化工仪表及自动化第6章

图6-4 角形阀
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第一节 气动执行器
（4）三通控制阀 共有三个出入口与工艺管道连接。 按照流通方式分 合流型和分流型两种
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图6-5 三通阀
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（5）隔膜控制阀
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采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。
特点 结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他 种类的阀要大。不易泄漏。耐腐蚀性强，适用 于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用 于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。 注意执行机构须有足够的推力
当R=30,l/L=0时，Q/Qmax=0.33 假设R=∞,位移变化量为10%
在10％时，流量变化的相对值为
20 10 100 % 100 % 10
图6-13 理想流量特性 1—快开；2—直线；3—抛 物线；4—等百分比曲线
在50％时，流量变化的相对值为
60 50 100 20% 50
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二、控制阀的流量特性
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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）间的关系，即
Q l f Qmax L
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1.控制阀的理想流量特性 在不考虑控制阀前后压差变化时 得到的流量特性称为理想流量特性。 它取决于阀芯的形状 （1）直线流量特性 指控制阀的相对流量与相对开 度成直线关系。
（9）笼式阀 特点 可调比大、振动小、不平衡力小、结构简 单、套筒互换性好，更换不同的套筒可得到不 同的流量特性，阀内部件所受的汽蚀小、噪声 小，是一种性能优良的阀，特别适用于要求低 噪声及压差较大的场合。 不适用高温、高黏度及含有固体颗粒的流体。
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缺点
图6-11 笼式阀
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口径选择得过小，会使流经控制阀的介质达不到所需要的 最大流量。 口径选择得过大，会浪费设备投资，且使控制阀经常处于 小开度工作，控制性能变差，易使控制系统变得不稳定。 控制阀的口径选择是由控制阀流量系数KV值决定的。 流量系数KV的定义为：当阀两端压差为100kPa，流体密度 为1g/cm3，阀全开时，流经控制阀的流体流量。 对于不可压缩的流体，且阀前后压差p1－p2不太大时，有
图6-6 隔膜阀
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（6）蝶阀 特点 缺点 结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。 泄漏量大。
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图6-7 蝶阀
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（7）球阀
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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。 球阀阀芯分类 “V”形和“O”形两种开口形式。
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边界条件：l=0时，Q=Qmin; l=L时Q=Qmax 把边界条件代入式（6-3），可分别得
C Qmin 1 , Qmax R K 1 C 1 1 R
（6-4）
R为阀全关时的泄漏量，一般是Qmax的2％～4％。
行程长、转矩大，适于输出转角（60°～90°） 和力矩。
气动薄膜式执行机构有正作用和反作用两种形式。 根据有无弹簧可分为有弹簧的及无弹簧的执行机构。
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2.控制机构
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根据不同的使用要求，控制阀的结构形式主要有以下几种。 （1）直通单座控制阀
由上图可见
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当x＝1，即旁路阀关闭、Q2＝0时，控制阀的工作流 量特性与它的理想流量特性相同。
随着x值的减小，即旁路阀逐渐打开，虽然阀本身的 流量特性变化不大，但可调范围大大降低了。
控制阀关死，即l/L＝0时，流量Qmin 比控制阀本身的 Q1min大得多。
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化工仪表及自动化
第六章 执行器
内容提要
气动执行器
气动执行器的结构与分类 控制阀的流量特性 控制阀的选择 气动执行器的安装和维护
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电动执行器
电-气转换器及电-气阀门定位器
电-气转换器 电-气阀门定位器
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内容提要
数字阀与智能控制阀
数字阀 智能控制阀
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2
概述
执行器 作用
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接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的 流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一 定的范围内。 按能源形式分类 气动执行器 电动执行器
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2.气开式与气关式的选择
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有压力信号时阀关、无信号压力时阀开的为气关式。 反之，为气开式。 选择要求 主要从工艺生产上安全要求出发。信号压力中断时， 应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时 危害性小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障， 气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之阀处于 关闭时危害性小，则应选用气开阀。
液动执行器
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执行结构
结
执行器的推动装置，它按控制信 号压力的大小产生相应的推力，推动 控制机构动作，所以它是将信号压力 的大小转换为阀杆位移的装置。
构
控制机构 执行器的控制部分，它直接与 被控介质接触，控制流体的流量。 所以它是将阀杆的位移转换为流过 阀的流量的装置。
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在实际使用中总存在着串联管道阻力的影响，控制阀 上的压差还会随流量的增加而降低，使可调范围下降得 更多些，控制阀在工作过程中所能控制的流量变化范围 更小，甚至几乎不起控制作用。 采用打开旁路阀的控制方案是不好的，一般认为旁路 流量最多只能是总流量的百分之十几，即x值最小不低 于0.8。
Q d Q max K l d L
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图6-12 不同流量 特性的阀芯形状 1—快开；2—直线； 3—抛物线；4—等 百分比
（6-2）
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将（6-2）积分可得
Q l K C Qmax L
（6-3）
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三、控制阀的选择
1.控制阀结构与特性的选择 结构形式选择
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主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的物 理、化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。 特性选择 先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然 后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。 目前使用比较多的是等百分比流量特性。
在80％时，流量变化的相对值为
在流量小时，流量变化的 90 80 100 % 12.5% 相对值大；在流量大时， 80 流量变化的相对值小。
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（2）等百分比（对数）流量特性
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等百分比流量特性是指单位相对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。
KV 10Q
阀体内只有一个阀芯与阀座。
特点 结构简单、泄漏量小，易保证关闭，甚至完全切断。 缺点 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。
图6-2 直通 单座阀
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（2）直通双座控制阀 阀体内有两个阀芯和阀座。 特点 流体流过的时候，不平衡力小。
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（3）抛物线流量特性
Q 1 1 Qmax R
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l R 1 L

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（4）快开特性 这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随 开度的增大，流量很快就达到最大。 快开特性的阀芯形式是平板形的，适用于迅 速启闭的切断阀或双位控制系统。
图6-16 管道串联时控制阀的工作特性
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（2）并联管道的工作流量特性
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控制阀一般都装有旁路，以便手动操作和维护。当 生产量提高或控制阀选小了时，只好将旁路阀打开一些， 此时控制阀的理想流量特性就改变成为工作特性。
如图6-17所示，显然这时管 路的总流量Q是控制阀流量 Q1 与旁路流量Q2 之和，即Q ＝Q1＋Q2。
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第一节 气动执行器
结论
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① 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。 ② 串、并联管道都会使控制阀的可调范围降低，并 联管道尤为严重。 ③ 串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总 流量增加。 ④ 串、并联管道会使控制阀的放大系数减小，即输 入信号变化引起的流量变化值减少。
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将式（6-4）代入式（6-3），可得
Q 1 l 1 R 1 Qmax R L
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（6-5）
注意：当可调比不同时，特性曲线在纵坐标上的起点 是不同的。
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举例
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Q d Q max K Q Qmax l d L Q l ln K C Qmax L
（6-6）
将（6-6）积分
将前述边界条件代入 C ln
Qmin 1 ln ln R, Qmax R
K ln R
l 1 Q L R Qmax
（6-7）
图6-17 并联管道的情况
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以x代表并联管道时控制阀全开时的流量Q1max与总管 最大流量Qmax 之比，可以得到在压差Δp为一定时，而x为 不同数值时的工作流量特性曲线。
图6-18 并联管道时控制阀的工作特性
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图6-8 球阀
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