调节阀(ZHAO)

阀的流量特性
控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相 对开度(相对位移）的关系：
式中相对流星Q／Qmax是控制阀某一开度时流量Q与全开时流量Qmax 之比。相对开度l／L是控制阀某一开度行程l与全开行程L之比。 一般来说，改变控制阀阀芯与阀座间的流通截面积，便可控制流 量。 但实际上还有多种因素影响，例如在节流面积改变的同时还发生 阀前后压差的变化，而这又将引起流量变化。 为了便于分析，先假定阀前后压差固定，然后再引伸到真实情况， 于是有理想流量特性与工作流量特性之分。
目录
• • • • • • • 一、控制阀的结构 二、气动执行机构 三、电动执行机构 四、调节机构 五、控制阀附件 六、控制阀的选择、安装及维护 七、电动执行器、操作器系统确认方法
一、控制阀的结构
控制阀（也叫执行器）由执行机构和调节机构组成。
附件
执行机构
调节机构
控制阀的结构组成 组成： 执行机构 调节机构
不同厂家不同型号的产品形式可能不同，但工作原理是一 样的。 电动执行机构的工作原理，它实际上是一个具有负反馈的 单回路调节系统，给定值是来自调节器或ＰＬＣ系统的标 准电信号，进入伺服放大器与位置发送器的检测信号进行 比较，根据偏差情况判定其输出，并驱动电机正转或反转。 如果偏差为零，伺服放大器没有输出，电机不转，此时处 于平衡稳定状态。如果偏差不为零，伺服放大器有输出， 驱动电机朝着使偏差减小的方向运转，直至偏差为零。这 时电动执行机构再次处于平衡状态。
这种阀可以用来代替两个直通阀，适用于配比控制与旁路控制。 与直通阀相比，组成同样的系统时，可省掉一个二通阀和一个三通 接管。
合流
分流
(5)隔膜控制阀
它采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜，隔膜阀结构简单、流阻小，流通 能力比同口径的其他种类的阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离， 故无填料时介质流也不会泄漏。 选用隔膜阀时，应注意执行机构须有足够的推力。一般隔膜阀直 径大于100mm时，均采用活塞式执行机构。 由于受衬里和隔膜材料性质的限制，它有以下缺点：复现性不高， 有较大的回差；流量特性近似为快开，控制精度低，可调范围小； 使用温度在150℃以下，压力在1MPa以下。
四、调节机构
调节机构即阀，实际上是一个局部阻力可以改变的节流元 件。通过阀杆上部与执行机构相连，下部与阀芯相连。 阀的分类： 按结构分：直通单座阀、直通双座阀、三通阀、角形阀、 隔膜阀、套筒阀、球阀、偏心旋转阀、闸阀和蝶阀等 按流量特性分：线性阀、等百分比阀、抛物线阀、快开 阀等 按阀芯的形式分：直行程、角行程 按作用方式 ：正作用和反作用
Qv A
1


p

设C为包含 A
1
Q
在内的比例系数，则
Qv C p
P1
P2
Q

ρ

上式就是控制阀的流量方程式，C称为控制阀的流量系数。
流量系数
流量系数的定义如下: 国际单位制：5-40℃的水，在100kPa的阀两端压差下，每小时流经控制阀的 立方数，用Kv表示。 工程单位制：5-40℃的水，在1kgf/cm3的阀两端压差下，每小时流经控制阀 的立方数。用C表示。 英制单位制：5-40℉的水，在1psi(=6.895Kpa， Pounds per square inch )的 阀两端压差下，每小时流经控制阀的美国加仑数。用Cv表示。 各流量系数的转换关系为： Kv=0.865 Cv Kv=1.01 C Cv=1.156 Kv Cv=1.167 C C=0.9903 Kv C=0.857 Cv 在我国，早期资料采用工程单位制，现在使用国际单位制，即Kv。 控制阀的流量系数表示控制阀容量的大小，是表示控制阀流通能力的参数。 因此，控制阀流量系数亦可称控制阀的流通能力。
电动执行机构 复杂 小 小 简单 小
复杂 隔爆型才防火防爆 较大 高
液动执行机构 简单 大 大 复杂 小
简单 要注意火花 较大 高
• 调节机构的作用
• 将位移信号转 换为阀芯和阀 座之间流通面 积的变化，改 变操纵变量的 数值。
二、气动执行机构
气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式两种。 薄膜式执行机构最为常用，它可以用作一般控制阀的推动 装置，组成气动薄膜调节阀。 气动活塞式执行机构的推力较大，主要适用于大口径、 高压降控制阀或蝶阀的推动装置。 除薄膜式和活塞式之外，还有长行程执行机构，它的行程 长（可达400mm）、推力矩大，它可将输入信号直接转换为 角位移，适于输出转角(00一900)的力矩，常用于蝶阀或风门 的推动装置。
电动执行机构的组成
电动执行机构具有动作迅速、响应快、所有电源取用方便、传输距离 远等特点。主要由伺服放大器、执行机构组成，如下图所示。
电动操作器
0--10mA 或 4--20mAI i
0-90° 伺服放大器 伺服电机 减速器
If
位置发送器 放大器
mA
执行机构
电动执行机构方框图
伺服放大器
伺服放大器：前置磁放大器、触发器，可控硅主回路及电源 等部分。 作用：综合输入信号和反馈信号，并将该结果信号加以放大， 使之有足够大的功率来控制伺服电动机的转动。 根据综合后结果信号的极性，放大器应输出相应极性的信号， 以控制电动机的正、反运转。
(3)角形控制阀
角形阀的两个接管呈直角形，一般为底进侧出，这种阀的流 路简单、阻力较小，适用于现场管道要求直角连接．介质为 高粘度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。
(4)三通控制阀
三通阀共有三个出入口与工艺管道连接。其流通方式有合流(两种 介质混合成一路)型和分流(一种介质分成两路)型两种，分别如图 (a)、 (b)所示
执行机构
伺服电机：是执行机构的动力部分 减速器 ：将高转速、低转矩变成低转速、高转矩 位置发送器：根据差动变压器的工作原理，利用 输出轴的位移来改变铁芯在差动线圈中的位置，以产 生反馈信号和位置信号。 操作器：是用来完成手动自动之间的切换、远方操 作和自动跟踪无扰动切换等任务
电动执行机构工作原理
三、电动执行机构
电动执行机构是采用电动机和减速器装置来移动阀 门的执行机构，它接收来自控制器的标准电流或电压 信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位移，去 操纵阀门、挡板等控制机构，以实现自动控制。
分类： 电动执行机构有角行程、直行程和多转式三类 角行程电动执行机构将输入信号转换为相应的角位移(00一900)，这种执行机 构适用于操纵蝶阀、球阀、档板之类的旋转式控制阀。 直行程执行机构接收输入信号后，使电动机转动，然后经减速器减速并转换 为直线位移输出，去操式电动执行机构主要用来开启和关闭闸阀、截止阀等多转式阀门，由于 它的电机功率比较大，最大的有几十千瓦，一般多用作就地操作和遥控。 几种类型的电动执行机构在电气原理上基本上是相同的，只是减速器不一样
向上动作的叫反作用执
行机构。
气动活塞执行机构
气动活塞式执行机构按其作用方式可分 成比例式和两位式两种。 比例式是指输入信号压力与推杆的行 程成比例关系，这时它必须与阀门定位 器配用。 两位式是根据输入执行机构活塞两侧 的操作压力差来完成的。活塞由高压侧 推向低压侧，就使推杆由一个极端位置 推移至另一个极端位置。 活塞式执行机构属于强力气动执行机构。 其气缸允许操作压力高达0.5MPa，且 无弹簧抵消推力，因此输出推力很大， 特别适用于高静压、高压差、大口径控 制蝶阀的推动装置。
气动薄膜执行机构
结构： 由上膜盖、下膜盖、薄膜片、推杆、 弹簧、调节件、支架和行程显示板 组成 原理： 当信号压力(通常为0.02一0.1MPa)通 人薄膜气室时，在薄膜上产生一个推力， 使阀杆移动并压缩弹簧，直至弹簧的反 作用力与推力相平衡，推杆稳定在一个 新的位置。 信号压力越大，阀杆的位移量也越大。 阀杆的位移即为执行机构的直线输出位 移，也称行程。行程规格有10、16、25、 40、60、l00mm等。
(8)偏心旋转阀
偏心旋转阀的阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂及轴套一起铸成， 固定在转动轴上，如下图所示。
凸轮挠曲阀的挠曲臂在压力作用下能产生挠曲变形，使阀 芯球面与阀座密封圈紧密接触，密封性好。同时，它的重量 轻、体积小、安装方便，适用于高粘度或带有悬浮物的介质 流量控制。
(9)套筒阀
套筒阀的阀体与一般的直通单座阀相似，阀内有一个圆柱形 套筒(笼子)。套筒壁上对称地分布3、4或6个节流开孔，利用套简 导向，阀芯在套筒内上下移动，由于这种移动改变了笼子的节流 孔面积，就形成了各种特性并实现流量控制。 套筒阀的可调比大、振动小、不平衡力小、 结构简单、套筒互换性好．更换不同的套 筒(节流开孔形状不同)即可得到不同的流 量特性，阀内部件所受的汽蚀小、噪音小， 是一种性能优良的阀，特别适用于要求低 噪音及压差较大的场合，但不适用高温、 高粘度及含有固体颗粒的流体。
培训资料了解执行器的种类特点及正反作用方式掌握气动执行机构的结构及工作原理理解电动执行机构的组成及各部分作用了解控制阀的结构及特点理解控制阀的流量系数可调比和流量特性的概念了解阀门定位器的作用及使用场合掌握控制阀的选用原则能够应用控制阀的选用原则正确选用控制阀能够对执行器进行正确的调校能够正确的安装执行器能够处理执行器在使用维护中的问题知识目标技能目标目录七电动执行器操作器系统确认方法一控制阀的结构控制阀也叫执行器由执行机构和调节机构组成
(2)直通双座控制阀
阀体内有两个阀芯和阀座，是最常用的一种类型。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，可以互相抵消，所以不平衡力小。但是，由于加工的限制， 上下两个阀芯阀座不易保证同时密闭，因此泄漏量较大。
根据阀芯与阀座的相对位置，这 种阀可分为正作用式与反作用式(或 称正装与反装)两种型式。当阀体直 立，阀杆下移时，阀芯与阀座间的 流通面积减小的称为正作用式，右 图为正作用式时的情况。如果将阀 芯倒装，则当阀杆下移时，阀芯与 阀座间流通面积增大，称为反作用 式。
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。
(1)直通单座控制阀 直通单座阀的阀体内只有一个阀芯与阀座，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 压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不 平衡力会影响阀芯的移动。因此这种阀一般应用在小口径、 低压差的场合
(6)蝶阀
蝶阀又名翻板阀，具有结 构简单、重量轻、价格便宜、 流阻小的优点，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 纤维或悬浮颗粒状介质的控制。 蝶阀的流量特性在转角 0~70°范围内近似为等百分比 特性，超过规定转角后，阀的 运行会不稳定
(7)球阀
球阀的阀芯与阀体都呈球形体， 转动阀芯使之与阀体处于不同的相 对位置时，就具有不同的流通面积， 以达到流量控制的目的。 球阀阀芯有“V”形和“O”形两种开 口形式，分别如图 (a)、(b)所示。 O形球阀的节流元件是带圆孔的球 形体，转动球体可起控制和切断的 作用，常用于双位式控制。V形球 阀的节流元件是V形缺口球形体， 转动球心使V形缺口起节流和剪切 的作用，适用于高粘度和污秽介质 的控制。
阀的流量方程式
在有流体流动的管道中，控制阀是一节流件，可以理解为一当量长度的 管道段。设流体是不可压缩的，且充满管道，则根据能量不灭定律（伯 努利方程式）和流体的连续性定律可知：通过阀的体积流量Qv与阀的有 效流通截面积A和通过阀前后的压差△P的平方根成正比，与流体的密度 和阀的阻力系数ξ的平方根成反比，即
输入 Ii 执行机构 位移 L 调节机构 Q 开度 信号 P 入
执行机构的分类
气动执行机构 Pλ→L→Q
按能源分： 电动执行机构 Ii→L→Q
液动执行机构
三种执行机构的特点比较
比较项目 结构 体积 推力 配管配线 动作滞后
维护检修 使用场合 温度影响 成本
气动执行机构 简单 中 中 较复杂 大
简单 防火防爆 较小 低
调节阀
培训资料
知识目标
了解执行器的种类、特点及正反作用方式 掌握气动执行机构的结构及工作原理 理解电动执行机构的组成及各部分作用 了解控制阀的结构及特点 理解控制阀的流量系数、可调比和流量特性的概念 了解阀门定位器的作用及使用场合 掌握控制阀的选用原则
技能目标
能够应用控制阀的选用原则正确选用控制阀 能够对执行器进行正确的调校 能够正确的安装执行器 能够处理执行器在使用、维护中的问题
气动薄膜执行机构
作用方式： 气动薄膜式执行机构有 正作用和反作用两种型 式。当来自控制器或阀 门定位器的信号压力增 大时，阀杆向下动作的 叫正作用执行机构；当 信号压力增大时，阀杆
特点： 1 结构简单、动作可靠、价格便宜、维 修方便 2 输入输出成线性关系 3 膜片有效面积与推力成正比 4 可增加位移转换装置，使直线位移转 换为角位移 5 可增加阀门定位器，实现阀位检测与 反馈 6 可增加手轮机构，提高系统可靠性 7 可增加自锁装置、实现自锁和保位