尿素儀表年度總結(jié)

尿素儀表年度總結(jié)

201*年在公司各級領(lǐng)導(dǎo)和各事業(yè)部關(guān)心支持下，以企業(yè)文化為核心，認(rèn)真解碼“七大法寶”的核心思想，深入貫徹執(zhí)行“六大任務(wù)”，以“團(tuán)結(jié)、快速、精湛”為服務(wù)宗旨，

緊緊圍繞生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行重心為發(fā)展方向，在儀表人員努力工作下完成了既定的工作，加強(qiáng)綜合管理，以強(qiáng)化服務(wù)為基礎(chǔ)，在各項工作中都取得了一定的成績，也存在著一些不足，現(xiàn)將工作匯報如下：

1.完善設(shè)備臺帳，劃分重點設(shè)備。設(shè)備臺帳準(zhǔn)確率達(dá)100%、對出現(xiàn)故障影響減量和停車的設(shè)備進(jìn)行區(qū)分重點巡檢維護(hù)。設(shè)備臺帳就是基層管理的基石，只有摸清了家底才便于維護(hù)巡檢以及故障處理。對設(shè)備臺帳實行表格化，保證臺帳準(zhǔn)確無誤并及時更新臺帳。

2．搞好設(shè)備備品備件做到有備無患，主要對儀表調(diào)節(jié)閥、閥門定位器、儀表氣源接頭、電磁閥、壓力表、流量計、膜片、傳感器、接近開關(guān)、氣源管、熱電阻、熱電偶、稱重控制器、可編程控制器等進(jìn)行物資申報，采購到位實行專人管理每月實行專門報表、要求班長對重要物資把關(guān)�，F(xiàn)在各重要物資已采購到位無論是檢修需要物資或生產(chǎn)正常使用更換都能保證物資及時到位。

3.明確責(zé)任千斤重?fù)?dān)人人挑，沒有明確責(zé)任前現(xiàn)場出現(xiàn)問題都不積極主動、互相推脫。有事情安排才去做現(xiàn)把片區(qū)分為幾個小片每個區(qū)域都有負(fù)責(zé)人，例如：尿素分為高壓圈、蒸發(fā)水解、造粒、機(jī)組、包裝。如今每個片區(qū)出現(xiàn)故障不處理直接考核片區(qū)負(fù)責(zé)人�，F(xiàn)在員工熱情很高積極性也加強(qiáng)了。

4、把檢修工作當(dāng)重點來抓，今年5月對尿素儀表設(shè)備進(jìn)行一次大檢修。主要解決了開車、平時處理不了、設(shè)備選型錯誤需要換型等問題。對CO2壓縮機(jī)震動、位移、溫度進(jìn)行更換校驗。對E506A/B液位、壓力進(jìn)行技術(shù)改造，原來平面膜片差壓變送器、壓力變送器改為插入式。在氣相管道增加遠(yuǎn)傳測壓點實行雙重保證。對E303/E313取壓點由于經(jīng)常堵塞影響操作管線更改位置并新增一點測壓點。對真空表由于管線太長影響測量全部改到根部并增加反吹蒸汽。對低壓精餾塔、中壓精餾塔液位計由于設(shè)計時法蘭間距太小正壓室法蘭全改液相管道。對一段蒸發(fā)、二段蒸發(fā)、低壓精餾、中壓蒸餾液位緩沖罐液位變送器由雙法蘭液位變送器全改為導(dǎo)壓管式液位變送器；對造粒噴頭液位調(diào)節(jié)閥LPV-4101B進(jìn)行維修，原來由于調(diào)節(jié)閥經(jīng)常抖動影響造粒現(xiàn)分析原因進(jìn)行改造故障消失�？偟膩碚f檢修時把工作做扎實了平時故障會很小生產(chǎn)也會更加穩(wěn)定。

5、對儀表設(shè)備進(jìn)行保溫伴熱，201*年冬天因為儀表保溫伴熱不到位給生產(chǎn)帶來很大波動、儀表也因此付出慘重代價很多儀表設(shè)備被凍壞。今年來在部長的親自部署下對儀表保溫伴熱實行嚴(yán)格質(zhì)量控制。儀表人員經(jīng)過3個月的奮戰(zhàn)達(dá)到了既定的效果。

6、對包裝秤、碼垛機(jī)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，因為產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的抗洪大堤，關(guān)乎到企業(yè)的信譽(yù)和利益。主要對包裝秤精度進(jìn)行控制實行零偏差即不讓消費者吃虧也不讓企業(yè)遭受損失。首先出臺設(shè)備分類管理制度，讓維修工、儀表工、操作工明確責(zé)任。對影響包裝秤精度原因進(jìn)行分析并解決。以前操作工經(jīng)常反應(yīng)秤飄得厲害秤不準(zhǔn)，對于這個問題電控部進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)找到了原因并解決了現(xiàn)在秤下來的重量100%準(zhǔn)確。只有不斷總結(jié)分析善于發(fā)現(xiàn)問題在能把問題解決工作更輕松更快樂。碼垛機(jī)的好壞直接影響成平尿素的產(chǎn)量，碼垛機(jī)運轉(zhuǎn)部件多不加維護(hù)故障也多一班下來有個10來故障很難把產(chǎn)品包出。針對這個問題第一把設(shè)備易損件多備、第二、設(shè)備經(jīng)常加油，第三、螺栓要緊固，第四、響應(yīng)速度要快。通過這幾點的加強(qiáng)產(chǎn)量越來越高碼垛機(jī)也可以輕松應(yīng)付。

取得了一些成績也存在一些不足，第一，遇見性、前瞻性不夠出現(xiàn)問題把問題解決了就算完了，沒有想到怎么從源頭發(fā)現(xiàn)問題，把事故扼殺在萌芽狀態(tài)。第二，新員工多技術(shù)不全面需加強(qiáng)培訓(xùn)。第三、物資浪費嚴(yán)重、沒能發(fā)揮艱苦奮斗作風(fēng)。

在201*年度中要抓好以下幾個方面工作：

1.深入貫徹執(zhí)行企業(yè)七大法寶、六大任務(wù)。增強(qiáng)服務(wù)意識，打造一流團(tuán)隊。

2.計劃好明年停車檢修項目，檢修控制表、項目負(fù)責(zé)人早制定檢修物資早落實。

3.培養(yǎng)好新工，盡量在短時間類能獨擋一面。

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尿素控制儀表

自動化儀表是工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)自動化的必要手段和技術(shù)工具，任何一個工業(yè)控制系統(tǒng)都必然應(yīng)用到自動化儀表控制單元，各種控制方案和算法都必須借助自動化工具才能實現(xiàn)。隨著自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，自動化儀表的需求量很大，已形成一個專門的儀表門類。自動化工程師要設(shè)計自動控制系統(tǒng)必須掌握各種自動化儀表的工作原理和性能特點，才能合理地選擇和正確地使用它們，組成性能價格比好的控制系統(tǒng)。半個多世紀(jì)以來，自動化儀表經(jīng)歷了從氣動液動儀表、電動儀表、電子式模擬儀表、數(shù)字智能儀表，到計算機(jī)集散控制系統(tǒng)(DCS)等發(fā)展階段，為各行各業(yè)的現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)提供了強(qiáng)大的支持。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)通信等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，自動化儀表正處于一場意義重大的變革中，以儀表的全數(shù)字化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化為特征的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)正在迅猛發(fā)展�，F(xiàn)場總線把從檢測端到執(zhí)行端的所有自動化儀表通過數(shù)字通信方式互相連接起來，從而使控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，十分有利于工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)高層次的自動化。

自動化儀表與控制理論一樣，都是自動化科技工作者的研究內(nèi)容。自動化技術(shù)工具的進(jìn)步不僅會推動工業(yè)企業(yè)自動化水平的提高，還會影響控制理論的研究方向和內(nèi)容。

第一節(jié)儀表的分類

檢測與過程控制儀表（通常稱自動化儀表）分類方法很多，根據(jù)不同原則可以進(jìn)行相應(yīng)的分類。例如按儀表所使用的能源分類，可以分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表（很少見）；按儀表組合形式，可以分為基地式儀表、單元組合儀表和綜合控制裝置；按儀表安裝形式，可以分為現(xiàn)場儀表、盤裝儀表和架裝儀表；隨著微處理機(jī)的蓬勃發(fā)展，根據(jù)儀表有否引入微處理機(jī)（器）又可分為智能儀表與非智能儀表。根據(jù)儀表信號的形式可分為模似儀表和數(shù)字儀表。

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顯示儀表根據(jù)記錄和指示、模擬與數(shù)字等功能，又可分為記錄儀表和指示儀表、模擬儀表和數(shù)顯儀表，其中記錄儀表又可分為單點記錄和多點記錄（指示亦可以有單點和多點），其中又有在紙記錄或無紙記錄，若是有紙記錄又分筆錄和打印記錄。調(diào)節(jié)儀表可以分為基地式調(diào)節(jié)儀表和單元組合式調(diào)節(jié)儀表。由于微處理機(jī)引入，又有可編程調(diào)節(jié)器與固定程序調(diào)節(jié)器之分。

執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)按能源劃分有氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器，按結(jié)構(gòu)形式可以分為薄膜式、活塞式（氣缸式）和長行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)閥根據(jù)其結(jié)構(gòu)特噗和流量特性不同進(jìn)行分類，按結(jié)構(gòu)特點分通常有直通單座、直通雙座、三通、角形、隔膜、蝶形、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)、套筒（籠式）、閥體分離等，按流量特性分為直線、對數(shù)（等面分比）、拋物線、快開等。

這類分類方法相對比較合理，儀表覆蓋面也比較廣，但任何一種分類方法均不能將所有儀表分門別類地劃分得井井有序，它們中間互有滲透，彼此溝通。例如變送器具有多種功能，溫度變送器可以劃歸溫度檢測儀表，差壓變送器可以劃歸流量檢測儀表，壓力變送器可以劃歸壓力檢測儀表，若用差壓法測液位可以劃歸物位檢測儀表，很難確切劃歸哪一類，中外單元組合儀表中的計算和輔助單元也很難歸并。

第二節(jié)尿素裝置用到的測量儀表簡介

一、溫度測量儀表（這里只簡單介紹熱電偶儀表）1、熱電偶儀表的特點及原理

熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點是：

①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50～+1600℃均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低

可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。

③構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和

開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。熱電偶測溫基本原理

將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)

A成一個閉合回路，如圖8-2-1所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩

t.0tB個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。

圖8-2-1熱電偶工作原理圖如圖8-2-1所示，熱電偶的一端將A、B兩種導(dǎo)體焊在一起，置于溫度為t的被測介中稱為自由端，放在溫度為t0的恒定溫度下。當(dāng)工作端的被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化時，熱電勢隨之發(fā)生變化，將熱電勢送入顯示儀表進(jìn)行指示或記錄，或送入微機(jī)進(jìn)行處理，即可獲得溫度值。

熱電偶兩端的熱電勢差可以用下式表示：

EteABteABt0（8-2-1）

式中：Et熱電偶的熱電勢；

eAB(t)溫度為t時工作端的熱電勢；

eAB(t0)溫度為t0時自由端的熱電勢

當(dāng)自由端溫度t0恒定時，熱電勢只與工作端的溫度有關(guān)，即Et=f(t)。當(dāng)組成熱電偶的熱電極的材料均勻時，其熱電勢的大小與熱電極本身的長度和直徑大小無關(guān)，只與熱電極材料的成分及兩端的溫度有關(guān)，因此，用各種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料可做成各種用途的熱電偶，以滿足不同溫度對象測量的需要。

2、普通型熱電偶儀表的結(jié)構(gòu)（如圖8-2-2）

普通型熱電偶是應(yīng)用最多的，主要用來測量氣體、蒸汽和液體等介質(zhì)的溫度。根據(jù)測溫范圍及環(huán)境的不同，所用的熱電偶電極和保護(hù)套管的材料也不同，但因使用條件基本類似，所以這類熱電偶已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。按其安裝時的連接方法可分為螺紋連接和法蘭連接兩種。如圖所示為普通熱電偶結(jié)構(gòu)圖。

二、壓力測量儀表簡單介紹1、壓力的概念和表示方法

在工程上將垂直而均勻作用在單位面積上的力稱為壓力，兩個測量壓力之間的差值稱為壓力差或壓差，工程上習(xí)慣叫差壓。

在國際單位制和我國的法定計量單位中，壓力的單位采用牛頓／米(N／m2)，通常稱為帕斯卡或簡稱帕(Pa)。帕(Pa)這個單位在實際應(yīng)用中太小，不方便，目前我國生產(chǎn)的各種壓力表都統(tǒng)一用kPa(103Pa)或MPa(106Pa)為壓力或差壓的基本單位。我國在試行法定計量單位以前還常用工程大氣壓kg／cm2)、毫米水柱(mmH2O)和毫米汞柱(mmHg)等單位。另外在英美等西方國家的一些變送器中還常用bar（巴)作壓力的單位。表2-2-1為幾種壓力單位的換算關(guān)系。表8-2-1壓力單位換算表

在工程上，被測壓力通常有絕對壓力、表壓和負(fù)壓(真空度)之分。三者關(guān)系如圖

8-2-3所示。絕對壓力是指作用在單位面積上的全部壓力，用來測量絕對壓力的儀表稱為絕對壓力表。地面上空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，高于大氣壓的絕對壓力與大氣壓力之差稱為表壓，低于大氣壓力的被測壓力稱為負(fù)壓或真空度，其值為大氣壓力與絕對壓力之差。由于各種工藝設(shè)備和檢測儀表通常是處于大氣之中，本身就承受著大氣壓力，因此工程上通常采用表壓或者真空度來表示壓力的大小，一般的壓力檢測儀表所指示的壓力也是表壓或者真空度。除特殊說明之外，本書以后所提及的壓力均指表壓

圖8-2-3絕對壓力、表壓、負(fù)壓(真空度)關(guān)系

2、壓力的檢測方法和檢測儀表

目前工業(yè)上常用的壓力檢測方法和壓力檢測儀表很多，根據(jù)敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的不同，一般分為四類：(1)液柱式壓力檢測

液柱測壓法是以流體靜力學(xué)理論為基礎(chǔ)的壓力測量方法，一般采用充有水或汞等液體的玻璃U形管或單管進(jìn)行測量。以此原理構(gòu)造的液柱壓力計結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量精度高，但不便于讀數(shù)和遠(yuǎn)傳，測量量程也受到一定的限制，一般在實驗室或工程實驗上使用。(2)彈性式壓力檢測

彈性式壓力檢測是根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成位移進(jìn)行測量的。常用的彈性元件有彈簧管、膜片和波紋管等。(3)電氣式壓力檢測

電氣式壓力檢測是利用敏感元件將被測壓力直接轉(zhuǎn)換成各種電量進(jìn)行測量的儀表，如電阻、電荷量等。(4)活塞式壓力檢測

活塞式壓力檢測是根據(jù)液壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞面積上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測量�；钊�式壓力計的測量精度較高，允許誤差可以小到0.05％～0.00.2％，普遍被用作標(biāo)準(zhǔn)儀器對壓力檢測儀表進(jìn)行檢定。這里主要介紹彈性式壓力儀表和電氣式壓力儀表。

3、彈性式壓力儀表簡介

彈性式壓力儀表是利用彈性元件在外力的作用下產(chǎn)生形變來測量壓力的，其種類繁多，在工業(yè)上的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。（1）彈性元件

彈性元件是彈性式壓力表的測壓敏感元件，彈性壓力表的測量性能主要取決于彈性元件的彈性特性，與彈性元件的村料、形狀、工藝等有關(guān)，而且對溫度敏感性強(qiáng)。不同的彈性元件測壓范圍也不同，工業(yè)上常用的彈性式壓力表所使用的彈性元件主要有膜片、波紋管、彈簧管等，如圖2-2-4所示。

圖2-2-4彈性元件示意圖1）、膜片

膜片是一種圓形薄板或薄膜，周邊固定在殼體或基座上。將膜片成對地沿著周邊密封焊接，就構(gòu)成了膜盒。當(dāng)膜片兩邊的壓力不等時就會產(chǎn)生位移。位移可直接帶動傳動機(jī)構(gòu)指示。但是膜片的位移較小，靈敏度低，指示精度不高，一般為2.5級。膜片更多的是和其他轉(zhuǎn)換元件合起來使用，通過膜片和轉(zhuǎn)換元件把壓力轉(zhuǎn)換成電信號。

2）、波紋管

波紋管是一種具有同軸環(huán)狀波紋，能沿軸向伸縮的壓力彈性元件。當(dāng)它受到軸向力作用時能產(chǎn)生較大的伸長和收縮位移。一般可在其頂端安裝傳動機(jī)構(gòu)，帶動指針直接讀數(shù)。其特點是靈敏度高(特別是在低壓區(qū))，常用于檢測較低的壓力(1.0Pa～106Pa)，但波紋管遲滯誤差較大，精度一般只能達(dá)到l.5級。3)、彈簧管

彈簧管是一根彎曲成圓弧形、橫截面呈橢圓形或近乎橢圓形的空心管。它的一端焊接在壓力表的管座上固定不動，并與被測壓力的介質(zhì)相連通。管的另一端是封閉的，稱為自由端。被測壓力介質(zhì)從開口端進(jìn)入并充滿彈簧管的整個內(nèi)腔，由于彈簧管的非圓橫截面，使它有變成圓形并伴有伸直的趨勢而產(chǎn)生力矩，其結(jié)果使彈簧管的自由端產(chǎn)生位移。彈簧管有單圈和多圈之分，單圈彈簧管自由端位移變化量較小，而多圈彈簧管的自由端位移變化量較大。

（2）彈簧管式壓力表的結(jié)構(gòu)及工作原理

彈簧管式壓力表主要由彈簧管、傳動機(jī)構(gòu)、指示機(jī)構(gòu)盒表殼組成，如圖2-2-5所示

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圖2-2-5彈簧管壓力表

1彈簧管；2拉桿；3扇形齒輪；4中心齒輪；5指針；

6面板；7游絲；8調(diào)節(jié)螺釘；9接頭

當(dāng)被測壓力從彈簧管的固定端輸入時，彈簧管的自由端產(chǎn)生位移。在一定的范圍內(nèi)，該位移與被測的壓力成線性關(guān)系。傳動機(jī)構(gòu)又稱機(jī)心，是把彈簧管受到壓力作用時自由端所產(chǎn)生的位移傳遞給刻度指示部分的。它由扇形齒、中心齒輪、游絲等組成，彈簧管自由端位移很小，如果不預(yù)先放大很難看出位移的大小。彈簧管自由端的位移是直線移動，而壓力表的指針進(jìn)行的是圓弧形旋轉(zhuǎn)位移。所以必須使用傳動機(jī)構(gòu)將彈簧管的微量位移加以放大，并把彈簧管的自由端的直線位移轉(zhuǎn)變?yōu)閮x表指針的圓弧形旋轉(zhuǎn)位移。指示機(jī)構(gòu)包括指針、刻度盤等，其主要作用是將彈簧管的變形通過指針轉(zhuǎn)動指示出來，從而在刻度盤上讀取直接指示的壓力值。表殼又稱機(jī)座，其主要作用是固定和保護(hù)儀表的零部件。

在生產(chǎn)中，常需要把壓力控制在一定范圍內(nèi)，以保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。這就需采用帶有報警或控制觸點的壓力表。將普通彈簧管式壓力表增加一些附加裝置，即成為此類壓力表，如電接點信號壓力表。彈簧管式壓力表結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉，使用范圍廣，測量范圍寬，可以測量負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓，因此應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)制造的要求，儀表精度最高可達(dá)0.15級。

壓力和差壓變送器作為過程控制系統(tǒng)的檢測變換部分，將液體、氣體或蒸汽的差壓(壓力)、流量、液位等工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(如DC4mA～20mA電流)，作為顯示儀表、運算器和調(diào)節(jié)器的輸入信號，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的連續(xù)檢測和自動控制。4、差動電容式壓力變送器

差動電容式壓力變送器由測量部分和轉(zhuǎn)換放大電路組成，如圖2-2-6所示。

圖2-2-6差動電容式壓力變送器的原理框圖

差動電容式壓力變送器的測量部分常采用差動電容結(jié)構(gòu)，如圖2-2-7所示。中心可動極板與兩側(cè)固定極板構(gòu)成兩個平面型電容CH和和CL�？蓜訕O板與兩側(cè)固定極板形成兩個感壓腔室，介質(zhì)壓力是通過兩個腔室中的填充液作用到中心可動極板。一般采用硅油等理想液體作為填充液，被測介質(zhì)大多為氣體或液體。隔離膜片的作用既傳遞壓力，又避免電容極板受損。

圖2-2-7差動電容式壓力變送器的差動電容結(jié)構(gòu)

當(dāng)正負(fù)壓力(差壓)由正負(fù)壓導(dǎo)壓口加到膜盒兩邊的隔離膜片上時，通過腔室內(nèi)硅油液體傳遞到中心測量膜片上，中心感壓膜片產(chǎn)生位移，使可動極板和左右兩個極板之間的間距不相對，形成差動電容，差動電容的相對變化值與被測壓力成正比，與填充液的介電常數(shù)無關(guān)，從原理上消除了介電常數(shù)的來的誤差。

差動電容式壓力變送器的電容．電流轉(zhuǎn)換放大電路的作用是將式差動電容的相對變化值提取出來，并轉(zhuǎn)化為DC4mA～DC20mA輸出。現(xiàn)場實物圖如圖8-2-8

圖8-2-8差動電容式壓力變送器

三、流量測量儀表簡介

工業(yè)生產(chǎn)過程中另一個重要參數(shù)就是流量。流量就是單位時間內(nèi)流經(jīng)某一截面的流體數(shù)量。流量可用體積流量和質(zhì)量流量來表示。其單位分別用m3/h、L/h和kg/h等。

流量計是指測量流體流量的儀表，它能指示和記錄某瞬時流體的流量值；計量表（總量表）是指測量流體總量的儀表，它能累計某段時間間隔內(nèi)流體的總量，即各瞬時流量的累加和，如水表、煤氣表等等。工業(yè)上常用的流量儀表可分為兩大類。

速度式流量計以測量流全在管道中的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。如差壓式流量計、變面積流量計、電磁流量計、漩渦流量計、沖量式流量計、激光流量計、堰式流量計和葉輪水表等。

容積式流量計它以單位時間內(nèi)所排出的流體固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)，如橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、喬板式流量計和活塞式流量計等等。1、差壓式測量儀表簡介

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變化給測量帶（1）差壓式流量計分類（如表8-2-2所示）。

表8-2-2差壓式流量計分類表

分類原則分類類型按產(chǎn)生差壓的作1）節(jié)流式；2）動壓頭式；3）水力阻力式；4）離心式；用原理分類5）動壓增益式；6）射流式1）標(biāo)準(zhǔn)孔板；2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴；3）經(jīng)典文丘里管；4）文丘里噴嘴；按結(jié)構(gòu)形式分類5）錐形入口孔板；6）1/4圓孔板；7）圓缺孔板；8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整體（內(nèi)藏）孔板；11）線性孔板；12）環(huán)形孔13）道爾管；14）羅洛斯管；15）彎管；16）可換孔板節(jié)流裝置；17）臨界流節(jié)流裝置1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置；2）低雷諾數(shù)節(jié)流裝置；3）臟污流節(jié)流裝置；按用途分類4）低壓損節(jié)流裝置；5）小管徑節(jié)流裝置；6）寬范圍度節(jié)流裝置；7）臨界流節(jié)流裝置；按產(chǎn)生差壓的作用原理分類

1)、節(jié)流式依據(jù)流體通過節(jié)流件使部分壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽芤援a(chǎn)生差壓的原理工作，其檢測件稱之為節(jié)流裝置，是DPF的主要品種。

2)、動壓頭式依據(jù)動壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓的原理工作，如均速管流量計。

3)、水力阻力式依據(jù)流體阻力產(chǎn)生的壓差原理工作，檢測件為毛細(xì)管束，又稱層流流量計，一般用于微小流量測量。

4)、離心式依據(jù)彎曲管或環(huán)狀管產(chǎn)生離心力原理形成的壓差工作，如彎管流量計，環(huán)形管流量計等。

5)、動壓增益式依據(jù)動壓放大原理工作，如皮托-文丘里管。6)、射流式依據(jù)流體射流撞擊產(chǎn)生原理工作，如射流式差壓流量計。按結(jié)構(gòu)形式分類

1)標(biāo)準(zhǔn)孔板又稱同心直角邊緣孔板，其軸向截面如圖8-2-9所示�？装迨且粔K加工成圓形同心的具有銳利直角邊緣的薄板�？装彘_孔的上游側(cè)邊緣應(yīng)是銳利的直角。標(biāo)準(zhǔn)孔板有三種取壓方式：角接、法蘭及D-D/2取壓；如圖8-2-10所示。為從兩個方向的任一個方向測量流量，可采用對稱孔板，節(jié)流孔的兩個邊緣均符合直角邊緣孔板上游邊緣的特性，且孔板全部厚度不超過節(jié)流孔的厚度。

圖8-2-9標(biāo)準(zhǔn)孔板

圖8-2-10孔板的三種取壓方式

2)標(biāo)準(zhǔn)噴嘴有兩種結(jié)構(gòu)形式：ISA1932噴嘴和長徑噴嘴。

a.ISA1932噴嘴（圖8-2-11）上游面由垂直于軸的平面、廓形為圓周的兩段弧線所確定的收縮段、圓筒形喉部和凹槽組成的噴嘴。ISA1932噴嘴的取壓方式僅角接取壓一種。

圖8-2-11ISA1932噴嘴

b.長徑噴嘴（圖8-2-12）上游面由垂直于軸的平面、廓形為1/4橢圓的收縮段、圓筒形喉部和可能有的凹槽或斜角組成的噴嘴。長徑噴嘴的取壓方式僅D-D/2取壓一種。

3）經(jīng)典文丘里管由入口圓筒段A、圓錐收縮段B、圓筒形喉部C和圓錐擴(kuò)散段E組成，如圖8-2-13所示。根據(jù)不同的加工方法，有以下結(jié)構(gòu)形式：①具有粗鑄收縮段的；②具有機(jī)械加工收縮段的；③具有鐵板焊接收縮段的。

4）文丘里噴嘴由進(jìn)口噴嘴、圓筒形喉部及擴(kuò)散段組成，如圖8-2-14所示。5）錐形入口孔板錐形入口孔板與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似，相當(dāng)于一塊倒裝的標(biāo)準(zhǔn)孔板，其結(jié)構(gòu)如圖8-2-15所示，取壓方式為角接取壓。

圖8-2-13經(jīng)典文丘里管

圖8-2-14文丘里噴嘴

圖8-2-15錐形入口孔板

1一環(huán)隙；2-夾持環(huán)；3一上游端面A；4-下游端面B；

5-軸線；6-流向；7-取壓口；8-孔板；

X-帶環(huán)隙的夾持環(huán)；Y-單獨取壓口

2、電磁流量計（1）概述

電磁流量計（以下簡稱EMF）是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。50年代初EMF實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年來世界范圍EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量儀表臺數(shù)的5%～6.5%。

70年代以來出現(xiàn)鍵控低頻矩形波激磁方式，逐漸替代早期應(yīng)用的工頻交流激磁方式，儀表性能有了很大提高，得到更為廣泛的應(yīng)用。（2）、原理與機(jī)構(gòu)

EMF的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場中切割磁力線運動時在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如圖8-2-16所示，導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢，電動勢的方向按“弗來明右手規(guī)則”，其值如下式

式中E-----感應(yīng)電動勢，即流量信號，V;

k-----系數(shù)；

B-----磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；D----測量管內(nèi)徑，m；---平均流速，m/s。

設(shè)液體的體積流量為

，則

式中K為儀表常數(shù)，K=4KB/πD。

EMF由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器典型結(jié)構(gòu)示意如圖8-2-17，測量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管，一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢，送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。

（3）、優(yōu)點

EMF的測量通道是一段無阻流檢測件的光滑直管，因不易阻塞適用于測量含有固體顆�；蚶w維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。

EMF不產(chǎn)生因檢測流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長度管道的沿程阻力，節(jié)能效果顯著，對于要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合。EMF所測得的體積流量，實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率（只要在某閾值以上）變化明顯的影響。

與其他大部分流量儀表相比，前置直管段要求較低。

EMF測量范圍度大，通常為20：1～50：1，可選流量范圍寬。滿度值液體流速可在0.5～10m/s內(nèi)選定。有些型號儀表可在現(xiàn)場根據(jù)需要擴(kuò)大和縮小流量（例如設(shè)有4位數(shù)電位器設(shè)定儀表常數(shù)）不必取下作離線實流標(biāo)定。

EMF的口徑范圍比其他品種流量儀表寬，從幾毫米到3m�？蓽y正反雙向流量，也可測脈動流量，只要脈動頻率低于激磁頻率很多。儀表輸出本質(zhì)上是線性的。易于選擇與流體接觸件的材料品種，可應(yīng)用于腐蝕性流體。

（4）、缺點

EMF不能測量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等。不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。

通用型EMF由于襯里材料和電氣絕緣材料限制，不能用于較高溫度的液體；有些型號儀表用于過低于室溫的液體，因測量管外凝露（或霜）而破壞絕緣。

四、物位測量儀表簡介1、概述

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，常遇到大量的液體物料和固體物料，它們占有一定的體積，堆成一定的高度，把生產(chǎn)過程中罐、塔、槽等容器中存放的液體表面位置稱為液位；把料斗、堆場倉庫等儲存的固體塊，顆粒、粉粒等的堆積高度和表面位置稱為料位；兩種互不相溶的物質(zhì)的蚧面位置叫作蚧位。液位、料位以及相界面總稱為物位。對物位進(jìn)行測量的儀表被稱為物位檢測儀表。

物位測量的主要目的有兩個；一是通過物位測量來確定容器中的原料，產(chǎn)品或半成品的數(shù)量，以保證連續(xù)供應(yīng)生產(chǎn)中各個五一節(jié)所需的物料或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算；另一個是通過物位測量，了解物位是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，以便使生產(chǎn)過程政黨進(jìn)行，保證產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和生產(chǎn)安全。

物位測量儀表的種類很多，如果按液位、料位、界面可分為：

①測量液位的儀表：玻璃管（板）式、稱重式、浮力式（浮筒、浮球、浮標(biāo)）、靜壓式（壓力式、差壓式）電容式、電阻式、超聲波式、放射性式、激光式及微波式等

②測量界面的儀表：浮力式、差壓式、電極式和超聲波式等；

③測量料位的儀表：重錘探測式、音叉式、超聲波式、激光式、放射性式等。物位檢測儀表的性能比較見表8-2-3所示。表8-2-3

2、電容式物位計

電容式物位計是電學(xué)式物位檢測方法之一，它是直接把物位變化量轉(zhuǎn)換成電容的變化量，然后再變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電信號，傳輸給顯示儀表進(jìn)行指示、記錄、報警或控制。

（1）工作原理

電容式物位計的電容檢測元件是根據(jù)圓筒形電容器原理進(jìn)行工作的。結(jié)構(gòu)形式如圖8-2-18所示。電容器由兩個相互絕緣的同軸圓柱極板內(nèi)電極和外電極組成，在兩筒之間充以介電常數(shù)為ε的電介質(zhì)時，兩圓筒間的電容量為：

C2LlnD/d式（8-2-1）

式中L兩極板相互遮蓋部分的長度；

D外電極的內(nèi)徑；d圓筒形內(nèi)極的外徑；

ε中間介質(zhì)的電介常數(shù)，ε=ε0εP，其中ε0=8.84×10-12F/m為真空(和干空氣的值近似)介電常數(shù),εP為介質(zhì)的相對介電常數(shù).由式(8-2-1)可知,只要ε、L、D、d中任何一個參數(shù)發(fā)生變化，就會引起電容C的變化。在實際應(yīng)用中，D、d、ε是基本不變的，故測得C即可知道液位的高低。2．UYB-11A型電容液位計

圖8-2-19所示為UYB-11A型電容液位計的外形。這種液位計用來測量導(dǎo)電液體的液位。它由不銹鋼電極套上聚四氟乙烯絕緣套管構(gòu)成，這時不銹鋼棒作為一個電極，導(dǎo)電液體作為另一個電極，聚四氟乙烯絕緣套管作為中間的填充介質(zhì)，這三者構(gòu)成一圓圓柱形電容器。如圖8-2-20所示。

UYB-11A電容液位傳感器的電容變化量為：

C2HlnD2D1C0式（8-2-2）

式中，C0為容器未放液體時，不銹鋼電極對容器壁的初始電容。

3、放射性物位計

在自然界中某些元素能放射出某種看不見的粒子流，即射線。如同位素鈷（Co60）能放射出γ射線，鈾（U235、U233）也能放射出α和β射線等。當(dāng)這些射線穿過一定厚度的物體時，因粒子的碰撞和克服阻力而消耗了粒子的動能。以至最后動能耗盡，粒子便留在物體中，即被吸收了。不同的物體對射線的穿透與吸收能力是不同的。一般來說，固體大于液體，液體大于氣體。利用物體對放射性同位素射線的吸收作用來檢測物位的儀表稱為放射性物位計。

圖8-2-21為γ射線物位計測量示意圖。如圖中在容器的一側(cè)安放一個放射源，在容器的另一側(cè)放一個探測器（測量射線的儀表），就可測量物位了。當(dāng)料位高度低于放射源的位置時，射線粒子大部分通過氣體介質(zhì)到達(dá)探測器；若料位上升到超過放射源的高度時，因固體吸收能力強(qiáng)，大部分射線粒子被容器中的物料所吸收，而探測器測得的粒子數(shù)很少了，所以，從探測器測得的粒子數(shù)的多少，便知容器中的料位有多高。指示儀表把測得的粒子數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、功率放大成標(biāo)準(zhǔn)電信號，遠(yuǎn)偉進(jìn)行指示記錄或調(diào)節(jié)。

放射性物位計的特點：

①可以實現(xiàn)完全不接觸式的測量，這是放射性物位計的最大特點；②在被測容器上不用開孔，因而可用于高溫、高壓的工況；

③由于放射源物質(zhì)的放射不受溫度、壓力的影響，并且測量元件與被測介質(zhì)不接觸，可用于測量高溫、低溫、高壓容器中的高粘度、強(qiáng)腐蝕性、易燃易爆介質(zhì)的物位測量；

④不僅可以測量液位，也可測量粉狀、粒狀和塊狀介質(zhì)的料位；

⑤儀表可在強(qiáng)光、濃煙、塵埃環(huán)境下工作，不但可以連續(xù)測量，也能進(jìn)行定值控制。

⑥γ射線對人體有較大的傷害，因而在選用上必須慎重。4、浮力式液位計

浮力式液位計是根據(jù)浮在液面上的浮球或浮標(biāo)隨液位的高低而產(chǎn)生上下位移，或浸于液體中的浮筒隨液位變化而引起浮力的變化原理而工作的。

浮力式液位計有兩種。一種是維持浮力不變的液位計，稱為恒浮力式液體計，如浮球、浮標(biāo)式等。另一種是在檢測過程中浮力發(fā)生變化的，叫做變浮力式液位計，如沉筒式液位計等。

浮力式液位計結(jié)構(gòu)簡單，造價低，維持方便，因此在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。（1）恒浮力式液位計

恒浮力式液位計是利用浮子本身的重量和所受的浮力均為定值，并使浮子始終漂浮在液面上，并跟隨液面的變化而變化的原理來測量液位的。圖8-2-22為機(jī)械式就地指示液液位計示意圖。浮子和液位指示針直接用鋼帶相連，為了平衡浮子的重量，使它能準(zhǔn)確跟隨液面上下靈活移動，在指針一端還裝有平衡錘，當(dāng)平衡時可用下式表示：

G-F=W（8-2-3）式中G浮子的重量；

F浮子所受的浮力；W平衡錘的重量。

當(dāng)液位上升時，浮子所受的浮力F增大，即GF小于W，使原有的平衡關(guān)系被破壞，平衡錘將通過鋼帶帶動浮子上移；與此同時，浮和F將減小，即GF將增大，直到GF重新等于W時，儀表又恢復(fù)了平衡，即浮子已跟隨液面上移到了一個新的平衡位置，此時指針即在容器外的刻度尺指示出變化后的液位。當(dāng)液位下降時，與此同相反。

式（8-2-3）中G、W均可視為常數(shù)，因此，浮子平衡在任何高度的液面上時，F(xiàn)的值均不變，所以把這類液位計稱為恒浮力式液位計。（2）變浮力式液位計

變浮力式液位計（浮筒式液位計）的檢測元件是沉浸在液體中的浮筒，它隨液位變化而產(chǎn)生浮力的變化，去推動氣動或電動元件，發(fā)出信號給顯示儀表，以指示被測液面值，也可作液面報警的控制。圖8-2-23為位移平衡浮筒式液位變送器原理圖。液體中發(fā)生變化時，浮筒（又稱沉筒）1本身的重力與所受的浮力的不平衡力，經(jīng)杠桿2傳至扭力管3，而扭力管產(chǎn)生轉(zhuǎn)角彈性變形，由心軸4傳出，經(jīng)推板5傳到霍爾片6，轉(zhuǎn)換成霍爾電勢，經(jīng)功率放大后轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出，以遠(yuǎn)傳給顯示儀表進(jìn)行液位指示、記錄和控制。5、差壓式液位計

差壓式液位計是利用容器內(nèi)的液位改變時，液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。

(1)差壓式液位計的特點是：

①檢測元件在容器中幾乎不占空間，只需在容器壁上開一個或兩或兩個孔即可；②檢測元件只有一、兩根導(dǎo)壓管，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，便于操作維護(hù)，工作可靠；③采用法蘭式差壓變送器可以解決高粘度、易凝固、易結(jié)晶、腐蝕性、含有懸浮物介質(zhì)的液位測量問題；

④壓式液位計通用性強(qiáng)，可以用來測量壓力和流量等參數(shù)。當(dāng)差壓計一端接液相，另一端接氣相時，根據(jù)流體靜力學(xué)原理，有：pBpAHg（8-2-4）式中：H液位高度；

ρ被測介質(zhì)密度；

g被測當(dāng)?shù)氐闹亓�加速成度。由式�?-1-29）可得：

ppBpAHg（8-2-5）

在一般情況下，被測介質(zhì)的密度和重力加速度都是已知的，因此，差壓計測得的差壓與液位的高度H成正比，這樣就把測量液位高度的問題變成了測量差壓的問題。

使用差壓計測量液位時，必須注意以下兩個問題：

①遇到含有雜質(zhì)、結(jié)晶、凝固或易自聚的被測介質(zhì)，用普通的差壓變送器可能引起連接管線的堵塞，此時，需要采用法蘭式差壓變送器，如圖8-2-25所示；

②當(dāng)差壓變送器與容器之間安裝隔離罐時，需要進(jìn)行零點遷移。(2)雙室平衡容器

常用差壓式液位計比較簡單，現(xiàn)在重點介紹一下雙室平衡容器：1）前言

汽包水位是鍋爐及其控制系統(tǒng)中最重要的參數(shù)之一，雙室平衡容器在其中充當(dāng)著不可或缺的重要角色。但是由于一些用戶對于雙室平衡容器及其測量補(bǔ)等方面缺少全面的必要的了解或者疏漏，致使應(yīng)用中時有錯誤發(fā)生，甚至形成安全隱患。例如勝利油田勝利發(fā)電廠一期工程，該工程投入運行早期其汽包水位測量系統(tǒng)的誤差竟達(dá)70～90mm，特殊情況下誤差將會更大（曾因此造成汽包滿水停機(jī)事故）。迄今為止，據(jù)不完全了解，目前仍有個別用戶存在一些類似的問題或者其它問題。汽包水位是涉及機(jī)組安全與和運行的重要參數(shù)和指標(biāo)，因此不允許任何人為的誤差。為使用戶能夠更好地掌握雙室平衡容器在汽包水位測量中的應(yīng)用，謹(jǐn)撰此文。不足之處，請不吝指正。

2）雙室平衡容器的工作原理①簡介

雙室平衡容器是一種結(jié)構(gòu)巧妙，具有一定自我補(bǔ)償能力的汽包水位測量裝置。它的主要結(jié)構(gòu)如圖8-2-26所示。在基準(zhǔn)杯的上方有一個圓環(huán)形漏斗結(jié)構(gòu)將整個雙室平衡容器分隔成上下兩個部分，為了區(qū)別于單室平衡容器，故稱為雙室平衡容器。為便于介紹，這里結(jié)合各主要部分的功能特點，將它們分別命名為凝汽室、基準(zhǔn)杯、溢流

室和連通器，另外文中把雙室平衡容器汽包水位測量裝置簡稱為容器。

②凝汽室

結(jié)水供給基準(zhǔn)杯及后續(xù)環(huán)節(jié)使用。③基準(zhǔn)杯

理想狀態(tài)下，來自汽包的飽和水蒸汽經(jīng)過這里時釋放掉汽化潛熱，形成飽和的凝

它的作用是收集來自凝汽室的凝結(jié)水，并將凝結(jié)水產(chǎn)生的壓力導(dǎo)出容器，傳向差壓測量儀表差壓變送器（后文簡稱變送器）的正壓側(cè)�；鶞�(zhǔn)杯的容積是有限的，當(dāng)凝結(jié)水充滿后則溢出流向溢流室。由于基準(zhǔn)杯的杯口高度是固定的，故而稱為基準(zhǔn)杯。④溢流室

溢流室占據(jù)了容器的大部分空間，它的主要功能是收集基準(zhǔn)杯溢出的凝結(jié)水，并將凝結(jié)水排入鍋爐下降管，在流動過程中為整個容器進(jìn)行加熱和蓄熱，確保與汽包中的溫度達(dá)到一致。正常情況下，由于鍋爐下降管中流體的動力作用，溢流室中基本上沒有積水或少量的積水。⑤連通器

倒T字形連通器，其水平部分一端接入汽包，另一端接入變送器的負(fù)壓側(cè)。毋庸置疑，它的主要作用是將汽包中動態(tài)的水位產(chǎn)生的壓力傳遞給變送器的負(fù)壓側(cè)，與正壓側(cè)的（基準(zhǔn)）壓力比較以得知汽包中的水位。它之所以被做成倒T字形，是因為可以保證連通器中的介質(zhì)具有一定的流動性，防止其延伸到汽包之間的管線冬季發(fā)生凍結(jié)。連通器內(nèi)部介質(zhì)的溫度與汽包中的溫度很可能不一致，致使其中的液位與汽包中不同，但是由于流體的自平衡作用，對使汽包水位測量沒有任何影響。⑥差壓的計算

通過前面的介紹可以知道，凝汽室、基準(zhǔn)杯及其底部位于容器內(nèi)部的導(dǎo)壓管中的介質(zhì)溫度與汽包中的介質(zhì)溫度是相等的，即γw=γw，γs=γs。故而不難得到容器所輸出的差壓。本文以東方鍋爐廠DG670-13.73-8A型鍋爐所采用的測量范圍為±300mm雙室平衡容器為例加以介紹（如圖8-2-26所示）。

通過圖8-2-26可知，容器正壓側(cè)輸出的壓力等于基準(zhǔn)杯口所在水平面以上總的靜壓力，加上基準(zhǔn)杯口至L形導(dǎo)壓管的水平軸線之間這段垂直區(qū)間的凝結(jié)水壓力，再加上L形導(dǎo)壓管的水平軸線至連通器水平軸線之間，位于容器的外部的這段垂直管段中的介質(zhì)產(chǎn)生的壓力。顯而易見，其中的最后部分壓力，由于其中的介質(zhì)為靜止的且距容器較遠(yuǎn)，因此其中的介質(zhì)密度應(yīng)為環(huán)境溫度下的密度。因此P+=PJ+320γw+(580－320)γc

式中P+容器正壓側(cè)輸出的壓力

γw容器中的介質(zhì)密度（γw=γw）γc環(huán)境溫度下水的密度PJ基準(zhǔn)杯口以上總的靜壓力

負(fù)壓側(cè)的壓力等于基準(zhǔn)杯口所在水平面以上總的靜壓力，加上基準(zhǔn)杯口水平面至汽包中汽水分界面之間的飽和水蒸汽產(chǎn)生的壓力，再加上汽包中汽水分界面至連通器水平軸線之間飽和水產(chǎn)生的壓力，即

P－=PJ+(580－h(huán)w)γs+hwγw

式中：P－容器負(fù)壓側(cè)輸出的壓力

hw汽水分界線至連通器水平管中心線之間的垂直高度γs汽包中飽和水蒸汽的密度

因此差壓

ΔP=P+－P－=320γw+260γc－(580－h(huán)w)γs－h(huán)wγw

即ΔP=260γc+320γ－580γs－(γw－γs)hw式（8-2-6）這里有一點需要說明，式（8-2-6）中環(huán)境溫度下水的密度γc，通常情況下它會隨著季節(jié)的變化而變化，它的變化將會影響汽包水位測量的準(zhǔn)確性。就本例中的容器而言，當(dāng)環(huán)境溫度由25℃升高到50℃時，由于密度的變化對于差壓產(chǎn)生的影響為－2.3mm水柱，經(jīng)過補(bǔ)償系統(tǒng)補(bǔ)償后對最終得到的汽包水位的影響將為+2.3～5.5mm之間。通常情況下這樣的誤差是可以忽略的，也就是說可以認(rèn)為這里的溫度是恒定的。但是為了盡量減小誤差，必須恰當(dāng)?shù)卮_定這里的溫度。確定溫度可以遵循這樣一條原則，就高不就低，視當(dāng)?shù)貧夂蚣岸�季伴熱等因素確定。比如此處的環(huán)境溫度一年當(dāng)中通常在0～50℃之間變化，平均溫度為25℃，則可以令這里的溫度為35℃。這是因為水的密度隨著溫度升高它的變化梯度越來越大，確定的溫度高些，將會使環(huán)境溫度變化對整個系統(tǒng)的影響更小。就本例中的容器而言，當(dāng)溫度從0℃升高到25℃時，溫度的變化對測量系統(tǒng)的最終結(jié)果影響只有1mm左右，而環(huán)境溫度從25℃升高到50℃所帶來的影響卻為+2.3～5.5mm之間。故而，確定溫度應(yīng)就高不就低。3）雙室平衡容器的工作特性

容器的工作特性對于汽包水位測量和補(bǔ)償系統(tǒng)來說非常重要，了解這種特性利于用戶的應(yīng)用和掌握應(yīng)用中的技巧。查《飽和水與飽和水蒸汽密度表》可以獲得各種壓力下飽和水與飽和水蒸汽的密度。把0、±50、±100mm等汽包水位分別代入式（8-2-6），可得到容器輸出的一系列差壓，見表8-2-4《雙室平衡容器固有補(bǔ)償特性參照表》。通過表8-2-4可以得知雙室平衡容器的工作特性。

從

表8-2-4中可以看到，各水位所對應(yīng)的由容器所輸出的差壓隨著壓力的變化（相關(guān)飽和汽、水密度）各自發(fā)生著不同的變化。這里首先注意0水位所對應(yīng)的差壓，它的變化較其它水位有明顯不同，只在一個較小的范圍內(nèi)波動。由于該容器的設(shè)計壓力為13.73MPa，因此14.5MPa以下它的波動范圍更小，僅在±5mm水柱以內(nèi)。也就是說當(dāng)汽包中的水位為0水位時，無論壓力如何變化，即使在沒有補(bǔ)償系統(tǒng)的情況下，對0水位測量影響都極小或者基本沒有影響。關(guān)于其它水位，則當(dāng)汽包水位越接近于0水位，其對應(yīng)的差壓受壓力的變化影響越小，反之則大。

因此，雙室平衡容器是一種具有一定的自我補(bǔ)償能力的汽包水位測量裝置。它的這種能力主要體現(xiàn)在，當(dāng)汽包中的水位越接近于0水位，其輸出的差壓受壓力變化的影響越小，即對汽包水位測量的影響越小。毫無疑問，容器特性由于容器的自身結(jié)構(gòu)決定的，故又稱為固有補(bǔ)償特性。表8-2-4中，0MPa對應(yīng)兩行差壓值，其原因后文將會提到。之所以雙室平衡容器會有這種特性其實質(zhì)，是由于雙室平衡容器在設(shè)計制造時采取了特殊的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)最大限度地削弱了汽水密度變化對常規(guī)運行水位差壓的影響。但是盡管如此，它并不能完全滿足生產(chǎn)的需要，仍然需要繼續(xù)補(bǔ)償。4、補(bǔ)償系統(tǒng)

（1）基礎(chǔ)知識與基本概念

從容器的特性中可以看到，雙室平衡容器不能完全滿足生產(chǎn)的需要。究其原因，是由于介質(zhì)密度的變化所造成的。因此，必須要采取一定的措施，進(jìn)一步消除密度變化對汽包水位測量的。這種被用來消除密度變化帶來的影響的措施就叫做補(bǔ)償。通過補(bǔ)償以準(zhǔn)確地測定汽包中的水位。

汽包水位測量補(bǔ)償?shù)耐ǔＳ袃煞N，一種是壓力補(bǔ)償，另一種是溫度補(bǔ)償，無論采取哪種方法補(bǔ)償效果都一樣。但是它們之間略有區(qū)別，即溫度補(bǔ)償可以從0℃開始，而壓力補(bǔ)償只能從100℃開始。這是因為溫度可以一一對應(yīng)飽和密度以及100℃以下時的非飽和密度，而壓力卻只能一一對應(yīng)飽和密度，即最低壓力0MPa只能對應(yīng)100℃

時的飽和密度。故而由這兩種方法構(gòu)成的補(bǔ)償系統(tǒng)各自對應(yīng)的補(bǔ)償起始點有所不同，即差壓變送器量程有所不同。表8-2-4中0MPa對應(yīng)兩行差壓值，其原因即在于此；其中上一行對應(yīng)的是溫度補(bǔ)償，下一行對應(yīng)壓力補(bǔ)償。很顯然，溫度補(bǔ)償也可以從100℃開始。

（2）建立補(bǔ)償系統(tǒng)的步驟

第一步確定雙室平衡容器的0水位位置

容器的0水位的位置一般情況下比較容易確定，通過查閱鍋爐制造廠家有關(guān)汽包（學(xué)名鍋筒）及附件方面的圖紙和資料，進(jìn)行比較和即可獲得。文中例舉的容器0水位位置位于連通器水平管軸線以上365mm處，即基準(zhǔn)杯口水所在的平面下方215mm處。但是，偶爾由于圖紙的疏漏缺少與確定0水位相關(guān)的數(shù)據(jù)，無法計算出0水位的位置，那么確定起來就比較復(fù)雜。如圖1中就缺少數(shù)據(jù)。這種情況下就只有根據(jù)容器的自我補(bǔ)償特性在0水位所體現(xiàn)的特點通過反復(fù)驗算來獲得。由于容器本身就是用這樣的方法經(jīng)反復(fù)驗算而設(shè)計制造的，只要驗算的方法正確通過驗算得到的數(shù)據(jù)會很準(zhǔn)確可靠，當(dāng)然這只限于圖紙不詳?shù)那闆r下。由于限于篇幅，這里只提供思路，具體的驗算的方法本文不予介紹。對此感興趣的讀者可以試一試。第二步確定差壓變送器的量程

差壓變送器的量程是由汽包水位的測量范圍、容器的0水位位置以及補(bǔ)償系統(tǒng)的補(bǔ)償起始點等三方面因素決定的。一些用戶一般只考慮了前兩方面因素，而忽略了補(bǔ)償起始點因素，甚至極個別的用戶只簡單地根據(jù)汽包水位的測量范圍確定變送器的量程，造成很大的測量誤差。一般情況下，忽略容器的0水位位置所造成的誤差在70~90mm之間，忽略補(bǔ)償起始點所產(chǎn)生的誤差在30mm以下，特別情況下誤差都將會更大。此外，這里特別提醒用戶，在進(jìn)行汽包水位測量工作時，關(guān)于變送器的量程，在沒有得到確認(rèn)的情況下，切不可單純依賴設(shè)計部門的圖紙。事實上，多數(shù)情況下，設(shè)計部門在進(jìn)行此類設(shè)計，對變送器選型時，只確定基本量程，而不給出量程。下面來確定變送器的量程。

本文的例子中容器的0水位位置位于連通器水平管軸線以上365mm處。由于該容器的量程為±300mm，因此式（8-2-6）中的hw的最大值和最小值分別為665mm和65mm。如果采用壓力補(bǔ)償，從《飽和水與飽和水蒸汽密度表》中查出100℃時的飽和水與飽和水蒸汽的密度代入式（8-2-6），再分別將665mm和65mm代入式（8-2-6），即得最小差壓ΔPmin=－70.5mm水柱和最大差壓ΔPmax=504mm水柱這兩個差壓值就是變送器的量程范圍（見表1中0MPa對應(yīng)的下行），即－70.5～504mm水柱。如果采用溫度補(bǔ)償，且從0℃開始補(bǔ)償，則由于水的密度極其接近1mg/mm3，誤差可以忽略，令蒸汽的密度為0。用同樣方法即可得到變送器的量程為－85～515mm水柱（見表（8-2-4）中0MPa對應(yīng)的上行）。實際上，從0℃開始補(bǔ)償是完全沒有必要的，其原因這里無需遨述。

第三步確定數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型是補(bǔ)償系統(tǒng)中的最重要環(huán)節(jié)。由式（8-2-6）得

式（8-2-7）

由于相對于規(guī)定的0水位的汽包水位h=hw－365mm，所以

式（8-2-8）

式中h相對于規(guī)定的0水位的汽包水位γw飽和水的密度γs飽和水蒸氣的密度γc環(huán)境溫度下水的密度ΔP差壓

式（8-2-8）即為補(bǔ)償系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。式中γc為常數(shù)，令環(huán)境溫度為30℃，則γc=0.9956mg/mm3，所以

式（8-2-9）

式（8-2-9）式為最終的數(shù)學(xué)模型。顯然，它與式（8-2-8）的作用完全一樣。在補(bǔ)償系統(tǒng)中可以任選其一。第四步確定函數(shù)、完成系統(tǒng)

在式（8-2-8）和式（8-2-9）中含都有“320γw－580γs”和“γw－γs”關(guān)于飽和水與飽和水蒸汽密度的兩個子式。查《飽和水與飽和水蒸汽密度表》，可以獲得這兩個子式關(guān)于壓力或溫度的函數(shù)曲線。將所得到的曲線以及式（8-2-8）或者式（8-2-9）輸入用以執(zhí)行運算任務(wù)硬件設(shè)備，補(bǔ)償系統(tǒng)即告完成。從補(bǔ)償系統(tǒng)的建立過程可以發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)償系統(tǒng)是根據(jù)某一特定構(gòu)造的容器而建立的。因此，建立補(bǔ)償系統(tǒng)時應(yīng)根據(jù)不同的容器，建立不同的補(bǔ)償系統(tǒng)。建立補(bǔ)償系統(tǒng)時，當(dāng)確定差壓的計算公式以后，只需重復(fù)這里的步驟即可得到新的汽包水位測量補(bǔ)償系統(tǒng)。5、容器的保溫

為了使容器達(dá)到理想工作狀態(tài)，容器的外部必須作以適當(dāng)?shù)谋�溫。在這里沒有保溫的情況下，冬季由儀表顯示的汽包水位會比夏季低將近10mm。原因，是因為一般

情況下凝汽室的溫度都要比環(huán)境高300℃左右，甚至更高，因此它的熱輻射能力很強(qiáng)。當(dāng)凝汽室外部沒有保溫或者保溫條件比較差時，盡管凝結(jié)水的速度會加快并導(dǎo)致更多的飽和水蒸汽流到這里補(bǔ)充這里的熱量，但是由于這里的介質(zhì)處于對流狀態(tài)且受到管路等的阻力的制約，使補(bǔ)充的熱量難以維持這里的溫度，進(jìn)而影響了測量的準(zhǔn)確性。對于額定工作壓力為13.73MPa的鍋爐而言，如果冬季由儀表顯示的汽包水位比真實水位低10mm，將意味著容器內(nèi)部的溫度比飽和溫度低7℃左右。所以，為確保其包水位測量的準(zhǔn)確性，這里必須加以適當(dāng)?shù)谋�溫。這里的保溫以保溫層的外層溫度不超過120℃為佳。

第三節(jié)控制閥

一、控制閥的工作原理

控制閥同孔板一樣，是一個局部阻力元件。前者由于節(jié)流面積可以由閥芯的移動來改變，因此是一個可變的節(jié)流元件。于是．可以把控制閥模擬成孔板節(jié)流形式，見圖8-3-1。對不可壓縮流體，根據(jù)伯努利方程．控制閥的流量方程式為

p1g12g=p2g+22g22

QA2(P1P2)

式中υ1、υ2節(jié)流前后速度；υ平均流速；P1、p2節(jié)流前后壓力；A節(jié)流面積IQ流量；ξ阻力系數(shù)；g重力加速度；ρ流體密度；

從這個公式中可以看出。當(dāng)控制閥口徑一定，即控制閥兩端壓差(p2-p1)不變時，流量Q隨阻力系數(shù)而變化。ξ減少，Q增大。

二、控制閥的結(jié)構(gòu)形式及分類

執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動薄膜調(diào)節(jié)閥閥

圖8-3-2

控制閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門兩部分組成。圖8-3-2是氣動薄膜控制閥的結(jié)構(gòu)原理圖�？刂崎y種類繁多．按照其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動力源分類有氣動控制閥、電動控制閥、液動控制閥和混合型控制閥四大類。氣動控制閥按其執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式又分薄膜式控制閥、活塞式控制閥和長行程控制閥。

電動控制閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動方式分為直行程和角行程兩類。

從圖8-3-2看出，閥部分由閥體和閥的內(nèi)件組成。按閥體結(jié)構(gòu)形式分類分為單座閥、雙座閥、角閥、三通閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、蝶閥、球閥、快速切斷閥、隔膜閥、閥體分離型閥、低噪音閥、波紋管密封閥、低溫控制閥和旋塞閥。下面分別敘述幾種主要閥型的特點和適用場臺。下面就尿素裝置用到的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行簡單介紹1、直通單座閥(包括小流量控制閥)(1)直通單座控制閥

直通單座控制閥的結(jié)構(gòu)如圖8-3-3所示，閥體內(nèi)只有一個閥芯和一個閥座。單座閥的特點是泄漏量小，因為它是單閥芯結(jié)構(gòu)．容易密閉，甚至可以完全切斷，固此其結(jié)構(gòu)上又分調(diào)節(jié)型和切斷型，它們的區(qū)別在于閥芯形狀不同，前者為柱塞形．后者為平扳形。由于單座閥只有一個閥芯。流體對閥芯的推力不能像雙座閥那樣能互相平衡，因此不平街力較大．尤其在高壓差、大口徑時，不平衡力更大，所以單座閥僅適用于低壓差的場合，否則必須選用大推力的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)或配上閥門定位器。

圖8-3-3直通單座閥結(jié)構(gòu)圖1、閥體；2、閥座；3、閥芯；4、導(dǎo)向套；5、壓蓋；6、閥桿；7、填料；(2)小流量控制閥

小流量控制閥適用于對微小的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，如石油、化工等生產(chǎn)過程中需要加入少量添加劑的場合就應(yīng)采用這種閥門。一般控制閥的流量系數(shù)最小為0.08，而小流量控制閥的流量系數(shù)最小可達(dá)0.003～0.00044．

小流量控制閥的結(jié)構(gòu)如圖8-3-4所示,它由閥蓋、閥體、閥芯、填料和壓蓋螺母等零件組成。小流量閥的公稱通徑DN為34“流量特性有等百分比和線性。

2、直通雙座控制閥

直通雙座控制閥的結(jié)構(gòu)如圖8-3-5所示，閥內(nèi)有兩個閥芯和兩個閥座，閥桿作上下移動來改變閥芯與閥座的位置。從圖中可以看出，流體從左側(cè)進(jìn)人．通過上、下閥芯后再匯合一起，由右側(cè)流出。雙座閥有正裝和反裝兩種。正裝時，閥芯向下位移，閥芯與閥座間的流通面積減少；反裝時，閥芯向下位移，閥芯與閥座間的流通面積增大。

由于雙座閥有兩個閥芯和閥座．采用雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，正裝可以方便地改成反裝，只要把閥芯倒裝，閥桿與閥芯的下端連接，上、下閥座互換位置之后就可改變安裝方式．如圖8-3-6所示。

雙座閥有上、下兩個閥芯，流體作用在上、下閥芯上的推力的方向相反而大小接近相等，所以雙座閥的不平衡力很小，允許壓差較大。雙座閥的流通能力比同口徑的單座閥大。但是，受加工限制，上、下兩個閥芯不易保證同時關(guān)閉，所以關(guān)閉時泄漏量較大，尤其使用于高溫、低溫的場合，因材料的熱膨脹不同，更易引起較嚴(yán)重泄漏。此外，閥體流路較復(fù)雜，不適用于高粘度和含纖維介質(zhì)的調(diào)節(jié)。由于受流路變化影響，執(zhí)行器作用力正反方向變化，所以調(diào)節(jié)精度不高在壓差允許條件下盡量不選用雙座閥。

圖8-3-5直通式雙座調(diào)節(jié)閥1、閥體；2、閥座；3、閥芯；4、導(dǎo)向套；5、閥蓋；6、閥桿；7、填料；

3、角形控制閥

角形控制閥的結(jié)構(gòu)如圖8-3-7所示，除閥體為直角形之外．其他結(jié)構(gòu)與直通單座控制閥相似。但是角形控制閥的閥芯為單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，其能正裝不能反裝，氣開式必須采用反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。

這種閥的流路簡單，阻力小，閥體內(nèi)側(cè)流線型通路有助于防止固體在內(nèi)壁堆積，特別適用于高粘度、含有懸浮物和顆粒狀物質(zhì)流體的調(diào)節(jié)。有時由于現(xiàn)場條件的限制，要求兩個管道成直角場合時，就可采角形控制閥。從控制閥性能出發(fā)，角形控制閥一般用于底進(jìn)側(cè)出。但是當(dāng)?shù)走M(jìn)時，閥芯密封面易受損傷，而側(cè)進(jìn)時，閥座易受損傷。因此，在高壓差場臺時，可采用側(cè)進(jìn)底出以改善對閥芯的損傷，同時也有利于介質(zhì)的流動，避免結(jié)焦、堵塞．但在側(cè)進(jìn)底出時應(yīng)避免在小開度使用，因為這種狀況下容易發(fā)生振蕩。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)選用剛度較大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或配用閥門定位器。

三、高壓控制閥

高壓控制閥是專為高壓系統(tǒng)使用的種特殊閥門．最大公稱壓力PN為32MPa，廣泛

用于化肥和石油、化工生產(chǎn)中，它的結(jié)構(gòu)可分為單級閥芯和多級閥芯兩種。1、單級閥芯的高壓控制閥

單級閥芯的高壓控制閥的結(jié)構(gòu)又可分為兩種如圖8-3-8所示。這種閥為鍛造結(jié)構(gòu),采用直角連接，填料箱與閥體連成整體，閥座與下閥體分開，便于更換。

高壓控制閥為單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)．氣開式必須采用反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。此外．在使用時，因壓差大，閥芯為單座閥，介質(zhì)對閥芯的不平衡力較大，所以應(yīng)選用剛度較大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般都要安裝閥門定位器。

由于介質(zhì)對單座控制閥閥芯的不平衡力較大．近年來國內(nèi)外又推出套筒平衡式和柱塞平衡8-3-9、圖8-3-10所示。

柱塞平衡型和套筒平衡型閥在閥芯內(nèi)部提供平衡孔腔，流體產(chǎn)生的力被相互消除。所以，在不需要大推力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)條件下用于高壓差場合。2、多級閥芯的高壓控制閥

單級閥芯的高壓控制閥，為了防止高壓差的汽蝕現(xiàn)象而損傷閥芯、閥座，所以閥芯、閥座采用較好的材料，但是這種結(jié)構(gòu)的高壓閥使用壽命較短，為了解決高壓差條件下的閥芯、閥座使用壽命，根據(jù)多級降壓的原理，使每級閥芯上分擔(dān)一部分壓差，以改善高壓差對閥芯、閥座的沖刷和汽蝕作用。通常，不銹錒的閥芯、閥座能承受120m／s流速的純凈水的沖刷，也即閥芯兩端的最大壓差為7.0～8.0MPa，因此選取每級壓降為8.0MPa。

對于公稱通徑DN為15～25mm，最大壓差△p為32MPa時，可以采用四級閥芯;對于公稱通徑為DN40～100mm．最大壓差為l6MPa時，可以采用二級閥芯。

這種多級閥芯的高壓控制閥，如圖8-3-11所示，它由四級閥芯組成，把四個閥芯串在一起．不是采用幾個閥，而是在一個閥上來實現(xiàn)。

閥芯、閥座采用套筒型式，流量特性由套筒側(cè)面的窗口形狀來實現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)上把密封面和節(jié)流孔分開，關(guān)閉時依靠第一級閥芯和閥座面緊密接觸，與普通單座閥一樣，流體由底部進(jìn)人閥體．經(jīng)過多級逐步降壓，在閥體內(nèi)匯流后由側(cè)面出口流出。為減少高壓差下的不平衡力，采用了平衡型閥芯結(jié)構(gòu)。為縮小體積，便于加工．閥體上沒有法蘭，但留有螺栓孔，管道法蘭直接通過螺栓連接在閥體上。

多級閥芯控制閥泄漏量通常是Ⅳ級，泄漏量V級也能達(dá)到，當(dāng)閥芯與閥座之間的密封面是軟密封時，泄漏量也可達(dá)到Ⅵ級。四、蝶閥

蝶閥用來調(diào)節(jié)液體、氣體、蒸汽的流量，由于這種閥具有自己的清洗作用．因此可廣泛使用于有懸浮顆粒物和濃濁漿狀的流體，它特別適用于大口徑、大流量、低壓差的場合。

蝶閥按作用形式可分為調(diào)節(jié)型、調(diào)節(jié)切斷型、切斷型三種。接使用要求可分為常溫蝶閥(-20～450℃)、高溫蝶閥（>450℃、>600～850℃)、低溫蝶閥(40～-200℃)、高壓蝶閥(PN32MPa)和防腐型蝶閥。1、常溫蝶閥

常溫蝶閥與薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合后的外形圖如圖8-3-12所示，它主要由閥體、閥板、

曲柄、軸、軸承座等零部件組成。

當(dāng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)或活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受信號壓力后．推桿就向下移動．與推桿相連接的連桿也跟著向下移動．促使曲柄繞著蝶閥旋轉(zhuǎn)。如配長行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就應(yīng)通過外接桿將輸出臂的旋轉(zhuǎn)運動傳到蝶閥的曲柄。由于曲柄通過平鍵與軸連接，軸與閥板用銷子固定，從而帶動閥板在閥體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使管道流通面積變化，達(dá)到調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量。

蝶閥按動作方式可分為氣開式和氣關(guān)式兩種。把氣開式改裝成氣關(guān)式時，只要將蝶閥的軸旋轉(zhuǎn)700，再與曲柄上另一鍵槽用鍵固定即可實現(xiàn)。因此．蝶閥所配用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)均選用正作用式，同時在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上都帶有手輪機(jī)構(gòu)．這樣當(dāng)信號壓力或執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，可迅速轉(zhuǎn)動手輪進(jìn)行手操。

蝶閥的流量特性在轉(zhuǎn)角700前與等百分比特性相似，但在700后轉(zhuǎn)矩加大，工作不穩(wěn)定，所以蝶閥常在700轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)使用。五、球閥

球閥按閥芯形式可分O形球閥和V形球閥兩種。1、O形球閥

（1)構(gòu)成和工作原理氣動O形球閥由氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)和球閥兩部分組成，見圖8-3-13。

氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)是0.4～0.6MPa壓縮空氣為動力推動氣缸內(nèi)活塞，從而使它與相連的連桿作直線運動,通過撥叉和滑塊帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)900。轉(zhuǎn)軸的輸出力矩，通過連接套使球閥閥桿旋轉(zhuǎn)，從而帶動球體轉(zhuǎn)動900．實現(xiàn)球閥開關(guān)動作。(2)特點

①開關(guān)操作迅速、容易。

②帶有二次防火密封結(jié)構(gòu)的全密封型，密封方式采用具有雙線密封閥座的雙密封結(jié)構(gòu)。

③流阻小，球閥開孔尺寸與管徑相同，適用于對粘性流體、漿料等使用場合。④閥體對稱,能很好地承受來自管道的溫度應(yīng)力。

⑤介質(zhì)流向可以任意，流量特性為快開特性。

⑥流量調(diào)節(jié)范圍大。對氣缸活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)可調(diào)比可達(dá)到100:l。對全電子式執(zhí)行機(jī)構(gòu)．組合可調(diào)比可達(dá)300：1到500:1。

O形球閥常常用于二位式開關(guān)控制，像緊急切斷、順序控制等場合。選用閥門的口徑通常是與工藝管道的直徑相同。圖8-3-14為球閥閥體裝配圖。

六、低噪音閥

控制閥產(chǎn)生的噪聲必須符臺國家要求，也就是每個工作日接觸噪聲8h．允許噪聲為85dBA，每個工作日接觸噪聲小于lh，噪聲最大不超過ll5dBA。1、控制閥的噪音主要來源有三方面。

(1)機(jī)械振動機(jī)械噪聲是因為閥內(nèi)湍流流體對閥的內(nèi)件沖擊，造成與其相鄰表面之間的振動而產(chǎn)生的噪聲。這種振動具有聲頻特性。如果振動頻率接近閥芯閥桿的自然頻率．會因諧振而使部件疲勞損壞。不過這種機(jī)械振動噪聲不是經(jīng)常發(fā)生的，特別是使用了上導(dǎo)向和籠式導(dǎo)向裝置后．使其諧振條件受到限制。解決這種噪聲問題的方法有：減小導(dǎo)向的間隙，加大閥桿尺寸，改變閥桿的質(zhì)量，甚至改變流向等，用這些方法改變部件的自然頻率。

現(xiàn)在尚無可靠的方法來預(yù)估這種由機(jī)械振動引起的噪聲．

(2)空氣動力學(xué)噪聲空氣動力學(xué)噪聲是流體流經(jīng)閥的節(jié)流處的流動機(jī)械能轉(zhuǎn)換成聲能的直接結(jié)果。這種轉(zhuǎn)換的比值稱為聲學(xué)效率它與閥的壓力比和閥的設(shè)計有關(guān)。降低閥的空氣功力學(xué)噪聲的方法．一是聲源處理，防止噪聲的產(chǎn)生；二是流路處理．如管路的隔聲或增加管壁厚度等。

(3水力學(xué)噪聲流體流經(jīng)閥和管路時產(chǎn)生的噪聲，包括流動噪聲、空化噪聲和閃蒸噪聲。在這三種噪聲中，空化噪聲是最嚴(yán)重的．它可導(dǎo)致閥或管路的多處損壞。流動噪聲一般比較輕微，不構(gòu)成噪聲問題。閃蒸噪聲一般也很輕，目前也無正式的計算方法�？傊�．水力學(xué)噪聲不成為問題。

2、噪音控制可采用兩種途徑，或者同時采用：(1)聲源處理聲源處聲功率的防止和降低(低噪音閥)。

(2)聲路處理降低從聲源到收聽處之間噪音的傳播。

3、低噪音閥與一般閥不同之處主要是在閥芯上進(jìn)行改進(jìn)�，F(xiàn)在介紹四種閥芯的低噪音閥。

(1)多孔式套筒型的低噪音閥，如圖8-3-15。套筒型控制閥由于采用平衡式閥芯，改善了閥芯與閥座的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，因此是一種噪音很低的閥門，它的噪音比直通雙座控制閥低lOdB以上，如采用多孔式閥芯和多孔式套筒，還可進(jìn)一步降低噪音。它是利用小孔將壓能分散地轉(zhuǎn)換成動能，井在相互沖擊中消耗，這種低噪音閥芯與一般閥芯可以互換。

(2)多階梯閥芯的低噪音閥它的結(jié)構(gòu)如圖8-3-16所示，這種低噪音閥是根據(jù)有摩擦的絕熱流動原理工作的。在閥體中裝上多階梯形閥芯后，它能產(chǎn)生最大的摩擦和壓力損失，閥芯的流通面積向著下游截面逐漸增加，以保持流速減小，過樣使閥門的噪音堿小到人們所能忍受的程度．并能減低由于高速和振動而造成的疲勞和腐蝕。

第四節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

一、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)1、氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)

氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一個最常用的機(jī)構(gòu)。它的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8-4-1所示。它的結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、維修方便、價格低廉。信號壓力入口

a)b)

圖8-4-1氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)

a)正作用式(ZMA)型b)反作用式(ZMB)型1一上膜蓋2一波紋薄膜3一下膜蓋4一支架5一推桿6一壓縮彈簧7一彈簧座8一調(diào)節(jié)件9一螺母10一行程標(biāo)尺11一密封墊片12一密封環(huán)13一填塊14一襯套2、氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)

薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程不能大于l00mm。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實際應(yīng)用，在大多數(shù)情況下，工藝過程需要執(zhí)行元件有比較大的行程。例如，用于工業(yè)冶煉爐的燃?xì)鈩恿空{(diào)節(jié)，其工藝參數(shù)的特點是大流量(10000m3／h)和低壓力(0．001～0．1MPa)。這要求蝶形調(diào)節(jié)閥的公稱尺寸很大(DN500～1000mm)。顯然，這類調(diào)節(jié)閥需要大的操作行程，氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程是不能達(dá)到的。只有活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)才能達(dá)到。

氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)分兩種型式：圖8-4-2所示的齒輪齒條式；圖8-4-3所示的杠桿撥叉式。兩種結(jié)構(gòu)形式均分單作用式(彈簧復(fù)位)和雙作用式。齒輪齒條式輸出力矩較小，一般為3～10000Nm。杠桿撥叉式輸出力矩，單作用式為l85～37700Nm；雙作用式為515～110380NIn，動作靈活平穩(wěn)。

圖8-4-2齒輪齒條式氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

1、l6一六角螺母2、l5一內(nèi)六角螺釘3一端蓋4、l3一端蓋密封圈5、14一彈簧／彈簧座6、l2一齒條活塞7一殼體8、26～齒輪軸中墊圈9一彈性擋圈10一齒輪軸上平墊圈11一活塞O形圈l7、30一端蓋平墊圈l8、29一螺栓密封0形圈l9、28一調(diào)節(jié)螺栓20～活塞軸瓦21一活塞導(dǎo)向環(huán)22一齒輪軸上0形圈23～下軸承24一齒輪軸下0形圈25一齒輪軸27一上軸承

氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥門的連接，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)IS05211，有4個或8個螺栓孔。軸安裝孔應(yīng)符合DIN3337。

圖8-4-3杠桿撥叉式氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

1-鎖緊螺母2、7-平墊圈3、9、15、21、27、28、30、32、33、39、43-O形圈4-調(diào)節(jié)螺釘5-螺母6-彈性墊圈8-缸蓋10-雙頭螺栓ll-彈簧缸l2-彈簧13-缸體14-鎖緊螺母16-導(dǎo)向環(huán)l7-活塞18、24-彈性擋圈l9、23-滾套20-活塞桿22-銷軸25、41-彈性擋圈26、40-減磨墊圈29-無油滑動軸承31-隔板

34、44-定位銷35-箱體36-緊定螺釘37-撥叉38-轉(zhuǎn)軸42-平鍵

二、手輪機(jī)構(gòu)1、用途及結(jié)構(gòu)

手輪機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)閥配套使用。主要用途如下：

1)當(dāng)氣源信號或電信號出現(xiàn)故障時，或者當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要元件(如膜片、彈簧、密封件、傳動件等)損壞時，要把自動操作改為手動操作，可采用手輪機(jī)構(gòu)繼續(xù)維持調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能。

2)手動機(jī)構(gòu)也可用來作為調(diào)節(jié)閥行程的限位器。當(dāng)信號壓力為零時，調(diào)節(jié)閥不是全開就是全關(guān)。如果工藝過程要求調(diào)節(jié)閥有少量的流量，可以利用手輪來達(dá)到。3)手輪機(jī)構(gòu)可提高調(diào)節(jié)閥運行的可靠性。調(diào)節(jié)閥如增設(shè)旁路，投資費用多，占地面積大，當(dāng)口徑較大或使用貴重金屬時，成本會更高。使用手輪機(jī)構(gòu)無論從投資費用或占地面積考慮都很合算。

手輪機(jī)構(gòu)有上裝式(圖8-4-4)和側(cè)裝式(圖8-4-5)兩種。上裝式只能單方向限制行程，經(jīng)常采用螺旋傳動方式。這一類手輪安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上面，用螺桿帶動螺套或螺母。圖8-4-4中，螺套通過連軸件6與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。

在圖8-4-5所示的倒裝式手輪中，手輪4側(cè)向安裝在閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間。這種側(cè)裝式手輪用螺桿3帶動螺套2，從而帶動杠桿5的動作。杠桿直接與閥桿連在一起。其優(yōu)點是降低了調(diào)節(jié)閥的高度，缺點是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

許多手輪機(jī)構(gòu)都裝有安全機(jī)構(gòu)，防止手輪受到碰撞或誤操作而轉(zhuǎn)動。圖8-4-6a所示是利用銷軸對手輪限位。圖8-4-6b所示是一種利用小手輪鎖緊的安全機(jī)構(gòu)。圖8-4-7所示為手動．自動切換手輪機(jī)構(gòu)。離合器8處于自動位置。如果需要手動操作時，先把切換手柄4轉(zhuǎn)到手動位置，通過撥叉3，撥動離合器8往上和手輪7嚙合，此時只要轉(zhuǎn)動手輪，、則可使輸出軸轉(zhuǎn)動，即進(jìn)行手動操作。自動操作時只要接通電源，電動機(jī)帶動蝸輪l轉(zhuǎn)動，直立桿5自動偏移，彈簧6的作用力把離合器8下推，恢復(fù)自動操作位置。

圖8-4-7手動一自動切換手輪機(jī)構(gòu)

1-蝸輪，2-輸出軸，3-撥叉，4-切換手柄，5-直立桿，6-彈簧，7-手輪，8-離合器

2、使用手輪機(jī)構(gòu)的注意事項

1)手輪機(jī)構(gòu)是一種安全輔助裝置。當(dāng)自動操作完全正常和執(zhí)行機(jī)構(gòu)無故障時，手輪機(jī)構(gòu)并不使用。為此要經(jīng)常檢查手輪機(jī)構(gòu)是否完好，經(jīng)常加油防銹。2)自動操作時，手輪機(jī)構(gòu)的位置(指示件)要對準(zhǔn)標(biāo)尺中央的“自控”位置，然后

把手輪限位，防止手輪的意外轉(zhuǎn)動而影響閥門的開度。

3)手輪轉(zhuǎn)動方向與閥門開、關(guān)的關(guān)系一定要明確，特別是作閥位限制用時更要注意，以防誤操作。

第五節(jié)閥門定位器

閥門定位器是一個起比例放大作用的調(diào)節(jié)器。閥門定位器和調(diào)節(jié)閥組成一個閥門行程調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的主要組成部分是一個氣容元件和一個滯后元件。圖8-5-1為調(diào)節(jié)閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥的定位器的安裝示意圖�？刂菩盘柕膲毫�為0.02～0.1MPa，進(jìn)入控制室5，使芯桿2向上移動，使壓縮空氣進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)。與此同時，通過反饋連桿11、凸輪軸8及凸輪7的反饋作用，以及彈簧6的作用，使芯桿2趨于下移。這樣在彈簧6中出現(xiàn)兩個力：一個是由控制信號產(chǎn)生的作用力；另一個是由閥桿反饋產(chǎn)生的反作用力。

當(dāng)控制信號值和閥桿位置之間相互協(xié)調(diào)時，彈簧提供補(bǔ)償力。這就是說，閥門定位器工作基于力平衡的原理。

控制室5是氣源室，具有0．3MPa或0．6MPa的壓力。這個壓力進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)10，當(dāng)控制信號和閥桿位置之間，由于摩擦力或流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的壓降等而產(chǎn)生不協(xié)調(diào)時，進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空氣壓力就可能達(dá)到最大值0．3MPa或0．6MPa。

應(yīng)指出，蝶形或球形調(diào)節(jié)閥的閥門定位器，與芯型調(diào)節(jié)閥的閥門定位器的不同點，僅僅是調(diào)節(jié)閥閥桿位移的變化，即由線性位移變成角位移。為了做到這點，閥門定位器直接安裝在蝶形或球形調(diào)節(jié)閥的軸上。

第六節(jié)調(diào)節(jié)閥特性

一、流量特性1、理想流量特性

調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥門的相對流量與相對位移(閥門的相對開度)間的關(guān)系，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中

QQmaxlL

相對流量，調(diào)節(jié)閥在某一開度時流量Q與全開流量Qmax之比；

相對位移，調(diào)節(jié)閥在某一開度時閥芯位移l與全開位移L之比。

一般來說，改變調(diào)節(jié)閥的閥芯與閥座之間的流通截面積，便可以控制流量。但實際上，由于多種因素的影響，如在節(jié)流面積變化的同時，還發(fā)生閥前、閥后壓差的變化，而壓差的變化又將引起流量的變化。為了便于分析，先假定閥前、閥后的壓差不變，然后再引伸到真實情況進(jìn)行研究。前者稱為理想流量特性，后者稱為工作流量特性。

理想流量特性又稱固有流量特性，它不同于閥的結(jié)構(gòu)特性。閥的結(jié)構(gòu)特性是指閥芯位移與流體通過的截面積之間的關(guān)系，不考慮壓差的影響，純粹由閥芯大小和幾何形狀所決定；而理想流量特性則是閥前、閥后壓差保持不變的特性。理想流量特性主要有直線、等百分比(對數(shù))、拋物線及快開等四種。(1)直線流量特性

直線流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)，用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示：

式中K常數(shù)，即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)。將式(8-6-2)積分得：

式中C積分常數(shù)。

45

已知邊界條件是：l=0時，Q=Qmin

l=L時，Q=Qmax

把邊界條件代入式(8-6-3)，求得各常數(shù)項為：

最后得：

式(8-6-4)表明

QQmax

與

lL之間呈直線關(guān)系，以不同的

lL代入式(8-6-4)，求出

QQmax的對應(yīng)值，在直角坐標(biāo)上得到一條直線，見圖8-6-1。從圖中可以看出，直線特性調(diào)節(jié)閥的曲線斜率是常數(shù)，即放大系數(shù)是一個常數(shù)。要注意的是，當(dāng)可調(diào)比R不同時，特性曲線在縱坐標(biāo)上的起點是不同的。當(dāng)R=30，

lL=0時，

QQmax=0.33。為了便于分

析和計算，假設(shè)R=∞，即可調(diào)比無窮大，則特性曲線以坐標(biāo)原點為起點，這時位移變化l0％所引起的流量變化總是10％，但相對流量的變化量是不同的。以行程的l0％、50％及80％三點為例，若位移變化量都是l0％，則：在10％時，流量相對變化值為：在50％時，流量相對變化值為：在80％時，流量相對變化值為：

201*10605050908080×100％=l00％×100％=20％×100％=l2.5％

可見，直線特性的閥門在開度小時流量相對變化值大，靈敏度高，不易控制，甚至發(fā)生振蕩；而在大開度時，流量相對變化值小，調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時。直線流量特性的閥芯形狀如圖8-6-2之2所示。

(2)等百分比(對數(shù))流量特性

等百分比流量特性也稱為對數(shù)流量特性。它是指單位相對位移變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關(guān)系。即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的，它隨相對流量的增大而增大。用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：

將式(8-6-4)積分得：

將前述的邊界條件代入，求得常數(shù)項為：

最后得：

或

從式(8-6-7)看出相對位移與相對流量成對數(shù)關(guān)系，所以也稱對數(shù)流量特性，在半對數(shù)坐標(biāo)上可以得到一條直線，而在直角坐標(biāo)上則得到一條對數(shù)曲線，如圖8-6-2之4所示。

為了和直線流量特性進(jìn)行比較，同樣以行程的l0％、50％和80％三點進(jìn)行研究，當(dāng)行程變化10％時流量變化分別為1.91％、7.3％和20.4％，而它們流量相對變化值卻都為40％。

等百分比流量特性在小開度時，調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)小，調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和；在大開度時，放大系數(shù)大，調(diào)節(jié)靈敏有效。從圖8-6-1還可以看出，等百分比特性在直線特性下方，

因此，在同一位移時，直線閥通過的流量要比等百分比大。(3)拋物線特性

拋物線流量特性是指單位相對位移的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量值的平方根成正比關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

積分后代入邊界條件再整理得：

式(8-6-9)表明相對流量與相對位移之間為拋物線關(guān)系，在直角坐標(biāo)上為一條拋物線，如圖8-6-1之3所示，它介于直線及對數(shù)曲線之間。

為了彌補(bǔ)直線流量特性在小開度時調(diào)節(jié)性能差的缺點，在拋物線基礎(chǔ)上派生出一種修正拋物線特性，如圖8-6-1之6。它在相對位移30％及相對流量20％這段區(qū)間內(nèi)為拋物線關(guān)系，而在此以上的范圍是線性關(guān)系。拋物線特性的閥芯形狀見圖8-6-2之3。(4)快開特性

這種流量特性在開度較小時就有較大的流量，隨開度的增大，流量很快就達(dá)到最大；此后再增加開度，流量變化很小，故稱快開特性，其特性曲線如圖8-6-1之1所示。

快開特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式是：

積分后得：

快開特性的閥芯形式是平板形的，如圖8-6-2之1所示。它的有效位移一般為閥座直徑的1/4，當(dāng)位移再增大時，閥的流通面積就不再增大，失去調(diào)節(jié)作用。．快開特性調(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)。

除上述流量特性外，還有一種雙曲線流量特性，如圖8-6-1之5所示，這種特性較為少用。

各種閥門都有自己特定的流量特性。如圖8-6-3所示，隔膜閥的流量特性接近于快開特性，所以它的工作段應(yīng)在位移的60％以下。蝶閥的流量特性接近于等百分比特性。選擇閥門時應(yīng)該注意各種閥門的流量特性。

對隔膜閥和蝶閥，由于它的結(jié)構(gòu)特點，不可能用改變閥芯的曲面形狀來改變其特性，因此，要改善其流量特性，只能通過改變閥門定位器反饋凸輪的外形來實現(xiàn)。2、工作流量特性

在實際生產(chǎn)過程中，調(diào)節(jié)閥的閥前、閥后的壓差總是變化的，這時的流量特性稱為工作流量特性。因為調(diào)節(jié)閥往往和工藝設(shè)備、管道等串聯(lián)或并聯(lián)使用，流量因阻力損失的變化而變化，在實際工作中因閥門前后壓差的變化而使理想流量特性畸變成工作特性。

(1)串聯(lián)管道的工作流量特性

以圖3-11所示的串聯(lián)系統(tǒng)為例進(jìn)行討論。從圖中可知：系統(tǒng)的總壓差ps等于管路系統(tǒng)(除調(diào)節(jié)閥外的全部設(shè)備和管道)的壓差p與調(diào)節(jié)閥的壓差pv之和，即

從調(diào)節(jié)閥的流量方程式可知，流過調(diào)節(jié)閥的流量Q和流量系數(shù)Kv有關(guān)，而流量系數(shù)又隨閥門開度而變。

如果調(diào)節(jié)閥壓差恒定，即pv不變，則

式中Qmax流過調(diào)節(jié)閥的最大流量；KV閥閥全開時的流量系數(shù)。這樣：

如果流過管道、設(shè)備的流量為Q’，則

K，管為管道和設(shè)備的流量系數(shù)。

顯然，由流體的連續(xù)性和能量守恒定律可知：故

將式(8-6-11)代入上式并加以整理得：

式中

當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時，f2

所以，MpVMpl=1，則閥上壓差pVML為：

,M表示調(diào)節(jié)閥全開時壓差與系統(tǒng)總壓差的比值，即等于s值。

調(diào)節(jié)閥壓差pV與相對位移(即相對行程l／L)及s值之間的關(guān)系為：

式(8-6-13)表示了調(diào)節(jié)閥壓差的變化規(guī)律，利用它可以推算出相對流量與相對位移的關(guān)系式，即調(diào)節(jié)閥的工作流量特性。

以Qmax表示管道阻力等于零時調(diào)節(jié)閥全開流量，以Q100表示存在管道阻力西調(diào)節(jié)閥的全開流量，則可得到下面方程：

即

式(8-6-14)和(8-6-15)分別為串聯(lián)管道時以Qmax及Q100

50

作為參比值的工作流量特

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