第十讲 调节阀

8.1概述

作用：接受控制器输出的控制信号，改变操纵变量，使生产过程按预定要求正常进行。系统故障的70％来自执行器。简单控制系统的方块图

执行器按使用能源分类电动执行器；液动执行器；气动执行器气动执行器包括：气动调节阀气动马达气动机器人是以压缩空气为能源，结构简单、动作可靠、平稳、输出推动力大、维修方便、防火防爆、价格较低、广泛应用于化工、炼油生产。8.2气动调节阀

0.14Mpa8.2.1气动调节阀的组成执行机构控制机构执行机构的作用是根据控制器控制信号产生推力或位移。调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置。气动调节阀的执行机构和调节机构是统一的整体

调节机构是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。8.2.2气动执行机构的分类和作用方式：（1）分类：气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式。薄膜式这种执行机构的输出位移与输入气压信号成比例关系。当压力与弹簧的反作用力平衡时,推杆稳定在某一位置,信号压力越大,推杆的位移量也越大。(推杆的位移即为执行机构的直线输出位移,也称行程。)

8.2.2气动执行机构的分类和作用方式：

（1）分类：气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式。活塞式活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合，而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。（2）作用方式正作用形式:信号压力增大,推杆向下。

反作用形式:信号压力增大,推杆向上。薄膜式8.2.3调节机构的结构类型与作用方式

调节机构是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。(1)结构类型结构特点：

只有一个阀芯有两个阀芯优点：

泄漏量小不平衡推力较小缺点：阀芯受到的不平衡推力大泄漏量大

适用：压差较小、泄漏量压差较大、对泄较小的场合漏量要求不高的场合

直通单座阀

直通双座阀(1)结构类型阀体为直角形①流路简单、阻力小，适用于高压差、高粘度、含有悬浮物和颗粒状物质的调节。②角形阀一般使用于底进侧出，此时调节阀稳定性好，③在高压差场合下，为了延长阀芯使用寿命，也可采用侧进底出。但侧进底出在小开度时易发生振荡。④角形阀还适用于工艺管道直角形配管的场合。常用调节阀结构示意图及特点——角形调节阀角形调节阀分流三通调节阀阀体有三个接管口，适用于三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、配比调节和旁路调节。1、在使用中应注意流体温差不宜过大，通常小于是150℃，否则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坏。2、三通阀有三通合流阀和三通分流阀两种类型。三通合流阀为介质由两个输入口流进混合后由一出口流出；三通分流阀为介质由一入口流进，分为两个出口流出。

常用调节阀结构示意图及特点——三通调节阀合流三通调节阀隔膜调节阀常用调节阀结构示意图及特点——隔膜调节阀隔膜调节阀用耐腐蚀衬里的阀体和耐腐蚀隔膜代替阀芯、阀座组件，由隔膜位移起调节作用。隔膜调节阀耐腐蚀性强，适用于对强酸、强碱等强腐蚀牲介质流量的调节。它结构简单，流路阻力小，流通能力较同口径的其他阀大，无泄漏量。但由于隔膜和衬里的限制，一般只能在压力低于1M

pa，温度低于150℃的情况下使用。

常用调节阀结构示意图及特点——隔膜调节阀蝶阀：①蝶阀是通过挡板以转轴为中心旋转来控制流体的流量。②结构紧凑、体积小、成本低，流通能力大特别适用于低压差、大口径、大流量的气体形或带有悬浮物流体的场合及允许泄漏量较大的场合③蝶阀通常工作转角应小于70℃，此时流量特性与等百分比特性相似④多用于开关阀常用调节阀结构示意图及特点——蝶阀蝶阀套筒阀的结构比较特殊，阀体与一般的直通单座阀相似，但阀内有一个圆柱形套筒，又称笼子，利用套筒导向，阀芯可在套筒中上下移动。①套筒上开有一定形状的窗口（节流孔），套筒移动时，就改变了节流孔的面积，从而实现流量调节。②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阀，适用于单座阀的场合；后者类似于直通双座阀，适用于双座阀的场合。③套筒阀具有稳定性好、拆装维修方便等优点，因而得到广泛应用，但其价格比较贵。常用调节阀结构示意图及特点——套筒阀套筒阀偏心旋转阀：①转轴带动阀芯偏心旋转②体积小，重量轻，使用可靠，维修方便，通用性强，流体阻力小等优点，适用于粘度较大的场合，在石灰、泥浆等流体中，具有较好的使用性能。常用调节阀结构示意图及特点——偏心旋转阀偏心旋转阀

阀芯为一球体：①阀芯上开有一个直径和管道直径相等的通孔，转轴带动球体旋转，起调节和切断作用。②该阀结构简单，维修方便，密封可靠，流通能力大③流量特性为快开特性，一般用于位式控制。常用调节阀结构示意图及特点——“O”形球阀“O”形球阀阀结构形式 特点及适用场合表不同结构形式调节阀的特点及适用场合直通单座阀只有一个阀芯，阀前后压差小，适用于要求泄漏量小的场合直通双座阀有两个阀芯，阀前后压差大，适用于允许有较大泄漏量的场合角阀阀体呈直角，适用于高压差、高粘度、含悬浮物和颗粒状物质的场合隔膜阀适用于有腐蚀性介质的场合蝶阀适用于有悬浮物介质、大流量、压差小、允许大泄漏量的场合三通阀适用于分流或合流控制的场合高压阀适用于高压控制的特殊场合气动薄膜直通单座阀气动薄膜直通双座阀电动直通单座阀电动隔膜阀气动蝶阀气动球阀气动切断阀气动薄膜角形阀电动三通阀电磁阀手动截止阀正作用：阀芯向下，阀杆向下，流通面积减少。反作用：阀芯向上，阀杆向下，流通面积增大。

（2）调节机构的作用方式

8.2.4气动薄膜调节阀的作用方式气动薄膜控制阀的执行机构和调节机构组合起来可以实现气开和气关式两种调节方式。气关阀：气压信号越大，阀门开度越小，而在失气时则全开。气开阀：气压信号越大，阀门开度越大，而在失气时则全关；8.2.5气动调节阀的流量方程？气动调节阀的流量方程流量系数实用流量方程流量系数大小直接反映了调节阀所能通过流体的最大能力，所以称之为流通能力流通能力C在数值上等于：调节阀全开时，阀前后压差100kPa、流体密度为1g/cm3（即5～40℃的水）的条件下，每小时流经调节阀的流量值(m3/h）。即出厂时的标定值流通能力是调节阀的一个重要参数。是选择调节阀口径大小的依据可调比R反映调节阀的调节流量的能力的大小

定义:调节阀所能调节的最大流量和最小流量之比

调节阀前后压差的变化，会引起可调比变化，将可调比分为理想可调比和实际可调比。

调节阀的可调比国产控制阀理想可调比：R=30。气动调节阀的特性传函调节阀流量特性：介质流过调节阀的相对流量与阀杆相对位移（即阀的相对开度）之间的关系

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调节阀的流量特性最大流量最大位移实际位移实际流量8.2.1理想流量特性定义：控制阀的前后压差不变时得到的流量特性。特点：完全取决于阀的结构参数（固有特性）类型：线性、对数、快开、抛物线调节阀的固有特性，由阀芯的形状所决定。1-快开特性2-线性特性3-抛物线特性4-等百分比（对数）特性（1）理想流量特性(ΔP一定)①线性特性：是指控制阀的相对流量与相对开度成线性关系。阀杆单位行程变化所引起的相对流量变化是常数。控制阀的理想流量特性R=30线性特性②对数特性：是指单位行程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。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。③抛物线流量特性为了弥补直线特性在小开度时调节性能差的缺点，在抛物线特性基础上派生出一种修正抛物线特性，它在相对位移30%及相对流量变20%这段区间内为抛物线关系，而在此以上的范围是线性关系。

④快开阀：在开度较小时就有较大流量，随着开度的增大，流量很快就达到最大，随后再增大开度时流量的变化很小，故称为快开特性。线性阀：放大系数KV是一个常数，不管阀杆原来在什么位置，只要阀杆相同的变化，流量的数值也做相同的变化。因此在开度较小时流量相对变化值大，灵敏度过高，控制作用过强，容易产生振荡，对控制不利；在开度较大时流量相对变化值小，灵敏度又太小，控制缓慢，削弱了控制作用。不适宜用于负荷变化大的场合。控制阀的理想流量特性R=301——线性2——对数3——快开各种阀的特点：控制阀的理想流量特性R=301——线性2——对数3——快开对数阀：对数阀的放大系数KV随着相对开度增加而增加。在小开度时控制阀的放大系数小，控制平稳缓和；在大开度时放大系数大，控制灵敏。快开阀：适用于迅速启闭的双位控制系统控制阀的理想流量特性R=301——线性2——对数3——快开控制阀的实际安装使用情况画等效电路图8.2.2工作流量特性定义：实际上控制阀的前后压差是变化的，此时得到的控制阀的相对流量与相对开度之间的关系称为工作流量特性。串联管道情况串联管道控制阀压差变化配管系数S：控制阀全开时，控制阀上压差△pv与系统总压差△p之比。阀阻比S=1时，系统的总压差全部降在控制阀上，工作流量特性就表现为理想流量特性。S减小会带来两个不利后果：(1)(2)流量特性畸变（0.3<S<0.6）S减小会带来的第二个不利后果：8.3控制阀选择控制阀结构形式及材质的选择控制阀流量特性的选择控制阀气开与气关形式的选择控制阀口径的选择结构形式及材质的选择依据：工艺条件调节介质特性特殊情况：闪蒸和空化、磨损、腐蚀、高温、低温、高压降例如，当控制阀前后压差较小，要求泄漏量也较小的场合应选用直通单座阀；当控制阀前后压差较大，并且允许有较大泄漏量的场合选用直通双座阀；当介质为高粘度，含有悬浮颗粒物时，为避免粘结堵塞现象，便于清洗应选用角型控制阀。流量特性的选择通常是指如何合理选择线性和对数流量特性。选择步骤：(1)根据过程特性，选择阀的工作特性；(2)根据配管情况，从所需的工作特性出发，推断理想流量特性。选择原则：使整个广义对象具有线性特征。控制阀特性的选取要能够补偿广义对象特性的非线性性。调节阀气开、气关的选择原则：安全原则、节能原则因：供气中断时，应使给水阀全开，使得锅炉不致烧干引起爆炸。故：选气关阀。锅炉汽包水位控制带控制点的流程