化工仪表及自动化课件调节阀

1、调节阀是指：调节阀是指：阀门调节阀阀门调节阀( (连续的连续的) )、开关阀、开关阀 调节阀在自控系统中的作用：接收调节器（计算机）调节阀在自控系统中的作用：接收调节器（计算机）输出的控制信号，使调节阀输出的控制信号，使调节阀的开度产生相应变化，从而的开度产生相应变化，从而达到调节达到调节操作变量流量操作变量流量的目的目的。的。 调节阀定义是什么调节阀是控制系统必不可少的环节调节阀是控制系统必不可少的环节调节阀工作，使用条件恶劣，调节阀工作，使用条件恶劣，它也是控制系统最薄它也是控制系统最薄弱的环节弱的环节原因：调节阀与介质（操作变量）直接接触原因：调节阀与介质（操作变量）直接接触 ( (强强

2、) )腐蚀性、腐蚀性、( (高高) )粘度、粘度、( (易易) )结晶、结晶、 高温、深冷、高压、高差压高温、深冷、高压、高差压 辅助装置：阀门定位器，电磁阀，空气过滤器或辅助装置：阀门定位器，电磁阀，空气过滤器或者三联件（过滤，油雾润滑，减压）者三联件（过滤，油雾润滑，减压） 和和 手动手动操作机构操作机构 根据控制信号产生推力(薄膜、活塞、马达)。它是执行器的推动装置，它按控制信号的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号的大小转换为阀杆位移的装置 根据推力产生位移或转角，改变开度。 它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的

3、流量的装置 手轮机构的作用是当控制系统因停电、停气、控制器无输出或执行机构失灵时，利用它可以直接操纵控制阀，以维持生产的正常进行。 在 过 程 控 制在 过 程 控 制领 域 应 用 很领 域 应 用 很少少气动调节阀采用气动执行机构气动调节阀采用气动执行机构优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格便宜和防火防爆修方便、价格便宜和防火防爆缺点：响应时间大，信号不适于远传缺点：响应时间大，信号不适于远传 附件附件 采用电采用电/ /气转换器或电气转换器或电/ /气阀门定位器，电磁气阀门定位器，电磁阀使传送信号为电信号，现场操作为气动

4、信号阀使传送信号为电信号，现场操作为气动信号电信号电信号气信号气信号电动调节阀采用电动执电动调节阀采用电动执行机构行机构优点：动作较快、能源获优点：动作较快、能源获取方便，特别适于远距离取方便，特别适于远距离的信号传送的信号传送缺点：输出力较小、价格缺点：输出力较小、价格贵，且一般只适用于防爆贵，且一般只适用于防爆要求不高的场合要求不高的场合直通双座调节阀直通双座调节阀直通单座调节阀直通单座调节阀 笼式（套筒）调节阀笼式（套筒）调节阀角型调节阀角型调节阀三通调节阀三通调节阀高压调节阀高压调节阀隔膜调节阀隔膜调节阀波纹管密封调节阀波纹管密封调节阀超高压调节阀超高压调节阀小流量调节阀小流量调节阀低

5、噪音调节阀低噪音调节阀直直行行程程式式调调节节机机构构角角 行行程程式式调调节节机机构构 同一类型的气动同一类型的气动/电动调电动调节阀，分别采用气动执节阀，分别采用气动执行机构和电动执行机构行机构和电动执行机构蝶阀蝶阀凸轮挠曲调节阀凸轮挠曲调节阀V型球阀型球阀O型球阀型球阀 气动薄膜气动薄膜直通单座阀直通单座阀气动薄膜气动薄膜直通双座阀直通双座阀气动蝶阀气动蝶阀气动球阀气动球阀气动切断阀气动切断阀气动薄膜气动薄膜角形阀角形阀电动电动直通单座阀直通单座阀电动电动隔膜阀隔膜阀电动电动三通阀三通阀电磁阀电磁阀反作用：当输入信号增大时，流过执行器的流量减小 气动调节阀通常称为气关阀 正作用：当输入信

6、号增大时，执行器的开度增大，即流过执行器的流量增大 气动调节阀通常称为气开阀从安全生产的角度来确定正反作用从安全生产的角度来确定正反作用H如果，介质是由强腐蚀性的，再生产过程中不允许溢出，调节阀的作用形式？如果后面的环节不允许没有物料，调节阀的作用形式？根据控制信号的大小，产生相应的输出力根据控制信号的大小，产生相应的输出力F和位移和位移M M(直线位移直线位移l或角位移或角位移)输出力输出力F用于克服调节机构中流动流体对阀芯产生的用于克服调节机构中流动流体对阀芯产生的作用力或作用力矩，以及摩擦力等其他各种阻力作用力或作用力矩，以及摩擦力等其他各种阻力位移位移(l或或)用于带动调节机构阀芯动作

7、用于带动调节机构阀芯动作 气动执行机构气动执行机构 电动执行机构电动执行机构 气动执行机构主要分为两大类：薄膜式与活塞式气动执行机构主要分为两大类：薄膜式与活塞式薄膜式与活塞式执行机构又可分为：有弹簧和无弹簧薄膜式与活塞式执行机构又可分为：有弹簧和无弹簧两种两种 气源气源 P PO O气源气源P PO O基本部件：活塞和气缸基本部件：活塞和气缸活塞在气缸内随活塞两侧压差而活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动移动两侧可以分别输入一个固定信号两侧可以分别输入一个固定信号和一个变动信号，或两侧都输入和一个变动信号，或两侧都输入变动信号。变动信号。P1P2 调节机构是执行器的调节部分，在执行机构的输调节机

8、构是执行器的调节部分，在执行机构的输出力和输出位移作用下，调节机构阀芯的运动，改变出力和输出位移作用下，调节机构阀芯的运动，改变了阀芯与阀座之间的流通截面积，即改变了调节阀的了阀芯与阀座之间的流通截面积，即改变了调节阀的阻力系数，使被控介质流体的流量发生相应变化。阻力系数，使被控介质流体的流量发生相应变化。1 1执行机构执行机构2阀杆阀杆3阀芯阀芯4阀座阀座5阀体阀体6转轴转轴7阀板阀板 主要构成：阀体、阀座、阀芯、和阀杆或转轴主要构成：阀体、阀座、阀芯、和阀杆或转轴1.1.阀体内只有一个阀芯和一阀体内只有一个阀芯和一个阀座个阀座2.2.结构简单、泄漏量小（甚结构简单、泄漏量小（甚至可以完全切

9、断）至可以完全切断）3.3.允许压差小允许压差小（双导向结构（双导向结构的允许压差较单导向结构的允许压差较单导向结构大）大） 它适用于要求泄漏量小，它适用于要求泄漏量小，适于小口径、适于小口径、工作压差工作压差较小的干净介质的场合。较小的干净介质的场合。在应用中应特别注意其在应用中应特别注意其允许压差，防止阀门关允许压差，防止阀门关不死不死 1.1.阀体内有两个阀芯和阀座，阀体内有两个阀芯和阀座，因为流体对上、下两阀芯因为流体对上、下两阀芯上的作用力可以相互抵消，上的作用力可以相互抵消，因此双座阀具有允许压差因此双座阀具有允许压差大大2.2.上、下两阀芯不易同时关上、下两阀芯不易同时关闭，因此

10、泄漏量较大的特闭，因此泄漏量较大的特点。点。 它适用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高的干净介它适用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高的干净介质场合，不适用于高粘度和含纤维的场合质场合，不适用于高粘度和含纤维的场合 1.1.阀体为直角形阀体为直角形2.2.流路简单、阻力小，适用于高流路简单、阻力小，适用于高压差、高粘度、含有悬浮物和压差、高粘度、含有悬浮物和颗粒状物质的调节。颗粒状物质的调节。3.3.角形阀一般使用于底进侧出，角形阀一般使用于底进侧出，此时调节阀稳定性好，此时调节阀稳定性好，4.4.在高压差场合下，为了延长阀在高压差场合下，为了延长阀芯使用寿命，也可采用侧进底芯使用寿命，也可采用侧

11、进底出。但侧进底出在小开度时易出。但侧进底出在小开度时易发生振荡。发生振荡。5.5.角形阀还适用于工艺管道直角角形阀还适用于工艺管道直角形配管的场合。形配管的场合。 1.1.阀体有三个接管口，适用于三阀体有三个接管口，适用于三个方向流体的管路控制系统，个方向流体的管路控制系统，大多用于热交换器的温度调节、大多用于热交换器的温度调节、配比调节和旁路调节配比调节和旁路调节2.2.在使用中应注意流体温差不宜在使用中应注意流体温差不宜过大，通常小于是过大，通常小于是150150，否则，否则会使三通阀产生较大应力而引会使三通阀产生较大应力而引起变形，造成连接处泄漏或损起变形，造成连接处泄漏或损坏。坏。3

12、.3.三通阀有三通合流阀和三通分三通阀有三通合流阀和三通分流阀两种类型流阀两种类型1.1.蝶阀蝶阀是通过挡板以转轴为中心是通过挡板以转轴为中心旋转来控制流体的流量。旋转来控制流体的流量。2.2.结构紧凑、体积小、成本低，结构紧凑、体积小、成本低，流通能力大流通能力大3.3.特别适用于低压差、大口径、特别适用于低压差、大口径、大流量的气体形或带有悬浮物大流量的气体形或带有悬浮物流体的场合流体的场合4.4.泄漏较大泄漏较大5.5.蝶阀通常工作转角应小于蝶阀通常工作转角应小于7070，此时流量特性与等百分比特性此时流量特性与等百分比特性相似相似6.6.多用于开关阀多用于开关阀1.1.套筒阀的套筒阀的

13、结构比较特殊，阀体结构比较特殊，阀体与一般的直通单座阀相似，但与一般的直通单座阀相似，但阀内有一个圆柱形套筒，又称阀内有一个圆柱形套筒，又称笼子，利用套筒导向，阀芯可笼子，利用套筒导向，阀芯可在套筒中上下移动。在套筒中上下移动。2.2.套筒上开有一定形状的窗口套筒上开有一定形状的窗口（节流孔），（节流孔），套筒套筒移动时，就移动时，就改变了节流孔的面积，从而实改变了节流孔的面积，从而实现流量调节现流量调节3 3、套筒阀分为单密封和双密封两、套筒阀分为单密封和双密封两种结构，前者类似于直通单座种结构，前者类似于直通单座阀，适用于单座阀的场合；后阀，适用于单座阀的场合；后者类似于直通双座阀，适用于

14、者类似于直通双座阀，适用于双座阀的场合。双座阀的场合。4 4、套筒阀具有稳定性好、拆装维、套筒阀具有稳定性好、拆装维修方便等优点，因而得到广泛修方便等优点，因而得到广泛应用，但其价格比较贵。应用，但其价格比较贵。转轴带动阀芯偏心旋转转轴带动阀芯偏心旋转体积小，重量轻，使用体积小，重量轻，使用可靠，维修方便，通可靠，维修方便，通用性强，流体阻力小用性强，流体阻力小等优点，适用于粘度等优点，适用于粘度较大的场合，在石灰、较大的场合，在石灰、泥浆等流体中，具有泥浆等流体中，具有较好的使用性能。较好的使用性能。1.1.阀芯为一球体阀芯为一球体2.2.阀芯上开有一个直径和阀芯上开有一个直径和管道直径相等

15、的通孔，管道直径相等的通孔，转轴带动球体旋转，起转轴带动球体旋转，起调节和切断作用。调节和切断作用。3.3.该阀结构简单，维修方该阀结构简单，维修方便，密封可靠，流通能便，密封可靠，流通能力大力大4.4.流量特性为快开特性，流量特性为快开特性，一般用于位式控制。一般用于位式控制。 1.1.阀芯也为一球体阀芯也为一球体2.2.但球体上开孔为但球体上开孔为V V形口，随着球体的旋转，流通截形口，随着球体的旋转，流通截面积不断发生变化，但流通截面的形状始终保持面积不断发生变化，但流通截面的形状始终保持为三角形。为三角形。3.3.该阀结构简单，维修方便，关闭性能好，流通能该阀结构简单，维修方便，关闭性

16、能好，流通能力大，可调比大力大，可调比大4.4.流量特性近似为等百分比特性，适用于纤维、纸流量特性近似为等百分比特性，适用于纤维、纸浆及含颗粒的介质。浆及含颗粒的介质。 刀闸阀又称刀门闸阀，刀型浆液阀，从八十年代进入我国。在不到二十年的时间里，其使用范围从普通领域扩展到了更为广阔的各行各业。从矿山电厂的选煤、排矸、排渣。发展到了城市的污水处理，从一般的工业管道发展到了食品、卫生、医药等专业管道系统。超薄型的刀闸阀以其体积小、流阻小、重量轻、易安装、易拆卸等优点彻底解决了普通闸阀、平板闸阀、球阀、截止阀、调节阀、蝶阀等类阀门的流阻大、重量大、安装难、占地面积大等的疑难问题。刀闸阀出现后，大量的通

17、用切断类阀门和调节阀门已被之取代。到今天，全球刀闸阀用量最大的是美国和日本。 可调比可调比R R反映调节阀的调节能力的大小反映调节阀的调节能力的大小 定义定义: :调节阀所能调节的最大流量和最小流量之比调节阀所能调节的最大流量和最小流量之比 minmaxQQR 调节阀前后压差的变化，会引起可调比变化调节阀前后压差的变化，会引起可调比变化，将可，将可调比分为理想可调比和实际可调比调比分为理想可调比和实际可调比理想可调比由结构设计决定，通常理想可调比由结构设计决定，通常 R=30 或或 50调节阀流量特性：介质流过调节阀的相对流量与相对调节阀流量特性：介质流过调节阀的相对流量与相对位移（即阀的相对

18、开度）之间的关系位移（即阀的相对开度）之间的关系 )(maxLlfQQ调节阀前后压差的变化，会引起流量变化。流量特性调节阀前后压差的变化，会引起流量变化。流量特性分为理想流量特性和实际流量特性分为理想流量特性和实际流量特性控制阀的固有特性，由阀芯的形状所决定控制阀的固有特性，由阀芯的形状所决定1-1-快开特性快开特性2-2-直线特性直线特性3-3-抛物线特性抛物线特性4-4-等百分比（对数）特性等百分比（对数）特性kLldQQd)()(maxLlRRQQ) 1(11max特点：特点：a.a.放大系数是常数放大系数是常数 调节阀的相对流量与相对位移成直线关系，即单位位调节阀的相对流量与相对位移成

19、直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是常数移变化所引起的流量变化是常数 LlRR)11 (1b. Q 流量相对变化值流量相对变化值 maxmax)()(QQkLldQQd特点：特点：a. a. Q 放大系数放大系数单位相对位移变化所引起的相对流量变化与此点的相单位相对位移变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系对流量成正比关系b. 流量相对变化值是常数流量相对变化值是常数 (1)maxlLQRQ单位相对位移的变化所引起的相对流量变化与此点的单位相对位移的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系相对流量值的平方根成正比关系 maxmax)()(QQkLldQQd

20、2max) 1(1 1LlRRQQ在开度较小时就有较大的流量，随着开度的增大，流在开度较小时就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快就达到最大；此后再增加开度，流量变化很小量很快就达到最大；此后再增加开度，流量变化很小适用于迅速启闭的位式控适用于迅速启闭的位式控制或程序控制系统制或程序控制系统 上述上述4 4种流量特性中：直种流量特性中：直线和等百分比最常用线和等百分比最常用 执行器的选用是否得当，将直接影响控制系统执行器的选用是否得当，将直接影响控制系统的控制质量、安全性和可靠性的控制质量、安全性和可靠性 执行器的选择，主要是从以下三方面考虑：执行器的选择，主要是从以下三方面考虑：1.1.调

21、节阀的结构形式调节阀的结构形式2.2.调节阀的流量特性调节阀的流量特性3.3.调节阀的口径调节阀的口径比较项目比较项目气动薄膜执行机构气动薄膜执行机构电动执行机构电动执行机构可靠性可靠性高（简单、可靠）高（简单、可靠）较低较低驱动能源驱动能源需另设气源需另设气源简单方便简单方便价格价格低低高高输出力输出力大大小小刚度刚度小小大大防爆防爆好好差差工作环境工作环境大（大（4080）小（小（1055）可以根据实际使用要求，综合考虑确定可以根据实际使用要求，综合考虑确定选择执行机构时，还必须考虑执行机构的选择执行机构时，还必须考虑执行机构的输出力（力矩）应大于它所受到的负荷力（力矩）输出力（力矩）应大

22、于它所受到的负荷力（力矩） 负荷力（力矩）包括流体对阀芯产生的作用力（不平负荷力（力矩）包括流体对阀芯产生的作用力（不平衡力）或作用力矩（不平衡力矩）阀杆的摩擦力、重衡力）或作用力矩（不平衡力矩）阀杆的摩擦力、重量以及压缩弹簧的预紧力量以及压缩弹簧的预紧力 对于气动薄膜执行机构对于气动薄膜执行机构: :工作压差小于最大允许压差工作压差小于最大允许压差但当所用调节阀的口径较大或压差较高时，执行机构但当所用调节阀的口径较大或压差较高时，执行机构要求有要求有更更大的输出力，此时可考虑用大的输出力，此时可考虑用，也可选用也可选用再配上再配上 主要依据是：主要依据是：（1 1） 流体性质流体性质 如流体

23、种类、粘度、腐蚀性、是否如流体种类、粘度、腐蚀性、是否含悬浮颗粒含悬浮颗粒（2 2） 工艺条件工艺条件 如温度、压力、流量、压差、泄漏如温度、压力、流量、压差、泄漏量量（3 3） 过程控制要求过程控制要求 控制系统精度、可调比、噪音控制系统精度、可调比、噪音 根据以上各点进行综合考虑，并参照各种根据以上各点进行综合考虑，并参照各种调节机构的特点及其适用场合，同时兼顾经济调节机构的特点及其适用场合，同时兼顾经济性，来选择满足工艺要求的调节机构性，来选择满足工艺要求的调节机构气开式调节阀气开式调节阀: :有信号压力输入时阀打开，无信号压有信号压力输入时阀打开，无信号压力时阀全关力时阀全关信号压力升高时，阀门的开度增大信号压力升高时，阀门的开度增大气关式调节阀气关式调节阀: :有信号压力时阀关闭，无信号压力时有信号压力时阀关闭，无信号压力时阀全开阀全开信号压力升高时，阀门的开度减小信号压力升高时，阀门的开度减小气开气关的选择考虑原则气开气关的选择考虑原则是：是： 信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全，信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全，如阀门处于打开位置时危害性小，则应选用气关式；如阀门处于打开位置时危害性小，则应选用气关式；反之，则用气开式反之，则用气开式 先按控制系统的特点选择法的希望流量特性先按控制系统的特点选择法的希望流量特性再根据工艺培关情况选择理想特