhì)安全概念，使對(duì)本安產(chǎn)品的認(rèn)證過(guò)程簡(jiǎn)化。

　�、芘c其他現(xiàn)場(chǎng)儀表的安全性類(lèi)似，對(duì)控制閥的安全性，可采用隔爆技術(shù)＼防火技術(shù)、增安技術(shù)、本安技術(shù)、無(wú)火花技術(shù)等；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，還可采用實(shí)體概念、本安概念、FISCO概念和非易燃（FINCO）概念等。

　�。�5）節(jié)能：

　　降低能源消耗，提高能源利用率是控制閥的一個(gè)發(fā)展方向。主要有下列幾個(gè)發(fā)展方向。 ①采用低壓降比的控制閥。使控制閥在整個(gè)系統(tǒng)壓降中占的比例減少，從而降低能耗，因此，設(shè)計(jì)低壓降比的控制閥是發(fā)展方向之一；另一個(gè)發(fā)展方向是采用低阻抗控制閥，例如采用蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等。

　�、诓捎米粤κ娇刂崎y。例如，直接采用閥后介質(zhì)的壓力組成自力式控制系統(tǒng)，用被控介質(zhì)的能量實(shí)現(xiàn)閥后壓力控制。

　�、鄄捎秒妱�(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制閥。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在整個(gè)控制閥運(yùn)行過(guò)程中都需要有一定的氣壓，雖然可采用消耗量小的放大器等，但日積月累，耗氣量仍是巨大的。采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在改變控制閥開(kāi)度時(shí)，需要供電，在達(dá)到所需開(kāi)度時(shí)就可不再供電，因此，從節(jié)能看，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)比氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有明顯節(jié)能優(yōu)點(diǎn)。

　�、懿捎脡弘娍刂崎y。在智能電氣閥門(mén)定位器中采用壓電控制閥，只有當(dāng)輸出信號(hào)增加時(shí)才耗用氣源。

　�、莶捎脦�平衡結(jié)構(gòu)的閥芯，降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力或推力矩，縮小膜頭氣室，降低能源需要。 ⑥采用變頻調(diào)速技術(shù)代替控制閥。對(duì)高壓降比的應(yīng)用場(chǎng)合，如果能量消耗很大，可采用變頻調(diào)速技術(shù)，采用變頻器改變有關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速，降低能源消耗。

　�。�6）保護(hù)環(huán)境：

　　環(huán)境污染已經(jīng)成為公害，控制閥對(duì)環(huán)境的污染主要有控制閥噪聲和控制閥的泄漏。其中，控制閥噪聲對(duì)環(huán)境的污染更是十分嚴(yán)重。

　�、俳档涂刂崎y噪聲。研制各種降低控制閥噪聲的方法，包括從控制閥流路設(shè)計(jì)到控制閥閥內(nèi)件的設(shè)計(jì)，從噪聲源的分析到降低噪聲的措施等。主要有設(shè)計(jì)降噪控制閥和降噪控制閥閥內(nèi)件；合理分配壓降，使用外部降噪措施，例如，增加隔離、采用消聲器等。

　　②降低控制閥的大氣污染�？刂崎y的大氣污染指控制閥的“跑”、“冒”、“滴”、“漏”，這些泄漏物不僅造成物料或產(chǎn)品的浪費(fèi)，而且對(duì)大氣環(huán)境造成污染，有時(shí)，還會(huì)造成人員的傷亡或設(shè)備爆炸等事故。因此，研制控制閥填料結(jié)構(gòu)和填料類(lèi)型、研制控制閥的密封等將是控制閥今后一個(gè)重要的研究課題。計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制理論和自動(dòng)化儀表等高新科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了控制閥的發(fā)展，例如，現(xiàn)場(chǎng)總線控制閥和智能閥門(mén)定位器的研制、數(shù)字通信在控制閥的實(shí)現(xiàn)等�？刂崎y的發(fā)展也推動(dòng)了其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，例如，對(duì)防腐蝕材料的研究、對(duì)削弱和降低噪聲方法的研究、對(duì)流體動(dòng)力學(xué)的研究等。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，控制閥也將開(kāi)放、智能和更可靠，它將與度更高，控制的效果更明顯，并為我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)揮更重要的作用其他工業(yè)自動(dòng)化儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置一起，使工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的功能更完善，控制的精。

　　4、 控制閥在水處理中的發(fā)展方向的重點(diǎn)和難點(diǎn)

　　4、1重點(diǎn)：控制閥在水處理中的主要重點(diǎn)在于流量的控制，如：一改常規(guī)節(jié)流閥使用孔板或純機(jī)械的減小流域面積的原理，利用相關(guān)導(dǎo)閥，最大限度地減小能量在節(jié)流過(guò)程中的損失；控制靈敏度高，安全可靠，調(diào)試簡(jiǎn)便，延長(zhǎng)使用壽命。

　　4、2難點(diǎn)：一般來(lái)說(shuō)，改變控制閥閥芯與閥座間的流通截面積，便可控制流量。但實(shí)際上還有許多因素影響，例如在調(diào)節(jié)面積改變的同時(shí)還發(fā)生閥前后壓差的變化，而這又將引起流量的變化。因此控制閥在水處理中的發(fā)展方向的難點(diǎn)就在于如何有效的優(yōu)化控制閥的開(kāi)度從而控制流量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)和降低成本的目的，怎樣能夠更好的鎖定流經(jīng)閥門(mén)的水量，而不是針對(duì)阻力的平衡，解決系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)失調(diào)問(wèn)題。

　　5、設(shè)計(jì)時(shí)間 第五周：確定論文題目，以及了解相關(guān)的資料。

　　第六周、第七周、第八周：查找資料，并進(jìn)行整理和分類(lèi)。

　　第十周：做論文。

　　6、結(jié)束語(yǔ)

　　盡管控制閥得到廣泛的使用，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的其它單元大概都沒(méi)有像它那樣少的維護(hù)工作量。在許多系統(tǒng)中，控制閥經(jīng)受的工作條件如溫度、壓力、腐蝕和污染都要比其它部件更為嚴(yán)重，然而，當(dāng)它控制工藝流體的流動(dòng)時(shí)，它必須令人滿意地運(yùn)行及最少的維修量。控制閥既有靜態(tài)特性，又有動(dòng)態(tài)特性，因而它影響整個(gè)控制回路成敗。靜態(tài)特性或增益項(xiàng)是閥的流量特性，它取決于閥門(mén)的尺寸、閥芯和閥座的組合結(jié)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類(lèi)型、閥門(mén)定位器、閥前和閥后的壓力以及流體的性質(zhì)。控制閥由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成�？刂崎y通常分為直通單座式調(diào)節(jié)閥和直通雙座式調(diào)節(jié)閥兩種，后者具有流通能力大、不平衡辦小和操作穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以通常特別適用于大流量、高壓降和泄漏少的場(chǎng)合。

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