第4章过程控制系统中的仪器仪表2调节阀教材
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塔西南石化厂仪表车间
调节阀课件
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控制阀基础知识 控制阀型式和结构
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控制阀是构成自动化系统不可缺少的重要部分, 它接受控制器的输出信号,直接控制能量或物料 达到控制温度,压力,流量,液位等工艺参数的目的
按驱动方式划分:电动、气动和液动
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标准型 (-5℃～230 ℃)
散热片型
加长型
(230 ℃以上、 （-5℃～-45 ℃
塔西南石化厂仪表车间
直行程调节阀的阀芯型式
塔西南石化厂仪表车间
特点:同单、双座阀阀塞导向；易堵卡； 阀,执行机构,电磁阀和各种不同功能的附件(阀门定位器,伺
当信号压力通入薄膜气室时，在薄膜上产生一个推力，使推杆移动并压缩弹簧，当弹簧的反作用与信号压力在薄膜上产生的推力相平 衡时，推杆在一个新的位置。
阀座连接无螺纹结构； 直行程调节阀的阀芯型式
特点：流路最简单，“自洁”好，软密封仅适用于 按驱动方式划分:电动、气动和液动
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定义:控制阀由执行机构和阀体两部分组成其中执行 机构是控制阀的控制装置,它按信号的大小产生相应 的推力使推杆产生相应的位移,从而带动阀芯动作; 阀体部件是控制阀的调节部分,它直接与介质接触, 由阀芯的动作,改变调节阀节流面积,达到调节目的
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控制阀是执行器中的一大类产品,执行器-在工业生产过 自动控制系统中,以调节仪表或其他控制装置的信号为输入
信 号,按一定调节规律调节被控对象输入量的装置,它包括控制 阀,执行机构,电磁阀和各种不同功能的附件(阀门定位器,伺 服放大器,位置发信器,保位阀)等产品.
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执行机构功能： 接收信号：输入力和力矩，带动阀内
调节阀课件
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控制阀基础知识 控制阀型式和结构
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控制阀是构成自动化系统不可缺少的重要部分, 它接受控制器的输出信号,直接控制能量或物料 达到控制温度,压力,流量,液位等工艺参数的目的
按驱动方式划分:电动、气动和液动
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标准型 (-5℃～230 ℃)
散热片型
加长型
(230 ℃以上、 （-5℃～-45 ℃
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直行程调节阀的阀芯型式
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特点:同单、双座阀阀塞导向；易堵卡； 阀,执行机构,电磁阀和各种不同功能的附件(阀门定位器,伺
当信号压力通入薄膜气室时，在薄膜上产生一个推力，使推杆移动并压缩弹簧，当弹簧的反作用与信号压力在薄膜上产生的推力相平 衡时，推杆在一个新的位置。
阀座连接无螺纹结构； 直行程调节阀的阀芯型式
特点：流路最简单，“自洁”好，软密封仅适用于 按驱动方式划分:电动、气动和液动
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定义:控制阀由执行机构和阀体两部分组成其中执行 机构是控制阀的控制装置,它按信号的大小产生相应 的推力使推杆产生相应的位移,从而带动阀芯动作; 阀体部件是控制阀的调节部分,它直接与介质接触, 由阀芯的动作,改变调节阀节流面积,达到调节目的
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控制阀是执行器中的一大类产品,执行器-在工业生产过 自动控制系统中,以调节仪表或其他控制装置的信号为输入
信 号,按一定调节规律调节被控对象输入量的装置,它包括控制 阀,执行机构,电磁阀和各种不同功能的附件(阀门定位器,伺 服放大器,位置发信器,保位阀)等产品.
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执行机构功能： 接收信号：输入力和力矩，带动阀内
电子教案与课件：《过程控制及自动化仪表》电子课件 第四章 4.2
角行程电动执行机构的输出轴输出角位移，转动角 度范围小于360o, 通常用来推动蝶阀、球阀、偏心旋 转阀等转角式控制阀。
多转式电动执行机构的输出轴输出各种大小不等的 有效圈数，通常用于推动闸阀或由执行电动机带动 旋转式的调节机构，如各种泵等。
控制阀
1 控制阀（调节阀）结构
控制阀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。
(f) 蝶阀
又名翻板（挡板）阀，如图411(f) 所示。它是通过杠杆带动挡板轴使挡 板偏转，改变流通面积，达到改变流 量的目的。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。适用于大口径、大流量、 低压差的场合，也可以用于浓浊浆状 或悬浮颗粒状介质的调节。
(g) 隔膜控制阀
执行机构 气动执行器的执行机构和机构主要分为薄膜式和活塞式。
薄膜式
活塞式
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。
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。)
气动：
气动执行器的执行机构和调节机构是统 一的整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两 类。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。化工厂一般均采用薄膜式。（习惯称 为气动调节阀)是用压缩空气为能源，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。
正作用：阀芯向下，阀杆向下，流通面积 减少。
多转式电动执行机构的输出轴输出各种大小不等的 有效圈数，通常用于推动闸阀或由执行电动机带动 旋转式的调节机构，如各种泵等。
控制阀
1 控制阀（调节阀）结构
控制阀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。
(f) 蝶阀
又名翻板（挡板）阀，如图411(f) 所示。它是通过杠杆带动挡板轴使挡 板偏转，改变流通面积，达到改变流 量的目的。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。适用于大口径、大流量、 低压差的场合，也可以用于浓浊浆状 或悬浮颗粒状介质的调节。
(g) 隔膜控制阀
执行机构 气动执行器的执行机构和机构主要分为薄膜式和活塞式。
薄膜式
活塞式
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。
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。)
气动：
气动执行器的执行机构和调节机构是统 一的整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两 类。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。化工厂一般均采用薄膜式。（习惯称 为气动调节阀)是用压缩空气为能源，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。
正作用：阀芯向下，阀杆向下，流通面积 减少。
[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表
![[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表](https://img.taocdn.com/s3/m/908249a56529647d272852bc.png)
第四章过程控制仪表⏹本章提要1.过程控制仪表概述2.DDZ-Ⅲ型调节器3.执行器4.可编程控制器⏹授课内容第一节概述✧过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。
在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。
过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。
过程控制仪表的分类：●按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。
●按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等。
[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。
基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。
目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。
[单元组合式控制仪表]将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。
使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。
特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。
它适用于各种企业的自动控制。
广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。
[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。
它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。
整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。
这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。
过程控制第四章 阀门
第四章
§4-1 气动调节阀结构 §4-2 §4-3 §4-4
调节阀
调节阀的流量系数 调节阀结构特性和流量特性 气动调节阀选型
§4-1 气动调节阀结构 执行机构 阀门定位器
阀
气动薄膜调节阀实物图
自动调节阀
气动（能在易燃易爆环境中工作） 执行机构 自动调节阀 阀体 电动（能源取用方便，信号传递迅速） 液动（推力大）
流量系数是表示调节阀通流能力的参数。它根据流量、 19.15 20 25 的参数
额定流量系数
32 40 50 65 80 100 /mm 1.公称直径 流量系数 C的定义及其物理意义
阀座直径/mm 32 40 50 65 80 100 额定流量系数
125
125
150
150
200
200
250
250
300
(1+K)*l =K*k1*pi +F 由于K＞＞1
Ff
Fi
l ≈ k1*pi
1 i 1.各部分的作用
u = k *p
b = f(l)
u = k1*pi
b = k2*l
p →阀杆位移 l 1 ）执行机构：将气压 l = K*(u-b) l = K*(u-b)
l+K*f(l) =K*k =K*k1 *pi 1*pi 2）阀： →调节流量 Q 阀杆位移 l (1+K)*l 由于K＞＞1
不可压缩流体的流量系数
2 2
阻力系数
2
伯努利方程：
p1 v1 p2 v2 v2 1 g 2 g 2 g 2 g 2g
不可压缩流体： 1 2 压力损失：
2 p1 p2
设流体平均速度： v1 v2 v
§4-1 气动调节阀结构 §4-2 §4-3 §4-4
调节阀
调节阀的流量系数 调节阀结构特性和流量特性 气动调节阀选型
§4-1 气动调节阀结构 执行机构 阀门定位器
阀
气动薄膜调节阀实物图
自动调节阀
气动（能在易燃易爆环境中工作） 执行机构 自动调节阀 阀体 电动（能源取用方便，信号传递迅速） 液动（推力大）
流量系数是表示调节阀通流能力的参数。它根据流量、 19.15 20 25 的参数
额定流量系数
32 40 50 65 80 100 /mm 1.公称直径 流量系数 C的定义及其物理意义
阀座直径/mm 32 40 50 65 80 100 额定流量系数
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(1+K)*l =K*k1*pi +F 由于K＞＞1
Ff
Fi
l ≈ k1*pi
1 i 1.各部分的作用
u = k *p
b = f(l)
u = k1*pi
b = k2*l
p →阀杆位移 l 1 ）执行机构：将气压 l = K*(u-b) l = K*(u-b)
l+K*f(l) =K*k =K*k1 *pi 1*pi 2）阀： →调节流量 Q 阀杆位移 l (1+K)*l 由于K＞＞1
不可压缩流体的流量系数
2 2
阻力系数
2
伯努利方程：
p1 v1 p2 v2 v2 1 g 2 g 2 g 2 g 2g
不可压缩流体： 1 2 压力损失：
2 p1 p2
设流体平均速度： v1 v2 v
过程控制系统 第4章 简单控制系统
设定值 偏差
Gf(s)
R(s) E(s)
Gc(s)
Ym(s)
U(s)
Gv(s) Gm(s)
(b)
Q(s)
Gp(s)
Go(s)
Y(s)
图 4-2 简单控制系统的框图
4.2 简单控制系统的设计
4.2.1控制系统设计概述
首先，要求自动控制系统设计人员在掌握较为全面的自动化专 业知识的同时，也要尽可能多地熟悉所要控制的工艺装臵对象； 其次，要求自动化专业技术人员与工艺专业技术人员进行必要 的交流，共同讨论确定自动化方案； 第三，自动化技术人员要切忌盲目追求控制系统的先进性和所 用仪表及装臵的先进性。工艺人员要进一步建立对自动化技术 的信心，特别是一些复杂对象和大系统的综合自动化，要注意 倾听自动化专业技术人员的建议； 第四，设计一定要遵守有关的标准﹑行规，按科学合理的程序 进行。
⑵ 对检测变送信号的处理
检测变送信号的数据处理包括信号补偿、线性化、
信号滤波、数学运算、信号报警和数学变换等。
① 信号补偿
热电偶检测温度时，由于产生的热电势不仅与热端温度有关， 也与冷端温度有关，因此需要进行冷端温度补偿； 热电阻到检测变送仪表之间的距离不同，所用连接导线的类型 和规格不同，线路电阻不同，因此需要进行线路电阻补偿； 气体流量检测时，若检测点温度、压力与设计值不一致，因此 需要进行温度和压力的补偿； 精馏塔内介质成分与温度、塔压有关，正常操作时，塔压保持 恒定，可直接用温度进行控制，当塔压变化时，需要用塔压对 温度进行补偿等。
② 从保证产品质量出发，当发生控制阀处于 无能源状态而回复到初始位臵时，不应降低产 品的质量，如精馏塔回流量控制阀常采用气关 式，一旦发生事故，控制阀全开，使生产处于 全回流状态,防止不合格产品的蒸出，从而保 证塔顶产品的质量。
过程控制仪表第4章上
数为：C=20。
在调节阀技术手册上，
给出了各种阀门的口径和流
通能力 C ，供用户查阅。
C Dg
过程控制系统与仪表 第4章
实际应用中阀门两端压差不一定是100kPa， 流经阀门的流体也不一定是水，因此必须换算。
〔1〕液体流量系数C值的计算
根据根本流量公式
QA0
2
P
将流量系数的定义条件代入根本流量公式：
△PG
P
△ P
△PT
△
PG
Q
过程控制系统与仪表 第4章
以Qmax表示串联管道阻力为零时(s=1)，阀 全开时到达的最大流量。可得串联管道在不同s值 时，以自身Qmax作参照的工作流量特性。
❖ 流量特性畸变： s ↓
直线阀变为快开阀 对数阀变为直线阀
过程控制系统与仪表 第4章
结论 串联管道使调节阀的流量特性发生畸变。 串联管道使调节阀的流量可调范围降低，最大 流量减小。 串联管道会使调节阀的放大系数减小，调节能 力降低，s值低于0.3时，调节阀能力根本丧失。
过程控制系统与仪表 第4章
2．气开式与气关式的选择
气动调节阀在气压信号中断后阀门会复位。
无压力信号时阀全开，随着信号增大，阀门 逐渐关小的称为气关式。反之，无压力信号时阀全 闭，随着信号增大，阀门逐渐开大称的为气开式。
如气动薄膜调节阀的气开式与气关式：
气关式
气开式
气开式
气关式
过程控制系统与仪表 第4章
过程控制系统与仪表 第4章
〔6〕蝶阀 又名翻板阀。 构造简单、重量轻、流阻极小，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。
过程控制系统与仪表 第4章
过程控制与自动化仪表 教学课件 刘波峰 第4章 调节器
4.1.2 比例-积分(PI)作用控制算法
比例-积分作用控制算法的方程式： u
t1
u Kc (e
或拉氏变换式：
edt) 0 Ti
△Байду номын сангаасI =△uF
△uP
1
U (s) Kc (1 Tis )E(s)
0
Ti
式中Ti为积分时间参数。是在阶跃作用下，继发生P作用
项 之后，I 作用项开始积分到升达与Δup相等所需的时间，
及工作原理 了解数字调节器的基本原理
4.1 PID控制规律
调节器
调节器的控制规律就是调节器的输出信号与输入信号之 间的函数关系。在如图4-1所示的单回路控制系统中，调节 器的输入信号为测量值xo与给定值xi相比较后产生的偏差信
号e =xi – xo，调节器的输出信号为送往执行器的信号u。
干扰
当上述控制算法公式只包含第一项时，称为比例(P)作用；只包含 第二项时，称为积分(I)作用；但只包含第三项的单纯微分(D)作用是不 采用的，因为它不能起到使被控变量接近设定值的效果；只包含第一、 二项是PI 作用，只包含一、三项的是PD 作用，同时包含这三项的是 PID 作用。
4.1.1 比例（P）作用的控制算法
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第4章 调节器
本章内容
了解PID控制规律 掌握 DDZ-Ⅲ调节器的基本结构、调节方法
如图所示。
Ti越短，则I 作用越强，在一般的控制器中，Ti可在 数秒至数十分的范围内调整。
积分引入目的是消除余差。从物理概念看，如偏差 不除，u 会一直变化下去；而当偏差为零时，u 可 在任何数值上保持不变，这就符合了在不同负荷与 不同设定值下的需要；同时也可以说，引入I 作用 控制器的稳态增益很大，接近于∞ ，因此，余差会 趋近于0。从数学分析着手，则完全可以从拉普拉 斯变换的终值定理得出相同的结论。
过程控制系统 第4章 简单控制系统讲解
变量中的对被控变量影响最大的一个。控制通道 的放大系数Ｋ要尽量大一些，时间常数Ｔ适当小 些，滞后时间尽量小。 ③不宜选择代表生产负荷的变量作为操纵变量， 以免产量受到波动。
4.2.3 检测变送环节选择
⑴ 检测变送环节的性能
检测元件和变送器的基本要求是准确、迅速和可
靠。 选择检测元件时应考虑该元件能否适应工业生产 过程环境；能否长期稳定运行；检测元件的精确 度和响应的快速性等。还应考虑检测元件和变送 器的线性特性等。
仪表的精确度影响检测变送环节的准确性。应合
理选择仪表的精确度，以满足工艺检测和控制要 求为原则。检测变送仪表的量程应满足读数误差 的精确度要求，同时应尽量选用线性特性。仪表 量程大Km小，而仪表量程小则Km大。
检测元件和变送器增益Km的线性度与整个闭环控
制系统输入输出的线性度有关，当控制回路的前 向增益足够大时，整个闭环控制系统输入输出的 增益是Km的倒数。例如，采用孔板和差压变送器 检测变送流体的流量时，由于差压与流量之间的 非线性，造成流量控制回路呈现非线性，并使整 个控制系统开环增益非线性。
控制系统设计基本内容
① 确定控制方案
调研，论证 包括被控变量的选择与确认﹑操纵变量的选择与确认﹑检测点 的初步选择、绘制出带控制点的工艺流程图和编写初步控制方 案设计说明书等等。
要考虑到供货方的信誉﹑产品的质量﹑价格﹑可靠性﹑精度﹑ 供货方便程度﹑技术支持﹑维护等因素。 包括控制室设计﹑供电和供气系统设计﹑仪表配管和配线设计 和联锁保护系统设计等等，提供相关的图表。
《过程控制系统》
第4章 简单控制系统
简单控制系统指的是单输入-单输出(SISO) 的 线性控制系统，是控制系统的基本形式。其特 点是结构简单，而且具有相当广泛的适应性。 在计算机控制已占主流的今天，即使在高水平 的自动控制设计中，简单控制系统仍占控制回 路的绝大多数，一般在85％以上。力求简单、 可靠、经济与保证控制效果是控制系统设计的 基本准则。
调节阀课件-
直通双座阀
直通双座阀
由于流体压力作用在两个阀芯上,不平衡力相互抵消许多, 因此允许压差大。这种能互相抵消许多不平衡力的结构为 平衡式结构。
在关闭时,因存在着加工误差,阀芯与阀座的两个密封面不 能同时密封,因此,泄漏量比单座阀大十倍到上百倍；同时, 温度变化时泄漏量也会增大,这是它的突出的缺点,所以不 能用在工艺要求泄漏小的场合。
球阀
球阀
最大特点是流路最简单、损失最小，“自洁”性能最好。 “O”形球阀无阻调节，Kv 值最大，通常用于不干净介质的
两位切断。V形球阀提供近似对数流量特性的调节特性，V 形球阀与阀座相对转动时产生剪切作用，尤其适用于高粘 度、悬浮液、纸浆等不干净、含纤维介质的调节、切断。 阀芯的受力是在△P 作用下,将阀芯球推向一侧阀座上,对阀 座产生的压紧力增加了阀芯转动时的摩擦力,因此△P 主要 产生的是一种摩擦力,执行机构克服这一摩擦力容易得多,
蝶阀
蝶阀
阀大致分为普通蝶阀、高性能蝶阀、三偏心蝶阀 具有体积小、重量轻，特别适应于大口径的场合 有较好的近似对数流量特性，调节性能好。因其阀体又兼
阀座功能，能很好地利用节流的冲刷有效地对阀体内壁进 行冲洗，又带来较好的“自洁”性能 最适用于大口径、大流量、低压力、不干净介质的场合。 随着工艺参数的强化，口径的不断增大蝶阀的应用将越来 越广泛。
调节阀基础知识培训
主要内容
一 .阀门概述 二.分类 二 阀门的基本结构和技术规格 三 调节阀基本功能的介绍 四 调节阀手轮的介绍 五 调节阀基本材料的介绍 六 阀门常见故障及维护
一 阀门概述
1. 阀门的定义 阀门是流体输送系统中的控制部件，在石油化工装置中发
挥重要作用。 2.阀门的作用 接通和截断介质 防止介质倒流 调节介质压力、流量 分离、混合或分配介质 防止介质压力超过规定数值，保证管道或设备安全运行。
过程控制系统课件第四章调节单元
u = KC e
即调节作用是以偏向存在为前提条件，不可能
做到无静差调节。
在实际的比例控制器中，习惯上使用比例度δ来表 示比例控制作用的强弱。
所谓比例度就是指控制器输入偏向的相对变化 值与相应的输出相对变化值之比，用百分数表示。
( e / u )100%
em axem in um axum in
式中e为输入偏向；u为控制器输出的变化量； 〔emax - emin〕为输入的最大变化量,及输入量程； 〔umax –umin〕为输出的最大变化量，即控制器 的输出量程。
DDZ-Ⅲ型基型调节器 模拟式控制器用模拟电路实现控制功能。其开展 经历了Ⅰ型〔用电子管〕、Ⅱ型〔用晶体管〕和Ⅲ 型〔用集成电路〕。
1 DDZ-Ⅲ型仪表的特点4～20mA.DC； 内给定信号：1～5V.DC； 测量与给定信号的指示精度：±1％； 输入阻抗影响：≤满刻度的0.1％； 输出保持特性：－0.1％〔每小时〕； 输出信号：4～20mA.DC； 调节精度：±0.5％； 负载电阻：250～750Ω。
1 比例调节规律 比例控制数学表达式 ：
u(t)Kce(t)
u(t)为调节器输出的增量值， e(t) 为被控参数与给定值之差。
纯比例调节器的阶跃响应特性
❖ 比例控制的特点
❖ 控制及时、适当。只要有偏向，输出立即成比 例地变化，偏向越大，输出的控制作用越强。
控制结果存在静差。因为，假如被调量偏向为 零，调节器的输出也就为零
比例度:
( e / u )100%
em axem in um axum in
假如控制器输入、输出量程相等，那么:
u
e100% 1 100%
umax
u
KC
比例度除了表
调节阀1教学教材
调节阀故障诊断方法
观察法
通过观察阀门外观及动作情况，判断是否存在卡涩、泄漏等故障。
听诊法
用听棒或电子听诊器检查阀门内部是否有异常声音，判断是否存在执行机构故障。
触摸法
通过触摸阀门表面，感知温度变化，判断是否存在流量调节失灵等问题。
仪表检测法
使用流量计、压力表等仪表检测阀门性能参数，准确判断故障原因。
调节阀1教学教材
• 调节阀概述 • 调节阀的工作原理 • 调节阀的选型与设计 • 调节阀的安装与调试 • 调节阀的故障诊断与处理 • 调节阀的发展趋势与展望
01
调节阀概述
调节阀的定义与功能
定义
调节阀是工业自动化过程控制系统中用于调节管道中介质流量的一种装置，通 过改变阀芯与阀座的相对位置来控制介质的流量，从而达到对系统压力、温度、 液位等工艺参数进行调节的目的。
定期对调节阀进行检查，包括外观、紧固 件、密封件等，确保其正常工作。
根据需要定期对调节阀进行清洗，清除杂 质和污垢，保持其良好的工作状态。
更换磨损件
维护保养计划
对磨损严重的部件进行更换，如密封件、 轴承等，确保调节阀的正常运行。
制定维护保养计划，定期对调节阀进行全 面检查和维护，延长其使用寿命。
05
流量、流速等参数。
根据介质特性，计算调 节阀的压力损失，以确 保管道系统的压力稳定。
根据需要，对调节阀进 行噪音控制设计，以降 低阀门运行时的噪音。
流量特性曲线
根据流量特性要求，设 计调节阀的流量特性曲 线，以确保调节阀的调
节性能。
调节阀的材料与密封
材料选择
根据工艺要求和介质特性，选择合适的材料， 如铸钢、不锈钢、铜等。
功能
调节阀的主要功能是根据控制系统发出的信号，自动或手动调节管道中介质的 流量，以适应工艺流程的需要，实现对系统工艺参数的精确控制。
调节阀(基础知识)课件
② 马氏体不锈钢
马氏体不锈钢是一种铬不锈钢，其金相组织 为马氏体，可通过热处理进行强化，具有良好的 力学性能和高温抗氧化性。该钢种在大气、水和 弱腐蚀介质如加盐水溶液、稀硝酸及某些浓度不 高的有机酸，在温度不高的情况下均有良好的耐 腐蚀性。但该钢种不耐强酸如硫酸、盐酸、浓硝 酸等的腐蚀，常用于水、蒸汽、油品等弱腐蚀性 介质。由于铬不锈钢可通过热处理强化，因此为 了避免强度过高产生脆性，应采用正确的热处理 工艺。如ASTM A 217 CA15规定其最低回火温 度为595℃
硬质材料包含：金属或金属与无石棉、石墨混合而 成的填料，以聚四氟乙烯压合烧结的成形填料构 成。金属填料使用较少。
⑤ 垫片的材质
在阀门上，垫片是为了阻止介质外漏的主要密封件 ，用来充填两个结合面(如阀体和阀盖之间的密 封面)间所有凹凸不平处，以防止介质从结合面 间泄漏。
垫片亦可分为软质和硬质两种。软质一般为非金属 的，如硬纸板、橡胶、石棉橡胶板、聚四氟乙烯 等；硬质一般为金属或金属包石棉、金属与石棉 缠绕而成的垫片。金属垫片的材料一般用优质碳 钢和不锈钢，加工精度和光洁度要求较高，紧固 螺栓的力量亦较大，均用于高温高压阀门。
阀内件材料
阀内件是阀门的主要工作面之一，材料选择是 否合理以及它的质量状况直接影响阀门的功能和使 用寿命。
由于阀门用途十分广泛，因此阀门密封面的工 作条件差异很大。压力可以从真空到超高压，温度 可以从-269℃到816℃，有些工作温度可达1200℃ ，工作介质从非腐蚀介质到各种酸碱等强腐蚀性介 质。从密封面的受力情况来看，它受挤压和剪切。 从磨擦学的角度来看，有磨拉磨损、腐蚀磨损、表 面疲劳磨损、冲蚀等等。因此，应该根据不同的工 作条件选择相适应的密封面材料。
蝶阀
蝶阀
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（7）球阀。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 流量控制的目的，如图所示。
图 蝶阀
图 球阀
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,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 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。
第四章 调节阀
4.2 执行器－气动调节阀
§4.2.1 气动调节阀结构 §4.2.2 调节阀的流量系数 §4.2.3 调节阀结构特性和流量特性 §4.2.4 气动调节阀选型
调节阀的作用:接受调节器送来的控制信号,调节管道中介 质的流量(即改变调节量),从而实现生产过程的自动化．
调节阀的分类：气动, 电动和 液动三类．
按能源分
气动：压缩空气作为能源结构简单，输出推力 较大、维修方便，价格低廉，防火防爆
电动:能源取用方便，信号传递迅速，但结构复 杂、防爆性能差
液动：液动控制阀推力最大，但较笨重，现已 很少使用
三种执行器的特点比较
比较项目
结构 体积 推力 配管配线 动作滞后 频率响应 维护检修 使用场合 温度影响 成本
u(t) 电气 pc 执行 l
转换器
机构
f 阀体
管路 系统
q
执
行 u(t)：控制器输出 (4~20mA或0~10mADC); 机 pc ：调节阀气动控制信号； 构 l：阀杆相对位置；
f ：相对流通面积； 阀 q ：受调节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．
图 直通双座控制阀
（3）角型控制阀。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、含有悬浮物和颗粒物质流体的控制。
阀的作用：阀杆位移L---调节流量Q
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． 流开阀：介质的流动方向有推动 阀门打开的趋势，称流开 ．
流闭阀：介质的流动方向有推动 阀门关闭的趋势，则称流闭.
流开阀稳定性好,有利于调节,一般多采用流开阀
阀门的“气开”与“气关”
* 气开阀：信号压力增加，流量增加 pc↑→ f↑ (“有气则开”)
② 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；
③ 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）；
当气源中断或电源中断时， •进入装置的原料、热源应切断：进料阀选气开 •切断装置向外输出产品：出料阀选气开 •精馏塔回流应打开：回流阀选气关
控制阀的结构形式及选择
（1）直通单座控制阀。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 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 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。
执行机构作用：将气压p--->阀杆位移L 气动薄膜式执行机构作用型式：
正作用:信号压力增加时，推杆向下移动 (ZMA) 反作用:信号压力增大时，推杆向上移动 (ZMB)
二 阀(调节机构）
阀(或称阀体组件)是一个局 部阻力可变的节流元件．它 由阀体、上阀盖组件、下阀 盖组件和阀内件组成。 普通阀包括阀芯,阀座和阀 杆等．
* 气关阀：信号压力增加，流量减小 pc↑→ f↓ (“有气则关”)
*无气源( pc = 0 )时，气开阀全关，气关阀全开。
阀门的“气开”与“气关”
“气开”与“气关”的选择原则
基本原则：根据安全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；
若无气源时，希望阀全开，则应选择气关阀。 实际应用：
图 隔膜控制阀
（5）三通控制阀。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 种介质混合成一路，后者是将一种介质分为两路，分别如 图（a）、（b）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。
合流
分流
（6）蝶阀。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， 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。
气动执行器
简单 中 中 较复杂 大 狭 简单 防火防爆 较小 低
电动执行器
液动执行器
复杂 小 小 简单 小 宽 复杂 隔爆型才防火防爆 较大 高
简单 大 大 复杂 小 狭 简单 要注意火花 较大 高
电动执行器
气动执行器
§4.2.1气动调节阀的结构
气动调节阀的结构
....... .......
pc
图 角型控制阀
（4）隔膜控制阀。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 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 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 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。
图 直通单座控制阀
（2）直通双座控制阀。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 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 阀芯和阀座不易保证同时密闭，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 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。
阀门定位器的功能： （1）定位功能。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-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 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。
添加阀门定位器后，能使控制阀适用于下列情况
① 要求阀位做精确调整的场合；
图 蝶阀
图 球阀
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,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 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。
第四章 调节阀
4.2 执行器－气动调节阀
§4.2.1 气动调节阀结构 §4.2.2 调节阀的流量系数 §4.2.3 调节阀结构特性和流量特性 §4.2.4 气动调节阀选型
调节阀的作用:接受调节器送来的控制信号,调节管道中介 质的流量(即改变调节量),从而实现生产过程的自动化．
调节阀的分类：气动, 电动和 液动三类．
按能源分
气动：压缩空气作为能源结构简单，输出推力 较大、维修方便，价格低廉，防火防爆
电动:能源取用方便，信号传递迅速，但结构复 杂、防爆性能差
液动：液动控制阀推力最大，但较笨重，现已 很少使用
三种执行器的特点比较
比较项目
结构 体积 推力 配管配线 动作滞后 频率响应 维护检修 使用场合 温度影响 成本
u(t) 电气 pc 执行 l
转换器
机构
f 阀体
管路 系统
q
执
行 u(t)：控制器输出 (4~20mA或0~10mADC); 机 pc ：调节阀气动控制信号； 构 l：阀杆相对位置；
f ：相对流通面积； 阀 q ：受调节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．
图 直通双座控制阀
（3）角型控制阀。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、含有悬浮物和颗粒物质流体的控制。
阀的作用：阀杆位移L---调节流量Q
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． 流开阀：介质的流动方向有推动 阀门打开的趋势，称流开 ．
流闭阀：介质的流动方向有推动 阀门关闭的趋势，则称流闭.
流开阀稳定性好,有利于调节,一般多采用流开阀
阀门的“气开”与“气关”
* 气开阀：信号压力增加，流量增加 pc↑→ f↑ (“有气则开”)
② 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；
③ 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）；
当气源中断或电源中断时， •进入装置的原料、热源应切断：进料阀选气开 •切断装置向外输出产品：出料阀选气开 •精馏塔回流应打开：回流阀选气关
控制阀的结构形式及选择
（1）直通单座控制阀。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 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 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。
执行机构作用：将气压p--->阀杆位移L 气动薄膜式执行机构作用型式：
正作用:信号压力增加时，推杆向下移动 (ZMA) 反作用:信号压力增大时，推杆向上移动 (ZMB)
二 阀(调节机构）
阀(或称阀体组件)是一个局 部阻力可变的节流元件．它 由阀体、上阀盖组件、下阀 盖组件和阀内件组成。 普通阀包括阀芯,阀座和阀 杆等．
* 气关阀：信号压力增加，流量减小 pc↑→ f↓ (“有气则关”)
*无气源( pc = 0 )时，气开阀全关，气关阀全开。
阀门的“气开”与“气关”
“气开”与“气关”的选择原则
基本原则：根据安全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；
若无气源时，希望阀全开，则应选择气关阀。 实际应用：
图 隔膜控制阀
（5）三通控制阀。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 种介质混合成一路，后者是将一种介质分为两路，分别如 图（a）、（b）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。
合流
分流
（6）蝶阀。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， 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。
气动执行器
简单 中 中 较复杂 大 狭 简单 防火防爆 较小 低
电动执行器
液动执行器
复杂 小 小 简单 小 宽 复杂 隔爆型才防火防爆 较大 高
简单 大 大 复杂 小 狭 简单 要注意火花 较大 高
电动执行器
气动执行器
§4.2.1气动调节阀的结构
气动调节阀的结构
....... .......
pc
图 角型控制阀
（4）隔膜控制阀。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 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 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 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。
图 直通单座控制阀
（2）直通双座控制阀。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 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 阀芯和阀座不易保证同时密闭，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 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。
阀门定位器的功能： （1）定位功能。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-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 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。
添加阀门定位器后，能使控制阀适用于下列情况
① 要求阀位做精确调整的场合；