控制閥應(yīng)用中存在的問題及發(fā)展方向 |資料

1．控制閥應(yīng)用中存在的問題
①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(hù)不方便、管理不方便。
②控制閥的可靠性差。控制閥在出廠時的特性與運(yùn)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(yùn)行帶來困難。
③控制閥笨重，給控制閥的運(yùn)輸、安裝、．維護(hù)帶來不便。通常，控制閥重量比一般的儀表重量要重幾倍到上百倍，例如，一臺DN200的控制閥重達(dá)700kg，運(yùn)輸、安裝和維護(hù)都需要動用一些機(jī)械設(shè)備才能完成，給控制閥的應(yīng)用帶來不便。
④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)品出廠時確定，但工業(yè)過程被控對象特性各不相同，力口上壓降比變化，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。
⑤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(dāng)前重要的研究課題，并得到各國政府的重視。
⑥控制閥是耗能設(shè)備，在能源越來越緊缺的當(dāng)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。
2．控制閥的發(fā)展方向
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定位器。智能化化表現(xiàn)在下列方面。
①控制閥的自診斷，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，也降低了對維護(hù)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(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，并在生產(chǎn)和市場中經(jīng)受考驗和認(rèn)可。
③數(shù)字通信。數(shù)字通信將在控制閥中獲得 應(yīng)用，以HART通信協(xié)議為基礎(chǔ)，一些控制閥的閥門定位器將輸入信號和閥位信號在同一傳輸線實現(xiàn)；以現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ)，控制閥與閥門定位器、PID控制功能模塊結(jié)合，使控制功能在現(xiàn)場級實現(xiàn)，使危險分散，使控制更及時、更迅速。
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，同時能夠改善控制閥的動態(tài)和靜態(tài)特性，提高控制閥的控制精度，因此，智能閥門定位器將在今后一段時間內(nèi)成為重要的控制閥輔助設(shè)備被 應(yīng)用。
控制閥的標(biāo)準(zhǔn)化表現(xiàn)在下列方面。
①為了實現(xiàn)互換性，使同樣尺寸和規(guī)格的不同廠商生產(chǎn)的控制閥能夠互換，使用戶不必為選擇制造商而花費(fèi)大量時間。
②為了實現(xiàn)互操作性，不同制造商生產(chǎn)的控制閥應(yīng)能夠與其他制造商的產(chǎn)品協(xié)同工作，不會發(fā)生信號的不匹配或阻抗的不匹配等現(xiàn)象。
③標(biāo)準(zhǔn)化的診斷軟件和其他輔助軟件，使不同制造商的控制閥可進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的診斷，運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析等。
④標(biāo)準(zhǔn)化的選型程序。控制閥選型仍是自控設(shè)計人員十分關(guān)心的問題，采用標(biāo)準(zhǔn)化的計算程序，根據(jù)工藝所提供數(shù)據(jù)，能夠正確計算所需控制閥的流量系數(shù)，確定配管及選用合適的閥體、閥芯及閥內(nèi)件材質(zhì)等，使設(shè)計過程標(biāo)準(zhǔn)化，提高設(shè)計質(zhì)量。
(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。
①采用精小型執(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，精小型氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的控制閥比同類型氣動薄膜執(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％。
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(jī)構(gòu)。不僅可減少采用氣動執(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系列電動執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu))質(zhì)量降低到20～32kg。

(3)旋轉(zhuǎn)化由于旋轉(zhuǎn)類控制閥，例如球閥等，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，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。
(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)對控制閥的要求也越來越高，表現(xiàn)在以下幾方面。
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(jìn)行故障發(fā)生后的被動性維護(hù)，而且要進(jìn)行故障發(fā)生前的預(yù)防性維護(hù)和預(yù)見性維護(hù)。因此，對組成控制閥的有關(guān)組件進(jìn)行統(tǒng)計和分析，及時提出維護(hù)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。確保這些控制閥能夠反應(yīng)靈敏、準(zhǔn)確。
③對用于危險場所的控制閥，應(yīng)簡化認(rèn)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(rèn)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。
(5)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。主要有下列幾個發(fā)展方向。
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(jī)構(gòu)的控制閥。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在整個控制閥運(yùn)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(jī)構(gòu)，在改變控制閥開度時，需要供電，在達(dá)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(jī)構(gòu)比氣動執(zhí)行機(jī)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(dāng)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(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(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(yán)重。
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(fèi)，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。
計算機(jī)科學(xué)、控制理論和自動化儀表等高新科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動了控制閥的發(fā)展，例如，現(xiàn)場總線控制閥和智能閥門定位器的研制、數(shù)字通信在控制閥的實現(xiàn)等。控制閥的發(fā)展也推動了其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，例如，對防腐蝕材料的研究、對削弱和降低噪聲方法的研究、對流體動力學(xué)的研究等。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，控制閥也將開放、智能和更可靠，它將與度更高，控制的效果更明顯，并為我國現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)揮更重要的作用其他工業(yè)自動化儀表和計算機(jī)控制裝置一起，使工業(yè)生產(chǎn)過程控制的功能更完善，控制的精。