过程控制第四章 阀门课件

1、第四章第四章 调节阀调节阀4-1 气动调节阀结构气动调节阀结构4-2 4-2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数4-3 4-3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性4-44-4 气动调节阀选型气动调节阀选型4-1 气动调节阀结构气动调节阀结构阀门定位器阀门定位器气动薄膜调节阀实物图气动薄膜调节阀实物图执行机构执行机构阀阀自动调节阀自动调节阀执行机构阀体气动（能在易燃易爆环境中工作）电动（能源取用方便，信号传递迅速）液动（推力大）（直通单座阀、直通双座阀、角阀、隔膜阀、蝶阀等）阀门定位器阀门定位器气动薄膜调节阀结构简图气动薄膜调节阀结构简图执行机构执行机构阀阀公称直径公称直径Dg阀座直

2、径阀座直径dg2）阀：阀：1）执行机构：将气压）执行机构：将气压1. .各部分的作用各部分的作用l阀杆位阀杆位移移p阀杆位移阀杆位移 调节流量调节流量Ql3）阀门定位器：阀门定位器：FiFfu = k1*pib = k2*ll = K*(u-b)(1+K)*l =K*k1*pi 由于K1l k1*piu = k1*pib = k2*ll = K*(u-b)+F(1+K)*l =K*k1*pi +F由于K1l k1*pi2）阀：阀：1）执行机构：将气压）执行机构：将气压1. .各部分的作用各部分的作用l阀杆位阀杆位移移p阀杆位移阀杆位移 调节流量调节流量Ql3）阀门定位器：提高控制系统精度阀门定

3、位器：提高控制系统精度u = k1*pib = f(l)l = K*(u-b)l+K*f(l) =K*k1*pi 由于K1f(l) k1*piu = k1*pib = k2*ll = K*(u-b)(1+K)*l =K*k1*pi 由于K1l k1*pi2. .执行器及阀门配合类型执行器及阀门配合类型4-2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数 流量系数是表示调节阀通流能力的参数。它根据流量、流量系数是表示调节阀通流能力的参数。它根据流量、阀两端的差压和流体的重度等确定。是选择阀门口径阀两端的差压和流体的重度等确定。是选择阀门口径的参数的参数 1. .流量系数流量系数C的定义及其物理意义的定义及其

4、物理意义 我国规定的调节阀流量系数我国规定的调节阀流量系数C为：在给定行程下，为：在给定行程下，阀两端压差为阀两端压差为0.1Mpa，水密度为，水密度为1g/cm3时，流经调时，流经调节阀的水的流量，以节阀的水的流量，以m3/h表示。阀全开时的流量系表示。阀全开时的流量系数为调节阀额定流量系数，以数为调节阀额定流量系数，以C100表示。它作为阀的表示。它作为阀的基本参数由制造厂家提供用户。基本参数由制造厂家提供用户。 公称直径/mm19.152025阀座直径/mm3456781012152025额定流量系数单座阀0.080.120.200.320.500.081.22.03.25.08双座阀1

5、0公称直径/mm3240506580100125150200250300阀座直径/mm3240506580100125150200250300额定流量系数单座阀1220325680120200280450双座阀1625406310016025040063010001600不可压缩流体的流量系数不可压缩流体的流量系数1121pp压力损失：压力损失：Qp1p2F:阀通流截面积阀通流截面积 : :阀阻力系数阀阻力系数：流体密度：流体密度 g: g:重力加速度重力加速度根据定义，当根据定义，当时时伯努利方程：伯努利方程：gvgvgpgvgp2222222222111不可压缩流体：不可压缩流体：设流体平

6、均速度：设流体平均速度：vvv2121gvgpp2221FQv FQvpp21221ppAFQAFCQ阻力系数阻力系数流量系数取决于流通流量系数取决于流通面积和阻力系数面积和阻力系数12() /QCpp21ppCQ已知压差、介质密度、和流量系数，可求得流量已知压差、介质密度、和流量系数，可求得流量已知压差、介质密度、和流量，可求得流量系数已知压差、介质密度、和流量，可求得流量系数同类结构的调节阀在相同的开度下具有相近的同类结构的调节阀在相同的开度下具有相近的阻力系数，口径越大流量系数也随之增大。阻力系数，口径越大流量系数也随之增大。而口径相同，类型不同的调节阀，阻力系数不而口径相同，类型不同的

7、调节阀，阻力系数不同，因而流量系数就各不一样同，因而流量系数就各不一样2. .流量系数计算公式流量系数计算公式 当流体不满足约定条件时，调节阀的流量系数就当流体不满足约定条件时，调节阀的流量系数就不能完全按照上述公式计算，可以考虑在原公式的不能完全按照上述公式计算，可以考虑在原公式的基础上进行修正。基础上进行修正。1）阻塞流对流量系数计算的影响。）阻塞流对流量系数计算的影响。气体的阻塞流气体的阻塞流液体的阻塞流液体的阻塞流液体液体 不阻塞不阻塞阻塞阻塞气体气体不阻塞不阻塞阻塞阻塞蒸汽蒸汽不阻塞不阻塞阻塞阻塞注：注：C用工程单位。即：压力为用工程单位。即：压力为kgf/cm2，Q为体积流量为体积

8、流量m3/h，W为质量流量为质量流量kg/hFK：比热比系数；：比热比系数； x：压差比；：压差比； xT：临界压差比；：临界压差比；FL：压力恢复系数：压力恢复系数;pv：饱和蒸汽：饱和蒸汽压；压；Z：气体压缩系数；：气体压缩系数；Y：膨胀系数；：膨胀系数；k：气体绝热系数；：气体绝热系数；Ws：蒸汽质量流量；：蒸汽质量流量；s：阀入口压力温度下的密度；阀入口压力温度下的密度； T1：阀入口温度；：阀入口温度；)(12vFLpFpFp)/(21ppQCLL)(12vFLpFpFp)(/212pFpFQCFLLLTKxFx xZTYpQCHg11519TKxFxTKxFx ssxpYWC116

9、.31TKxFx sTspkxWC118.17THgkxZTpQC112902）低雷诺系数修正（液体）低雷诺系数修正（液体）RFCC 流量系数是在湍流的状态下测得的，雷诺系数Re是判断流动状态的一个无量纲数。Re3500，流体处于湍流。 Re0.9,因此除了在阻塞流情况下需要进行流量修正外，在非因此除了在阻塞流情况下需要进行流量修正外，在非阻塞流时，只有球阀和蝶阀在阻塞流时，只有球阀和蝶阀在D/d1.5时，才需要修正。时，才需要修正。3）气体流量系数修正（可压缩流体）气体流量系数修正（可压缩流体） 4）管件形状修正）管件形状修正111,31RTpZxFxYTKpFCC 膨胀系数膨胀系数 压缩系

10、数压缩系数1. .调节阀结构特性调节阀结构特性快开阀快开阀直线阀直线阀抛物线阀抛物线阀等百分比阀等百分比阀4-3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性100100( );,FLflflFL结构特性：结构特性： *调节阀全关时，仍然有约调节阀全关时，仍然有约5%的流量，这是为了防的流量，这是为了防止卡瑟；止卡瑟；2 调节阀的流量特性调节阀的流量特性 1）理想流量特性）理想流量特性在调节阀前后差压固定时，有在调节阀前后差压固定时，有 即理想流量特性就是阀门的结构特性即理想流量特性就是阀门的结构特性根据根据( )qflQp1p2AFC 100100AFCfCC100pCQpCQ10010

11、0fCCQQq1001002）工作流量特性）工作流量特性（1） 串联管系调节阀工作流量特性串联管系调节阀工作流量特性100100100100eppSppp 全开阀阻比：全开阀阻比： pep p流流量量特特性性畸畸变变1)11/(12100fSfq流量特性：流量特性：Qppppe（2）并联管系调节阀工作流量特性）并联管系调节阀工作流量特性 pQQeQ阀全开流量比阀全开流量比 ：100100100100MAXeQCSQCC100100(1)MAXQSfSQ流量特性：流量特性：小结小结*在理想情况下，阀门流量特性就是阀门结构特性。在理想情况下，阀门流量特性就是阀门结构特性。*串联在管道中的阀门流量特

12、性串联在管道中的阀门流量特性发生畸变，发生畸变，随随S100减小，减小，调节范围减小，调节性能变差。调节范围减小，调节性能变差。*并联在管道中的阀门流量特性并联在管道中的阀门流量特性发生畸变，发生畸变，随随S100 减小，减小，调节范围减小，调节性能变差。调节范围减小，调节性能变差。*在设计管段时，管道中其他部件引起的差压应尽量小，在设计管段时，管道中其他部件引起的差压应尽量小，这样可使这样可使流量特性流量特性发生畸变较少。发生畸变较少。4-4 气动调节阀选型气动调节阀选型1 . .调节阀结构形式的选择调节阀结构形式的选择2 . .调节阀气开、气关形式的选择调节阀气开、气关形式的选择选用原则：

13、断气后，调节阀所处的位置应保证系统安全选用原则：断气后，调节阀所处的位置应保证系统安全3 . .调节阀流量特性的选择调节阀流量特性的选择 1）从改善控制系统控制质量考虑）从改善控制系统控制质量考虑 2）从配管状况（）从配管状况（S100值大小）考虑值大小）考虑4.调节阀口径的确定调节阀口径的确定 1）确定主要计算数据）确定主要计算数据 2）求调节阀应具有的流量系数）求调节阀应具有的流量系数CMAX 3）流量系数的圆整）流量系数的圆整 4）选定调节阀口径）选定调节阀口径 5）调节阀相对开度的验算）调节阀相对开度的验算 6）调节阀可调比验算）调节阀可调比验算线性线性PID *实际应用中常采用等百分

14、比阀，因为对象特性往实际应用中常采用等百分比阀，因为对象特性往往是非线性的，即：往是非线性的，即：K(Q Q)电/气转换器Ip电/气阀门定位器I电动调节阀伺服放大器电动机减速器阀位置发生器输入信号010mA阀行程安全栅（防止危险电能从控制信号进入现场仪表的安全保护器） 电阻式 中继放大式 齐纳式 光电式 变压器式电源单元工业交流电调节器安全栅安全栅执行器变送器级别最小引爆电流爆炸气体混合物种类Ai120乙烷、丙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙醇、氨、一氧化碳B70i120乙烯、乙醚、丙稀腈Ci=70氢、乙炔、二硫化碳、水煤气、焦炉煤气齐纳式安全栅 限流电阻（通过信号正常时，阻值为0；电流一旦超出安全范围，阻值骤） 电路没有进入保护状态时，接地不起作用（避