第过程控制技术 4章(1)_PPT幻灯片
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1-上盖 2-膜片 3-弹簧 4-阀杆 5-阀体 6-阀芯 7-阀座 图 4-1 气动薄膜调节阀示意图
（a）合流型
图4-4 三通阀
（b）分流型
图4-5 角形阀
角形调节阀用于两根管道相交呈直角处的连接，如图4-5所示。一般用于工作现场管道有直 角拐弯要求的地方，并且流体具有高压差、高粘度、悬浮物等特点。
在传统调节阀方面，本书采纳按使用能源不同划分执行器的分类法，并主要讨论气动和电 动两种执行器，同时，对变频器也予以介绍。
4.2 气动调节阀
4.2.1 气动调节阀的基本结构 由气压信号控制阀门开度的执行器是气动调节阀,常用的气动薄膜调节阀如图 4-1 所示。它
主要由执行机构和调节机构（阀体）组成。根据需要，可以配备辅助装置，如阀门定位器、手 轮机构、电－气转换器等。其中，阀门定位器的作用是提高阀门开度精准性，手轮机构作用是 当自动操作机构有故障时，用手动操控阀门，电－气转换器的作用是将控制电信号转换为气动 信号实施。
⑸ 隔膜调节阀
它采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜，将流体介质与外界隔离开来，介质不泄露，如图4-6。它 具有结构简单、流阻小和流通能力强等特点。适用于化工行业中对强酸、强碱和强腐蚀性流体 和高粘度、含悬浮颗粒状介质的调节。当该类阀隔膜直径较大时，往往采用活塞式执行机构， 以保证足够的推理。同时，阀的使用温度一般小于150℃,压力小于1Mpa。
高
窄
较大
执行器还有其它的划分方法，如：按输出位移形式不同划分的有，转角型执行器，直线型 执行器；按动作规律不同划分的有：开关型执行器、积分型执行器和比例型执行器等。
另外，随着调速技术的发展，变频器作为一种新型执行器形式，引起了工程界的高度关注。 通过变频器实现交流电动机调速的执行单元，不仅取代了部分调节阀的功能，而且还有显著的 节能效果。
⑹ 碟阀
图4-6 隔膜阀
a) 外形图
b)示意图 图4-7 蝶阀
蝶阀也称翻板阀，如图 4-7 所示，它由阀体、挡板、挡板轴和轴封等部件构成。它的挡板 以绕轴的转动来控制流体流量,转角通常在 0-70°之间。它具有结构紧凑、流通能力强、流阻小、 泄漏量大等特点。
⑺ 球阀
球阀如图 4-8 所示，其中的阀芯和阀体呈圆球形，转动阀芯，使它与阀体处于不同相对位 置时，阀就具有不同的流通面积，从而实现流量调节。该类阀有 “V” 形阀芯和 “O” 形阀芯之 分，见图 4-9。前者的节流元件像字母 “V” 形缺口球形体，适用于高粘度物料；后者节流元件 是带圆孔的球形体，多用于位式调节。
图4-10偏心旋转阀
图4-11 笼式阀
⑼ 笼式阀
也称套筒形调节阀，其阀体与普通直通单座阀相似，如图 4-11 所示。笼式阀内有一个圆柱 形套筒（笼子），套筒壁上有一个或几个不同形状的窗孔，阀芯在套筒内上下移动，改变笼中
节流孔面积，实现流量调节。该阀可调比大、振动小、不平衡力小、套筒互换性好，且不同套 筒（窗口形状）有不同流量特性，并且阀内部件受气蚀小、噪音低，特别适合压差大、噪音低 的场合，但不宜用于高温、高粘或含有固体颗粒的流体。
电动执行器以电能作动力，输入信号是 0～10mA（DDZ-Ⅱ），或者 4～20mA（DDZ-Ⅲ） 直流电流。其优点是：电信号传输快、距离远，动作迅速，可与电动仪表直接配接使用。缺点 是：结构复杂、推力小、防燃防爆性差，适用于缺乏气源、防爆要求不高的场合。
液动执行器以液压油为动力，通常为一体式结构，即执行机构与调节机构为统一整体。工 作时需要外部的液压系统支持，运行时要配备液压站和输油管路，相对于其它两种执行器来说， 一次性投资大，安装工作量多，仅在大动力工作场合才使用。它具有体积大、推力大、传动平 稳、响应快等特点。但是在石油、化工等生产过程中很少使用。
事实上，流经调节阀的流体流量大小不仅与阀门开度有关，而且随着开度和流量的变化， 阀门前后的压差也很可能变化。为此，我们将分别考虑：当阀门开度改变时，阀门前后压差不 变时的流量特性，以及阀门前后压差变化时的流量特性。
1.调节阀的理想流量特性
在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为理想流量特性，也称固有流量特性。 很显然，此时的调节阀理想流量特性完全取决于阀芯的形状，不同的阀芯曲面，有不同的流量 特性,如图 4-12。这里主要有：直线、等百分比（对数）、抛物线和快开四种形式，如图 4-13。
气动执行器以压缩空气为动力，输入是0.02～0.1MPa的气压信号。其特点是结构简单、动 作平稳、输出推力大、安全防爆、维护方便、价格便宜。它可与气动调节仪表配套使用，也可 经电－气转换器与电动调节仪表和工业控制计算机配套使用，尤其适用于易燃易爆的生产现场。 缺点是动作时间稍长，现场需要气源，并且不宜直接与数字设备连用。
还有一些特殊的阀，由于受篇幅限制，不作过多介绍。
4.2.3 调节阀的流量特性(Discharge Characteristic/Flow Characteristic)
调节阀的流量特性是指流体流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）之间的关 系，即
Q l
Qmax
f
lmax
其中，Q / Qmax 为相对流量，是调节阀在某开度时流量 Q 与全开时的流量 Q m ax 之比；l / lmax 为相对 开度，是调节阀某一开度的阀芯位移 l 与全开时阀芯位移 l m a x 之比，f ( ) 为某函数关系。
图4-8 球阀
图4-9 球阀阀芯开口形式
⑻ 偏心旋转阀
偏心旋转阀也称凸轮挠曲阀，其扇形球面状阀芯与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转轴上， 如图 4-10 所示。挠曲臂在压力作用下可产生挠曲变形，使阀芯球面与阀座密封圈紧密接触，封 堵严密。此外，它还体积小、重量轻、安装简便，适用于对高黏度，或含有悬浮物的介质流体 调节。
现在不妨将气动、电动和液动执行器作一个归纳比较，详见表 4-1。
表 4-1 三种执行器的比较
项目 类型
结构
体积
配管 配线
推力
动作 滞后
维护 可用场合
价格
频率 响应
温度 影响
气动执行器
简单
中 较复杂
中
大
简单 防火防爆
低
窄
较小
电动执行器
复杂
小
简单
小百度文库
小
复杂 不防火爆
高
宽
较大
液压执行器
简单
大
复杂
大
小
简单 注意火花
（a）合流型
图4-4 三通阀
（b）分流型
图4-5 角形阀
角形调节阀用于两根管道相交呈直角处的连接，如图4-5所示。一般用于工作现场管道有直 角拐弯要求的地方，并且流体具有高压差、高粘度、悬浮物等特点。
在传统调节阀方面，本书采纳按使用能源不同划分执行器的分类法，并主要讨论气动和电 动两种执行器，同时，对变频器也予以介绍。
4.2 气动调节阀
4.2.1 气动调节阀的基本结构 由气压信号控制阀门开度的执行器是气动调节阀,常用的气动薄膜调节阀如图 4-1 所示。它
主要由执行机构和调节机构（阀体）组成。根据需要，可以配备辅助装置，如阀门定位器、手 轮机构、电－气转换器等。其中，阀门定位器的作用是提高阀门开度精准性，手轮机构作用是 当自动操作机构有故障时，用手动操控阀门，电－气转换器的作用是将控制电信号转换为气动 信号实施。
⑸ 隔膜调节阀
它采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜，将流体介质与外界隔离开来，介质不泄露，如图4-6。它 具有结构简单、流阻小和流通能力强等特点。适用于化工行业中对强酸、强碱和强腐蚀性流体 和高粘度、含悬浮颗粒状介质的调节。当该类阀隔膜直径较大时，往往采用活塞式执行机构， 以保证足够的推理。同时，阀的使用温度一般小于150℃,压力小于1Mpa。
高
窄
较大
执行器还有其它的划分方法，如：按输出位移形式不同划分的有，转角型执行器，直线型 执行器；按动作规律不同划分的有：开关型执行器、积分型执行器和比例型执行器等。
另外，随着调速技术的发展，变频器作为一种新型执行器形式，引起了工程界的高度关注。 通过变频器实现交流电动机调速的执行单元，不仅取代了部分调节阀的功能，而且还有显著的 节能效果。
⑹ 碟阀
图4-6 隔膜阀
a) 外形图
b)示意图 图4-7 蝶阀
蝶阀也称翻板阀，如图 4-7 所示，它由阀体、挡板、挡板轴和轴封等部件构成。它的挡板 以绕轴的转动来控制流体流量,转角通常在 0-70°之间。它具有结构紧凑、流通能力强、流阻小、 泄漏量大等特点。
⑺ 球阀
球阀如图 4-8 所示，其中的阀芯和阀体呈圆球形，转动阀芯，使它与阀体处于不同相对位 置时，阀就具有不同的流通面积，从而实现流量调节。该类阀有 “V” 形阀芯和 “O” 形阀芯之 分，见图 4-9。前者的节流元件像字母 “V” 形缺口球形体，适用于高粘度物料；后者节流元件 是带圆孔的球形体，多用于位式调节。
图4-10偏心旋转阀
图4-11 笼式阀
⑼ 笼式阀
也称套筒形调节阀，其阀体与普通直通单座阀相似，如图 4-11 所示。笼式阀内有一个圆柱 形套筒（笼子），套筒壁上有一个或几个不同形状的窗孔，阀芯在套筒内上下移动，改变笼中
节流孔面积，实现流量调节。该阀可调比大、振动小、不平衡力小、套筒互换性好，且不同套 筒（窗口形状）有不同流量特性，并且阀内部件受气蚀小、噪音低，特别适合压差大、噪音低 的场合，但不宜用于高温、高粘或含有固体颗粒的流体。
电动执行器以电能作动力，输入信号是 0～10mA（DDZ-Ⅱ），或者 4～20mA（DDZ-Ⅲ） 直流电流。其优点是：电信号传输快、距离远，动作迅速，可与电动仪表直接配接使用。缺点 是：结构复杂、推力小、防燃防爆性差，适用于缺乏气源、防爆要求不高的场合。
液动执行器以液压油为动力，通常为一体式结构，即执行机构与调节机构为统一整体。工 作时需要外部的液压系统支持，运行时要配备液压站和输油管路，相对于其它两种执行器来说， 一次性投资大，安装工作量多，仅在大动力工作场合才使用。它具有体积大、推力大、传动平 稳、响应快等特点。但是在石油、化工等生产过程中很少使用。
事实上，流经调节阀的流体流量大小不仅与阀门开度有关，而且随着开度和流量的变化， 阀门前后的压差也很可能变化。为此，我们将分别考虑：当阀门开度改变时，阀门前后压差不 变时的流量特性，以及阀门前后压差变化时的流量特性。
1.调节阀的理想流量特性
在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为理想流量特性，也称固有流量特性。 很显然，此时的调节阀理想流量特性完全取决于阀芯的形状，不同的阀芯曲面，有不同的流量 特性,如图 4-12。这里主要有：直线、等百分比（对数）、抛物线和快开四种形式，如图 4-13。
气动执行器以压缩空气为动力，输入是0.02～0.1MPa的气压信号。其特点是结构简单、动 作平稳、输出推力大、安全防爆、维护方便、价格便宜。它可与气动调节仪表配套使用，也可 经电－气转换器与电动调节仪表和工业控制计算机配套使用，尤其适用于易燃易爆的生产现场。 缺点是动作时间稍长，现场需要气源，并且不宜直接与数字设备连用。
还有一些特殊的阀，由于受篇幅限制，不作过多介绍。
4.2.3 调节阀的流量特性(Discharge Characteristic/Flow Characteristic)
调节阀的流量特性是指流体流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）之间的关 系，即
Q l
Qmax
f
lmax
其中，Q / Qmax 为相对流量，是调节阀在某开度时流量 Q 与全开时的流量 Q m ax 之比；l / lmax 为相对 开度，是调节阀某一开度的阀芯位移 l 与全开时阀芯位移 l m a x 之比，f ( ) 为某函数关系。
图4-8 球阀
图4-9 球阀阀芯开口形式
⑻ 偏心旋转阀
偏心旋转阀也称凸轮挠曲阀，其扇形球面状阀芯与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转轴上， 如图 4-10 所示。挠曲臂在压力作用下可产生挠曲变形，使阀芯球面与阀座密封圈紧密接触，封 堵严密。此外，它还体积小、重量轻、安装简便，适用于对高黏度，或含有悬浮物的介质流体 调节。
现在不妨将气动、电动和液动执行器作一个归纳比较，详见表 4-1。
表 4-1 三种执行器的比较
项目 类型
结构
体积
配管 配线
推力
动作 滞后
维护 可用场合
价格
频率 响应
温度 影响
气动执行器
简单
中 较复杂
中
大
简单 防火防爆
低
窄
较小
电动执行器
复杂
小
简单
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小
复杂 不防火爆
高
宽
较大
液压执行器
简单
大
复杂
大
小
简单 注意火花