1 緒言 調(diào)節(jié)閥TV-6243是用于調(diào)節(jié)進(jìn)入氮?dú)鈸Q熱器E-621的50℃水的流量，從而控制與之換熱的氮?dú)鉁囟龋獨(dú)鉁囟纫话憧刂圃?0℃左右。若溫度太高，則會(huì)引起聚甲醛粉料的分解，影響生產(chǎn)的產(chǎn)量，還會(huì)導(dǎo)致AISHH-6241氧分析儀氧氣高聯(lián)鎖動(dòng)作，引起停車(chē)；溫度過(guò)低，則會(huì)使氮?dú)庵械碾s質(zhì)—甲醛氣體冷凝，以及粉料粘結(jié)引起堵管，造成整個(gè)聚合系統(tǒng)停車(chē)，因此該調(diào)節(jié)閥較為重要。因外方將TIC-6243控制閥選為快開(kāi)型流量特性，造成氮?dú)鉁囟葻o(wú)法自動(dòng)控制。從開(kāi)車(chē)就發(fā)現(xiàn)不能投自動(dòng)，一直以來(lái)都是打旁路進(jìn)行手動(dòng)操作，增加了工藝人員的工作量，且不能進(jìn)行精細(xì)操作。同時(shí)，該閥一當(dāng)開(kāi)啟，閥內(nèi)就發(fā)出較大的噪聲，分貝值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，直接影響著工藝操作人員的身心健康，對(duì)環(huán)境造成噪聲污染。因此必須對(duì)該閥進(jìn)行分析研究，改變?cè)撻y的調(diào)節(jié)流量特性，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，減輕操作人員的工作量，保護(hù)員工安全，實(shí)現(xiàn)精細(xì)操作。同時(shí)減低噪聲，保護(hù)環(huán)境。 2 TIC-6243控制閥的結(jié)構(gòu) 聚甲醛研磨單元50℃水調(diào)節(jié)系統(tǒng)TIC-6243控制閥的閥體屬于Y型結(jié)構(gòu)，由閥蓋、密封填料函及快開(kāi)型閥芯組件組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，閥阻比小，全開(kāi)時(shí)閥前后壓差與系統(tǒng)總壓差之比S的值在0.6-0.3之間。該閥結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。 圖1 TIC-6243控制閥結(jié)構(gòu)示意圖 3 TIC-6243閥不能自動(dòng)控制的原因分析 由圖1中的閥芯形狀不難看出，截流面是平板形的，控制閥的流量特性屬于快開(kāi)特性。這種流量特性在開(kāi)度較小時(shí)就有較大的流量，隨著開(kāi)度的增大，流量很快就達(dá)到最大，閥的放大系數(shù)也就達(dá)到了最大；此后再增加開(kāi)度，流量變化很小。 由流量特性圖2中可以知道，閥芯的有效位移一般為閥座直徑的1/4，當(dāng)位移再增大時(shí)，閥的流通面積就不在增大，失去調(diào)節(jié)作用。快開(kāi)特性調(diào)節(jié)閥適用于快速啟閉的切斷閥或雙位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 圖2 聚甲醛研磨單元水—氮?dú)鉄峤粨Q器調(diào)節(jié)系統(tǒng) 圖2表示聚甲醛研磨單元水—氮?dú)鉄峤粨Q器調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它是由換熱器E —621、變送器、調(diào)節(jié)儀表和調(diào)節(jié)閥TIC—6243等環(huán)節(jié)組成的。 顯而易見(jiàn)，系統(tǒng)總的放大系數(shù)K為： K=K1K2K3K4K5 （3—1） K1 、K2 、K3、 K4、 K5分別為變送器、調(diào)節(jié)儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)TIC—6243、閥、換熱器E —621的放大系數(shù)。在負(fù)荷變動(dòng)的情況下，為使該系統(tǒng)仍能使氮?dú)獾臏囟缺３衷陬A(yù)定的80℃左右，就必須使得總的放大系數(shù)保持不變。在該調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，變送器、調(diào)節(jié)儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的放大系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，但是換熱器E —621的放大系數(shù)總是隨著操作條件、負(fù)荷的變化而變化，故換熱器E —621的特性是非線性的。因此，必須以閥的放大系數(shù)的變化來(lái)補(bǔ)償換熱器E —621的放大系數(shù)的變化，使得系統(tǒng)總放大系數(shù)保持不便或近似不便，才能保證氮?dú)獾臏囟瓤刂圃陬A(yù)定的80℃左右。 因此，閥門(mén)流量的特性必須滿足： K4K5=常數(shù) （3—2） 在該系統(tǒng)中，熱器E —621的放大系數(shù)K5隨著負(fù)荷的增大而變小時(shí)，閥的放大系數(shù)K4必須是隨著負(fù)荷的加大而加大。由于快開(kāi)特性的閥在開(kāi)度較小的時(shí)就有較大的流量，放大系數(shù)變化非常大，K4K5之值就不會(huì)是一個(gè)常數(shù)，那么總的放大系數(shù)就無(wú)法保持不變，聚甲醛研磨單元水—氮?dú)鉄峤粨Q器調(diào)節(jié)系統(tǒng)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 4 TIC-6243控制閥的流量特性的選擇 由上面的分析研究知道了具有快開(kāi)流量特性曲線的快開(kāi)型調(diào)節(jié)閥的是不能自動(dòng)控制聚甲醛研磨單元水—氮?dú)鉄峤粨Q器系統(tǒng)中氮?dú)獾臏囟龋虼吮仨氝x擇一種適合的流量特性的調(diào)節(jié)閥才能調(diào)節(jié)進(jìn)入E-621換熱器水的流量，使氮?dú)獾臏囟缺３衷?0℃左右。公司生產(chǎn)過(guò)程中常用的調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有直線、等白分比和快開(kāi)三種。快開(kāi)已經(jīng)排除，可選擇的就只有直線和等百分比流量特性，選擇哪種更能適合呢？可從如下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。 4.1 從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量分析選擇。 從圖2的分析知道換熱器E —621的放大系數(shù)總是隨著操作條件、負(fù)荷的變化而變化，它的特性是非線性的，如果選擇直線特性的閥門(mén)，K4K5之值很難保證是一個(gè)常數(shù)，系統(tǒng)總的放大系數(shù)要保持不變也不容易達(dá)到，則系統(tǒng)就容易失調(diào)；由于調(diào)節(jié)閥TV-6243是用于調(diào)節(jié)進(jìn)入氮?dú)鈸Q熱器E-621的50℃水的流量，與E-621換熱器中氮?dú)膺M(jìn)行傳熱交換控制氮?dú)鉁囟取５獨(dú)鉁囟仍黾訒r(shí)，E-621的放大系數(shù)K5減小，閥門(mén)的系數(shù)K4就必須增大。等百分比特性的調(diào)節(jié)閥比較合適。 4.2 從工藝配管情況考慮選擇 TIC-6243控制閥的閥體屬于Y型結(jié)構(gòu)，全開(kāi)時(shí)閥前后壓差與系統(tǒng)總壓差之比S的值約在0.6-0.3之間。根據(jù)工藝配管狀況表（表4-1）可以看出：當(dāng)S=1—0.6時(shí)，閥門(mén)的理想工作特性與工作特性一致，直線特性與等百分比特性均合適。但TIC-6243控制閥與工藝管道、設(shè)備等連接在一起，存在的阻力使調(diào)節(jié)閥的壓力發(fā)生變化，因此閥的工作特性與閥的理想特性就不相符。當(dāng)S=0.6—0.3之間時(shí)，選擇等百分比特性的閥門(mén)就比較合適。 表4-1 考慮工藝配管狀況表 4.3 從負(fù)荷變化情況分析選擇 從圖3可以知道直線特性調(diào)節(jié)閥在小開(kāi)度時(shí)流量相對(duì)變化值大，過(guò)于靈敏，容易震蕩，閥芯、閥座也容易破壞，在S值小、負(fù)荷變化幅度大的場(chǎng)合不宜采用。 圖3 調(diào)節(jié)閥的理想流量特性曲線 從圖1中可以看出TIC-6243控制閥的閥桿比較細(xì)，只有10mm，閥芯比較粗大，采用直線特性非常容易發(fā)生震蕩，引發(fā)噪聲；等百分比特性調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)隨閥門(mén)行程是增加而增加，流量相對(duì)變化值是恒定不變的，在小的開(kāi)度情況下流量相對(duì)變化值平穩(wěn)，因此，它對(duì)負(fù)荷波動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，無(wú)論在全負(fù)荷或半負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)都能很好的進(jìn)行調(diào)節(jié)。 從以上三個(gè)方面的分析，選擇等百分比特性的調(diào)節(jié)閥比較容易使聚甲醛研磨單元水—氮?dú)鉄峤粨Q器系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。 5 實(shí)現(xiàn)等百分比流量特性的閥內(nèi)件設(shè)計(jì)分析 一般來(lái)說(shuō)，改變調(diào)節(jié)閥的閥芯與閥座之間的流通截面積便可以實(shí)現(xiàn)不同流量特性的控制。對(duì)于等百分比流量特性的閥芯，可以設(shè)計(jì)成如圖4所示的閥芯形狀。因此可以考慮對(duì)原來(lái)的閥芯進(jìn)行加工，或新加工閥芯，使閥芯的形狀與圖4相同。 圖4 等百分比流量特性的閥芯形狀 從圖1知道加工原閥芯的形狀符合等百比是不可能的，主要是原來(lái)的閥芯尺寸沒(méi)有足夠的加工余量；加工一件新的閥芯比較困難，尺寸精度不容易得到保證；同時(shí)從TIC-6243控制閥的結(jié)構(gòu)圖1可知，閥桿細(xì)，剛性比較小，閥芯截面積比較大，當(dāng)閥芯處于一定的開(kāi)度時(shí)，流體作用在閥芯上時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的不平衡力，加上閥內(nèi)壓差與流體壓力的波動(dòng)，閥芯就會(huì)發(fā)生振動(dòng)，引起噪聲；為消除振動(dòng)減小噪聲，可以加粗閥桿，增強(qiáng)閥桿剛性；要加粗閥桿的直徑，勢(shì)必引起閥桿填料函及執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部一些尺寸的改變。但由于該閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥蓋的設(shè)計(jì)是不允許做大的改動(dòng)，增加閥桿直徑也不允許。因此考慮增加閥籠及閥座，利用閥籠導(dǎo)向，穩(wěn)定閥芯，在閥籠上按等百分比流量特性鉆出許多小孔，分散流體流路，既能減小振動(dòng)，降低噪聲，又不加工閥芯改變形狀，且能改快開(kāi)為等百分比特性。這種方法加工方便，不對(duì)閥作什么改動(dòng)，效果好，但所有的小孔的直徑及位置都要進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算，適當(dāng)?shù)母糸_(kāi)和排列，使得聲波在進(jìn)入小孔之前就互相撞擊，消耗能量，從而降低控制閥的噪聲。 6 閥籠與閥座的設(shè)計(jì)計(jì)算 調(diào)節(jié)閥TV-6243全開(kāi)時(shí)，閥芯的行程為L(zhǎng)，此時(shí)進(jìn)入氮?dú)鈸Q熱器E-621的50℃水的流量為Qmax。當(dāng)閥芯的開(kāi)度為ι時(shí)，對(duì)應(yīng)的流量為Q。對(duì)于等百分比流量特性則有： 式中R為調(diào)節(jié)閥的理想可調(diào)比（R=30），但在實(shí)際運(yùn)行中，受工作特性的影響，閥前后壓差與系統(tǒng)總壓差之比S的值越小，最大流量相應(yīng)減小。同時(shí)工作開(kāi)度也不是從0至全開(kāi)，而是在10%—90%左右的開(kāi)度范圍內(nèi)工作，使實(shí)際的可調(diào)比進(jìn)一步下降，因此： 考慮到流體是從閥籠周?chē)男】淄ㄟ^(guò)，取S值為0.3，則R實(shí)際=16.4，所以當(dāng)閥芯處于開(kāi)度ι時(shí)： 6.1 閥籠流通面積分析計(jì)算 圖5是某一開(kāi)度下閥籠的流通面積，（圖中小孔的陰影面積） 。此時(shí)的面積可以由圖6計(jì)算。 2R—鉆孔直徑，mm ι—某一開(kāi)行程下孔的開(kāi)度，mm 圖5 流通面積分析 圖6 流通面積計(jì)算 設(shè)圖中陰影面積為A，則有： 此時(shí)的流量為Q= Qmax 16.4（l/L-1） （6-3） 由于Q= NAV 式中V為流過(guò)面積A的平均流速。 N為鉆孔數(shù)。 所以有： NAV= Qmax 16.4（l/L-1） 由上式可以得到閥芯行程位于ι時(shí)鉆孔的數(shù)量為： 當(dāng)鉆孔的直徑2R=8mm時(shí)，ι為L(zhǎng)10%得到鉆孔數(shù)為8個(gè)。取行程為L(zhǎng)50%、L90%進(jìn)<