ZAZM型智能防爆电动套筒调节阀

一、ZAZM型电动套筒调节阀概述ZAZP、ZAZN 、ZAZM型电动（单座、双座、套筒）调节阀，是DKZ型电动单元组合仪表中的执行单元，它是生产过程自动调节系统中的重要环节之一，它以AC220V电 源电压为动作力，接受统一标准信号0~10mA DC或4~20mADC，将此转为与输入信号相对应的上下位移，自动地操纵阀门，改变阀门的开度位移，从而达到对工艺管路流体介质如压力、流量、温度、液位等参数的自动调节控制。本系列产品广泛应用于化工、石油、冶金、电站、轻纺、造纸和制药等工业生产过程的自动化调节和远程控制。有 标准型、波纹管密封型、夹套保温型等品种。产品压力等级有PN1.6 4.0 6.4MPa；公称通径DN20~300mm；适用流体温度有-40~+450℃；按温度高低配用不同阀盖可分常温型、高温型；流量特性有等百分比（对 数）性、直线性上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(组合式减压阀,可调式减压阀,自力式减压阀调节阀是工业过程控制系统的终端执行元件，工业过程连续生产自动控制系统中一般均需要用调节阀来控制过程生产中的各种工艺参数，来达到对流体的压力、温度、流量和液位等参数的调节，通常被人们称之为工业过程自动化生产中的“手和脚”。它的应用质量直接反应在系统的调节品质上。作为过程控制中的终端执行元件，人们对它的重要性较过去有了更深刻地认识。调节阀应用的好坏，除产品质量和用户是否正确安装、使用与维护外，正确地计算选型十分重要。由于计算选型的失误，造成系统运行不稳定，有的甚至无法投用的例子很多。所以，用户及系统设计人员要充分认识到调节阀在现场的重要性，必须对调节阀的选型引起足够的重视。 调节阀选型的一般原则是：在满足使用功能的前提下，所选的调节阀应结构简单、性能可靠、价格低廉、寿命长、维护方便等。下面着重介绍调节阀阀型的选择和和附件的选择。 1 调节阀阀型的选择 调节阀的分类方法很多，目前国内和国际上通常采用的一种分类方法是按结构、原理和作用划分，总共为9大类，即直通单座调节阀、直通双座调节阀、套筒调节阀、角形调节阀、三通调节阀、隔膜阀、蝶阀、球阀和偏心旋转阀，这九类产品是*基本、*普通的产品，通常也称为标准型产品，其它在此基础上结合实际应用改进而来的，称为特殊型产品。 1.1 标准型调节阀的特点及正确选择 1.1.1 直通单座调节阀 直通单座调节阀只有一个阀芯和一个阀座，容易实现严格的密封，可采用金属与金属的硬密封，或金属与聚四氟乙烯或其它复合材料的软密封，标准泄漏量为0.01%C（C是额定流量系数），允许压差小，流通能力小，比如DN100单座调节阀的允许压差仅120kPa，流通能力仅为100。流路复杂，结构简单，适用于泄漏要求严格、工作压差较小的干净介质的场合，但小规格的调节阀（DN1/2、3/4、20）亦可用于压差较大的场合，是应用*为广泛的调节阀之一，当进一步设计后，可作为切断阀使用。阀芯形状决定了流量特性，受冲刷后失去原有特性，更换阀芯可改变流量特性。但流体介质对阀芯的推力大，即不平衡力大，需配推力较大的执行机构，因此，在高压差、大口径的应用场合，不宜采用这类调节阀。选用此阀应特别注意压差校核，防止被顶开。 1.1.2 直通双座调节阀 直通双座调节阀有两个阀芯和两个阀座，由于上阀芯所受向上推力和下阀芯所受向下推力基本平衡，因此，整个阀芯所受不平衡力小，允许压差大，比如DN100双座调节阀允许压差280kPa，流通能力大，与相同口径的其它调节阀相比，双座调节阀可流过更多流体，同口径双座调节阀流通能力比单座调节阀流通能力约大20%～50%。例如，DN100双座调节阀的流通能力达160。因此，为获得相同的流通能力，双座调节阀可选用较小推力的执行机构。双座调节阀采用顶底双导向，因此，正体阀和反体阀的改装方便，即只需将阀芯和阀座反过来安装就能将正体阀改为反体阀，或者将反体阀改为正体阀，而不需要改选执行机构的正作用或反作用类型。双座调节阀的上、下阀芯不能同时保证关闭，泄漏量较大，标准泄漏量为0.1%C（C是额定流量系数）；流路复杂，不适用于高压差的应用场合，因为在该种应用场合，阀受到高压流体的冲刷较为严重，并且容易形成闪蒸和空化，加重对阀体的冲刷，同样它也不适用于含纤维介质和高黏度流体的控制。 1.1.3 套筒调节阀 套筒调节阀又称笼式阀，它的阀内件采用阀芯和阀笼（套筒），套筒可以是直通单座调节阀，也可以是双座调节阀或角形调节阀等：有单密封、双密封两种结构，前者相当于单座调节阀，适应于单座调节阀场合；后者相当于双座调节阀，适应于双座调节阀场合。除此之外，它还具有稳定性好、装卸方便、维护方便、有降低噪音和降低空化影响的特点，但价格比单、双座调节阀贵50%～200%，还需要专门的缠绕密封垫，它的应用也比较广泛，仅次于单、双座调节阀，但对于不干净介质和易结晶、结巴、结垢介质不应选用此阀。 1.1.4 角形调节阀 角形调节阀是具有特殊阀体结构的单座调节阀，适用于特定的配管和流体场合，它是将直通的阀体改变为角形（相当于一个弯头）阀体，其节流、受力形式完全等同于单座调节阀。保留了单座调节阀泄漏小、许用压差小的特点。除此之外，由于其流路简单具有“自洁”性能，可适用于不干净介质，还可进一步改进为防堵角阀，适用于含有悬浮颗粒介质的工况场合，尤其在安装空间受限制的场合特别适用。 1.1.5 三通调节阀 三通调节阀利用阀芯自身导向，更换气开、气关时必须更换执行机构，应注意的是它的气开、气关的含义与其它调节阀不一样，它的气开和气关必须要明确对哪一路而言，即水平位置还是垂直位置。它有三个通道，可代替两个直通单座调节阀用于分流和合流两组流及温差≤150℃的场合，当DN≤80mm时，合流阀可用于分流场合。 1.1.6 隔膜调节阀 隔膜调节阀由耐腐蚀的隔膜和内衬耐腐蚀材质的阀体组成，流路简单，适应于不干净介质及弱腐蚀性介质的两位切断场合。它是*早的调节阀之一，由于具有近似快开的流量特性，调节品质较差，又受隔膜和衬里材质的影响，不能用于高温和高压等工况，一般工作压力≤1.6MPa，工作温度≤150℃，加之隔膜容易损坏、寿命短的缺点，现在使用的场合已不多。 1.1.7 蝶阀 蝶阀相当于一段管道来做阀体，中央设阀板节流，是用于控制的*普通的旋转调节阀。适用于低压或者极少数情况下用于高静压、大流量的场合，但压差有限制。其体积小、重量轻，比同口径的球形类调节阀轻4～10倍，口径与价格比小，特别适用于大口径的场合，且调节阀的口径越大，此特点越显著。一般当DN>300mm时，通常都由蝶阀来完成。 1.1.8 球阀 球阀是一种成熟的老产品，有“O”形和“V”形球阀之分，流路*简单，流阻*小，损失*小，“自洁”性能。“O”形球阀是一种无阻力调节阀，同规格相比，额定流量系数，常用于大流量及不干净介质的场合；“V”形球阀提供近似对数流量特性，且可调比大，“V”形球芯与阀座相对旋动时产生剪切作用，尤其适用于高黏度、悬浮流、纸浆等不干净、含纤维介质的调节和切断。球阀的价格比较昂贵。 1.1.9 偏心旋转阀 又称凸轮挠曲阀，它综合了球阀、蝶阀的长处，流路简单，“自洁”性能和调节性能好，适用于结晶、结巴及不干净介质的场合；阀体体积小、重量轻，可根据现场安装的位置不更换任何零件而灵活组装；额定流量系数大，比同口径的单座、双座调节阀大10%～30%，可调比大，可达100：1；阀座密封可靠，由于阀芯支撑臂的扰性作用以及阀芯球面偏心旋转运动减少了所要求的操作力矩，补偿了一些不对称性，在流开、流闭和高压差下都能稳定运行；比例调节时，需配定位器，可通过改变定位器中凸板位置，方便地得到直线或等百分比流量特性。 1.2 特殊型调节阀的选择 为特殊应用，在上述调节阀的基础上，如果上阀盖加长、添加散热片可用于低温和高温场合；采用多个弹簧的执行机构可减小整个调节阀的体积和重量；为降低噪声采用一系列降噪措施设计可组成低噪声调节阀。此外，还有为便于维护和清洗采用阀体分离结构的阀体分离调节阀；为连锁动作的快速要求采用的快速切断调节阀；为小流量控制要求设计的小流量调节阀；为防止泄漏采用的波纹管密封调节阀等。 这些特殊类型的调节阀都是为了满足特殊工艺生产过程或某一特定使用场合使用的专用阀，属于非标准的。它们具有工作条件复杂、使用要求高、生产批量小的特点，这些调节阀通常都是由标准类型产品针对使用要求演变、改进而来的。因此，首先应按非特殊性来确定其基本型式，然后再针对特殊性来确定相应的变形型式及材料等。 2 附件的选择 调节阀的附件主要有：阀门定位器、阀位开关、气动保位阀、气动继动器、电磁阀、空气过滤减压器、手轮机构、阀位传送器和转换器等。其中阀门定位器有电气阀门定位器和气动阀门定位器，主要用于改善调节阀的工作特性，实现正确定位，提高调节阀位置的线性度，减少调节信号的传递滞后，改变调节阀的流量特性，改变调节阀对信号压力的响应范围，实现分程控制和正确定位。它是调节阀*主要的附件之一，其好坏会直接影响到调节阀及调节系统的性能和品质。下面着重介绍选择阀门定位器时需要考虑的几种主要因素： 1）阀门定位器能否实现“分程”功能，即阀门定位器只对输入信号的某个范围有响应。若阀门定位器能实现该功能，就可根据实际需要用一个输入信号来控制两台或多台调节阀； 2）零点和量程的调校是否容易，标定是否独立，稳定性如何； 3）阀门定位器的精度如何。在理想工作状态下，对应某一输入信号，调节阀的内件（包括调节阀的阀芯、阀杆、阀座等）每次都应准确地定位在所需要的位置，而不管行程的方向或者调节阀的内件承受多大的负载； 4）阀门定位器的作用速度如何以及频率特性如何。因为阀门定位器可以不断比较输入信号和阀位，并根据它们之间的偏差调节其本身的输出。如果阀门定位器对这种偏差响应速度快，那么单位时间里介质的流动量就大，调节系统对设定点和负载变化的响应就愈快，即系统的误差愈小，控制品质也就愈佳。一般来说，频率特性愈高，即对频率响应的灵敏度愈高，控制性能就愈好。需要注意的是频率特性的评估应采取实验和理论相结合的方法，而非一味凭借理论，并且在评估时，实验方法必须稳定、科学，同时应将阀门定位器和执行机构合并起来一块考虑； 5）阀门定位器与调节阀组合以后，其定位分辨力变化如何。定位分辨力对调节系统的控制品质有非常明显的作用，因为分辨力越高，调节阀的定位就越接近理想值，因调节阀过调而造成的波动变化就可以得到有效抑制，从而*终达到限制被调节量周期性变化的目的。 6）阀门定位器的额定供气压力是否和执行机构的额定操作压力相匹配，安装和连接是否方便，维护量和维护程度如何，等等。 而除阀门定位器外，其它的几类附件相对来说比较简单，在此不需要重复。所有附件都起补充功能和保证调节阀正确运行的作用，在选择时要把握的原则是必要的增加，不必要的舍弃，否则只会提高控制系统的运行成本并降低可靠性。调节阀的正确选型是应用好调节阀的步，也是*关键的一步，选型的好坏直接影响到调节阀的使用效果，进而影响系统的调节品质。当然选型工作比较复杂，同时更是一门学问，需要在实际运用当中不断探索和总结。因此，我们有必要在调节阀的选型方面，在熟悉相关*知识的前提下，掌握一定的方法和技巧，惟有如此，才能真正发挥其在工业过程自动化控制“手和脚”的作用。电动调节阀的发展历程 调节阀的发展自20世纪初始至今已有七、八十年的历史，先后产生了十个大类的调节阀产品、自力式阀和定位器等，其发展历程如下： 20年代：原始的稳定压力用的调节阀问世。 30年代：以“V”型缺口的双座阀和单座阀为代表产品问世。 40年代：出现定位器，调节阀新品种进一步产生，出现电动调节隔膜阀、角型阀、蝶阀、球阀等。 50年代：球阀得到较大的推广使用，三通阀代替两台单座阀投入系统。 60年代：在国内对上述产品进行了系列化的改进设计和标准化、规范化后，国内才才有了自己完整系列的产品。现在我们还在大量使用的单座阀、双座阀、角型阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、球阀七种产品仍然是六十年代水平的产品。这时，国外开始推出了第八种结构调节阀——套筒阀。 70年代：又一种新结构的产品——偏心旋转阀问世（第九大类结构的调节阀品种）。这一时期套筒阀在国外被广泛应用。70年代末，国内联合设计了套筒阀，使中国有了自己的套筒阀产品系列。 80年代：80年代初由于改革开放，中国成功引进了石化装置和调节阀技术，使套筒阀、偏心旋转阀得到了推广使用，尤其是套筒阀，大有取代单、双座阀之势，其使用越来越广。80年代末，调节阀又一重大进展是日本的Cv3000和精小型调节阀，它们在结构方面，将单弹簧的气动薄膜执行机构改为多弹簧式薄膜执行机构，阀的结构只是改进，不是改变。它的突出特点是使调节阀的重量和高度下降30％，流量系数提高30％。 90年代：90年代的重点是在可靠性、特殊疑难产品的攻关、改进、提高上。到了90年代末，由华林公司推出了第十种结构的产品——全功能超轻型阀。它突出的特点是在可靠性上、功能上和重量上的突破。功能上的突破——唯一具备全功能的产品，故此，可由一种产品代替众多功能上不齐全的产品，使选型简化、使用简化、品种简化；在重量上的突破——比主导产品单座阀、双座阀、套筒阀轻70～80％，比精小型阀还轻40～50％；可靠性的突破——解决了传统阀一系列不可靠性因素，如密封的可靠性、定位的可靠性、动作的可靠性等。该产品的问世，使中国的调节阀技术和应用水平达到了九十年代末先进水平；它是对调节阀的重大突破；尤其是电子式全功能超轻型阀，必将成为下世纪调节阀的主流。ZAZM型电动套筒调节阀的应用前景 随着电子产品不断进步，尤其是可靠性的进一步提高，使得九十年代国外电动执行机构产生了质的飞跃，其突出的表现是：①可靠性极高，可以在5-10年内免维修；②重量大幅度下降，比老式的DKZ、DKJ的电动执行机构轻70％～80％；③外观也得到了*的改善；④性能提高、调整简化、使用更加方便、简单。 值得一提的是，国内的执行机构与之差距太大，仍处于六七十年代的水平。正由于电动执行机构的可靠性得到了根本上的解决，配上高可靠性的全功能超轻型调节阀，使得调节阀成为了真正意义上的第二代产品，到下世纪初，这种高可靠性电子式全功能超轻型调节阀必将逐步取代传统的“气动阀+电气阀门定位器+气源”的组合方式。除上述高可靠、全功能、超轻型的特点外，还将带来如下好处： （1） 用电源既方便又节约，省去了建立气源站的一系列费用； （2） 用“气动阀+电气阀门定位器+气源”的复杂方式，它不只是增加了费用，反而带来了可靠性的下降（环节越多，可靠性差的因素增加）； （3） 从经济性上看，除省去气源站的费用外，还省去电气阀门定位器的费用：现在一台好的进口的电气阀门定位器，通常在5000～6000元以上，更好的在8000～10000的价位上，而这个价位基本上可购回上述高可靠的电子式执行机构； （4） 环节减少了，相应减少了维修工作量。电动调节阀电动执行机构 由于老式电动执行机构可靠性差，因此选用较少，不得已只好采用“气动阀+电气阀门定位器+气源”的复杂组合方式，其目的就是绕开电动执行机构。通过近二十年电动执行机构的发展，尤其是近十年电子式执行机构的问世，它可靠性高、重量轻、外观美，所以其应用迅猛发展，大有取代“气动阀+电气阀门定位器+气源”之势，我们不得不对电动执行机构另眼相看了。 4.1 DKZ直行程电动执行机构 它是七十年代设计的老产品，其结构见图4－11。它可配用DFD电动操作器实现系统的手动、自动的无干扰切换、中途限位、远程控制等。DKZ执行机构分为普通型和隔爆型两种，其推力范围是40～1600kgf，行程是10—100mm。 主要存在的问题是：①可靠性差；②伺服放大器与执行机构分开安装，使用不方便；③笨重，*小规格DKZ－1100重达38kg，*大规格DKZ—5600重量高达150kg；④外形尺寸大，需占据较大的安装空间。如此看来，DKZ的应用将会越来越少。 图4-11 DKZ电动执行机构 电动调节阀DKJ角行程电动执行机构 它与DKZ同属七十年代设计的产品，其特点与DKZ一致，只是输出的是角行程，用于角行程类调节阀。其结构见图4－12。 它的缺点除与DKZ一致外，另有两个缺点：①无防爆结构；②需另设置一个角铁零件再与阀连接，这种连接方式笨重、落后又复杂。它同DKZ一样属淘汰品种。 DKJ电动执行机构 ZAZM型电动套筒调节阀电动调节阀S系列（SKZ、SKJ）电动执行机构 为解决上述DKZ、DKJ存在的问题，在80年代对它们进行了改进型设计，原DKZ改进后为SKZ，原DKJ改进后为SKJ。其结构分别见图。 改进后的优点为：①将DKZ顶置位阀改在了侧面；使高度有所降低；②顶置的手轮也改在侧面了，降低了高度，方便了手动操作；③在可靠性方面作了一定的改进；④较DKZ、DKJ减轻30％（普通型）、防爆型减轻20％；⑤角行程执行机构增加了直连式连接方式。 但仍存在的问题有：它仍然局限在老式的DKZ、DKJ的基础上的改进，没有得到根本性的突破，如可靠性问题、重量问题、外观问题、伺放另外安装问题等，较好地解决这些问DKJ电动执行机构题，还是下述的电子式执行机构。二、ZAZM型电动套筒调节阀主要零件材料