化工儀表及自動(dòng)化論文
控制閥又稱(chēng)調節閥，是工業(yè)過(guò)程控制中的主要執行單元儀表，通過(guò)接受調節控制單元閥是自控系統中的執行器，它的應用質(zhì)量直接反應在系統的調節品質(zhì)上。作為過(guò)程控制中的終端元件，人們對它的重要性較過(guò)去有了更新的認識。調節閥應用的好壞，除產(chǎn)品自身質(zhì)量、用戶(hù)是否正確安裝、使用、維護外，正確地計算、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
控制閥廣泛應用于制造業(yè)領(lǐng)域，實(shí)現優(yōu)化生產(chǎn)和降低成本的目的。長(cháng)遠來(lái)看，控制閥市場(chǎng)會(huì )保持適度的增長(cháng)。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，保持預定流量不變，將過(guò)大流量限制在一個(gè)預定值，并將上游高壓適當減低，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。在現代化工廠(chǎng)的自動(dòng)控制中，控制閥起著(zhù)十分重要的作用，這些工廠(chǎng)的生產(chǎn)取決于流動(dòng)著(zhù)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為是自動(dòng)控制的“體力”。在調節器的低能量級和執行流動(dòng)流體控制所需的高能級功能之間，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)展方向在國內外的現狀 從控制閥應用看，發(fā)展方向如下：
�。�1）小型執行機構：可降低成本，提高流通能力。
�。�2）套筒導向：采用套筒導向，有利于對中，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：為降低執行機構推力或推力矩，采用平衡式閥芯是重要的，它對系統的動(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，控制閥設計中不僅要解決密封問(wèn)題，對摩擦和壽命等性能指標也必須重視 因此，近年來(lái)，填料函和填料結構的研究得到重視，旋轉型控制閥得到較廣泛應用
�。�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，采用多級閥芯，采用降噪限流板，采用擴展器等
�。�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件，可擴展流通能力，通過(guò)選用限制流通能力閥內件可糾正計算口徑過(guò)大的
錯誤
�。�9）在數字化信息化時(shí)代，將較多采用智能閥門(mén)定位器或通過(guò)數字控制器等實(shí)現非線(xiàn)性規律，補償被控對象非線(xiàn)性，將較少選用控制閥流量特性來(lái)補償被控對象非線(xiàn)性
�。�10）閥內件的材料隨溫度變化，因此，應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的變化等，應考慮材料的耐腐蝕性、抗疲勞性等性能。
2。1當前中國控制閥市場(chǎng)的概況
從廠(chǎng)商來(lái)看，國內外廠(chǎng)商競爭格局基本保持穩定，仍然穩居市場(chǎng)首位，本土廠(chǎng)商與國外優(yōu)勢品牌相比，仍然較弱，排名和業(yè)績(jì)規模上未實(shí)現重大突破。雖然市場(chǎng)整體增長(cháng)，但是廠(chǎng)商20xx年業(yè)績(jì)表現不均衡，少數廠(chǎng)商積極的搶占市場(chǎng)份額，多數廠(chǎng)商業(yè)績(jì)受市場(chǎng)或產(chǎn)能的困擾保持20xx年的水平。
從戰略發(fā)展來(lái)看，國外廠(chǎng)商通常專(zhuān)注于這幾個(gè)方面：實(shí)現本地化，完善營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)體系，整合營(yíng)銷(xiāo)渠道，將中國公司打造成亞太區生產(chǎn)和技術(shù)服務(wù)的中心。國內廠(chǎng)商偏重于提高產(chǎn)能，走國產(chǎn)化道路，尋求產(chǎn)品和技術(shù)上的突破，力爭企業(yè)快速發(fā)展。雖然當前控制閥行業(yè)整體增長(cháng)放緩，但是出于對未來(lái)市場(chǎng)的看好，廠(chǎng)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 當前發(fā)展的不利因素
國際經(jīng)濟形勢錯綜復雜，標普下調美國主權債務(wù)評級，包括中國在內的各資本市場(chǎng)近期大幅下挫，國內通脹和宏觀(guān)調控壓力進(jìn)一步加大，實(shí)體經(jīng)濟有減速的跡象，控制閥應用于工業(yè)領(lǐng)域，市場(chǎng)狀況受?chē)液暧^(guān)經(jīng)濟狀況影響較大，隨著(zhù)實(shí)體經(jīng)濟增速減緩，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(xiàn)和原理
3。1原理：控制閥用于調節介質(zhì)的流量、壓力和液位。根據調節部位信號，自動(dòng)控制閥門(mén)的開(kāi)度，從而達到介質(zhì)流量、壓力和液位的調節。調節閥分電動(dòng)調節閥、氣動(dòng)調節閥和液動(dòng)調節閥等。
3。2控制閥的發(fā)展方向主要為智能化、標準化、精小化、旋轉化和安全化。
�。�1）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(mén)定位器。智能化化表現在下列方面。
�、倏刂崎y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。
�、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，也可提高控制系統的控制品質(zhì)。因此，對控制閥流量特性的要求可簡(jiǎn)化及標準化（例如，僅生產(chǎn)線(xiàn)性特性控制閥）o用智能化功能模塊實(shí)現與被控對象特性的匹配，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)受考驗和認可。
�、蹟底滞ㄐ�。數字通信將在控制閥中獲得廣泛應用，以HART通信協(xié)議為基礎，一些控制閥的閥門(mén)定位器將輸入信號和閥位信號在同一傳輸線(xiàn)實(shí)現；以現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為基礎，控制閥與閥門(mén)定位器、PID控制功能模塊結合，使控制功能在現場(chǎng)級實(shí)現，使危險分散，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)間內成為重要的控制閥輔助設備被廣泛應用。
�。�2）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。
�、俨捎镁⌒蛨绦袡C構。采用輕質(zhì)材料，采用多組彈簧替代一組彈簧，降低執行機構高度，通常，精小型氣動(dòng)薄膜執行機構組成的控制閥比同類(lèi)型氣動(dòng)薄膜執行機構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構。例如，將閥芯的移動(dòng)改變?yōu)殚y座的移動(dòng)，將直線(xiàn)位移改變?yōu)榻俏灰频�，使控制閥體積縮小，重量減輕。
�、鄄捎秒妱�(dòng)執行機構。不僅可減少采用氣動(dòng)執行機構所需的氣源裝置和輔助設備，也可減少執行機構的重量。例如，Fisher公司的9000系列電動(dòng)執行機構，其20型的高度小于330mm，使整個(gè)控制閥（帶數字控制器和執行機構）質(zhì)量降低到20～32kg。
�。�3）旋轉化：
由于旋轉類(lèi)控制閥，例如球閥等，有相對體積較小、流路阻力較小、可調比較大、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，從國外近年的產(chǎn)品看，旋轉閥應用的比例正逐年增長(cháng)。
�。�4）安全化：
儀表控制系統的安全性已經(jīng)得到各方面的重視，安全儀表系統（SIS）對控制閥的要求也越來(lái)越高，表現在以下幾方面。
�、賹刂崎y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(dòng)性維護，而且要進(jìn)行故障發(fā)生前的預防性維護和預見(jiàn)性維護。因此，對組成控制閥的有關(guān)組件進(jìn)行統計和分析，及時(shí)提出維護建議等變得更重要。
�、趯τ糜诰o急停車(chē)系統或安全聯(lián)鎖系統的控制閥，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靈敏、準確。
�、蹖τ糜谖ｋU場(chǎng)所的控制閥，應簡(jiǎn)化認證程序。例如，對本安應用的現場(chǎng)總線(xiàn)儀表，可簡(jiǎn)化為采用FISCO現場(chǎng)總線(xiàn)本質(zhì)安全概念，使對本安產(chǎn)品的認證過(guò)程簡(jiǎn)化。
�、芘c其他現場(chǎng)儀表的安全性類(lèi)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(wú)火花技術(shù)等；對現場(chǎng)總線(xiàn)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)系統壓降中占的比例減少，從而降低能耗，因此，設計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，用被控介質(zhì)的能量實(shí)現閥后壓力控制。
�、鄄捎秒妱�(dòng)執行機構的控制閥。氣動(dòng)執行機構在整個(gè)控制閥運行過(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)執行機構，在改變控制閥開(kāi)度時(shí)，需要供電，在達到所需開(kāi)度時(shí)就可不再供電，因此，從節能看，電動(dòng)執行機構比氣動(dòng)執行機構有明顯節能優(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，只有當輸出信號增加時(shí)才耗用氣源。
�、莶捎脦胶饨Y構的閥芯，降低執行機構推力或推力矩，縮小膜頭氣室，降低能源需要。 ⑥采用變頻調速技術(shù)代替控制閥。對高壓降比的應用場(chǎng)合，如果能量消耗很大，可采用變頻調速技術(shù)，采用變頻器改變有關(guān)運轉設備的轉速，降低能源消耗。
�。�6）保護環(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計到控制閥閥內件的設計，從噪聲源的分析到降低噪聲的措施等。主要有設計降噪控制閥和降噪控制閥閥內件；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。
�、诮档涂刂崎y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，而且對大氣環(huán)境造成污染，有時(shí)，還會(huì )造成人員的傷亡或設備爆炸等事故。因此，研制控制閥填料結構和填料類(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。計算機科學(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，現場(chǎng)總線(xiàn)控制閥和智能閥門(mén)定位器的研制、數字通信在控制閥的實(shí)現等�？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(dòng)力學(xué)的研究等。隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)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，并為我國現代化建設發(fā)揮更重要的作用其他工業(yè)自動(dòng)化儀表和計算機控制裝置一起，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：一改常規節流閥使用孔板或純機械的減小流域面積的原理，利用相關(guān)導閥，最大限度地減小能量在節流過(guò)程中的損失；控制靈敏度高，安全可靠，調試簡(jiǎn)便，延長(cháng)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，例如在調節面積改變的同時(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，而不是針對阻力的平衡，解決系統的動(dòng)態(tài)失調問(wèn)題。
5、設計時(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、結束語(yǔ)
盡管控制閥得到廣泛的使用，調節系統中的其它單元大概都沒(méi)有像它那樣少的維護工作量。在許多系統中，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重，然而，當它控制工藝流體的流動(dòng)時(shí)，它必須令人滿(mǎn)意地運行及最少的維修量�？刂崎y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構、執行機構的類(lèi)型、閥門(mén)定位器、閥前和閥后的壓力以及流體的性質(zhì)�？刂崎y由電動(dòng)執行機構或氣動(dòng)執行機構和調節閥兩部分組成�？刂崎y通常分為直通單座式調節閥和直通雙座式調節閥兩種，后者具有流通能力大、不平衡辦小和操作穩定的特點(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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