造紙車間控制閥門（調(diào)節(jié)閥）的計算、選型及使用選擇

    隨著中國造紙工業(yè)的發(fā)展，紙機(jī)的裝備水平越來越高，這對自動控制提出了更高的要求。而閥門的正確選型是達(dá)到高精度控制的重要前提。閥門的選型，根據(jù)造紙車間的生產(chǎn)工藝、介質(zhì)特點，可從以下幾個方面來考慮。

    l 閥門的尺寸計算

    閥門的口徑并不是依據(jù)工藝管線的尺寸來確定的，通過用比管徑低一檔的尺寸來選擇閥門口徑，是很不科學(xué)的。閥門口徑的計算實際是流通能力的計算，既保證閥門全開時能達(dá)到工藝要求的大流量。一般情況閥門的選擇還應(yīng)加上一個安全系數(shù)，大流量應(yīng)高于工藝要求的25％~60％。

    閥門的口徑計算是一個很復(fù)雜的過程，一般計算中引入一個重要的參數(shù)Cv值（國內(nèi)一般用KV值Cv=1.17Kv）來簡化計算。根據(jù)計算得出的Cv值，從供貨廠家的技術(shù)參數(shù)表中選擇適當(dāng)?shù)拈y門口徑。

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其中：
    Q為大流量
    P₁為進(jìn)口壓力
    P₂位出口壓力
    G為介質(zhì)密度

    以上是理想情況下的公式，通常還需要考慮粘度系數(shù)及介質(zhì)的壓縮特性。加入粘度補(bǔ)償?shù)挠嬎愎饺缦拢?/p>

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作者: 山東晨鳴紙業(yè)集團(tuán)股份有限公司 李偉 程顯峰

隨著中國造紙工業(yè)的發(fā)展，紙機(jī)的裝備水平越來越高，這對自動控制提出了更高的要求。而閥門的正確選型是達(dá)到高精度控制的重要前提。閥門的選型，根據(jù)造紙車間的生產(chǎn)工藝、介質(zhì)特點，可從以下幾個方面來考慮。     l 閥門的尺寸計算     閥門的口徑并不是依據(jù)工藝管線的尺寸來確定的，通過用比管徑低一檔的尺寸來選擇閥門口徑，是很不科學(xué)的。閥門口徑的計算實際是流通能力的計算，既保證閥門全開時能達(dá)到工藝要求的大流量。一般情況閥門的選擇還應(yīng)加上一個安全系數(shù)，大流量應(yīng)高于工藝要求的25％~60％。     閥門的口徑計算是一個很復(fù)雜的過程，一般計算中引入一個重要的參數(shù)Cv值（國內(nèi)一般用KV值Cv=1.17Kv）來簡化計算。根據(jù)計算得出的Cv值，從供貨廠家的技術(shù)參數(shù)表中選擇適當(dāng)?shù)拈y門口徑。 其中：     Q為大流量     P1為進(jìn)口壓力     P2位出口壓力     G為介質(zhì)密度     以上是理想情況下的公式，通常還需要考慮粘度系數(shù)及介質(zhì)的壓縮特性。加入粘度補(bǔ)償?shù)挠嬎愎饺缦拢?/p> 其中：     Q為大流量     P1為進(jìn)口壓力     P2為出口壓力     G為介質(zhì)密度     Φ為粘度系數(shù)     對于牛頓型流體，粘度是剪切速度與剪切力的比例系數(shù)。粘度系數(shù)的簡約算法，可根據(jù)介質(zhì)的雷諾數(shù)Re求得。一般情況，當(dāng)雷諾數(shù)Re>2300時，Ф取為1；當(dāng)雷諾數(shù)Re<2300時，Ф有粘度校正曲線得出。     對于可壓縮氣體，可通過下式計算：     △P>½△P時

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   △P<½△P時

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其中：
    Q為大流量
    P₁位進(jìn)口壓力
    P₂為出口壓力
    G為介質(zhì)密度
    T為華氏溫度

    2、流量特性選擇

    閥門的流量特性，就是介質(zhì)通過閥門的相對流量和閥門相對開度的關(guān)系。理想的流量特性主要有3種：快開特性、線性特性、等百分比特性(如圖1)。

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圖一

  快開特性：一個小的開度就會使流量產(chǎn)生較大的變化。一般用于開關(guān)球閥，主要起到限制沖擊的功能，典型的應(yīng)用是泵的出口。作為調(diào)節(jié)使用時，在小開度的情況下，由于流量相對變化大，容易縮短閥門使用壽命。

    線行特性：閥門開度直接對應(yīng)流量百分比，在小開度時，流量相對變化大；在大開度時，流量相對變化小。如果流量是與閥門兩端壓力損失無關(guān)的參數(shù)，這將是理想的流量特性。

    等百分比特性：閥門兩端壓損為常數(shù)時，閥門在單位變化行程內(nèi)引起的流量變化與該點的流量成正比。

    注：一般選用等百分比特性的閥門作為調(diào)節(jié)用閥是由于管道壓損隨流量的增加而增加，泵的壓頭隨流量的增加而減少，所以在實際使用時，實際流量特性將要發(fā)生畸變。理想流量特性為等百分比的閥門，其實際流量特性將接近線性，而理想流量特性為線性閥門，其實際流量特性將接近快開特性。

    3、選擇適合的閥門形式、材質(zhì)

    根據(jù)造紙行業(yè)的生產(chǎn)特點、環(huán)境特點和物料性質(zhì)，大多數(shù)地方使用蝶閥和球閥可滿足需要?，F(xiàn)就晨鳴輕涂紙生產(chǎn)車間的應(yīng)用情況，對閥門的選型作初步探討。

    3.1閥門選擇需要考慮的因素

    （1）漿料設(shè)備主要包括漿料的碎解、磨漿、除砂、配料、稀釋等過程。在碎解、磨漿、除砂過程中，漿濃度較高，含有較多纖維。另外漿料中含有砂子、鐵絲等多種雜質(zhì)，因此要選擇剪切能力較強(qiáng)的閥門。密封也應(yīng)采用硬密封，防止雜質(zhì)造成密封損壞，建議用金屬密封的球閥。在配料和漿料稀釋過程中，由于漿料的混合需要精確的漿料比例控制，稀釋要求精密的濃度控制。V型球閥具有較好的截流特性和控制功能，能快速響應(yīng)工藝條件的改變，且泄漏量少，球芯與閥座間回轉(zhuǎn)時具有較強(qiáng)的剪切力，應(yīng)是優(yōu)先選擇。要求特殊的地方是抄前池后的定量控制閥，由于一般的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和定位器不能滿足工藝要求的定位精確度，并且有較大的滯后性，因此一般選用高精度的步進(jìn)電機(jī)控制的V型閥來作為定量控制閥。  

    （2）濕部化學(xué)品和涂料部分主要包括淀粉、瓷土、碳酸鈣、膠乳、殺菌劑、助留劑、助濾劑等。瓷土、碳酸鈣等大多數(shù)物料顆粒性強(qiáng)，對閥座磨蝕作用特別強(qiáng)，因此應(yīng)用于這些介質(zhì)的閥門應(yīng)選用耐磨型材料。例如可以用硬質(zhì)金屬或覆嵌陶瓷作為閥座材料，同時選型時要注意使管道中的流速與閥門兩端壓差盡量保持在較低狀態(tài)。助留劑、助濾劑等添加劑由于添加量少，要求計量精確，因此，需要選擇CV值小的閥門。硫酸、殺蟲劑等腐蝕性極強(qiáng)的輔料，介質(zhì)接觸部件一般采用聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等材料。隨著新材料的應(yīng)用，PVC等材質(zhì)球閥也越來越多的應(yīng)用于腐蝕性強(qiáng)的場合。

    對于涂料、輔料工段閥門口徑的選擇，要充分考慮粘度的影響。對于大部分涂料，選擇閥門時不應(yīng)只參考常規(guī)的粘度系數(shù)，還要充分考慮涂料的流變特性，因為多數(shù)涂料具有塑性流動或假塑性流動等特性。涂料成分、顆粒大小、固含量以及流體速度的不同，導(dǎo)致其粘度也不同。例如：當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速為20r/min時，粘度在300Pa·s左右，當(dāng)泵轉(zhuǎn)速為700r/min時，粘度在18×10⁵Pa·s左右。瓷土-膠乳的流動特性曲線見圖2。

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圖2

由圖可見，剪切速度Vc時臨界點。在此之前隨剪切應(yīng)力增大，曲線斜率降低，即粘度下降，到Vc處達(dá)到低。在此之后隨剪切應(yīng)力增大，曲線斜率增大，即粘度逐漸變大。因此在計算閥門口徑時，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的流變特性對正常粘度系數(shù)進(jìn)行修正。