第3章 执行器

1、本章重点内容3-1 3-1 气动调节阀结构气动调节阀结构3-2 3-2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数3-3 3-3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性3-4 3-4 气动调节阀的选型气动调节阀的选型执行器的作用执行器的作用: :接受控制器送来的接受控制器送来的控制信号控制信号, ,通过对通过对操作变量操作变量的改变，来调节的改变，来调节管道中介质的流量管道中介质的流量( (即改变调节量即改变调节量),),从而实现从而实现生产过程的自动化。生产过程的自动化。调节阀的分类：气动调节阀的分类：气动, 电动和电动和 液动三类。液动三类。 第第3章章 执行器执行器 电动执行器电动执行器

2、气动执行器气动执行器 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构气动调节阀气动调节阀由由执行机构执行机构和和阀阀（也称阀体组件）两部分组成。（也称阀体组件）两部分组成。执行机构执行机构：按控制信号的大小产生：按控制信号的大小产生相应输出力，带动阀杆移动。相应输出力，带动阀杆移动。阀阀：通过改变阀芯与阀座间的：通过改变阀芯与阀座间的节流面积调节流体介质的流量。节流面积调节流体介质的流量。执行机构电气转换器阀体管路系统u(t)pclfqu(t)：控制器输出信号；：控制器输出信号；pc ：调节阀气动控制信号；：调节阀气动控制信号； l：阀杆相对位置；：阀杆相对位置； f ：相对流通面积；：相对流通面积

3、； q ：受调节阀影响的管路相对流量。：受调节阀影响的管路相对流量。 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构气动执行机构有气动执行机构有薄膜式薄膜式、活塞式活塞式、拨叉式拨叉式和和齿轮齿条式齿轮齿条式四种。常见的气动执行机构均为四种。常见的气动执行机构均为薄膜式薄膜式，它结构简单，它结构简单，价廉，输出行程小。价廉，输出行程小。气动薄膜式执行机构作用型式：气动薄膜式执行机构作用型式：正作用正作用: :信号压力增加时，推杆向下移动信号压力增加时，推杆向下移动 (ZMA)(ZMA)反作用反作用: :信号压力增大时，推杆向上移动信号压力增大时，推杆向上移动

4、 (ZMB)(ZMB)执行机构执行机构作用作用：将气压：将气压p-阀杆位移阀杆位移L 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构阀阀( (或称阀体组件或称阀体组件) )是一个局是一个局部阻力可变的节流元件它部阻力可变的节流元件它由由阀体阀体、上阀盖组件上阀盖组件、下阀下阀盖组件盖组件和和阀内件阀内件组成。组成。普通阀包括普通阀包括阀芯阀芯, ,阀座阀座和和阀阀杆杆等等阀的作用阀的作用：阀杆位移：阀杆位移L L-调节流量调节流量Q 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构直通单座控制阀直通单座控制阀。阀体内。阀体内只有一个阀芯和阀座只有一个阀芯和阀座，如，如图所示。其特点是结构简单，泄漏量小，易于

5、保证图所示。其特点是结构简单，泄漏量小，易于保证关闭甚至完全切断。但是在压差较大的时候，流体关闭甚至完全切断。但是在压差较大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不平衡推力会对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不平衡推力会影响阀芯的移动。因此直通单座控制阀一般应用在影响阀芯的移动。因此直通单座控制阀一般应用在小口径、低压差的场合。小口径、低压差的场合。图直通单座控制阀直通双座控制阀直通双座控制阀。阀体内有。阀体内有两个阀芯和阀座两个阀芯和阀座，由，由于流体流过的时候，作用在上、下两个阀芯上的推于流体流过的时候，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反而大小近于相等，可以相互抵消，所以力方向相反而

6、大小近于相等，可以相互抵消，所以不平衡力小。但是由于加工的限制，上、下两个阀不平衡力小。但是由于加工的限制，上、下两个阀芯和阀座不易保证同时密闭，因此泄漏量较大。直芯和阀座不易保证同时密闭，因此泄漏量较大。直通双座控制阀适用于阀两端压差较大、对泄漏量要通双座控制阀适用于阀两端压差较大、对泄漏量要求不高的场合，但由于流路复杂而不适用于高黏度求不高的场合，但由于流路复杂而不适用于高黏度和带有固体颗粒的液体。和带有固体颗粒的液体。图直通双座控制阀 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构角型控制阀角型控制阀。角型控制阀的。角型控制阀的两个接管呈直角形两个接管呈直角形，其他结构与单座阀相类似。角型阀的

7、流向一般其他结构与单座阀相类似。角型阀的流向一般为底进侧出，此时其稳定性较好；在高压差场为底进侧出，此时其稳定性较好；在高压差场合，为了延长阀芯使用寿命而改用合，为了延长阀芯使用寿命而改用侧进底出的侧进底出的流向流向，但容易发生振荡。角型控制阀流路简单，但容易发生振荡。角型控制阀流路简单，阻力较小，不易堵塞，适用于高压差、高黏度、阻力较小，不易堵塞，适用于高压差、高黏度、含有悬浮物和颗粒物质流体的控制。含有悬浮物和颗粒物质流体的控制。图角型控制阀图角型控制阀隔膜控制阀隔膜控制阀。隔膜控制阀采用。隔膜控制阀采用耐腐蚀衬里的阀体耐腐蚀衬里的阀体和和耐腐蚀隔膜代替阀芯阀座组件耐腐蚀隔膜代替阀芯阀座组

8、件，由隔膜位移起控制作，由隔膜位移起控制作用，如图所示。隔膜控制阀结构简单，流路阻力小，用，如图所示。隔膜控制阀结构简单，流路阻力小，流量系数较同口径的其他阀大。由于介质用隔膜与外流量系数较同口径的其他阀大。由于介质用隔膜与外界隔离，故无填料，介质也不会泄漏，所以隔膜控制界隔离，故无填料，介质也不会泄漏，所以隔膜控制阀无泄漏量。隔膜控制阀耐腐蚀性强，适用于强酸、阀无泄漏量。隔膜控制阀耐腐蚀性强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也适用于高黏度及悬浮强碱、强腐蚀性介质的控制，也适用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。颗粒状介质的控制。图隔膜控制阀图隔膜控制阀 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的

9、结构 三通控制阀。三通控制阀。三通控制阀共有三通控制阀共有三个出入口与工艺管道相三个出入口与工艺管道相连接连接。其流通方式有。其流通方式有合流型合流型和和分流型分流型两种，前者是将两种两种，前者是将两种介质混合成一路，后者是将一种介质分为两路，分别如图介质混合成一路，后者是将一种介质分为两路，分别如图（a a）、（）、（b b）所示。三通控制阀可以用来代替两个直通阀，）所示。三通控制阀可以用来代替两个直通阀，适用于配比控制与旁路控制。适用于配比控制与旁路控制。分流分流 合流合流 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构蝶阀蝶阀。蝶阀又名翻板阀，如图所示。蝶阀具有结构简单、。蝶阀又名翻板阀，如图

10、所示。蝶阀具有结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小的优点，但泄漏量大，适用于重量轻、价格便宜、流阻极小的优点，但泄漏量大，适用于大口径、大流量、低压差的场合，也可以用于含少量纤维或大口径、大流量、低压差的场合，也可以用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。悬浮颗粒状介质的控制。 图蝶阀图蝶阀 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构根据根据流体通过调节阀时对阀芯作流体通过调节阀时对阀芯作用方向用方向分为分为流开阀流开阀和和流闭阀流闭阀：介质的流动方向有推动：介质的流动方向有推动阀门打开的趋势，称流开阀门打开的趋势，称流开 ：介质的流动方向有推动介质的流动方向有推动阀门关闭的趋势，则称流闭阀门关闭

11、的趋势，则称流闭. . 流开阀稳定性好流开阀稳定性好, ,有利于调节有利于调节, ,一般多采用流开阀。一般多采用流开阀。 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构正装阀正装阀：阀芯下移，阀芯与阀座间的流通截面积减小；：阀芯下移，阀芯与阀座间的流通截面积减小；反装阀反装阀：阀芯下移，阀芯与阀座间的流通截面积增大。：阀芯下移，阀芯与阀座间的流通截面积增大。(a) (a) 正装阀正装阀 (b) (b) 反装阀反装阀图图3-5 3-5 调节阀的正反装形式调节阀的正反装形式* 气开阀气开阀：信号压力增加，流量增加信号压力增加，流量增加 pc f (“有气则开有气

12、则开”) * 气关阀气关阀：信号压力增加，流量减小：信号压力增加，流量减小 pc f (“有气则关有气则关”) *无气源无气源( pc = 0 )时，气开阀全关，气关阀全开。时，气开阀全关，气关阀全开。 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构(a) 气关阀 (b) 气开阀 (c) 气开阀 (d)气关阀图3-6 调节阀的气开气关形式根据根据执行机构正、反作用形式执行机构正、反作用形式以及以及阀芯的正装、反装阀芯的正装、反装，实现实现气动调节阀气开、气关作用方式气动调节阀气开、气关作用方式可有四种不同的组合。可有四种不同的组合。执行机构执行机构：正作用正

13、作用-控制器输出增加，阀杆下移控制器输出增加，阀杆下移 反作用反作用控制器输出增加，阀杆上移控制器输出增加，阀杆上移阀芯阀芯：正装阀正装阀-阀杆下移时，流通面积减小阀杆下移时，流通面积减小 反装阀反装阀-阀杆下移时，流通面积增大阀杆下移时，流通面积增大“气开气开”与与“气关气关”的选择原则的选择原则基本原则：基本原则：根据根据安全安全生产的要求选择控制阀的气开气关。生产的要求选择控制阀的气开气关。若无气源时，希望阀全关，则应选择气开阀；若无气源时，希望阀全关，则应选择气开阀；若无气源时，希望阀全开，则应选择气关阀。若无气源时，希望阀全开，则应选择气关阀。实际应用：实际应用：当气源中断或电源中断

14、时，当气源中断或电源中断时，进入装置的原料、热源应切断：进入装置的原料、热源应切断：进料阀选进料阀选气开气开切断装置向外输出产品：切断装置向外输出产品：出料阀选出料阀选气开气开精馏塔回流应打开：精馏塔回流应打开：回流阀选回流阀选气关气关 3.1 气动调节阀的结构气动调节阀的结构3.2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数调节阀是一个局部阻力可变的节流元件对于不可压缩的流调节阀是一个局部阻力可变的节流元件对于不可压缩的流体，由能量守恒体，由能量守恒( (伯努利方程伯努利方程) )可知，调节阀上的压力损失为：可知，调节阀上的压力损失为：2122vppwhgg式中，式中， p1 1, , p2 2为调节

15、阀前后压力；为调节阀前后压力； 为流体密度；为流体密度； g为重力为重力加速度；加速度； v v为调节阀阻力系数；为调节阀阻力系数；w为流体平均速度为流体平均速度因为因为QwFQ Q流体体积流量，F F-调节阀流通截面积Q Qp p1 1p p2 2当当12()pp不变时不变时，流量流量Q随随vF而变化而变化由上两式可得调节阀流量方程由上两式可得调节阀流量方程12vKFppQ3.2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数流量系数流量系数: :表示调节阀通流能力的参数。表示调节阀通流能力的参数。它根据它根据流量流量、阀两端的、阀两端的差压差压和流体的和流体的密度密度等确定。是选择等确定。是选择阀门口径

16、阀门口径的参数。的参数。流量系数流量系数C C: :在给定行程下在给定行程下, , 阀两端压差为阀两端压差为0.1Mpa, 0.1Mpa, 水密度为水密度为 1g/cm 1g/cm3 3时时, , 流经调节阀的水的流量流经调节阀的水的流量, , 以以m m3 3/h/h表示表示 ( (体积流量体积流量) )。3.2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数根据根据C的定义，在流量方程中令的定义，在流量方程中令p1-p2=1, =1可得可得vFCK因此，对于其它的阀前后压降和介质密度，则有因此，对于其它的阀前后压降和介质密度，则有12()QCpp12vKFppQ阀全开时的流量系数为调节阀额定流量系数阀全

17、开时的流量系数为调节阀额定流量系数,以以C100表示表示.流量系数计算公式（不讲）流量系数计算公式（不讲）流量系数的计算是选定调节阀口径的最主要的理论依据流量系数的计算是选定调节阀口径的最主要的理论依据 表表3.2列举了液体，气体和蒸汽等常用流体列举了液体，气体和蒸汽等常用流体C值的计算公式值的计算公式注意事项：注意事项： 两套计算公式两套计算公式(国际单位制国际单位制SI和工程单位制和工程单位制MKS)单位有所不同单位有所不同 计算前要做阻塞流判断计算前要做阻塞流判断 计算公式使用于牛顿型不可压缩流体，可压缩流体以及这两种计算公式使用于牛顿型不可压缩流体，可压缩流体以及这两种 流体的均匀混合

18、体流体的均匀混合体 根据要求计算满足要求的根据要求计算满足要求的C值，以此为依据选择适当的调节阀值，以此为依据选择适当的调节阀3.2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数表表3-1 3-1 调节阀流量系数调节阀流量系数C C100100调节阀尺寸的确定过程为：调节阀尺寸的确定过程为：maxQpmaxC根据通过调节阀的最大流量根据通过调节阀的最大流量，流体密度，流体密度，以及调节阀的前后压差，以及调节阀的前后压差先求得最大的流通能力先求得最大的流通能力，然后选取大于，然后选取大于即可依据表即可依据表31确定出确定出Dg和和dg的大小。的大小。 的最低级别的的最低级别的C C 值，值，maxC3.2

19、调节阀的流量系数调节阀的流量系数1. 1. 阻塞流对流量系数阻塞流对流量系数C C的影响的影响阻塞流阻塞流: : 当阀前压力当阀前压力p1 1保持恒定而逐步降低阀后压力保持恒定而逐步降低阀后压力p2 2时时, ,流经调节阀流经调节阀的流量会增加到一个最大极限值的流量会增加到一个最大极限值, , 若再继续降低若再继续降低p2 2，流量也不再增加，流量也不再增加, , 此极限流量称为阻塞流此极限流量称为阻塞流流体体积流量计算公式为：流体体积流量计算公式为：12()10CQpp此时此时, ,调节阀的流量与阀前后压降调节阀的流量与阀前后压降p=p1-p2的关系以不再遵循公式的的关系以不再遵循公式的规律

20、。规律。阻塞流阻塞流, , 此时计算出的流量会此时计算出的流量会大大超过阻塞流大大超过阻塞流Q Qmaxmax, , 因此在计算因此在计算C C值时首先要确定调节阀是否处于值时首先要确定调节阀是否处于阻塞流情况阻塞流情况P1恒定时Q与p的关系时时, , 就会出现就会出现crp当压降大于当压降大于3.2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数 气体的阻塞流条件：气体的阻塞流条件：压差比压差比x= p/p1 xTFk xT-空气在某一调节阀时的临空气在某一调节阀时的临界压差比界压差比, ,决定于调节阀结构决定于调节阀结构( (表表3.3)3.3)Fk-比热比系数比热比系数, ,气体与空气的气体与空气的绝

21、热指数之比绝热指数之比, Fk=k/kair (kair=1.4) 液体液体( (不可压缩流体不可压缩流体) )的阻的阻塞流塞流调节阀内流体压力梯度图p1p23.2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数p p1 1-调节阀进入端压强调节阀进入端压强, , p pc c-介质临界压力介质临界压力p pv v-入口温度下流体介质饱和蒸汽压入口温度下流体介质饱和蒸汽压F FF F-液体临界压力比系数液体临界压力比系数F FL L-压力恢复系数压力恢复系数0.960.28FvcFpp产生的条件：产生的条件：2121()LFvpppFpF p 121()()LcrvcrcrvcrFpppppp对于一个给定的

22、调节阀对于一个给定的调节阀,F,FL L为一个固定常数为一个固定常数, ,它只与阀结构它只与阀结构, ,流路形式有关流路形式有关, ,与阀口径大小无关与阀口径大小无关. . 查表查表4.34.3可得到可得到. .流量流量( (液体液体) )系数系数C C的计算的计算: : 判断是否产生阻塞流，判别条件按上式判断是否产生阻塞流，判别条件按上式 如果未发生阻塞流，则如果未发生阻塞流，则p=pp=p1 1-p-p2 2 发生了阻塞流，则发生了阻塞流，则p pF FL L2 2(p(p1 1-F-FF Fp pv v) ) 按公式计算按公式计算LLCQp(工程单位制工程单位制(MKS)10LLCQp(

23、 (国际单位制国际单位制(SI)(SI)运算时单位运算时单位: :Q QL L-m-m3 3/h/hp-KPap-KPa-g/cm-g/cm3 3运算时单位运算时单位: :Q QL L-m-m3 3/h/hp-Kgf/cmp-Kgf/cm2 2-g/cm-g/cm3 3) ) 产生阻塞流的原理产生阻塞流的原理注意：注意：同一组数据，用两种公式计算的结果是相同的同一组数据，用两种公式计算的结果是相同的如：如： p=1kgf/cm2 表示为国际单位制为表示为国际单位制为 p=10/(0.01)2=100kPa使用国际单位制计算为：使用国际单位制计算为：1010100LLLLLLCQpQQ使用工程单

24、位制计算为：使用工程单位制计算为：1LLLLLLCQpQQ3.2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数气体气体, , 蒸汽等可压缩流体蒸汽等可压缩流体, , 在调节阀内其体积由于压力降低在调节阀内其体积由于压力降低而膨胀而膨胀, , 其密度减小其密度减小. . 利用式利用式4-44-4计算气体的流量系数计算气体的流量系数, , 会引起较大误差会引起较大误差, , 必须对气体的可压缩效应作必要的修必须对气体的可压缩效应作必要的修正可以引入一个膨胀系数正可以引入一个膨胀系数Y Y以修正气体密度的变化以修正气体密度的变化13KTxYF x 此外，在各种压力，温度下实际气体密度与按理想气体状态此外，在各种

25、压力，温度下实际气体密度与按理想气体状态方程求得的理想气体密度存在偏差。为衡量偏差程度大小，方程求得的理想气体密度存在偏差。为衡量偏差程度大小，引入压缩系数引入压缩系数Z Z111pZRT R-气体常数气体常数 1-阀入口处气体密度阀入口处气体密度3.2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数当雷诺数当雷诺数Re2300Re3500时可不做低雷诺数修正可不做低雷诺数修正3.2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数使用上述流量系数计算公式要求管件形状满足的条件使用上述流量系数计算公式要求管件形状满足的条件: :调节阀的公称调节阀的公称直径必须与管道直径相同直径必须与管道直径相同, ,而且管道要保证有一定的

26、直管段而且管道要保证有一定的直管段. .如果调节如果调节阀实际配管状况不满足这些条件阀实际配管状况不满足这些条件, ,特别是在调节阀公称通径小于管道特别是在调节阀公称通径小于管道直径直径, ,阀两端装有渐缩器阀两端装有渐缩器, ,渐扩器或三通等过渡管件情况下渐扩器或三通等过渡管件情况下, ,由于过渡由于过渡管件上的压力损失管件上的压力损失, ,使加在阀两端的阀压降减小使加在阀两端的阀压降减小, ,使阀实际流量系数减使阀实际流量系数减小小. .因此因此, ,必须对未考虑附接管件计算得流量系数进行修正必须对未考虑附接管件计算得流量系数进行修正. .管件形状管件形状修正后的流量系数修正后的流量系数C

27、C为：为：pCCFFp-管件形状修正系数与调节阀上下游阻力系数；管件形状修正系数与调节阀上下游阻力系数； 阀入口，出口处伯努利系数有关阀入口，出口处伯努利系数有关3.2 调节阀的流量系数调节阀的流量系数3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性执行机构阀管道调节阀ulfq调节阀与管道连接方框图调节阀的调节阀的静态特性静态特性：Kv=dq/duu-调节器输出控制信号调节器输出控制信号q-被调介质流过阀门的相对流量被调介质流过阀门的相对流量气开式：气开式：K KV V为为“+” +” ，气关式，气关式K KV V为为“-”-”调节阀的调节阀的动态特性：动态特性： Gv(s)=

28、Kv/(Tvs+1)调节阀的调节阀的结构特性结构特性：阀芯与阀座间：阀芯与阀座间节流面积节流面积与与阀门开度阀门开度间的关系。间的关系。( )flf=F/F100-相对节流面积相对节流面积某一开度下节流面积某一开度下节流面积F与与全开时节流面积全开时节流面积F100之比。之比。 l=L/L100-相对开度相对开度阀在某一开度下行程阀在某一开度下行程L与全开时行程与全开时行程L100之比。之比。3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性取决于阀芯的形状，阀芯形状有调节阀结构特性取决于阀芯的形状，阀芯形状有快开，直线，抛物线和等百分比快开，直线，抛物线和等百分比

29、四种四种1直线直线2等百分比等百分比3快开快开4抛物线抛物线阀芯曲面形状阀芯曲面形状100806040200204060801003.3f 100l 1001243结构特性结构特性3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性1.1.直线结构特性直线结构特性调节阀的节流面积与阀的开度成直线关系，即调节阀的节流面积与阀的开度成直线关系，即dfkdl边界条件：边界条件：L=0时时, F=F0, L=L100, F=F10011(1) fRlR可调比可调比R=F100/F0：调节阀所能调节的最大流量与最小流量之比。调节阀所能调节的最大流量与最小流量之比。阀的直线结构特性图阀的直线结

30、构特性图3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性特点：特点：斜率在全行程范围内是常数斜率在全行程范围内是常数阀芯位移变化量相同时阀芯位移变化量相同时, ,节流面积变化量也相同节流面积变化量也相同直线特性的调节阀在开度变化相同的情况下：直线特性的调节阀在开度变化相同的情况下： 流量小时流量小时，流量的变化值相对较大，调节作用较强，易，流量的变化值相对较大，调节作用较强，易产生超调和引起振荡；产生超调和引起振荡； 流量大时流量大时，流量变化值相对较小，调节作用进行缓慢，流量变化值相对较小，调节作用进行缓慢，不够灵敏。不够灵敏。3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结

31、构特性和流量特性3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性13. 030/1%10)30/11 (%10lf 当 时相对节流面积的相对变化量为%10l%74%10013. 00967. 0%10013. 013. 02267. 0%10%10%20lllfff 当 时相对节流面积的相对变化量为%50l5167. 0%50lf%19%1005167. 00967. 0%50%50%60lllfff 当 时相对节流面积的相对变化量为%80l8067. 0%80lf%12%1008067. 00967. 0%80%80%90lllfff3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调

32、节阀结构特性和流量特性由此可见，对于同样大的阀芯位移，由此可见，对于同样大的阀芯位移，小开度时的相对节流面小开度时的相对节流面积的相对变化量大，这时灵敏度过高，控制作用过强积的相对变化量大，这时灵敏度过高，控制作用过强，容易，容易产生振荡，对控制不利；产生振荡，对控制不利；大开度时的相对节流面积的相对变大开度时的相对节流面积的相对变化小，这时灵敏度又太小，控制缓慢，削弱了控制作用化小，这时灵敏度又太小，控制缓慢，削弱了控制作用。因。因此这种结构特性的缺点是它在小开度时调节灵敏度过高，而此这种结构特性的缺点是它在小开度时调节灵敏度过高，而在大开度时调节又不够灵敏。当线性结构特性阀工作在小开在大开

33、度时调节又不够灵敏。当线性结构特性阀工作在小开度或大开度的情况下，控制性能都较差，不宜在负荷变化大度或大开度的情况下，控制性能都较差，不宜在负荷变化大的场合使用。的场合使用。 在任意开度下，单位行程变化所引起的节流面积在任意开度下，单位行程变化所引起的节流面积 变化都与该节流面积本身成正比关系变化都与该节流面积本身成正比关系dfkfdl在边界条件为在边界条件为:l=0时, f=F0/F100=1/Rl=1时,f=1(1)lfR阀的等百分比结构特性图阀的等百分比结构特性图3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性曲线的放大系数是随开度的增大而递增的曲线的放大系数是随开度的增

34、大而递增的. 在同样的开度变化值下：在同样的开度变化值下：流量小时流量小时（小开度时）流量的变化也小（调节阀（小开度时）流量的变化也小（调节阀的放大系数小），调节平稳缓和的放大系数小），调节平稳缓和. 流量大时流量大时（大开度时）流量的变化也大（调节（大开度时）流量的变化也大（调节阀的放大系数大），调节灵敏有效阀的放大系数大），调节灵敏有效. 无论是小开度还是大开度，相对流量的变化率无论是小开度还是大开度，相对流量的变化率都是相等的，流量变化的百分比是相同的都是相等的，流量变化的百分比是相同的.等百分比结构特点等百分比结构特点: 3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性

35、3.3.快开结构特性快开结构特性阀在开度很小时，就已经将流量放大，随着开度的增加，阀在开度很小时，就已经将流量放大，随着开度的增加，流量很快就达到最大（饱和）值，以后再增加开度，流量流量很快就达到最大（饱和）值，以后再增加开度，流量几乎没有变化。几乎没有变化。 这种流量特性适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。这种流量特性适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。灵敏度最差，很少用作调节阀灵敏度最差，很少用作调节阀阀的快开结构特性图阀的快开结构特性图211 (1)(1)flR 特性方程为：特性方程为： 3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性4.4.抛物线结构特性抛物线结构

36、特性阀的节流面积与开度成抛物线关系特性方程为：阀的节流面积与开度成抛物线关系特性方程为：211(1) fRlR特性与等百分比特性接近特性与等百分比特性接近3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性调节阀的调节阀的流量特性：流量特性：流过阀门的流过阀门的流量流量与阀门与阀门开度开度之间的关系之间的关系( )qf lq=Q/Q100, 为相对流量为相对流量vKFpQ调节阀制成后调节阀制成后, , 其其结构特性结构特性就确定不变就确定不变. . 流过调节阀的流量流过调节阀的流量的决定因素有的决定因素有: : 阀的阀的开度开度 阀前后的阀前后的压差压差 所在的整个管路系统的所在的

37、整个管路系统的工作情况工作情况执行机构阀管道调节阀ulfq调节阀与管道连接方框图3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性1. 理想流量特性理想流量特性理想流量特性：理想流量特性：在调节阀前后在调节阀前后压差固定压差固定( (p=p=常数常数) )情况下得到的流量特性。情况下得到的流量特性。100CCf（C C100100-额定流量系数）额定流量系数）100100CFfCF10vFCK通过调节阀的流量为通过调节阀的流量为1000.10.1ppQCCf当调节阀全开时当调节阀全开时f=1,Q=Q100,则则1001000.1pQC100100QCqfQC阀的结构特性就是理想流

38、量特性阀的结构特性就是理想流量特性. . 3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性工作流量特性：工作流量特性：调节阀在调节阀在实际使用条件下实际使用条件下，其流量，其流量q与开度与开度l之间的关系。此时阀压降不是常数。之间的关系。此时阀压降不是常数。ppep调节阀与管道串联工作调节阀与管道串联工作当总压降当总压降p p一定时一定时, ,随着阀开度的增大随着阀开度的增大, ,管道流量管道流量Q Q增大增大, ,阀阀上压降上压降p p将逐渐减小将逐渐减小. . 这样这样, , 在相同开度下在相同开度下, , 工作流量比阀工作流量比阀上压降保持不变的理想情况小上压降保持不变的

39、理想情况小. .Q0ppppe串联管系压降变化串联管系压降变化3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性pSepp3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性2221000.01pQCfV220.01eepQCV阀阻比阀阻比 S100：调节阀全开时的两端压降与系统总压降之比：调节阀全开时的两端压降与系统总压降之比,即即100100100100eppSpppSS100222eeCppCfVVepppVVV221002(1)eCppfCVV调节阀全开时，调节阀全开时，f=1,其上压差为：其上压差为：221001002(1)eCppfCVV210022100

40、eeCSCC阀组比可表示为：阀组比可表示为：pSepp3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性 1) 11/(12100100fSfQQq21001(1)1ppfSVV这样就得到调节阀上的压降、相对节流面积与阀组比的关系：这样就得到调节阀上的压降、相对节流面积与阀组比的关系：线性阀的特性变异线性阀的特性变异100806040200204060801003.3q 100l 100S100= 10.750.500.20对数阀的特性变异对数阀的特性变异100806040200204060801003.3q 100l 100S100= 10.800.500.20串联管道的工作流

41、量特性串联管道的工作流量特性 3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性当管道阻力损失为零时当管道阻力损失为零时S100=1，系统的总压降全，系统的总压降全部落在调节阀上，则实际部落在调节阀上，则实际工作流量特性与理想特工作流量特性与理想特性一致；性一致；随着管道阻力损失所占比重增加，随着管道阻力损失所占比重增加，S100 值将减小，值将减小，调节阀全开时的流量相应比管道阻力损失为零时调节阀全开时的流量相应比管道阻力损失为零时减少，因而减少，因而实际可调比也减小实际可调比也减小随着随着S100值减小，流量特性曲线发生畸变，值减小，流量特性曲线发生畸变，直线直线特性趋向于快

42、开特性，对数特性趋向于直线特性。特性趋向于快开特性，对数特性趋向于直线特性。 实际使用中，为了避免调节阀工作特性的畸变，实际使用中，为了避免调节阀工作特性的畸变，一般希望一般希望S100值不低于值不低于0.30.5。 总结：总结：3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性(2) 并联管系调节阀的工作流量特性并联管系调节阀的工作流量特性 pQQeQ调节阀与管道并联工作调节阀与管道并联工作调节阀和管道并联时调节阀和管道并联时1000.10.1eeQQQCfpCpS调节阀全开时，管路总流量最大，有调节阀全开时，管路总流量最大，有max1001000.1()eeQQQCCpS则此

43、时相对流量为则此时相对流量为100100100max100100100(1)eeeeCfCCCQqfQCCCCCCSS100100(1)qSfS阀全开流量比阀全开流量比100100100max100eQCSQCCS3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性可以看出：可以看出： 当当S S100100=1=1时时, , q= =f, , 旁路关闭旁路关闭, , 实际工作特性与理想实际工作特性与理想特性一致；特性一致； 旁路阀逐渐开启，旁路流量增加，则旁路阀逐渐开启，旁路流量增加，则S S100100值减小，可值减小，可调比下降；调比下降； 实际使用时一般要求实际使用时一般要

44、求S S1001000.80.8, , 使旁路流量只占管使旁路流量只占管道总流量的很小部分道总流量的很小部分, ,百分之十几百分之十几3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性调节阀的理想可调比调节阀的理想可调比R Ro o为在阀压降恒定的情况下，它所能为在阀压降恒定的情况下，它所能控制的最大流量控制的最大流量Q Q100100与最小流量与最小流量Q Q0 0的比值。的比值。100o0QRQ(1) 理想可调比理想可调比式中，式中，Q0是指阀压降在恒定的情况下可控制流量的下限值，是指阀压降在恒定的情况下可控制流量的下限值，通常是通常是Q100的的24。它不同于阀的泄流量。泄

45、流量则是由。它不同于阀的泄流量。泄流量则是由于阀不能真正关死造成的，一般为于阀不能真正关死造成的，一般为Q100的的0.010.1，难以，难以控制。控制。 3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性(1) 理想可调比理想可调比在调节阀压降恒定情况下，有：在调节阀压降恒定情况下，有：100100100o0000.1=0.1CPQCRQCCPVV式中，式中，C0为阀全关时的流量系数；为阀全关时的流量系数；C100为阀全开时的流量系数。为阀全开时的流量系数。由由C=C100f知知，C0=C100 fo=C100 (F0F100)，代入上式中，有：，代入上式中，有： RFFR01

46、000从使用的角度来看，理想可调比越大越好。但由于最小节流面积从使用的角度来看，理想可调比越大越好。但由于最小节流面积F0受阀芯受阀芯结构设计和加工的限制，不可能做得太小。结构设计和加工的限制，不可能做得太小。3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性串联管系的可调比串联管系的可调比(2) 实际可调比实际可调比在实际使用中，调节阀前后的在实际使用中，调节阀前后的压降压降是随是随管道阻力的变化管道阻力的变化而变化的。此时，调节阀实际控制的最大和最小流量之而变化的。此时，调节阀实际控制的最大和最小流量之比称为比称为实际可调比实际可调比。串联管系中管道阻力的存在会使调节阀的可调

47、比变小。在串联管系中串联管系中管道阻力的存在会使调节阀的可调比变小。在串联管系中(S(S100100l)l)，调节阀的实际可调比为：，调节阀的实际可调比为：0100rrsQQR 根据流量系数的定义可得根据流量系数的定义可得: :01000100ppCCRs3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性(2) 实际可调比实际可调比100soRRS3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性并联管系的可调比并联管系的可调比max0100(1)opeooQRRQQRRSS图3-20 并联管系中调节阀的实际可调比与S100之间的关系当当S100减小时减小时, Rp

48、急剧减小急剧减小因此打开旁路，调节阀的控因此打开旁路，调节阀的控制效果很差。实际使用时，制效果很差。实际使用时，一般要求一般要求S100 08。也就。也就是说，旁路流量只占管道总是说，旁路流量只占管道总流量的百分之十几。流量的百分之十几。3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性表表3-4 串、并联管系中调节阀工作情况比较串、并联管系中调节阀工作情况比较 3.3 3.3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性在选型中在选型中, , 应考虑以下几点：应考虑以下几点：(1) (1) 选择调节阀的结构形式和材质选择调节阀的结构形式和材质(2) (2) 选择流量特性选择

49、流量特性(3) (3) 选择阀门口径选择阀门口径|调节阀结构形式的选择调节阀结构形式的选择(1) (1) 工艺介质的种类，腐蚀性和粘性工艺介质的种类，腐蚀性和粘性( (管道耐腐蚀管道耐腐蚀) )(2) (2) 流体介质的温度，压力，比重（能经受介质的温度）流体介质的温度，压力，比重（能经受介质的温度）(3) (3) 流经阀的最大，最小流量正常流量及正常流量时阀流经阀的最大，最小流量正常流量及正常流量时阀上的压降上的压降在选用时要注意：在选用时要注意：一般优先选用直通单，双座调节阀。一般优先选用直通单，双座调节阀。3.4 3.4 气动调节阀的选型气动调节阀的选型角形角形分流分流 合流合流3.4

50、3.4 气动调节阀的选型气动调节阀的选型碟阀碟阀3.4 3.4 气动调节阀的选型气动调节阀的选型结构形式特点及使用场合应用注意事项直通单座阀泄漏量小阀前后压差小直通双座阀流量系数及允许压差比同口径的单座阀大，适用于允许有较大泄漏量的场合耐压较低角型阀适用于高压差、高黏度、含悬浮物或颗粒状物质的场合输入与输出管道成直角形安装隔膜阀适用于强腐蚀性、高黏度或含悬浮颗粒及纤维的流体。在允许压差范围内可作切断阀用耐压、耐温较低，适用于对流量特性要求不严的场合（近似快开）三通阀在两管道压差和温差不大的情况下能很好地代替两个二通阀，并可作简单配比控制两流体的温差小于150 蝶阀适用于大口径、大流量、浓稠浆液

51、及悬浮颗粒且允许有较大泄漏量的场合流体对阀体的不平衡力矩大，一般蝶阀允许压差小结构形式特点及使用场合应用注意事项小流量阀适用于小流量和要求泄漏量小的场合多级高压阀基本上可以解决以往控制阀在控制高压介质时寿命短的问题必须选配定位器高压阀（角形）结构较多级高压阀简单，适用于高静压、大压差、有气蚀、空化的场合流体对阀体的不平衡力较大，必须选配定位器超高压阀公称压力为350 MPa价格贵套筒阀适用阀前后压差大和液体出现闪蒸或空化的场合，稳定性好，噪音低，可取代大部分直通单、双座阀不适用于含颗粒介质的场合阀体分离阀阀体可拆为上、下两部分，便于清洗。阀芯、阀体可采用耐腐蚀衬压件加工、装配要求较高偏心旋转阀

52、流路阻力小，流量系数大，可调比大，适用于大压差、严密封的场合和黏度大及有颗粒介质的场合。很多场合可取代直通单、双座阀由于阀体是无法兰的，一般只能用于耐压小于6.4 MPa的场合球阀（O形、V形）流路阻力小，流量系数大，密封好，可调范围大，适用于高黏度，含纤维、固体颗粒和污秽流体的场合价格较贵，O形球阀一般做二位控制用。V形球阀做连续控制用低噪音阀可比一般阀降低噪音1030 dB，适用于液体产生闪蒸、空化和气体在缩流面处流速超过音速且预估噪声超过95 dB的场合流量系数为一般阀的 ，较昂贵 低S值阀在低S值时有良好的控制性能可调比R10二位式二（三）通切断阀几乎无泄漏仅做位式控制用卫生阀流路简单

53、，无缝隙，无死角积存物料，适用于啤酒、番茄酱及制药、日化工业耐压低3121选用原则：选用原则：主要从生产的主要从生产的安全安全出发出发. . 当仪表供气系统故障或控制信号中断当仪表供气系统故障或控制信号中断, ,调节阀阀芯应处于使调节阀阀芯应处于使生产装置安全的状态生产装置安全的状态. .如如: :进入工艺设备的流体易燃易爆进入工艺设备的流体易燃易爆, , 为防止爆炸为防止爆炸, , 调节阀应选气开式调节阀应选气开式. .如果流体易结晶如果流体易结晶, , 调节阀调节阀应选气关式应选气关式, ,以防堵塞以防堵塞确定方法确定方法: :假设出现故障假设出现故障, ,使气压为使气压为0,0,此时阀应

54、该保证系统此时阀应该保证系统 的安全的安全国产调节阀流量特性有直线，等百分比和快开三种主要国产调节阀流量特性有直线，等百分比和快开三种主要使用使用直线和等百分比直线和等百分比两种两种工程设计上主要采用经验准则，从工程设计上主要采用经验准则，从控制系统特性，负荷变控制系统特性，负荷变化和化和S S值大小值大小三个方面综合考虑，选择调节阀流量特性。三个方面综合考虑，选择调节阀流量特性。1. 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线性控制回路的总增益，在控制系统整个操作范围内应线性控制回路的总增益，在控制系统整个操作范围内应保持不变保持不变Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R

55、(s)Y(s)控制系统中：控制系统中：测量变送器的转换系数和调节器的增益是常数测量变送器的转换系数和调节器的增益是常数被控对象增益随操作条件，负荷大小而变化被控对象增益随操作条件，负荷大小而变化通过选择适当的调节阀特性，对被控对象非线性特通过选择适当的调节阀特性，对被控对象非线性特 性进行补偿，使控制系统总增益恒定或近似不变性进行补偿，使控制系统总增益恒定或近似不变2. 从配管状况从配管状况(S100)考虑考虑S100=10.6: 调节阀理想流量特性与希望的工作流量特性基本一致调节阀理想流量特性与希望的工作流量特性基本一致S100=0.60.3: 理想流量特性为等百分比理想流量特性为等百分比工作流量特性直线特性工作流量特性直线特性S1000.3: 不适合使用不适合使用特性特性0.75nnpSpS0.75nnpSpS对于被控对象特性不清楚的情况，参考下表原则对于被控对象特性不清楚的情况，参考下表原则p pn n-正常流量时的阀压降正常流量时的阀压降p-p-管道系统总压降管道系统总压降S Sn n-正常阀阻比正常阀阻比调节阀口径选定的具体步骤：调节阀口径选定的具体步骤：1) 1) 确定主要计算数据确定主要计算数据Q Qn n-正常流量，额定工况