调压阀知识

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調壓閥簡介及應用

序

閥對人類來說是一相當古老的知識，在今天的市場上即提供著相當多種類的閥，但最早卻是應用在埃及的灌溉水道上，閥是利用一個可變的孔來控制流量，如球塞閥、閘閥、球型閥、膜片閥、逆止閥，所有的閥的共同功能均為控制流量，不外為壓力、溫度、液位或流速，有那麼多的種類，要了解它們的能力及缺點變的非常重要，適當的規格在初期可節省大量的金錢投資以及維修和安裝上的困難度。調節閥包括減壓閥，背壓閥，自力式溫控閥，差壓閥，定水位閥，持壓閥…等均是

調節閥的選擇

通常選擇一個壓力或溫度的調節閥必須提供幾項資料：

Ø 應用在什麼地方 (何種設備或製程)。

Ø 閥件的特性及優點 (閥座型式 Lining, EQ% , Quick Open , Droop )。

Ø 價格邊際係數 (如自作動式、嚮導式、氣動或電動控制閥等) 。

在嘗試說明壓力及溫度調節閥時，必須先說明幾點如下：

Ø 閥：

僅為控制流量大小的孔 orifice，其功能可能是控制壓力、溫度、液位或流速等。 Ø 調節器 ( 驅動器 Actuator )：

一個簡單的自力作動 ( Self Operated )控制設備，其作動與否自成一套循環系統，為一基本 力的平衡機構。

Ø 比例帶(PROPORATIONAL BAND) (OFF SET)：

對所有的控制閥都有其特有的比例帶及精確度曲線，其定義為閥從最小到最大開度之壓降與控制點壓力之差異變化，如附圖 (0-1) 。

Ø 閥的過載操作 ( OVER LOAD )，不是問題，

但接近閥最大流量時，傾斜角很大，壓力降的太低，將造成控制不良，可從圖(0-1)Spence之嚮導式減壓閥 ED 了解

可從圖(0-1)說明，當閥門開度微開時，壓力略高於設定點，到開度增加到5%以上時壓力較穩定。閥門開度持續增加達到95%以上時，壓力開始下降，開度越大，下降斜率也增加，每一種閥均有不同的比例帶。 調節閥比例帶特性曲線圖通常在比較設定壓力之曲線幅度-最大及最小流量設定點之差異百分比。

閥的精確度 = 100% - 壓力降%

例如：一設定點在最小流量時為100PSI及最大流量為75PSI，則壓力降為25%，則此閥之精確度範圍為75%。 所以正確的選擇使用閥的尺寸及CV值，會提高精確度。

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圖(0-1)比例帶(PROPORATIONAL BAND) (OFF SET)

調節閥之精度取決於三點：

Ø 控制膜片(Diaphragm )面積越大，則越敏捷。軟質膜片較不銹鋼膜片有更佳之靈敏性

及售命。

Ø 彈簧直徑細小-可調整範圍越窄，彈簧力量較小，相對越精準。

Ø 閥桿移動的距離-行程越短，反應會越快，壓力降越小。

閥關閉時之緊密度(SHUTOFF CLASS TIGHT SHUTOFF)：

Ø CLASS II : 0.5% OF RATED CAPACITY

Ø CLASS III : 0.1% OF RATED CAPACITY

Ø CLASS IV : 0.01% OF RATED CAPACITY

Ø CLASS V : 0.00005 ML PER MINUTE OF WATER PER INCH OF ORIFICE DIAMETER Ø CLASS VI : BUBBLE-TIGHT

金屬對金屬的閥座，洩漏量為閥CV值之0.01%，我們稱為CLASS IV，金屬的閥座最好的洩漏等級可以達到CLASS V。

CLASS VI之標準為零洩漏率BUBBLE-TIGHT，僅在軟性閥座方有可能，軟性閥座材料可以是BUNA-N、EPDM、JORLON、VITON、KALREZ OR TFELON……等。

關閉緊密度對調節閥和控制閥來說是非常重要的一點，否則洩漏率太高，而無法控制而造成危險。

可確實控制最大及最小流量範圍之比值 (TURNDOWN RATE OR RANGEABILITY) 另一意義為此閥可正常穩定控制的範圍

不同形式的閥有不同的控制範圍：

Ø 自作動式(SELF-OPERATED)-一般為10~20:1

Ø 嚮導式 (PILOT-OPERATED)-一般為20~50:1

Ø 比例式控制閥可達到200:1或更高

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例：一個熱交換器最大之需求為100GPM及最小之需求為10GPM，則TURNDOWN RATE為10:1，則選用自作動式之閥件即可，簡單、便宜、容易安裝及維修，然而若最大之需求為300GPM，最小為10GPM，則TURNDOWN RATE為30:1，則使用嚮導式或空氣控制之調節閥較適當

所以選擇哪一種調節閥並不困難，只要知道使用需求之負載變化(TURNDOWN RATE)即可，可以用到最經濟又最好的服務。

調節閥之優缺點：

優點：

Ø 便宜-購買成本較低，安裝及維修費較低。

Ø 設計簡單，零件少，維修容易。

Ø 不需外加動力或電源即可操作。

Ø 反應速度非常快速，事實上，反應時間關聯到閥全開至全關之行程距離。

缺點：

Ø 固定的比例帶。

Ø 不適用於有大範圍的負載變化，有最小及最大壓力降的限制。

何時可以運用：

調節閥可以在任何地方來選擇使用，一般在設定點(OFFSET)10%~15%之全範圍皆可，假如可以容忍些許誤差，沒有太大的負載變化，使用調節閥是非常經濟且有效率的。

要記得，不同的設計有不同的誤差值、控制範圍，如JORDAN VALVE公司所製造的滑板閘閥式調節閥有相當小的誤差值(OFFSET)，所以其TURNDOWN RATE比值相當大。且嚮導式比直動式有更小之誤差值及更大之Turndown Rate。

什麼時候不可選用調節閥：

Ø 用一個調節閥來滿足所有的壓力或溫度的設定點。

Ø 精確度要求很高的製程。

Ø 太小或太大的壓力降。

Ø 需要外力來程序控制或定時開關。

Ø “FIRE SAFE”防火災安全需求等級。

Ø 製程同時需求多種的壓力、溫度或流量變化，此需複雜之可程式控制閥來代替。 Ø 監控之需求。

如何選用調節閥：

Ø 精確度(取決於型式及製造商) 。

Ø 關閉時之洩露等級。

Ø 反應快速(取決於閥桿行程之長短、彈簧範圍及膜片大小) 。

Ø 可靠度高，容易安裝及少維修。

Ø 低噪音(越低越好) 。

Ø 彈簧範圍 (彈簧範圍高點與設定點較接近者靈敏度較高)

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Ø 膜片材質(軟質膜片有較長之使用壽命及靈敏性 )

Ø 最小壓降及最大壓降

Ø 耐腐蝕

包含越多的條件，則是最好的調節閥。

調節閥並不是萬能的，從上可以了解選用及設計使用調節閥，有時候使用控制閥效果比較好，有時候使用調節閥較適合。

選用調節閥需要哪些資料：

Ø 入口壓力。

Ø 出口壓力。

Ø 最小流量。

Ø 最大流量。

Ø 何種流體(氣體，液體，黏度、比重…等) 。

Ø 操作溫度。

Ø 本體材質。

流量：

從機械的銘牌或製造商、流量計、計錄器或計算中獲得，閥之有效流量必須大於峰值(PECK LOAD)

入口壓力：

觀察壓力表或設計值，假如有多個壓力顯示，取最小之壓力。

出口壓力：

觀察壓力表，也可從設備的銘牌或設計值得到，假如有多個壓力需求，則取最大值，在某些應用上，還需要更多的資料，如控制的流體溫度幾度、比重、黏度、壓縮比等。

精確的控制必須有一個正確的尺寸，閥的尺寸應用規範，並不是與管徑相同最佳，若調節閥的尺寸與管徑相同，通常是調節閥過大尺寸及不良的控制。因為設計篩選管徑時均依流體不同選用流速不同，如蒸汽選擇25 ~ 50M/S，空氣選擇5~9M/S，而通過閥口之流速可能數倍於設計值。

需求之資料齊全，建議使用電腦軟體篩選或查表來得到閥的真正需求尺寸，然而若不知流量有多少，也可利用查表方式來防止兩側進口及出口管徑過大，自然的，通過閥口之流量不可能超過管線合理流速下之總流量

總結：

1. 閥--共同的功能，以控制流量來控制

Ø 溫度

Ø 壓力

Ø 液位…等

2. 一個良好的調節閥需提供

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Ø 精確的調節設定

Ø 良好的關閉性

Ø 反應快

Ø 少維修

Ø 低噪音

Ø 最大的可靠度

3. 調節閥選用的三個步驟

Ø 閥座的設計-栓塞、球型、滑動閘閥、球塞、蝶閥

Ø 控制功能-壓力、溫度、流量

Ø 驅動方式-自作動式、嚮導式(子母型)，壓縮空氣或水力操作

4. 有很多的應用都可選用調節閥或控制閥來控制，這是一個好問題，這取決於我們需要花多少錢及要求精準度有多高。

5. 壓力及溫度調節閥，假如選擇尺寸正確及正確的應用，可確保精準度，是可以信賴的及少維修，這可以節省客戶相當多的金錢。

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