一、控制閥應(yīng)用中存在下列問題:
(一)控制閥的品種多,規(guī)格多,參數(shù)多: 控制閥為適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的控制要求,例如,溫度、壓力、介質(zhì)特性等,有近千種不同規(guī)格,不同類型的產(chǎn)品,使控制閥的選型不方便、安裝應(yīng)用不方便、維護不方便、管理不方便。
(二)控制閥的可靠性差: 控制閥在出廠時的特性與運行一段時間后的特性有很大差異,例如,泄漏量增加、噪聲增大、閥門復(fù)現(xiàn)性變差等,給長期穩(wěn)定運行帶來困難。
(三)控制閥笨重,給控制閥的運輸、安裝、維護帶來不便: 通常,控制閥比一般的儀表要重幾倍到上百倍,例如,一臺DN200 的控制閥重達700kg,運輸、安裝和維護都需要動用一些機械設(shè)備才能完成,給控制閥的應(yīng)用帶來不便。
(四)控制閥的流量特性與工業(yè)過程被控對象特性不匹配,造成控制系統(tǒng)品質(zhì)變差: 控制閥的理想流量特性已在產(chǎn)品出廠確定,但工業(yè)過程被控對象特性各不相同,加上壓降比變化,使控制閥工作流量特性不能與被控對象特性匹配,并使控制系統(tǒng)控制品質(zhì)變差。
(五)控制閥噪聲過大: 工業(yè)應(yīng)用中,控制閥噪聲已成為工業(yè)設(shè)備的主要噪聲源,因此,降低控制閥噪聲成為當前重要的研究課題,并得到各國政府的重視。
(六)能耗大: 控制閥是耗能設(shè)備,在能源越來越緊缺的當前,更應(yīng)采用節(jié)能技術(shù),降低控制閥的能耗,提高能源的利用率。
二、控制閥的發(fā)展趨勢:
控制閥向智能化、標準化、精小化、旋轉(zhuǎn)化、一體化和安全化等方向發(fā)展。
(一)智能化和標準化
控制閥的智能化和標準化已經(jīng)提到議事日程。智能化主要采用智能閥門定位器。智能化表現(xiàn)在下列幾方面。
1、控制閥的自診斷,運行狀態(tài)的遠程通信等智能功能,使控制閥的管理方便,故障診斷變得容易,也降低了對維護人員的技能要求。
2、減少產(chǎn)品類型,簡化生產(chǎn)流程。采用智能閥門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,對控制閥流量特性的要求可簡化及標準化(例如,僅生產(chǎn)線性特性控制閥)。用智能化功能模塊實現(xiàn)與被控對象特性的匹配,使控制閥產(chǎn)品的類型和品種大大減少,使控制閥的制造過程得到簡化。
3、數(shù)字通信。數(shù)字通信將在控制閥中獲得廣泛皮用,以HA及克場您改較不為基動。我以現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ),控控制閥的閥門定位器將輸人信號和閥位信導(dǎo)在同一傳輸線實現(xiàn)級實現(xiàn),使危險分散,使控使控制功能在現(xiàn)場制閥與閥門定位器、PID控制功能模塊結(jié)合, 制更及時、迅速。
4、智能閥門定位器。智能閥門定位器具有閥門定位器的所有功能,同時,能夠改著控制閥的動態(tài)和靜態(tài)特性,提高控制間的控制精度,因此,智能閥門定位器在今后一段時間內(nèi)將成為重要的控制閥輔助設(shè)備被廣泛應(yīng)用。
(二)精小化
為降低控制閥的重量,便于運輸、安裝和維護,控制閥的精小化采用了下列措施。
1、采用精小型執(zhí)行機構(gòu)。采用輕質(zhì)材料; 采用多組彈簧替代一組彈簧,降低執(zhí)行機構(gòu)高度,通常,精小型氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)組成的控制閥比同類型氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)組成的控制
2、改變流路結(jié)構(gòu)。例如,將閥芯的移動改變?yōu)殚y座的移動,將直線位移改變?yōu)榻俏灰频龋箍刂崎y體積縮小,重量減輕。
3、采用電動執(zhí)行機構(gòu)。不僅可減少采用氣動執(zhí)行機構(gòu)所需的氣源裝置和輔助設(shè)備,也可減少執(zhí)行機構(gòu)的重量。例如,F(xiàn)isher公司的9000 系列電動執(zhí)行機構(gòu),其20 型的高度小于330mm,使整個控制閥(帶數(shù)字控制器和執(zhí)行機構(gòu)) 重量降低到20~ 32kg。
(三)旋轉(zhuǎn)化
旋轉(zhuǎn)類控制閥,例如,球閥等,它們具有相對體積較小、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,因此,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、蝶閥等類型控制閥,從國外近年的產(chǎn)品看,旋轉(zhuǎn)閥應(yīng)用的比例正逐年增長。
(四)一體化
智能電動執(zhí)行機構(gòu)采用一體化結(jié)構(gòu),減少故障發(fā)生率,降低成本和重量,降低維修成本。
(五)安全
儀表控制系統(tǒng)的安全性已經(jīng)得到有關(guān)各方面的重視,安全儀表系統(tǒng)(81S) 對控制閥的要求也越來越高,表現(xiàn)如下。
1、對控制閥故障信息診斷和處理要求提高,不僅要對控制閥進行故障發(fā)生后的被動性維護,而且,要進行故障發(fā)生階的預(yù)防性維護和預(yù)見性維護。因此,對組成控制閥的有關(guān)組件進行統(tǒng)計和分析,及時提出維護建議等變得更重要。
2、對用于緊急停車系統(tǒng)或安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制閥,提出及時、可靠、安全動作的要求。確保這些控制閥在要打開時能夠及時打開。要關(guān)閉時能夠及時關(guān)閉,要保持原來運行位置時能夠及時保持原來位置。
3、對用于危險場所的控制閥,應(yīng)簡化認證程序。例如,對本安應(yīng)用的現(xiàn)場總線儀表,可簡化為采用FISCO 現(xiàn)場總線本質(zhì)安全概念,使對本安產(chǎn)品的認證過程簡化。
4、與其他現(xiàn)場儀表的安全性類似,對控制閥的安全性,可采用隔爆技術(shù)、防火技術(shù)、增安技術(shù)、本安技術(shù)、無火花技術(shù)等; 對現(xiàn)場總線儀表,還可采用實體概念、本安概念、FISCO 概念和非易燃(FINCO) 概念等。
三、節(jié)能
降低能源消耗,提高能源利用率是控制閥的一個發(fā)展方向。主要表現(xiàn)如下。
1、采用低壓降比的控制閥。使控制閥在整個系統(tǒng)壓降中占的比例減少,從而降低能耗,因此,設(shè)計低壓降比的控制閥是發(fā)展方向之一; 另一個發(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。
2、采用自力式控制閥。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)的能量實現(xiàn)閥后壓力控制。、
3、采用電動執(zhí)行機構(gòu)的控制閥。氣動執(zhí)行機構(gòu)在整個控制閥運行過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。采用電動執(zhí)行機構(gòu),在改變控制閥開度時,需要供電,在達到所需開度時就可不再供電,因此,從節(jié)能看,電動執(zhí)行機構(gòu)比氣動執(zhí)行機構(gòu)有明顯節(jié)能優(yōu)點。
4、采用壓電控制閥。在智能電氣閥門定位器中,采用壓電控制閥,只有當輸出信號增加時才耗用氣源。
5、采用帶平衡結(jié)構(gòu)的閥芯。降低執(zhí)行機構(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。對高壓降比的應(yīng)用場合,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)運轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速,降低能源消耗。
四、環(huán)境保護
環(huán)境污染已經(jīng)成為公害,控制閥對環(huán)境的污染主要有控制閥噪聲和控制閥的泄漏。其中,控制閥噪聲對環(huán)境的污染更是十分嚴重。為此,控制閥的發(fā)展應(yīng)環(huán)繞降低控制閥噪聲和防止控制閥的大氣污染。表現(xiàn)如下。
1、降低控制閥噪聲。研制各種降低控制閥噪聲的方法,包括從控制閥流路設(shè)計到控制閥閥內(nèi)件的設(shè)計,從噪聲源的分析到降低噪聲的措施等。主要有設(shè)計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。控制閥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,而且對大氣環(huán)境造成污染,有時還會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)和填料類型、研制控制閥的密封等將是控制閥今后一個重要的研究課題。