调节阀PPT

△p---Kgf/cm2 ρ---g/cm3 (工程单位制(MKS)) (国际单位制(SI)) 运算时单位:
C QL L p
QL---m3/h
△p---KPa
3 ρ---g/cm24
C 10QL L p
注意: 同一组数据，用两种公式计算的结果是相同的 如： △p=1kgf/cm2 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：
图
蝶阀
图
球阀
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三、阀门定位器
气动阀门定位器是一种辅助装置, 根据调节器来的气动信号控制气动调 节阀门部件, 使阀门开度处于精确位置. 其应用场合为: (1) 提高系统控制精度． (2) 系统需要改变调节阀的流量特性． (3) 组成分程控制系统 并不是任何情况下采用阀门定位器都是合理的．在如液体压力和流量 这样的快速控制过程，使用阀门定位器可能对控制质量有害．
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由于采用的单位制有公制和英制之分，国际上通用两种不同的流量系数 Kv和Cv, 通过单位制变换它们与C的关系为：
Kv C;
二 流量系数计算公式
Cv 1.167C
(4-5)
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4.2列举了 液体，气体和蒸汽等常用流体C值的计算公式． 注意事项：
C 10QL L p 10QL L 100 QL L
使用工程单位制计算为：
C QL L p QL L 1 QL L
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2. 低雷诺数修正
当雷诺数Re<2300时, 不能按式4-4计算C值, 必须加以修正. 修正后的流 量系数C’为: '
C C FR
FR---雷诺修正系数, 根据雷诺数Re由图4.10查得 雷诺数Re的计算: ① 对于直通单座阀,套筒阀, 球阀等只有一个流路的调节阀, 雷诺数为
反作用: 信号压力增大时，推杆向上移动 (ZMB)
执行机构作用：将气压p--->阀杆位移L
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pc 执 行 机 构
u(t)
电气 转换器
pc
执行 l 机构
阀体
f
管路 系统
q
....... .......
u(t): 控制器输出( 4~20 或 0~10 mA DC) pc : 调节阀气动控制信号；
l: 阀杆相对位置；
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“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：
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
阀门定 位器
阀体
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执行机构 阀门定位器 阀
公称直径Dg
阀座直径dg
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§4-1 气动调节阀的结构
气动调节阀由执行机构和阀两部分组成． 执行机构: 按照控制信号的大小产生相应的输出力, 带动阀杆移动． 阀: 直接与介质接触, 通过改变阀芯与阀座间的节流面积调节流体介质 的流量
一 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： 正作用: 信号压力增加时，推杆向下移动 (ZMA)
图
角型控制阀
图
隔膜控制阀
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(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。
(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。
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温度控制系统示意图
调节阀按所用能源可分为气动, 电动和液动三类．
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 按能源分 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
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三种执行器的特点比较
比较项目 气动执行器 电动执行器 液动执行器
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
简单 中 中 较复杂 大 狭 简单 防火防爆 较小 低
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
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气动薄膜调节阀 电动调节阀 执行 机构
图
直通单座控制阀
图
直通双座控制阀
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(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。 (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。
f : 相对流通面积；
阀 体
q : 受调节阀影响的管路相对流量。
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二 阀
阀(或称阀体组件)是一个局部阻力可变的节流元件．普通阀包括阀芯, 阀座和阀杆等． 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：介质的流动方向有推动阀门打 开的趋势，称流开 ． 流闭：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 阀的作用: 阀杆位移L---调节流量Q
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补充知识: 伯努利方程
1 2 p v gh const 2
1)伯努利方程表述的是理想 流体作定常流动时，流体 中压强和流速的规律。 2)在流动的流体中，流速大 的地方压强小；流速小的 地方压强大。 3)伯努利方程阐明的位能、 动能、静压能相互转换的 原理.
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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(伯努利方程)可知，调节阀上的压力损失为：
① 两套计算公式(国际单位制SI和工程单MKS位制)单位有所不同．
② 计算前要做阻塞流判断 ③ 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．
④ 根据要求计算满足要求的C值，以此为依据选择适当的调节阀．
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1. 阻塞流对流量系数计算的影响
流体体积流量计算公式为:
Q C ( p1 p2 )
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阀芯的正装和反装： 正装阀：阀芯下移，阀芯与阀座间的流通截面积减小
反装阀：阀芯下移，阀芯与阀座间的流通截面积增大
阀的开关方式： 无气压时关闭
气开式：阀的开度随气压的增大而增大: p↑ f↑ 气关式：阀的开度随气压的增大而减小: p↑ f↓ 执行机构与阀门的配合 根据执行机构正、反作用型式以及阀芯的正装、反装可以实现调节阀的 气开、气关方式：
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由上两式可得调节阀流量方程
Q
当 ( p1 p2 )
AF
p1 p2
v
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(4-3)
A---与单位制有关的常数
不变时，流量Q随 F
F
v 而变化
根据C的定义，在流量方程中令p1-p2=1, ρ=1可得
CA
v
因此, 对于其它的阀前后压降和介质密度, 则有 Q C (4-4) ( p1 p2) 注意: 流量系数C不仅与流通截面积F(或阀公称直径Dg)有关，而且 还与阻力系数ξv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 同的调节阀，阻力系数不同，流量系数也各不相同．
Re 70700
QL C
② 对于直通双座阀,蝶阀,偏心旋转阀等具有两个平行流路的调节阀
pcr 时, 就会出现
P1恒定时Q与 p 的关系
阻塞流, 此时按4--4计算出的流量 会大大超过阻塞流Qmax, 因此在计 算C值时首先要确定调节阀是否处 于阻塞流情况．
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① 气体的阻塞流条件： 压差比x= △p/p1 ≥xTFk xT---空气在某一调节阀时的临界压 差比,决定于调节阀结构(表4.3) Fk---比热比系数,气体与空气的绝热 指数之比, Fk=k/kair (kair=1.4) (表4.9) ② 液体(不可压缩流体)的阻塞流 调节阀内流体压力梯度图 p1 p2
p1 p2 2 h v g 2g
(4-1)
式中，ξv为调节阀阻力系数；g为重力加速度；ρ为流体密度；p1, p2为 调节阀前后压力；ω为流体平均速度． 因为
Q F
(4-2)
p1 Q
p2
Q—流体体积流量， F---调节阀流通截面积
F:阀通流截面积 ξν :阀阻力系数
ρ：流体密度 g:重力加速度
对于一个给定的调节阀,FL为一个固定常数,它只与阀结构,流路形式有关, 与阀口径大小无关. 查表4.3可得到. 流量(液体)系数C的计算: 运算时单位: ① 判断是否产生阻塞流，判别条件按上式 QL---m3/h
② 如果未发生阻塞流，则△p=p1-p2
发生了阻塞流，则△p＝FL2(p1-FFpv) ③ 按公式计算
阻塞流是指, 当阀前压力p1保持恒定而逐步降低阀后压力p2时, 流经调 节阀的流量会增加到一个最大极限值, 若再继续降低p2流量也不再增加, 此极限流量称为阻塞流． 此时,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 Q C 的规律. 右图中, ( p1 p 2) 当压降大于
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§4-2 调节阀的流量系数
流量系数是表示调节阀流通能力的参数. 它根据流量、阀两端的差压和 流体的密度等确定。是选择阀口径的参数.
1kgf/cm2
一 流量系数的定义及其物理意义
我国规定的流量系数C为: 在给定行程下, 阀两端压差为0.1Mpa, 水密 度为1g/cm3时, 流经调节阀的水的流量, 以m3/h表示 (体积流量). 阀全 开时的流量系数为调节阀额定流量系数, 以C100表示. 它作为阀的基本 参数由制造厂家提供给用户。 表4.1为根据C100选择阀门直径表 例如一台额定流量系数为32的调节阀, 表示阀全开且两端的压差为 0.1 MPa时，每小时最多能通过32m3的水量．
ⅰ) 产生阻塞流的原理
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产生的条件： p
p1 p2 FL2 ( p1 FF pv )
pc---介质临界压力
p1---调节阀进入端压强, FF---液体临界压力比系数
pv---入口温度下流体介质饱和蒸汽压
FF 0.96 0.28 pv pc
FL---压力恢复系数 F p p ( p p ) ( p p ) L cr vcr 1 2 cr 1 vcr
第四章
§4-1 §4-2 §4-3 §4-4
调节阀
气动调节阀结构 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
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简单控制系统组成：
被控对象,测量变送装置,调节器和调节阀组成． 其中调节阀主要包括执行机构和阀体两部分． 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． 本章学习目的: 了解调节阀的结构原理, 掌握 调节阀流通系数和流量特性等概念, 最终通过 计算选择合适的调节阀。 电磁阀 阀 调节阀
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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。
(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。