造紙車間控制閥門(mén)（調(diào)節(jié)閥）的計(jì)算、選型及使用選擇

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

    l 閥門(mén)的尺寸計(jì)算

    閥門(mén)的口徑并不是依據(jù)工藝管線的尺寸來(lái)確定的，通過(guò)用比管徑低一檔的尺寸來(lái)選擇閥門(mén)口徑，是很不科學(xué)的。閥門(mén)口徑的計(jì)算實(shí)際是流通能力的計(jì)算，既保證閥門(mén)全開(kāi)時(shí)能達(dá)到工藝要求的大流量。一般情況閥門(mén)的選擇還應(yīng)加上一個(gè)**系數(shù)，大流量應(yīng)高于工藝要求的25％~60％。

    閥門(mén)的口徑計(jì)算是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，一般計(jì)算中引入一個(gè)重要的參數(shù)Cv值（國(guó)內(nèi)一般用KV值Cv=1.17Kv）來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算。根據(jù)計(jì)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(mén)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?jì)算公式如下：

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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(guó)造紙工業(yè)的發(fā)展，紙機(jī)的裝備水平越來(lái)越高，這對(duì)自動(dòng)控制提出了更高的要求。而閥門(mén)的正確選型是達(dá)到高精度控制的重要前提。閥門(mén)的選型，根據(jù)造紙車間的生產(chǎn)工藝、介質(zhì)特點(diǎn)，可從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。     l 閥門(mén)的尺寸計(jì)算     閥門(mén)的口徑并不是依據(jù)工藝管線的尺寸來(lái)確定的，通過(guò)用比管徑低一檔的尺寸來(lái)選擇閥門(mén)口徑，是很不科學(xué)的。閥門(mén)口徑的計(jì)算實(shí)際是流通能力的計(jì)算，既保證閥門(mén)全開(kāi)時(shí)能達(dá)到工藝要求的大流量。一般情況閥門(mén)的選擇還應(yīng)加上一個(gè)**系數(shù)，大流量應(yīng)高于工藝要求的25％~60％。     閥門(mén)的口徑計(jì)算是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，一般計(jì)算中引入一個(gè)重要的參數(shù)Cv值（國(guó)內(nèi)一般用KV值Cv=1.17Kv）來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算。根據(jù)計(jì)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(mén)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?jì)算公式如下： 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(duì)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(jiǎn)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(shí)，Ф取為1；當(dāng)雷諾數(shù)Re<2300時(shí)，Ф有粘度校正曲線得出。     對(duì)于可壓縮氣體，可通過(guò)下式計(jì)算：     △P>½△P時(shí)

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   △P<½△P時(shí)

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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(mén)的流量特性，就是介質(zhì)通過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量和閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度的關(guān)系。理想的流量特性主要有3種：快開(kāi)特性、線性特性、等百分比特性(如圖1)。

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圖一

  快開(kāi)特性：一個(gè)小的開(kāi)度就會(huì)使流量產(chǎn)生較大的變化。一般用于開(kāi)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(shí)，在小開(kāi)度的情況下，由于流量相對(duì)變化大，容易縮短閥門(mén)使用壽命。

    線行特性：閥門(mén)開(kāi)度直接對(duì)應(yīng)流量百分比，在小開(kāi)度時(shí)，流量相對(duì)變化大；在大開(kāi)度時(shí)，流量相對(duì)變化小。如果流量是與閥門(mén)兩端壓力損失無(wú)關(guān)的參數(shù)，這將是理想的流量特性。

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

    注：一般選用等百分比特性的閥門(mén)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(shí)際使用時(shí)，實(shí)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(mén)，其實(shí)際流量特性將接近線性，而理想流量特性為線性閥門(mén)，其實(shí)際流量特性將接近快開(kāi)特性。

    3、選擇適合的閥門(mén)形式、材質(zhì)

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

    3.1閥門(mén)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(guò)程。在碎解、磨漿、除砂過(guò)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(mén)。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(guò)程中，由于漿料的混合需要的漿料比例控制，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(shí)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和定位器不能滿足工藝要求的定位度，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(lái)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、**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(duì)閥座磨蝕作用特別強(qiáng)，因此應(yīng)用于這些介質(zhì)的閥門(mén)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(shí)選型時(shí)要注意使管道中的流速與閥門(mén)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(jì)量，因此，需要選擇CV值小的閥門(mén)。硫酸、殺蟲(chóng)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(lái)越多的應(yīng)用于腐蝕性強(qiáng)的場(chǎng)合。

    對(duì)于涂料、輔料工段閥門(mén)口徑的選擇，要充分考慮粘度的影響。對(duì)于大部分涂料，選擇閥門(mén)時(shí)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?yàn)槎鄶?shù)涂料具有塑性流動(dòng)或假塑性流動(dòng)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(shí)，粘度在300Pa·s左右，當(dāng)泵轉(zhuǎn)速為700r/min時(shí)，粘度在18×10⁵Pa·s左右。瓷土-膠乳的流動(dòng)特性曲線見(jiàn)圖2。

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圖2

由圖可見(jiàn)，剪切速度Vc時(shí)臨界點(diǎn)。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(jì)算閥門(mén)口徑時(shí)，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的流變特性對(duì)正常粘度系數(shù)進(jìn)行修正。