第过程控制技术4章(1)

1、第第 4 章章 执行器执行器4.1 概述概述 执行器是过程控制系统中的实施机构，它接受控制器发出的行动指令，并将其转化为位移或速度，实现对生产流程中过程参数的调节与控制。现在的执行器主要是传统的调节阀（也称控制阀，Control Valve），另一类是由变频器和交流电动机组成的转速调节单元，通过对转速的调节，实现对某些流体流速和流量的控制。 目前使用最多的执行器是调节阀，它由执行机构（Executing Actuator）和调节机构-阀体（Valve Body）两部分组成。执行机构接受控制器输出的控制信号，并将其转化为直线位移或角位移，驱动阀体改变阀芯与阀座之间的开通面积，进而调节介质流过阀体

2、的流量，实现对流经该截面的物料控制。 执行器一般安装在生产现场，并直接与介质接触，工作环境恶劣，通常在高温、高压、高粘度、易燃、易爆、易腐蚀、易结晶或剧毒等恶劣条件下使用。执行器选用或安装如果不当，小则直接影响系统的控制质量，大则引发事故。 根据执行机构使用能源的不同，可分为气动、电动和液压三类执行器，它们的执行机构部分不同，但调节机构部分大体相同。 气动执行器以压缩空气为动力，输入是0.020.1MPa的气压信号。其特点是结构简单、动作平稳、输出推力大、安全防爆、维护方便、价格便宜。它可与气动调节仪表配套使用，也可经电气转换器与电动调节仪表和工业控制计算机配套使用，尤其适用于易燃易爆的生产现

3、场。缺点是动作时间稍长，现场需要气源，并且不宜直接与数字设备连用。 电动执行器以电能作动力，输入信号是 010mA（DDZ-），或者 420mA（DDZ-）直流电流。其优点是：电信号传输快、距离远，动作迅速，可与电动仪表直接配接使用。缺点是：结构复杂、推力小、防燃防爆性差，适用于缺乏气源、防爆要求不高的场合。 液动执行器以液压油为动力，通常为一体式结构，即执行机构与调节机构为统一整体。工作时需要外部的液压系统支持，运行时要配备液压站和输油管路，相对于其它两种执行器来说，一次性投资大，安装工作量多，仅在大动力工作场合才使用。它具有体积大、推力大、传动平稳、响应快等特点。但是在石油、化工等生产过程

4、中很少使用。 现在不妨将气动、电动和液动执行器作一个归纳比较，详见表 4-1。 表表 4-1 三种执行器的比较三种执行器的比较 项目 类型结构体积配管配线推力动作滞后维护可用场合价格频率响应温度影响气动执行器简单中较复杂中大简单防火防爆低窄较小电动执行器复杂小简单小小复杂不防火爆高宽较大液压执行器简单大复杂大小简单注意火花高窄较大 执行器还有其它的划分方法，如：按输出位移形式不同划分的有，转角型执行器，直线型执行器；按动作规律不同划分的有：开关型执行器、积分型执行器和比例型执行器等。 另外，随着调速技术的发展，变频器作为一种新型执行器形式，引起了工程界的高度关注。通过变频器实现交流电动机调速的

5、执行单元，不仅取代了部分调节阀的功能，而且还有显著的节能效果。 在传统调节阀方面，本书采纳按使用能源不同划分执行器的分类法，并主要讨论气动和电动两种执行器，同时，对变频器也予以介绍。 由气压信号控制阀门开度的执行器是气动调节阀,常用的气动薄膜调节阀如图 4-1 所示。它主要由执行机构和调节机构（阀体）组成。根据需要，可以配备辅助装置，如阀门定位器、手轮机构、电气转换器等。其中，阀门定位器的作用是提高阀门开度精准性，手轮机构作用是当自动操作机构有故障时，用手动操控阀门，电气转换器的作用是将控制电信号转换为气动信号实施。 1-上盖 2-膜片 3-弹簧 4-阀杆 5-阀体 6-阀芯 7-阀座 图 4

6、-1 气动薄膜调节阀示意图 4.2 气动调节阀气动调节阀4.2.1 气动调节阀的基本结构气动调节阀的基本结构 气动执行机构见图上部分。当 0.02-0.1Mpa 气压 p 进入薄膜室后，在膜片上产生向下推力，阀杆下移，当弹簧的反作用力与薄膜上产生的推力平衡时，阀杆稳定在某一位置。阀杆的位移带动阀芯下移，改变阀芯与阀座间的流通面积。阀杆位移量与气压大小成正比，可视为一个惯性环节。 气动执行机构主要有薄膜式和活塞式两种。图 4-1 为薄膜式，弹性膜片将输入气压转为推力，其特点是建构简单，运行可靠，维护方便；气动活塞式执行机构由气缸内活塞输出推力，故推力大、行程长，但价格高。 调节阀的正反作用方式:

7、当输入气压信号增加时，推杆向下移动，称该阀为正作用方式。相反，输入气压信号增加时，推杆向上移动，称其为反作用方式。显然,图4-1为正作用方式。工业生产中，口径较大的调节阀一般采用正作用方式。 气动调节机构俗称调节阀、控制阀、阀门，是执行器的实施部分，它是一个局部阻力可改变的节流元件。由阀体、阀座、阀芯、阀杆等组成。在执行机构的力或力矩的主导下，阀芯随阀杆移动，改变了阀芯与阀座相对位置，进而改变了流体介质流通面积，使流量发生变化。由于气动调节阀与电动调节阀在结构形式和功能上是相同的，所以，后面的叙述将不加区分，通称为调节机构，或调节阀。 4.2.2 调节阀的类型调节阀的类型 调节阀通常由上阀盖、

8、下阀盖、阀体、阀座、阀芯阀杆等零部件组成。由于调节阀直接与流体介质接触，且要适应各种不同的使用环境和条件，所以，调节阀在制造材料上、阀体与阀芯结构形状上，以及阀芯运行方式上都有很大的差异，这样就导致了各种不同形式调节阀的产生。它们主要有：直通单座调节阀、直通双座调节阀、三通调节阀、角形调节阀、隔膜调节阀、蝶阀、球阀、偏心旋转阀和套筒型调节阀等。下面来具体看看。 直通单座调节阀:如图 4-2 所示，该调节阀仅有一个阀芯和阀座,执行机构的推力操纵阀芯上下运动,控制流体从左端流入右端。特点是结构简单，泄漏量小，可保证关闭。但压差较大时，流体对阀芯上下作用推理不平衡，从而影响阀芯移动。一般用于小口径、

9、低压差的场合。 图4-2 直通单座阀 图4-3 直通双座阀 直通双座调节阀 直通双座阀为常用阀，阀体有两个阀芯阀座，如图 4-3 所示。流体从左端流入，经上下阀芯后流入右端。特点是不平衡力较小，左右两端可承受较大压差，但泄漏量大。适用于管道两端压差大、对泄漏量要求不高的现场。 三通调节阀 阀体与三段管道相连，如图 4-4。流量的进出方式有：两流量流入，一流量流出；一流量流入，两流量流出。前者称为合流型，后者称为分流型。该类阀主要用于配比控制和旁路调节。 角形调节阀（a）合流型 （b）分流型 图4-4 三通阀 图4-5 角形阀 角形调节阀用于两根管道相交呈直角处的连接，如图4-5所示。一般用于工

10、作现场管道有直角拐弯要求的地方，并且流体具有高压差、高粘度、悬浮物等特点。 隔膜调节阀 它采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜，将流体介质与外界隔离开来，介质不泄露，如图4-6。它具有结构简单、流阻小和流通能力强等特点。适用于化工行业中对强酸、强碱和强腐蚀性流体和高粘度、含悬浮颗粒状介质的调节。当该类阀隔膜直径较大时，往往采用活塞式执行机构，以保证足够的推理。同时，阀的使用温度一般小于150,压力小于1Mpa。 碟阀 图4-6 隔膜阀 a) 外形图 b)示意图 图4-7 蝶阀 蝶阀也称翻板阀，如图 4-7 所示，它由阀体、挡板、挡板轴和轴封等部件构成。它的挡板以绕轴的转动来控制流体流量,转角通常在 0-

11、70之间。它具有结构紧凑、流通能力强、流阻小、泄漏量大等特点。 球阀 球阀如图 4-8 所示，其中的阀芯和阀体呈圆球形，转动阀芯，使它与阀体处于不同相对位置时，阀就具有不同的流通面积，从而实现流量调节。该类阀有 “V” 形阀芯和 “O” 形阀芯之分，见图 4-9。前者的节流元件像字母 “V” 形缺口球形体，适用于高粘度物料；后者节流元件是带圆孔的球形体，多用于位式调节。 图4-8 球阀 图4-9 球阀阀芯开口形式 偏心旋转阀 偏心旋转阀也称凸轮挠曲阀，其扇形球面状阀芯与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转轴上，如图 4-10 所示。挠曲臂在压力作用下可产生挠曲变形，使阀芯球面与阀座密封圈紧密接触，封

12、堵严密。此外，它还体积小、重量轻、安装简便，适用于对高黏度，或含有悬浮物的介质流体调节。 图4-10偏心旋转阀 图4-11 笼式阀 笼式阀 也称套筒形调节阀，其阀体与普通直通单座阀相似，如图 4-11 所示。笼式阀内有一个圆柱形套筒（笼子），套筒壁上有一个或几个不同形状的窗孔，阀芯在套筒内上下移动，改变笼中 节流孔面积，实现流量调节。该阀可调比大、振动小、不平衡力小、套筒互换性好，且不同套筒（窗口形状）有不同流量特性，并且阀内部件受气蚀小、噪音低，特别适合压差大、噪音低的场合，但不宜用于高温、高粘或含有固体颗粒的流体。 还有一些特殊的阀，由于受篇幅限制，不作过多介绍。4.2.3 调节阀的流量特

13、性调节阀的流量特性(Discharge Characteristic/Flow Characteristic) 调节阀的流量特性是指流体流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）之间的关系，即 maxmaxQlfQl其中， 为相对流量，是调节阀在某开度时流量 与全开时的流量 之比； 为相对开度，是调节阀某一开度的阀芯位移 l 与全开时阀芯位移 之比， 为某函数关系。 max/Q QQmaxQmax/l lmaxl( )f 事实上，流经调节阀的流体流量大小不仅与阀门开度有关，而且随着开度和流量的变化，阀门前后的压差也很可能变化。为此，我们将分别考虑：当阀门开度改变时，阀门前后压差不变时的流量

14、特性，以及阀门前后压差变化时的流量特性。 1.调节阀的理想流量特性调节阀的理想流量特性 在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为理想流量特性理想流量特性，也称固有流量特性。很显然，此时的调节阀理想流量特性完全取决于阀芯的形状，不同的阀芯曲面，有不同的流量特性,如图 4-12。这里主要有：直线、等百分比（对数）、抛物线和快开四种形式，如图 4-13。 图4-12 阀芯形状 图4-13 理想流量特性 A直线流量特性（线性流量特性） 调节阀的相对流量与相对开度呈直线关系，即 maxmaxd(/)d( /)Q Qkl l 积分可得maxmaxQlkAQl(4-1) 其中， k 在这里是常数，特性

15、曲线的斜率，为调节阀放大系数， A 为积分常数，可由边界条件定出。假如已知边界条件： 时， ， 时， ，则有 0l minQQmaxllmaxQQminmax1QAQR111kAR ， （4-2） 式中，R 称为调节阀的可调范围（可调范围（Adjustable Rangeability）或可调比（可调比（Adjustable Ratio），即 maxminQRQ其中 为调节阀可调流量的最大值， 为调节阀可调流量的最小值，一般为 的 3% 左右。国产直通单座、直通双座、角形阀等调节阀的可调范围通常为 30，而隔膜阀为 10。 maxQminQmaxQ 将式（4-2）代进式（4-1），有 maxm

16、ax11 (1)QlRQRl 显然，相对流量与相对开度之间呈直线关系，其阀芯形状与流量特性如图 4-12 和 4-13 中的 2 号线。这表明，当可调范围R一定时，若阀芯位移变化量相同，则流量变化量也相同。但是，流量相对变化量（流量变化量与原流量之比）是不同的：小开度时，某开度变化引起的流量相对变化量大；而大开度时，相同开度变化量引发的流量相对变化量小。因此，直线流量特性调节阀在小开度时，可引起流量大幅度变化，但在大开度时，引起流量变化的幅度就小得多，进而导致控制不及时，调节行动迟缓。基于这一点，该调节阀不宜用于负荷变化大的场合。 B. 等百分比流量特性（对数流量特性） 单位相对开度变化引起相

17、对流量变化与该点相对流量成正比关系，用数学表达式可表示为 max1maxmaxd/d/Q QQkl lQ积分，有1maxmaxlnQlKCQl（4-3） 并考虑前边已经考虑过的边界条件，则有 lnCR 1lnKR， 代入式（4-3）并整理，有max(1)maxllQRQ 从表达式看， 与 成对数关系。仔细考察可以发现，在开度处在全程的不同处时，例如 10%、50% 和 80% 等，获得的流量相对变化量是相同的，所以称其为等百分比流量特性。这种特性在小开度时的控制作用和大开度时的控制作用是相同的，这与直线流量特性不同，具体见图 4-13 曲线 4。 max/Q Qmax/l l 例例4-1 已知

18、某调节阀最大流量100 ，可调范围 ，试求： 3m /h30R （1）计算直线流量特性在理想状态下，阀的相对行程 分别为 0.1、0.2、0.8 和 0.9 时的流量值； max/l l （2）计算等百分比流量特性在理想状态下，阀的相对行程 为 0.1、0.2、0.8 和 0.9 时的流量值； max/l l （3）比较以上两种不同理想流量特性的调节阀在小开度与大开度时的流量变化相对值。 解：解：（1）由直线流量特性的相对流量与相对行程的关系 maxmax11(1)QlRQRl可算得： 30.113m / hQ30.2=22.67m /hQ30.880.67m / hQ30.990.33m /

19、 hQ （2）根据等百分比流量特性的相对流量与相对行程的关系 max(1)maxllQRQ算得： 30.14.68m / hQ30.2=6.58m /hQ30.850.65m / hQ30.971.17m / hQ， ， ， （3）对直线流量特性的调节阀，相对行程由 10% 变为 20%，以及由 80% 变为 90% 时，流量变化的相对值分别为 22.6713100%74.4%1390.3380.67100%12%80.67， 对于等百分比流量特性的调节阀，相对行程由 10% 到 20%，以及由 80% 到 90% 时，流量变化的相对值分别为 6.584.68100%40%4.6871.17.

20、5850.65100%40%50.65， 由此可见，对直线流量特性的调节阀，在小开度行程变化 10% 时（10% 20%），流量增加 74.4%；而在大开度行程变化 10% 时（80% 90%），流量增加仅 12%。可见，大开度情况下的流量增加并不多，即控制力较弱。这是直线流量特性调节阀的缺点。 对等百分比特性调节阀，不论是小开度情况下，还是大开度情况下，行程变化 10%，流量相对变化值是相同的。这应该是 “等百分比” 流量特性因此而得名的原因。它的特点是，相同的行程变化值下，小开度时流量变化小，较为平稳；大开度时流量变化大，控制灵敏。 C. 抛物线流量特性 单位相对开度引起相对流量变化与该点

21、相对流量的平方根成正比关系，表达为 maxmaxmaxd/d/Q QQkl lQ积分，并考虑边界条件，有 2maxmax111QlRQRl 由此可见，调节阀的相对开度与相对流量之间为一种抛物线关系，见图 4-13 曲线 3, 它介于直线流量和对数流量特性之间，有时，可用对数流量特性来近似它。 D. 快开流量特性 快开流量特性数学表达式为 1maxmaxmaxd/dQlQkQlQ积分并考虑边界条件，有 122maxmax11 (1)QlRQRl 该特性在小开度时，流量较大，随着行程的增加，流量很快到达最大值，大约到达全行程的1/4时，若再增加行程，开通面积不再增大而失去作用，所以称为快开特性。它

22、比较适合要求快开闭的位式阀，其流量特性见图 4-13 曲线 1。 2. 调节阀的工作流量特性调节阀的工作流量特性 由于调节阀总是要与工艺设备、管道等串联或并联使用的，加上设备和管道内壁阻力等原因引起阀门前后压差的变化，导致流量特性也发生了变化。研究在调节阀前后压差变化情况下，相对流量与阀芯相对开度（位移）的关系就是研究调节阀的工作流量特性。 调节阀的工作流量特性是其理想流量特性在具体环境中的衍变，它一方面与调节阀的结构有关，另一方面还与配管有关。同一调节阀，在不同外部条件下具有不同工作流量特性，呈现工作流量特性的多样性。 （1） 调节阀与管道串联的工作情况 图4-14（a）为调节阀与工艺设备及

23、管道串联的情况，该连接形式在工作实践中是极为普遍的，图中 为系统流体介质总压差， 为调节阀前后流体压差， 为流体在设备和管路中产生的压差，且 。 p1p2p12ppp（a）调节阀与管道串联工作 （b）压力分布及变化 图 4-14 调节阀与管道串联工作及压力变化情况 当流体介质总压差 一定时，随着阀门开度加大，阀门前后的流体压差 将减小，流量 Q 将增加，流体在设备和管道上的压差 将随着流量 Q 的值成平方增大。见图 4-14（b）。因此，在同样的阀芯位移下，通过调节阀芯的实际流量比调节阀前后压差不变时（理想流量情况下）的流量小。为考察调节阀全开时，阀门前后压差大小对流量特性的影响，定义阀阻比1

24、p2p1minpsp其中 为阀门全开时阀门前后流体压差， 为流体介质总压差 。 1minppp 串联管道情况下，因阀阻比不同，调节阀工作流量特性如图 4-15 所示。（a）直线调节阀 （b）等百分比调节阀 图 4-15 串联管道调节阀工作流量特性 由图可见，当 时，管道阻力对流体的阻力损失为零，调节阀前后的流体压差为系统总压差，其工作流量特性与理想流量特性一致。随着 s 的减小，管道阻力损失增加，调节阀前后压差减小，使阀门全开时流量减小，可调范围变窄。另外，流量特性曲线发生畸变，使阀门在大开度时灵敏度下降，小开度时调节不稳定。图 4-15（a）中随着s的减小，流量特性由直线变成曲线，并趋于快开

25、特性，图 4-15（b）中的等百分比流量特性趋于直线流量特性。实际工作中，一般希望 s 大于 0.4。 1s 工程设计中，一般是根据控制系统要求，确定工作流量特性，并根据流量特性的畸变程度确定理想流量特性。 （2） 调节阀与管道并联的工作情况 调节阀除了与管道设备串联工作之外，考虑到可能的手动操作或者维修的需要，往往也与管道设备并联工作，即在调节阀两端并有旁路阀，如图 4-16 所示。 图4-16 调节阀与管道并联的情况 由图有： ，其中 为调节阀流量， 为旁路流量。当并联管道两端的压差 一定时，定义： 12QQQ1Q2Qp1maxmaxQxQ其中， 为阀门全开时的流量， 为总管道最大流量。当

26、 x 在 之间取不同值时，直线调节阀的相对开度与相对流量之间的关系、等百分比调节阀相对开度与相对流量之间的关系曲线如图 4-17(a)（b）。 1maxQmaxQ(1, 0) 从图中可以看出， 时，表示旁路阀关闭，调节阀的工作流量特性与理想流量特性一致。随着旁路阀的逐步打开， x 的值逐步变小，调节阀的可调范围下降，调节能力降低。一般认为旁路流量不应超过总流量的 20%，即 x 不应低于 0.8。 1x （a）直流调节阀 （b）等百分比调节阀 图 4-17 并联管道调节阀工作特性 从前面调节阀分别与管道和其他设备的串并联工作流量特性看，可以归纳为两点： 1) 调节阀与管道的串联或并联，均使调节

27、阀的理想流量特性发生畸变，调节阀的可调范围变窄，并联的情况比串联的情况更严重。 2) 调节阀的调节能力降低。调节阀与管道串联时，系统总流量减少；调节阀与管道并联时，虽然系统总流量增加，但阀对流量的调节能力却被削弱。 4.2.4 调节阀的辅助机构调节阀的辅助机构 1. 电气转换器 在很多工作现场,由于防火防爆的需要,往往选择气动调节阀作为执行器。实际中，控制器的输出一般为标准的电流信号,而选用气动调节阀则需要将标准的电流信号转变为0.020.1MPa的标准气压信号。于是，电-气转换器的作用是将电动控制器的输出电信号变为气动信号，去驱动气动调节阀，此时常用电-气阀门定位器，它具有电-气转换和气动阀

28、门定位器双重作用。此外，电-气转换器也可将电动变送器送来的电信号变为气信号，送到气动控制器或气动显示仪表。 力平衡式电气转换器原理如图 4-18 所示。它由：1-杠杆、2-线圈、3-挡板、4-喷嘴、5-弹簧、6-波纹管、7-支架、8-配重块、9-背压室和10-气动放大器等组成。 电气转换器是按力矩平衡原理工作的。当控制器的输出电流 I 进入线圈后，由于线圈在永久磁铁中,于是产生引力，使杠杆左端下移，并带动安装在杠杆上的挡板靠近喷嘴，改变挡板与喷嘴之间的间隙。喷嘴、挡板和背压室在这里可看作一种位移-气压变换环节,它将挡板对于喷嘴的微小位移,灵敏地变为气压大小。显然，输入电流越大，引力也越大，挡板

29、越靠近喷嘴,气阻增大，背压室压力增大，输出气压增大。由于背压室输出的压力信号的功率较小，不足以推 图 4-18 电-气转换器原理图 动阀门启闭，所以需要气动放大器进行放大,输出压力 p。它一方面去往调节阀,操纵阀的开度，另一方面作用于波纹管,对杠杆形成向上的反馈力。该力对支点形成的力矩与线圈通电产生的电磁力矩最后达到平衡,这是一种闭环负反馈机制。于是，输入电流 I 与输出压力 p 之间形成了一种成比例的关系,即正比关系。输入电流 I 的大小，决定了挡板接近喷嘴的距离，而这个距离又决定了输出气压的大小，气压的大小最终决定阀门的开度。 图 4-18 中的弹簧用于调整输出零点，配重块用来平衡杠杆，波

30、纹管安装位置的左右移动可以调整量程。 2. 阀门定位器 阀门定位器是气动执行器的附件，根据需要选择使用。它被用来改善调节阀的定位精度、提高调节阀灵敏度.其作用主要有： （1）克服阀杆的摩擦、消除调节阀不平衡力的影响，确保阀门位置按控制器输出信号准确定位。这特别适合高压差、大口径及含有固体悬浮物的介质或粘性流体； （2）克服气压信号的传递滞后性，使其具有比例特性，即改善调节阀的动态性能； （3）通过改变阀门定位器反馈凸轮几何形状，可改变调节阀的流量特性。 阀门定位器目前可分为：气动阀门定位器、电气阀门定位器和智能阀门定位器几种。其中电气阀门定位器具有电气转换器和阀门定位器的双重功能，应用最为广泛

31、。 图 4-19 为电气阀门定位器结构图，它可实现输入电流对调节阀阀杆位移的直接转换。图 4-19 电气阀门定位器 4.2.5 调节阀的选择调节阀的选择 1. 结构选择 调节阀结构形式的选择，首先应考虑流体特点和现场情况，如粘度、腐蚀性、毒害性等，其次是考虑工艺条件，如流量、压力、配比、温度等特性，再则是考虑流过调节阀的最大流量、最小流量和正常流量，以及正常流量状态时阀两端的的压降，最后，根据安全性、技术性和经济性兼顾的原则，选择调节阀。 来自控制器的电流 I 在磁场中产生力，使杠杆绕支点 O 顺时针转动，带动挡板靠近喷嘴，使背压增大，经气动放大器放大后，推动薄膜执行机构使阀杆下移，操纵阀门开

32、闭。同时，阀杆的移动通过连杆和反馈凸轮，拉伸反馈弹簧，使杠杆绕支点向逆时针方向偏转。阀杆移动越多，弹簧拉伸越长，直至与电磁力矩平衡为止。此时，阀杆的位置（即阀门的开度）由输入电流 I 稳定地确定下来了。与电气转换器相比，这里增加了连杆、反馈凸轮、反馈弹簧等机构，这些对于稳固阀杆位置、改善阀芯的定位精度，起到了重要的作用。 一般来说，普通介质优先选用直通单座阀或直通双座阀，直通单座阀适宜于泄漏量要求小、阀门前后压差小的场合，直通双座阀适用于对泄漏量要求不高、阀门前后压降较大的情况，但不适用于高粘度或者混有悬浮颗粒物的流体；浓浊浆液和含悬浮颗粒的流体，以及在大口径、大流量与低压降的场合，可选碟阀；

33、高粘度、含悬浮颗粒、纤维以及含毒和强腐蚀的流体可选隔膜阀；高压流体可选高压阀。 2. 气开式与气闭式选择 当气体压力信号增大时，阀门开度也加大，称此类调节阀为气开式调节阀；当气体压力信号增加时，阀门开度减小，称这类调节阀为气闭式调节阀，或称气关式调节阀。实际中，调节阀气开式或气闭式的选择是根据过程生产中的安全和工艺要求来考虑的。即当气源意外中断时，调节阀所处的状态，应保证工作人员和设备的安全，以及加工原料不浪费。 例如，加热炉燃料控制应采用气开式调节阀，即当信号中断时，阀处全关闭状态，切断燃料进入炉膛，使设备不因炉温过高而出事故；锅炉进水调节阀应选气关式，因为当气源中断时，阀门是开的，仍有水进

34、入锅炉，不会产生烧干锅炉的事故。 3. 调节阀流量特性的选择 根据经验，一般调节阀流量特性选择需兼顾控制质量、工艺配管和负荷变动三个方面。 （1）调节阀所处的位置是在广义被控过程中，被控过程随着控制的需要（如改变负荷，抵御干扰等），其放大系数也处在变化之中，为保持控制系统具有良好的品质，应使放大系数维持不变，此时可通过选择调节阀的非线性补偿这种变化。比如，随着负荷增大而减小过程放大系数时，可选择随负荷增大而增大放大系数的调节阀，于是两者可互补，维持广义对象放大系数基本不变。从而避免影响控制性能。事实上，等百分比阀就具有这种特性,因而被广泛采用。 （2）由于调节阀总是要与管道和设备联接的，而配管

35、将引起阀的理想流量特性产生畸变。所以，实际中先根据系统特点确定调节阀的工作流量特性，然后根据配管情况选择阀的理想流量特性。这样的工作程序将使得所选的调节阀更符合实际要求。表 4-2 为不同阀阻比 s 下（反映配管状况）调节阀的流量特性，可供选择时参考。 表表4-2 不同阀阻比下的调节阀流量特性不同阀阻比下的调节阀流量特性阀阻比S =10.6S =0.60.3阀工作流量特性直线抛物线等百分比直线抛物线等百分比阀理想流量特性直线抛物线等百分比等百分比直线等百分比 由表可知，在阀阻 s 比较大时，阀的工作流量特性畸变小，这对于调节来说是好事，但调节阀上的压差损失大，消耗动力。一般选取：s 为 0.3

36、0.5，高压系统，考虑节省动力，可选 s 0.3，介质为气体时，由于阻力损失小，可取 s0.5。 （3）当负荷变化较大时，应选等百分比流量特性的调节阀。因为其调节阀放大系数随阀门行程增大而增大，流量相对变化恒定，此时不宜选用直线流量特性的调节阀；当调节阀经常处在小开度时，由于直线调节阀流量变化率较大，精准性差，所以往往选等百分比调节阀。 4. 调节阀的口径选择 在过程控制的设计中，调节阀的选取是一个难以回避的问题，而调节阀的选取主要是流通能力，或者调节阀口径的选取，即单位时间内流过一定口径阀门的流量。选择是否合适，关系到工艺操作是否正常、产品的质量和数量的问题。这里有两种极端情况是值得注意的：一是调节阀的口径选得太小，即使是阀门全部打开，也满足不了工艺需要；二是调节阀的口径选得过大，阀经常工作在小开度状态，调节效果不佳。 下面先看看流量与哪些量相关，然后引出流量系数的概念。 由流体