第四章调节阀

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1、第四章调节阀第四章调节阀本章重点内容4-1 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4-4 4-4 气动调节阀选型气动调节阀选型调节阀的作用调节阀的作用:接受调节器送来的控制信号接受调节器送来的控制信号,调节管调节管道中介质的流量道中介质的流量(即改变调节量即改变调节量),),从而实现生产过程从而实现生产过程的自动化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 液动三类液动三类按能源分按能源分气动：气动：压缩空气作为能源结构简单，输出压缩空气作为能源结构简单，输出推力较大、

2、维修方便，价格低廉，防火防推力较大、维修方便，价格低廉，防火防爆爆电动电动:能源取用方便，信号传递迅速，但结能源取用方便，信号传递迅速，但结构复杂、防爆性能差构复杂、防爆性能差液动：液动：液动控制阀推力最大，但较笨重，液动控制阀推力最大，但较笨重，现已很少使用现已很少使用比较项目比较项目比较项目比较项目气动执行器气动执行器气动执行器气动执行器电动执行器电动执行器电动执行器电动执行器液动执行器液动执行器液动执行器液动执行器结构结构结构结构体积体积体积体积推力推力推力推力配管配线配管配线配管配线配管配线动作滞后动作滞后动作滞后动作滞后频率响应频率响应频率响应频率响应维护检修维护检修维护检修维护检修

3、使用场合使用场合使用场合使用场合温度影响温度影响温度影响温度影响成本成本成本成本简单简单简单简单中中中中中中中中较复杂较复杂较复杂较复杂大大大大狭狭狭狭简单简单简单简单防火防爆防火防爆防火防爆防火防爆较小较小较小较小低低低低复杂复杂复杂复杂小小小小小小小小简单简单简单简单小小小小宽宽宽宽复杂复杂复杂复杂隔爆型才防火防爆隔爆型才防火防爆隔爆型才防火防爆隔爆型才防火防爆较大较大较大较大高高高高简单简单简单简单大大大大大大大大复杂复杂复杂复杂小小小小狭狭狭狭简单简单简单简单要注意火花要注意火花要注意火花要注意火花较大较大较大较大高高高高三种执行器的三种执行器的特点特点比较比较电动执行器电动执行器气动

4、执行器气动执行器4.1气动调节阀的结构数学模型气动调节阀的结构气动调节阀的结构u(t)：控制器输出：控制器输出 (420 mA 或或 010 mA DC)；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；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。一一一一 气动执行机构气动执行机构气动执行机构气动执行机构气动执行机构有薄膜式和活塞式两种常见的气动执行气动执行机构有薄膜式和活塞式两种常见的气动执行机构均为薄膜式，它结构简单，价廉，输出行程小机构均为薄膜式，它结构简单，价廉，输出行程小气动薄膜式执行机构作用型式：

5、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 (ZMB)(ZMB)执行机构执行机构作用作用：将气压：将气压p-p-阀杆位移阀杆位移L L二二二二 阀阀阀阀(调节机构）调节机构）调节机构）调节机构）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阀体、上阀盖组件、下阀由阀体、上阀盖组件、下阀盖组件和阀内件组成。盖组件和阀内件组成。普通阀包括阀芯普通阀包括阀芯,阀座和阀阀座和阀杆等杆等阀的作用阀的作用：阀杆位

6、移：阀杆位移L-L-调节流量调节流量Q Q根据流体通过调节阀时对阀芯作用根据流体通过调节阀时对阀芯作用方向分为流开阀和流闭阀方向分为流开阀和流闭阀流开阀流开阀：介质的流动方向有推动阀：介质的流动方向有推动阀门打开的趋势，称流开门打开的趋势，称流开 流闭阀：流闭阀：介质的流动方向有推动阀介质的流动方向有推动阀门关闭的趋势，则称流闭门关闭的趋势，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阀门的阀门的“气开气开”与与“气关气关”*气开阀气开阀：信号信号压力增加，流量增加力增加，流量增加 pc f(“有气则开有气则开”)*气关阀气关阀：信号压力增加，

7、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。阀门的阀门的“气开气开”与与“气关气关”“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。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

8、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控制阀的结构形式及选择控制阀的结构形式及选择控制阀的结构形式及选择控制阀的结构形式及选择（1 1）直通单座控制阀）直通单座控制阀。阀体内只有一个阀芯和阀座，。阀体内只有一个阀芯和阀座，如图所示。其特点是结构简单，泄漏量小，易于保如图所示。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，流证关闭甚至完全切断。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，这种不平衡推力体对阀芯上下作用的推力不

9、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会影响阀芯的移动。因此直通单座控制阀一般应用在小口径、低压差的场合。在小口径、低压差的场合。图直通单座控制阀（2 2）直通双座控制阀）直通双座控制阀。阀体内有两个阀芯和阀座，。阀体内有两个阀芯和阀座，由于流体流过的时候，作用在上、下两个阀芯上的由于流体流过的时候，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，所推力方向相反而大小近于相等，可以相互抵消，所以不平衡力小。但是由于加工的限制，上、下两个以不平衡力小。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。阀芯和阀座不易保证同时密闭，

10、因此泄漏量较大。直通双座控制阀适用于阀两端压差较大、对泄漏量直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要求不高的场合，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。度和带有固体颗粒的液体。图直通双座控制阀（3 3）角型控制阀）角型控制阀。角型控制阀的两个接管呈直。角型控制阀的两个接管呈直角形，其他结构与单座阀相类似。角型阀的流向角形，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；在高压差一般为底进侧出，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侧进底出的场合，为了延长阀芯使用寿命而改用侧进底出的流向，但

11、容易发生振荡。角型控制阀流路简单，流向，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（4 4）隔膜控制阀）隔膜控制阀。隔膜控制阀采用耐腐蚀衬里的阀。隔膜控制阀采用耐腐蚀衬里的阀体和耐腐蚀隔膜代替阀芯阀座组件，由隔膜位移起控体和耐腐蚀隔膜代替阀芯阀座组件，由隔膜位移起控制作用，如图所示。隔膜控制阀结构简单，流路阻力制作用，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。由于介质用隔膜小，流量系数较同口径的其他阀大

12、。由于介质用隔膜与外界隔离，故无填料，介质也不会泄漏，所以隔膜与外界隔离，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，适用于强控制阀无泄漏量。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，也适用于高黏度及酸、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。悬浮颗粒状介质的控制。图隔膜控制阀图隔膜控制阀 （5 5）三通控制阀。）三通控制阀。三通控制阀共有三个出入口与工艺管道三通控制阀共有三个出入口与工艺管道相连接。其流通方式有合流型和分流型两种，前者是将两相连接。其流通方式有合流型和分流型两种，前者是将两种介质混合成一路，后者是将一种介质

13、分为两路，分别如种介质混合成一路，后者是将一种介质分为两路，分别如图（图（a a）、（）、（b b）所示。三通控制阀可以用来代替两个直通）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。阀，适用于配比控制与旁路控制。分流分流 合流合流（6 6）蝶阀）蝶阀。蝶阀又名翻板阀，如图所示。蝶阀具有结构。蝶阀又名翻板阀，如图所示。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，简单、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悬浮颗粒状介质的控制。纤维或悬浮颗

14、粒状介质的控制。（7 7）球阀）球阀。球阀的阀芯与阀体都呈球形体，转动阀芯使。球阀的阀芯与阀体都呈球形体，转动阀芯使之处于不同的相对位置时，就具有不同的流通面积，以达到之处于不同的相对位置时，就具有不同的流通面积，以达到流量控制的目的，如图所示。流量控制的目的，如图所示。图蝶阀图蝶阀 图球阀图球阀 三、阀门定位器三、阀门定位器三、阀门定位器三、阀门定位器气动阀门定位器是一种辅助装置气动阀门定位器是一种辅助装置,阀门定位器接受控制器来阀门定位器接受控制器来的信号作为输入信号，并以其输出信号去控制控制阀，同的信号作为输入信号，并以其输出信号去控制控制阀，同时将控制阀的阀杆位移信号反馈到阀门定位器的

15、输入端而时将控制阀的阀杆位移信号反馈到阀门定位器的输入端而构成一个闭环随动系统。构成一个闭环随动系统。阀门定位器的功能：阀门定位器的功能：（1 1）定位功能）定位功能。用了阀门定位器后，只要控制器的输。用了阀门定位器后，只要控制器的输出信号稍有变化，经过喷嘴出信号稍有变化，经过喷嘴-挡板系统及放大器的作用，挡板系统及放大器的作用，就可使通往控制阀膜头的气压大有变动，以克服阀杆的就可使通往控制阀膜头的气压大有变动，以克服阀杆的摩擦和消除控制阀不平衡力的影响，从而保证阀门位置摩擦和消除控制阀不平衡力的影响，从而保证阀门位置按控制器发出的信号正确定位。按控制器发出的信号正确定位。添加阀门定位器后，能

16、使控制阀适用于下列情况添加阀门定位器后，能使控制阀适用于下列情况 要求阀位做精确调整的场合；要求阀位做精确调整的场合；在大口径、高压差等不平衡力较大的场合，可减少在大口径、高压差等不平衡力较大的场合，可减少不平衡力对阀杆位移的影响；不平衡力对阀杆位移的影响；为防止泄漏而需要将填料压得很紧，致使干摩擦较为防止泄漏而需要将填料压得很紧，致使干摩擦较大的场合（如高压、高温或低温等）；大的场合（如高压、高温或低温等）；在输送黏性流体及悬浮物的场合（用来正确定位在输送黏性流体及悬浮物的场合（用来正确定位）（2）改善阀的动态特性。）改善阀的动态特性。定位器改变了阀的一阶滞后定位器改变了阀的一阶滞后特性，减

17、小时间常数，使之成为比例特性。一般说来，特性，减小时间常数，使之成为比例特性。一般说来，如气压传送管线超过如气压传送管线超过60 m时，应采用阀门定位器时，应采用阀门定位器 （3）改变阀的流量特性）改变阀的流量特性。通过改变定位器反馈凸轮。通过改变定位器反馈凸轮的形状（有些生产阀门定位器的厂家，可提供三种的形状（有些生产阀门定位器的厂家，可提供三种曲线的凸轮片），可以改变控制阀的原有流量特性。曲线的凸轮片），可以改变控制阀的原有流量特性。（4 4）改变气压作用范围，满足）改变气压作用范围，满足分程控制分程控制要求。分程控制是用要求。分程控制是用一个控制器控制两个以上的控制阀，使它们分别在信号的

18、某一个控制器控制两个以上的控制阀，使它们分别在信号的某一个区段内完成全行程移动。通过阀门定位器上有关部件的一个区段内完成全行程移动。通过阀门定位器上有关部件的调整，可使阀门满行程变化的信号由一般的调整，可使阀门满行程变化的信号由一般的2020100 100 kPakPa，调整到这区间的任意范围。例如，使两个控制阀分别在（调整到这区间的任意范围。例如，使两个控制阀分别在（4 412 12 mAmA DC DC）及（）及（121220 20 mAmA DC DC）的信号范围内完成全行程）的信号范围内完成全行程移动。移动。（5 5）用于阀门的反向动作）用于阀门的反向动作。阀门定位器有正、反作用之分，

19、。阀门定位器有正、反作用之分，改变挡板和喷嘴的位置即可实现正、反作用的改变。正作用改变挡板和喷嘴的位置即可实现正、反作用的改变。正作用时，输入信号增大，输出气压也增大；反作用时，输入信号时，输入信号增大，输出气压也增大；反作用时，输入信号增大，输出气压减小。采用反作用式定位器可使气开阀变为增大，输出气压减小。采用反作用式定位器可使气开阀变为气关阀，气关阀变为气开阀。气关阀，气关阀变为气开阀。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、阀两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密度等确定。是选择阀门口径的参数端的差压和流体

20、的密度等确定。是选择阀门口径的参数.一一 流量系数的定义及其物理意义流量系数的定义及其物理意义流量系数流量系数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,水密度水密度为为1g/cm1g/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(体积流体积流量量)。阀全开时的流量系数为调节阀额定流量系数阀全开时的流量系数为调节阀额定流量系数,以以C C100100表示表示.表表4.14.1为根据为根据C C100100选择阀门直径表选择阀门直径表例如一台额定流量系数为例如一台额定流量系数为3232的调节阀的调节阀,表示阀

21、全开且两端的表示阀全开且两端的压差为压差为 0.1MPa0.1MPa时，每小时最多能通过时，每小时最多能通过32m32m3 3的水量的水量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：式中，式中，p1,p2p1,p2为调节阀前后压力；为调节阀前后压力；为流体密度；为流体密度；g g为重为重力加速度；力加速度；v v为调节阀阻力系数；为调节阀阻力系数；为流体平均速度为流体平均速度因为因为Q流体体积流量，F-调节阀流通截面积Q Qp p1

22、 1p p2 2(4-1)(4-2)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，则有注意：流量系数注意：流量系数C C不仅与流通截面积不仅与流通截面积F(F(或阀公称直径或阀公称直径Dg)Dg)有关，而且有关，而且还与阻力系数还与阻力系数v v有关同类结构的调节阀在相同的开度下具有相近有关同类结构的调节阀在相同的开度下具有相近的阻力系数，因此口径越大流量系数也随之增大；口径相同类型不的阻力系数，因此口径越大流量系数也随之增大；口径相同类型不同的调节阀，阻力系数不同，流量系数也各

23、不相同同的调节阀，阻力系数不同，流量系数也各不相同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当当不变时不变时，流量流量Q随随而变化而变化(4-3)(4-4)二二 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4.2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和工程单和工程单MKS位制位制)单位单位有所不同有所不同 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

24、牛顿型不可压缩流体，可压缩流体以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体及这两种流体的均匀混合体 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值，以此为依据选择适当的调节阀的调节阀1.1.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阻塞流是指阻塞流是指,当阀前压力当阀前压力p1p1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p2p2时时,流经调流经调节阀的流量会增加到一个最大极限值节阀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p2p2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

25、量计算公式为：流体体积流量计算公式为：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关系以不再遵循公式的规律的规律.右图中右图中,阻塞流阻塞流,此时按此时按4-44-4计算出的流计算出的流量会大大超过阻塞流量会大大超过阻塞流Q Qmaxmax,因此在因此在计算计算C C值时首先要确定调节阀是否值时首先要确定调节阀是否处于阻塞流情况处于阻塞流情况P1恒定时Q与的关系时时,就会出现就会出现当压降大于当压降大于 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

26、定于调节阀结构决定于调节阀结构(表表4.3)4.3)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p1p2p 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产生的条件：产生的条件：对于一个给定的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

27、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(工程单位制工程单位制(MKS)(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/cm

28、3 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：使用工程单位制计算为：使用工程单位制计算为：2.2.低雷诺数修正低雷诺数修正当雷诺数当雷诺数Re2300Re3500时可不做低雷诺数修正可不做低雷诺数修正3.3.气体气体(蒸汽蒸汽)流量系数的修正流

29、量系数的修正气体气体,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,会会引起较大误差引起较大误差,必须对气体的可压缩效应作必要的修正可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

30、，引入压缩系数引入压缩系数Z Z R-气体常数气体常数 -阀入口处气体密度阀入口处气体密度4.4.管件形状修正管件形状修正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:调调节阀的公称直径必须与管道直径相同节阀的公称直径必须与管道直径相同,而且管道要保证有而且管道要保证有一定的直管段一定的直管段.如果调节阀实际配管状况不满足这些条件如果调节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直径特别是在调节阀公称通径小于管道直径,阀两端装有渐缩阀两端装有渐缩器器,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,由于过渡管件上的压由

31、于过渡管件上的压力损失力损失,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.管件形状修正后的流量系数管件形状修正后的流量系数C C为：为：Fp-管件形状修正系数与调节阀上下游阻力系数；阀入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口，出口处伯努利系数有关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执行机构阀管道调节阀ufq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

32、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)=Kv/(Tvs+1)一一一一 调节阀的结构特性调节阀的结构特性调节阀的结构特性调节阀的结构特性调节阀的调节阀的结构特性结构特性：阀芯与阀座间节流面积与阀门：阀芯与阀座间节流面积与阀门开度之间的关系。开度之间的关系。f=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与全开与全开时节流面积时节流面积F100之比。之比。l=L/L100,相对开度相对开度：阀在某一开

33、度下行程：阀在某一开度下行程L与全开时行与全开时行程程L100之比。之比。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，快开，直线，抛物线和等百分比直线，抛物线和等百分比四种四种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结构特性结构特性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，即边界条件：边界条件：L=0时时,F=F0,L=L100,F=F100可调比可调比R=F100/F0：调节阀所能调节的最大调节阀所能调节的最大流量与最小流量之比。流量与最小流量

34、之比。阀的直线结构特性图阀的直线结构特性图特点：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：当当流量小时流量小时，流量的变化值相对较大，调节作用较强，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；易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。例：设位移变例：设位移变10%时，流量变化总是时，流量变化总是10%，但流量变化的相

35、，但流量变化的相对值不同，以行程的对值不同，以行程的10%，50%，80%三点为例：三点为例：10时：时：(20-10)/10X100%=100%50时：时：(60-50)/50X100%=20%80时：时：(90-80)/80X100%=12.5%2.2.2.2.等百分比等百分比等百分比等百分比(对数对数对数对数)结构特性结构特性结构特性结构特性在任意开度下，单位行程变化所引起的节流面积变在任意开度下，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化都与该节流面积本身成正比关系在边界条件为在边界条件为:L=0时,F=F0,L=L100，F=F100时,阀的等百分比结构特性图阀的

36、等百分比结构特性图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

37、构特点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，加，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。流量几乎没有变化。这种流量特性适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系这种流量特性适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。统。特性方程为特性方程为灵敏度最差，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4.4.抛物线结构特性抛物线结构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特性与等百

38、分比特性接近特性与等百分比特性接近二二二二 调节阀的流量特性调节阀的流量特性调节阀的流量特性调节阀的流量特性调节阀的调节阀的流量特性：流量特性：流过阀门的流量与阀门开度之间的关流过阀门的流量与阀门开度之间的关系系q=Q/Q100,为相对流量为相对流量调节阀制成后调节阀制成后,其结构特性就确定不变其结构特性就确定不变.流过调节阀的流流过调节阀的流量的决定因素有量的决定因素有:阀的开度阀的开度 阀前后的压差阀前后的压差 所在的整个管路系统的工作情况所在的整个管路系统的工作情况.执行机构阀管道调节阀ufq调节阀与管道连接方框图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

39、阀前后压差固定压差固定(p=(p=常数常数)情况下得情况下得到的流量特性。到的流量特性。（C C100100-额定流量系数）额定流量系数）通过调节阀的流量为通过调节阀的流量为当调节阀全开时当调节阀全开时f=1,Q=Q100,则则阀的结构特性就是理想流量特性阀的结构特性就是理想流量特性.2.2.工作流量特性工作流量特性工作流量特性工作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 q与开度与开度l 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.(1)(1)(1)(1)串联管系调节阀的工作流量特性串联管系调节阀的工作流量特性串联管系

40、调节阀的工作流量特性串联管系调节阀的工作流量特性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,管道流管道流量量Q Q增大增大,阀上压降阀上压降p p将逐渐减小将逐渐减小.这样这样,在相同开在相同开度下度下,工作流量比阀上压降保持不变的理想情况小工作流量比阀上压降保持不变的理想情况小.Q0ppppe串联管系压降变化串联管系压降变化f,Q,p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线性阀的特性变异线性阀的特性变异对数阀的特性变异对数阀的特性变异串联管道的工作流量

41、特性串联管道的工作流量特性 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性工作流量特性与理想特性一致；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减调节阀全开时的流量相应比管道阻力损失为零时减少，因而少，因而实际可调比也减小实际可调比也减小；实际可调比实际可调比 Rs 与与S100之间的关系为之间的关系为随着随着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：(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，有则此时相对流量为则此时相对流量为并联管系的可调比并联管系的可调比当当S100减小时减小时,Rp急剧减小急剧减小阀全开流量比阀全开流量比则有则有（Q0为调节阀所控

43、制的最小流量。）可以看出：可以看出：当当S S100100=1=1时时,q=f,q=f,旁旁路路关关闭闭,实际工工作作特特性性与与理理想想特性一致；特性一致；旁旁路路阀阀逐逐渐渐开开启启，旁旁路路流流量量增增加加，则则S S100100值值减减小小，可可调比下降；调比下降；实实际际使使用用时时一一般般要要求求S100S1000.80.8,使使旁旁路路流流量量只只占占管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并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性 表表4.44.4调节阀在串，并联管系中的工作情况调节阀在串，并联管系中的工作情况场合场合场合场合流量特性流量特性流量特性流量

44、特性 可调比可调比可调比可调比 最大流量最大流量最大流量最大流量 静态增益静态增益静态增益静态增益串联管系串联管系串联管系串联管系 畸变严重畸变严重畸变严重畸变严重 降低较小降低较小降低较小降低较小 减小减小减小减小小开度时增大小开度时增大小开度时增大小开度时增大,大开度时减小大开度时减小大开度时减小大开度时减小并联管系并联管系并联管系并联管系 畸变较轻畸变较轻畸变较轻畸变较轻 降低较大降低较大降低较大降低较大 增大增大增大增大 均减小均减小均减小均减小综合串、并联管道的情况，可得出如下结论：综合串、并联管道的情况，可得出如下结论：串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管道的影响尤为

45、串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管道的影响尤为严重；严重；串、并联管道都会使控制阀的实际可调比降低，并联管道尤为严重；串、并联管道都会使控制阀的实际可调比降低，并联管道尤为严重；串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加；串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加；串、并联管道都会使控制阀的放大系数减小，即输入信号变化所引起的串、并联管道都会使控制阀的放大系数减小，即输入信号变化所引起的流量变化值减小；串联管道时控制阀若处于大开度，则值降低，对放大流量变化值减小；串联管道时控制阀若处于大开度，则值降低，对放大系数的影响更为严重；并联管道时控制阀若处于小开度，则系

46、数的影响更为严重；并联管道时控制阀若处于小开度，则X X值降低，值降低，对放大系数的影响更为严重。对放大系数的影响更为严重。4.4 4.4 气动调节阀选型气动调节阀选型在选型中在选型中,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)选择流量特性选择流量特性(3)(3)选择阀门口径选择阀门口径一一 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

47、)(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，双座调节阀具体选择情况参见一般优先选用直通单，双座调节阀具体选择情况参见表表4.84.8直通直通直通直通角形角形三通控制阀：合流；分流三通控制阀：合流；分流三通控制阀：合流；分流三通控制阀：合流；分流分流分流 合流合流碟阀碟阀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

48、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

49、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

50、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，无缝隙，无死角积存物料，适用于啤酒、番茄酱及制药、日化工业耐压低二二 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：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,调节阀阀芯应处于调节阀阀芯应处于使生产装置安全的状态使

51、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

52、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三三 调节阀流量特性的选择调节阀流量特性的选择Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R(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

53、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 配管状况配管状况配管状况配管状况 S S S S100100100100=10.6=10.6=10.6=10.6 S S S S100100100100=0.60.3=0.60.3=0.60.3=0.60.3 S S S S1001001001000.30.30.30.3 阀流量特性阀流量特性阀流量特性阀流量特性(理想理想理想理想)直线直线直线直线 等百分比等百分比等百分比等百分比 等百分比等百分比等百分比等百分比 等百分比等百分比等百分比等百分比不适

54、宜不适宜不适宜不适宜 控制控制控制控制 工作流量特性工作流量特性工作流量特性工作流量特性 直线直线直线直线 等百分比等百分比等百分比等百分比 直线直线直线直线 等百分比等百分比等百分比等百分比S100=10.6:调节阀理想流量特性与希望的工作流量特调节阀理想流量特性与希望的工作流量特性基本一致性基本一致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工作流量特性直线特性性直线特性S1000.3:不适合使用不适合使用 S S S S值值值值直线特性直线特性直线特性直线特性等百分比特性等百分比特性等百分比特性等百分比特性(1)(1)(1)(1)液位定值控制系统液位定值

55、控制系统液位定值控制系统液位定值控制系统(2)(2)(2)(2)主要扰动为设定值的流量主要扰动为设定值的流量主要扰动为设定值的流量主要扰动为设定值的流量 温度控制系统温度控制系统温度控制系统温度控制系统(1)(1)(1)(1)流量流量流量流量,压力压力压力压力,温度温度温度温度 定值控制系统定值控制系统定值控制系统定值控制系统(2)(2)(2)(2)主要扰动为设定值主要扰动为设定值主要扰动为设定值主要扰动为设定值 的压力控制系统的压力控制系统的压力控制系统的压力控制系统 各种控制系统各种控制系统各种控制系统各种控制系统特性特性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

56、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四调节阀口径的确定四调节阀口径的确定四调节阀口径的确定四调节阀口径的确定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，额定工况下稳定运行时阀的流量正常流量，额定工况下稳定运行时阀的流量p pn n-正常阀压降，正常流量时阀两端压降正常阀压降，正常流量时阀两端压降S Sn n-正常阀阻比，正常阀阻比，S Sn n=p=pn n/ppQ Qmaxmax-运行中可能出现的最大稳定流量的运行中可能出

57、现的最大稳定流量的1.151.51.151.5倍，或由最大生倍，或由最大生产能力直接确定产能力直接确定2)2)求调节阀应具有的最大流量系数求调节阀应具有的最大流量系数C Cmaxmaxm m为流量系数放大倍数，其值为为流量系数放大倍数，其值为3)流量系数的圆整流量系数的圆整按选定的调节阀类型，选取不小于按选定的调节阀类型，选取不小于Cmax并与之最接近的一个作并与之最接近的一个作为为C100.如果知道如果知道Qmax和此时压降和此时压降pmax则可以按公式计算则可以按公式计算Cmax Smax的计算的计算(Smax为计算最大流量时的阀阻比为计算最大流量时的阀阻比)对于调节阀上下游均有恒压点的场

58、合对于调节阀上下游均有恒压点的场合对于装在风机或离心泵出口的调节阀，其下游有恒压点的场合对于装在风机或离心泵出口的调节阀，其下游有恒压点的场合h为流量由正常流量增大到计算最大流量时风机或泵出口压力的变化值为流量由正常流量增大到计算最大流量时风机或泵出口压力的变化值4)选定调节阀口径选定调节阀口径由由C100可以得到与之对应的调节阀口径可以得到与之对应的调节阀口径Dg和和dg,即为最终选定的调节即为最终选定的调节阀公称通径和阀座直径阀公称通径和阀座直径5)调节阀相对开度的验算调节阀相对开度的验算调节阀工作时其相对开度应处于下表中的范围之内调节阀工作时其相对开度应处于下表中的范围之内 阀特性阀特性

59、阀特性阀特性流量流量流量流量阀相对开度阀相对开度阀相对开度阀相对开度x100 x100直线特性直线特性直线特性直线特性等百分比特性等百分比特性等百分比特性等百分比特性最大最大最大最大 8080 9090最小最小最小最小 1010 3030对于直线特性调节阀对于直线特性调节阀对于等百分比调节阀对于等百分比调节阀当当R=30时时6)调节阀可调比验算调节阀可调比验算串联管系中工作的调节阀可以通过公式演算可调比串联管系中工作的调节阀可以通过公式演算可调比对于调节阀上下游均有恒压点的场合对于调节阀上下游均有恒压点的场合对于阀装于风机或离心泵出口，下游有恒压点的场合对于阀装于风机或离心泵出口，下游有恒压点

60、的场合计算数据的确定计算数据的确定Qn,pn,Sn,Qmax,l,pc,pv,FL,D1,D2,阀型阻塞流判别阻塞流判别按非阻塞流条件计算按非阻塞流条件计算C按阻塞流条件计算按阻塞流条件计算CCmax值求取值求取低雷诺数修正判别低雷诺数修正判别Re3500低雷诺数修正低雷诺数修正Re3500初选初选C100值值管件形状修正判别管件形状修正判别D1=D2=Dg调节阀口径选定调节阀口径选定相对开度，可调相对开度，可调比验算比验算管件形状修正管件形状修正最终选定最终选定C100D1=D2Dg液体介质调节阀口径计算流程液体介质调节阀口径计算流程计算数据的确定计算数据的确定Qn,pn,Sn,Qmax,H,k,p1,t1,D1,D2,阀型阻塞流判别阻塞流判别xFKxTxFKxT按非阻塞流条件按非阻塞流条件计算计算C按阻塞流条件按阻塞流条件计算计算CCmax值求取值求取初选初选C100值值管件形状修正管件形状修正判别判别调节阀口径选定调节阀口径选定相对开度，可调比相对开度，可调比验算验算D1=D2=Dg管件形状修正管件形状修正(Fp)D1=D2Dg选定选定C100值值气体介质调节阀口径计算流程气体介质调节阀口径计算流程作业（作业（P100）4.1，4.3，4.5，4.7