1、调节阀调节阀2简单控制系统组成：简单控制系统组成：被控对象被控对象,测量变送装置测量变送装置,调节器和调节阀组成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调节阀的作用:接受调节器送来的控制信号接受调节器送来的控制信号,调节管道中介质的流量调节管道中介质的流量(即改变调节量即改变调节量),从从而实现生产过程的自动化而实现生产过程的自动化本章学习目的本章学习目的:了解调节阀的结构原理了解调节阀的结构原理,掌握掌握调节阀流通系数和流量特性等概念调节阀流通系数和流量特性等概念,最终通过最终通过计算选择合适的调节阀。计算选择合适的调节阀。温
2、度控制系统示意图温度控制系统示意图阀阀电磁阀电磁阀调节阀调节阀3调节阀按所用能源可分为气动调节阀按所用能源可分为气动,电动和液动三类电动和液动三类按能源分按能源分气动气动:压缩空气作为能源压缩空气作为能源,结构简单结构简单,输出推力输出推力较大较大,维修方便维修方便,价格低廉价格低廉,防火防爆防火防爆电动电动:能源取用方便能源取用方便,信号传递迅速信号传递迅速,但结构复但结构复杂杂,防爆性能差防爆性能差液动液动:液动控制阀推力最大液动控制阀推力最大,但较笨重但较笨重,现已很现已很少使用少使用4三种执行器的三种执行器的特点特点比较比较5阀门定阀门定位器位器气动薄膜调节阀气动薄膜调节阀执行执行机构
3、机构阀体阀体电动调节阀电动调节阀6阀门定位器阀门定位器执行机构执行机构阀阀阀座直径阀座直径dg公称直径公称直径Dg7894-1 4-1 气动调节阀的结构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气动调节阀由执行机构和阀两部分组成一一 气动执行机构气动执行机构气动执行机构有薄膜式和活塞式两种常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，输出行程小单，价廉，输出行程小气动薄膜式执行机构作用型式：气动薄膜式执行机构作用型式：正作用正作用:信号压力增加时，推杆向下移动信号压力增加时，推杆向下移动(ZMA)反作用反作用:信号
4、压力增大时，推杆向上移动信号压力增大时，推杆向上移动(ZMB)执行机构作用：将气压执行机构作用：将气压p-阀杆位移阀杆位移L执行机构执行机构:按照控制信号的大小产生相应的输出力按照控制信号的大小产生相应的输出力,带动阀杆移动带动阀杆移动阀阀:直接与介质接触直接与介质接触,通过改变阀芯与阀座间的节流面积调节流体介质通过改变阀芯与阀座间的节流面积调节流体介质的流量的流量10执行机构阀体.pcu(t):控制器输出控制器输出(420 或或 010 mA DC)pc:调节阀气动控制信号；调节阀气动控制信号；l:阀杆相对位置；阀杆相对位置；f:相对流通面积；相对流通面积；q:受调节阀影响的管路相对流量。受
5、调节阀影响的管路相对流量。11二二 阀阀阀阀(或称阀体组件或称阀体组件)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,阀座和阀杆等阀座和阀杆等根据流体通过调节阀时对阀芯作用方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流开：介质的流动方向有推动阀门打 开的趋势，称流开开的趋势，称流开 流闭：介质的流动方向有推动阀门关流闭：介质的流动方向有推动阀门关 闭的趋势，则称流闭闭的趋势，则称流闭.阀的作用阀的作用:阀杆位移阀杆位移L-调节流量调节流量Q流开阀稳定性好流开阀稳定性好,有利于调节有利于调节,一
6、般多一般多采用流开阀采用流开阀12阀芯的正装和反装：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：阀的开关方式：气开式：阀的开度随气压的增大而增大气开式：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
7、的气开、气关方式：气开、气关方式：无气压时关闭无气压时关闭13“气开气开”与与“气关气关”的选择原则的选择原则基本原则基本原则:根据安全生产的要求选择控制阀的气开气关。根据安全生产的要求选择控制阀的气开气关。若无气源时若无气源时,希望阀全关希望阀全关,则应选择气开阀则应选择气开阀;若无气源时若无气源时,希望希望阀全开阀全开,则应选择气关阀则应选择气关阀.实际应用：实际应用：当气源中断或电源中断时，当气源中断或电源中断时，进入装置的原料、热源应切断进入装置的原料、热源应切断:进料阀选气开进料阀选气开切断装置向外输出产品切断装置向外输出产品:出料阀选气开出料阀选气开精馏塔回流应打开精馏塔回流应打开
8、:回流阀选气关回流阀选气关14 (1)(1)直通单座控制阀。阀体内只有一个阀芯和阀座，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。在小口径、低压差的场合。图直通单座控制阀图直通单座控制阀(2)(2)直通双座控制阀。阀体内有两个
9、阀芯和阀座直通双座控制阀。阀体内有两个阀芯和阀座,由由于流体流过的时候，作用在上、下两个阀芯上的推于流体流过的时候，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
10、体。和带有固体颗粒的液体。图直通双座控制阀图直通双座控制阀阀的结构形式及选择阀的结构形式及选择15图角型控制阀图角型控制阀(4)隔膜控制阀隔膜控制阀.隔膜控制阀采用耐腐蚀衬里的阀体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和耐腐蚀隔膜代替阀芯阀座组件,由隔膜位移起控制由隔膜位移起控制作用作用,如图所示如图所示.隔膜控制阀结构简单隔膜控制阀结构简单,流路阻力小流路阻力小,流量系数较同口径的其他阀大流量系数较同口径的其他阀大.由于介质用隔膜与外由于介质用隔膜与外界隔离界隔离,故无填料故无填料,介质也不会泄漏介质也不会泄漏,所以隔膜控制阀所以隔膜控制阀无泄漏量无泄漏量.隔膜控制阀耐腐
11、蚀性强隔膜控制阀耐腐蚀性强,适用于强酸适用于强酸,强强碱碱,强腐蚀性介质的控制强腐蚀性介质的控制,也适用于高黏度及悬浮颗也适用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。粒状介质的控制。图隔膜控制阀图隔膜控制阀 (3)(3)角型控制阀角型控制阀.角型控制阀的两个接管呈直角形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
12、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。物质流体的控制。16(6)蝶阀蝶阀.蝶阀又名翻板阀蝶阀又名翻板阀,如图所示如图所示.蝶阀具有结构简单蝶阀具有结构简单,重量重量轻轻,价格便宜价格便宜,流阻极小的优点流阻极小的优点,但泄漏量大但泄漏量大,适用于大口径适用于大口径,大大流量流量,低压差的场合低压差的场合,也可以用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质也可以用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。的控制。(7)球阀球阀.球阀的阀芯与阀体都呈球形体球阀的阀芯与阀体都呈球形体,转动阀芯使之处于不转动阀芯
13、使之处于不同的相对位置时同的相对位置时,就具有不同的流通面积就具有不同的流通面积,以达到流量控制的以达到流量控制的目的目的,如图所示。如图所示。图蝶阀图蝶阀 图球阀图球阀 17三、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根据调节器来的气动信号控制气动调节阀门部件节阀门部件,使阀门开度处于精确位置使阀门开度处于精确位置.其应用场合为其应用场合为:(1)提高系统控制精度提高系统控制精度(2)系统需要改变调节阀的流量特性系统需要改变调节阀的流量特性(3)组成分程控制系统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
14、如液体压力和流量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184-2 调节阀的流量系数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流体的密度等确定。是选择阀口径的参数.一一 流量系数的定义及其物理意义流量系数的定义及其物理意义我国规定的流量系数我国规定的流量系数C为为:在给定行程下在给定行程下,阀两端压差为阀两端压差为0.1Mpa,水密水密度为度为
15、1g/cm3时时,流经调节阀的水的流量流经调节阀的水的流量,以以m3/h表示表示(体积流量体积流量).阀全阀全开时的流量系数为调节阀额定流量系数开时的流量系数为调节阀额定流量系数,以以C100表示表示.它作为阀的基本它作为阀的基本参数由制造厂家提供给用户。参数由制造厂家提供给用户。表表4.1为根据为根据C100选择阀门直径表选择阀门直径表例如一台额定流量系数为例如一台额定流量系数为32的调节阀的调节阀,表示阀全开且两端的压差为表示阀全开且两端的压差为 0.1MPa时，每小时最多能通过时，每小时最多能通过32m3的水量的水量 1kgf/cm219补充知识:伯努利方程212pvghconst1)伯
16、努利方程表述的是理想伯努利方程表述的是理想 流体作定常流动时，流体流体作定常流动时，流体 中压强和流速的规律。中压强和流速的规律。2)在流动的流体中，流速大在流动的流体中，流速大 的地方压强小；流速小的的地方压强小；流速小的 地方压强大。地方压强大。3)伯努利方程阐明的位能、伯努利方程阐明的位能、动能、静压能相互转换的动能、静压能相互转换的 原理原理.20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，由能量守恒守恒(伯努利方程伯努利方程)可知，调节阀上的压力损失为：可知，调节阀上的压力损失为：2122vpphgg式中，式中，v
17、为调节阀阻力系数；为调节阀阻力系数；g为重力加速度；为重力加速度；为流体密度；为流体密度；p1,p2为为调节阀前后压力；调节阀前后压力；为流体平均速度为流体平均速度因为因为QFQ流体体积流量，流体体积流量，F-调节阀流通截面积调节阀流通截面积Qp1p2F:阀通流截面积阀通流截面积 :阀阻力系数阀阻力系数：流体密度：流体密度 g:重力加速度重力加速度(4-1)(4-2)21根据根据C的定义，在流量方程中令的定义，在流量方程中令p1-p2=1,=1可得可得vFCA因此因此,对于其它的阀前后压降和介质密度对于其它的阀前后压降和介质密度,则有则有(12)QCpp注意注意:流量系数流量系数C不仅与流通截
18、面积不仅与流通截面积F(或阀公称直径或阀公称直径Dg)有关，而且有关，而且还与阻力系数还与阻力系数v有关同类结构的调节阀在相同的开度下具有相近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同的调节阀，阻力系数不同，流量系数也各不相同由上两式可得调节阀流量方程由上两式可得调节阀流量方程当当12()pp不变时不变时，流量流量Q随随vF而变化而变化12vppAFQA-与单位制有关的常数(4-3)(4-4)22由于采用的单位制有公制和英制之分，国际上
19、通用两种不同的流量系数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和和Cv,通过单位制变换它们与通过单位制变换它们与C的关系为的关系为：;1.167KvCCvC二二 流量系数计算公式流量系数计算公式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列举了列举了液体，气体和蒸汽等常用流体液体，气体和蒸汽等常用流体C值的计算公式值的计算公式注意事项：注意事项：两套计算公式两套计算公式(国际单位制国际单位制SI和工程单和工程单MKS位制位制)单位有所不同单位有所不同 计算前要做阻塞流判断计算前要做阻塞流判断 计算公式使用于
20、牛顿型不可压缩流体，可压缩流体以及这两种流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 体的均匀混合体体的均匀混合体 根据要求计算满足要求的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值，以此为依据选择适当的调节阀(4-5)231.阻塞流对流量系数计算的影响阻塞流对流量系数计算的影响阻塞流是指阻塞流是指,当阀前压力当阀前压力p1保持恒定而逐步降低阀后压力保持恒定而逐步降低阀后压力p2时时,流经调流经调节阀的流量会增加到一个最大极限值节阀的流量会增加到一个最大极限值,若再继续降低若再继续降低p2流量也不再增加流量也不再增加,此极限流量称为阻塞流此极限流量称为阻塞流流体体积流
21、量计算公式为流体体积流量计算公式为:12()QCpp此时此时,调节阀的流量与阀前后压降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的关系以不再遵循公式(12)QCpp的规律的规律.右图中右图中,阻塞流阻塞流,此时按此时按4-4计算出的流量计算出的流量会大大超过阻塞流会大大超过阻塞流Qmax,因此在计因此在计算算C值时首先要确定调节阀是否处值时首先要确定调节阀是否处于阻塞流情况于阻塞流情况P1恒定时Q与p的关系时时,就会出现就会出现crp当压降大于当压降大于24 气体的阻塞流条件：气体的阻塞流条件：压差比压差比x=p/p1 xTFk xT-空气在某一调节阀时的临界压空气在某一调节阀
22、时的临界压差比差比,决定于调节阀结构决定于调节阀结构(表表4.3)Fk-比热比系数比热比系数,气体与空气的绝热气体与空气的绝热指数之比指数之比,Fk=k/kair (kair=1.4)(表4.9)液体液体(不可压缩流体不可压缩流体)的阻塞流的阻塞流)产生阻塞流的原理产生阻塞流的原理调节阀内流体压力梯度图p1p225p1-调节阀进入端压强调节阀进入端压强,pc-介质临界压力介质临界压力pv-入口温度下流体介质饱和蒸汽压入口温度下流体介质饱和蒸汽压FF-液体临界压力比系数液体临界压力比系数FL-压力恢复系数压力恢复系数0.960.28FvcFpp产生的条件：产生的条件：2121()LFvpppFp
23、F p 121()()LcrvcrcrvcrFpppppp对于一个给定的调节阀对于一个给定的调节阀,F,FL L为一个固定常数为一个固定常数,它只与阀结构它只与阀结构,流路形式有关流路形式有关,与阀口径大小无关与阀口径大小无关.查表查表4.3可得到可得到.流量流量(液体液体)系数系数C的计算的计算:判断是否产生阻塞流，判别条件按上式判断是否产生阻塞流，判别条件按上式 如果未发生阻塞流，则如果未发生阻塞流，则p=p1-p2 发生了阻塞流，则发生了阻塞流，则pFL2(p1-FFpv)按公式计算按公式计算LLCQp(工程单位制工程单位制(MKS)10LLCQp(国际单位制国际单位制(SI)运算时单位
24、运算时单位:QL-m3/hp-KPa-g/cm3运算时单位运算时单位:QL-m3/hp-Kgf/cm2-g/cm326注意注意:同一组数据，用两种公式计算的结果是相同的同一组数据，用两种公式计算的结果是相同的如：如：p=1kgf/cm2 表示为国际单位制为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：使用国际单位制计算为：1010100LLLLLLCQpQQ使用工程单位制计算为：使用工程单位制计算为：1LLLLLLCQpQQ272.低雷诺数修正低雷诺数修正当雷诺数当雷诺数Re3500时可不做低雷诺数修正可不做低雷诺数修正283.气体气体(蒸汽蒸汽)流量系数的修
25、正流量系数的修正气体气体,蒸汽等可压缩流体蒸汽等可压缩流体,在调节阀内其体积由于压力降低而膨胀在调节阀内其体积由于压力降低而膨胀,其密度其密度减小减小.利用式利用式4-4计算气体的流量系数计算气体的流量系数,会引起较大误差会引起较大误差,必须对气体的可必须对气体的可压缩效应作必要的修正可以引入一个膨胀系数压缩效应作必要的修正可以引入一个膨胀系数Y以修正气体密度的变化以修正气体密度的变化13KTxYF x 此外，在各种压力，温度下实际气体密度与按理想气体状态方程求得的理此外，在各种压力，温度下实际气体密度与按理想气体状态方程求得的理想气体密度存在偏差。为衡量偏差程度大小，引入压缩系数想气体密度存
26、在偏差。为衡量偏差程度大小，引入压缩系数Z111pZRTR-气体常数气体常数 1-阀入口处气体密度阀入口处气体密度294.管件形状修正管件形状修正使用上述流量系数计算公式要求管件形状满足的条件使用上述流量系数计算公式要求管件形状满足的条件:调节阀的公称调节阀的公称直径必须与管道直径相同直径必须与管道直径相同,而且管道要保证有一定的直管段而且管道要保证有一定的直管段.如果调如果调节阀实际配管状况不满足这些条件节阀实际配管状况不满足这些条件,特别是在调节阀公称通径小于管特别是在调节阀公称通径小于管道直径道直径,阀两端装有渐缩器阀两端装有渐缩器,渐扩器或三通等过渡管件情况下渐扩器或三通等过渡管件情况
27、下,由于过由于过渡管件上的压力损失渡管件上的压力损失,使加在阀两端的阀压降减小使加在阀两端的阀压降减小,使阀实际流量系数使阀实际流量系数减小减小.因此因此,必须对未考虑附接管件计算得流量系数进行修正必须对未考虑附接管件计算得流量系数进行修正.管件形管件形状修正后的流量系数状修正后的流量系数C为：为：pCCFFp-管件形状修正系数管件形状修正系数.与调节阀上下游阻力系数与调节阀上下游阻力系数;阀入口阀入口,出口处伯出口处伯 努利系数有关努利系数有关30例例4-1 某控制系统拟选用一台直线特性气动直通单座调节阀某控制系统拟选用一台直线特性气动直通单座调节阀 (流开型流开型)已知：流体为液氨已知：流
28、体为液氨,最大计算流量条件下的计算数据为最大计算流量条件下的计算数据为:p1=26200kPa,p=24500kPa,WL=6300kg/h;L=0.58g/cm3,=0.1964x10-6m2/s;t1=313K;D1=D2=20mm解解(1)阻塞流判别阻塞流判别 查表得查表得FL=0.9,Pc=11378kPa,Pv=1621kPa,则则0.960.280.960.28 1621 11378 0.85FvcFP P产生阻塞流的临界压降为产生阻塞流的临界压降为:221()(0.9)(262000.85 1621)20106kcrLFvPFPF PPa由于由于P=24500kPaPcr=201
29、06kPa,故为阻塞流故为阻塞流31(2)Cmax值计算值计算36300/58010.86/LLLQWm hmax1010 10.86 0.58 20106=0.583LLcrCQP则则:(3)低雷诺数修正低雷诺数修正12e67070070700 10.86R5.12 100.1964 100.583LQC由于由于Re3500,故不必做低雷诺数修正故不必做低雷诺数修正(4)初选初选C100值值查表查表4.1,C100Cmax且最接近且最接近Cmax的阀为的阀为Dg=19.15mm,dg=8mm,此时此时C100=0.832(5)管件形状修正管件形状修正因为因为D1/Dg=20/191.05,不
30、必做修正不必做修正(6)调节阀相对开度验算调节阀相对开度验算调节阀为直线特性调节阀为直线特性,最大流量时的相对开度最大流量时的相对开度lmax=Cmax/C100=0.583/0.80 73%,lmax80%,可可满满足要求足要求结论结论:选用额定流量系数为选用额定流量系数为C100=0.8的直通单座阀满足要求的直通单座阀满足要求334-3 调节阀结构特性和流量特性调节阀结构特性和流量特性执行机构阀管道调节阀ulfq调节阀与管道连接方框图调节阀的静态特性调节阀的静态特性 Kv=dq/duu-调节器输出控制信号调节器输出控制信号q-被调介质流过阀门的相被调介质流过阀门的相 对流量对流量Kv的符号
31、由调节阀的作用方式决定：气开式的符号由调节阀的作用方式决定：气开式-+气关式气关式-调节阀的动态特性调节阀的动态特性 Gv(s)=Kv/(Tvs+1)，稳态值即为静态特性，稳态值即为静态特性执行机构静态时输出执行机构静态时输出l(阀门的相对开度阀门的相对开度)与与u成比例关系成比例关系,所以调节阀静态所以调节阀静态特性也称调节阀流量特性特性也称调节阀流量特性,即即q=f(l),它主要取决于阀的结构特性和工艺配它主要取决于阀的结构特性和工艺配管情况管情况vdqdldqdqdf dqKKKdudu dldldl df34一一 调节阀的结构特性调节阀的结构特性调节阀的结构特性是指阀芯与阀座间节流面积
32、与阀门开度之间的关系，调节阀的结构特性是指阀芯与阀座间节流面积与阀门开度之间的关系，通常用相对量表示为通常用相对量表示为()flf=F/F100,相对节流面积,某一开度下节流面积F与全开时节流面积F100之比l=L/L100,相对开度,阀在某一开度下行程L与全开时行程L100之比调节阀结构特性取决于阀芯的形状，阀芯形状有快开，直线，抛物线调节阀结构特性取决于阀芯的形状，阀芯形状有快开，直线，抛物线和等百分比四种和等百分比四种351.直线结构特性直线结构特性调节阀的节流面积与阀的开度成直线关系调节阀的节流面积与阀的开度成直线关系,即即边界条件边界条件:L=0时时,F=F0,L=L100,F=F1
33、0011(1)fRlR阀的直线结构特性图阀的直线结构特性图fdfKdl可调比可调比 R=F100/F0:调节阀所能调节的最大流量与最小流量之比。调节阀所能调节的最大流量与最小流量之比。Kf=(R-1)/R36特点特点:结构特性的斜率在全行程范围内是常数结构特性的斜率在全行程范围内是常数阀芯位移变化量相同时阀芯位移变化量相同时,节流面积变化量也相同节流面积变化量也相同小开度时调节灵敏度过高小开度时调节灵敏度过高,大开度时调节又不够灵敏大开度时调节又不够灵敏直线特性的调节阀在开度变化相同的情况下直线特性的调节阀在开度变化相同的情况下:当流量小时当流量小时,流量的变化值相对较大流量的变化值相对较大,
34、调节作用较强调节作用较强,易产生易产生 超超调和引起振荡调和引起振荡;流量大时流量大时,流量变化值相对较小流量变化值相对较小,调节作用缓慢调节作用缓慢,不够灵敏不够灵敏.fKlfff相对变化率相对变化率:37例例:设在相对节流面积分别为设在相对节流面积分别为f=0.1,0.5,0.8时时,相对开度变化相对开度变化l=10%时时,求三种情况下的节流面积变化率求三种情况下的节流面积变化率 (Kf=0.9)直线阀直线阀f=0.1:f/f=Kf*l/f=0.9*0.1/0.1=90%f=0.5:f/f=Kf*l/f=0.9*0.1/0.5=18%f=0.8:f/f=Kf*l/f=0.9*0.1/0.8
35、=11.25%382.2.等百分比等百分比(对数对数)结构特性结构特性在任意开度下，单位行程变化所引起的节流面积变化都与该节流面积在任意开度下，单位行程变化所引起的节流面积变化都与该节流面积本身成正比关系可表示为：本身成正比关系可表示为：fdfK fdl在边界条件在边界条件:(1)lfRf与与l成对数关系成对数关系,等百分比特性调等百分比特性调节阀在小开度时节流面积变化平节阀在小开度时节流面积变化平缓缓,大开度时节流面积变化加快大开度时节流面积变化加快,保证在各种开度下的调节灵敏度保证在各种开度下的调节灵敏度都一样都一样阀的等百分比结构特性图阀的等百分比结构特性图L=0时时,F=F0,L=L1
36、00,F=F100时有时有Kf=loge(R)39等百分比结构特点等百分比结构特点:曲线的放大系数是随开度的增大而递增的曲线的放大系数是随开度的增大而递增的.在同样的开度变化值下在同样的开度变化值下:流量小时流量小时(小开度时小开度时)流量的变化也小流量的变化也小(调节阀的放大系数小调节阀的放大系数小),调节平稳缓和调节平稳缓和.流量大时流量大时(大开度时大开度时)流量的变化也大流量的变化也大(调节阀的放大系数大调节阀的放大系数大),调节灵敏有效调节灵敏有效.无论是小开度还是大开度无论是小开度还是大开度,相对流量的变化率都是相等的相对流量的变化率都是相等的,流量变化的百分比是相同的流量变化的百
37、分比是相同的.ffKlffKlff 相对变化率相对变化率:40例例:设在相对节流面积分别为设在相对节流面积分别为f=0.1,0.5,0.8,相对开度变化相对开度变化l=10%时时,求三种情况下的节流面积变化率求三种情况下的节流面积变化率 (Kf=3.4)等百分比阀等百分比阀f=0.1:f/f=Kf*f*l/f=3.4*0.1=34%f=0.5:f/f=Kf*f*l/f=3.4*0.1=34%f=0.8:f/f=Kf*f*l/f=3.4*0.1=34%413.快开结构特性快开结构特性结构简单，阀芯的最大有效行程为结构简单，阀芯的最大有效行程为dg/4(dg为阀座直径为阀座直径)，特性方程为，特性
38、方程为211(1)(1)flR 灵敏度最差，很少用作调节阀灵敏度最差，很少用作调节阀阀的快开结构特性图阀的快开结构特性图424.抛物线结构特性抛物线结构特性阀的节流面积与开度成抛物线关系特性方程为阀的节流面积与开度成抛物线关系特性方程为211(1)fRlR特性与等百分比特性接近特性与等百分比特性接近阀的抛物线结构特性图阀的抛物线结构特性图43四种阀的特性对比四种阀的特性对比100806040200204060801003.3f 100l 10012431直线直线2等百分比等百分比3快开快开4抛物线抛物线44二二 调节阀的流量特性调节阀的流量特性调节阀的流量特性是指流过阀门的流量与阀门开度之间的
39、关系调节阀的流量特性是指流过阀门的流量与阀门开度之间的关系,可表示可表示为：为：()qf lq=Q/Q100,为相对流量为相对流量调节阀制成后调节阀制成后,其结构特性其结构特性 就确定不变就确定不变.流过调节阀的流量的决流过调节阀的流量的决定因素有定因素有:vAFpQ 阀的开度阀的开度 (F,f)阀前后的压差阀前后的压差 (P)所在的整个管路系统的工作情况所在的整个管路系统的工作情况.()fl由于节流面积由于节流面积f与相对开度与相对开度l关系由阀门确定，可先讨论关系由阀门确定，可先讨论q与与f的关系的关系lfq已知已知451.理想流量特性理想流量特性在调节阀前后压差固定在调节阀前后压差固定(
40、p=常数常数)情况下得到的流量特性称为理想流量情况下得到的流量特性称为理想流量特性假设调节阀流量系数与阀节流面积成线性关系，即：特性假设调节阀流量系数与阀节流面积成线性关系，即：100CCfC100-额定流量系数额定流量系数100100CFfCFvFCA通过调节阀的流量为通过调节阀的流量为100ppQCCf当调节阀全开时当调节阀全开时f=1,Q=Q100,则则100100pQCp为常数为常数,则则100100QCqfQC在调节阀前后压差在调节阀前后压差p固定的情况下固定的情况下,如果阀流量系数与节流面积成线如果阀流量系数与节流面积成线性关系性关系,那么阀的结构特性那么阀的结构特性f就是理想流量
41、特性就是理想流量特性q.C与与f的关系并不是严的关系并不是严格线性的格线性的,该结论只是大致正确该结论只是大致正确因为因为46理想情况下的调节阀静态特性理想情况下的调节阀静态特性:执行机构阀管道调节阀ulfq调节阀与管道连接方框图1)直线阀直线阀 (1)/vfdqdl df dqKK Kdudu dl dfKRR2)等百分比阀等百分比阀(1)logvfledqdl df dqKK Kfdudu dl dfKR R常量常量随相对开度而变化随相对开度而变化472.工作流量特性工作流量特性调节阀在实际使用条件下，其流量调节阀在实际使用条件下，其流量q与开度与开度l之间的关系称为调节阀工作之间的关系称
42、为调节阀工作流量特性此时阀压降不是常数流量特性此时阀压降不是常数.(1)串联管系调节阀的工作流量特性串联管系调节阀的工作流量特性ppep调节阀与管道串联工作调节阀与管道串联工作eppp 22eQppC 当总压降当总压降p一定时一定时,随着阀开度的增大随着阀开度的增大,管道流管道流量量Q增大增大,阀上压降阀上压降p将逐渐减小将逐渐减小.这样这样,在相同在相同开度下开度下,工作流量比阀上压降保持不变的理想情工作流量比阀上压降保持不变的理想情况小况小.Q0ppppe222100QCff,Q,p48100eeQCfpCp2222100eeppQCfC221002eeCpfpC221002(1)eeCp
43、pfppC 221002(1)eCppfC 在串联管路上在串联管路上49当全开时当全开时f=1时有时有22100100222100(1)eeeCCpppCCC 令令210022100eeCSCC100100100100eppSppp则则22210021001(1)1(1)eCppfpfCS 全开阀阻比全开阀阻比S100,表示调节阀全开时表示调节阀全开时的压降的压降p100与系统总压降与系统总压降p之比之比S100=1,则则pe=0,p100=p,阀压降等于系统总压降阀压降等于系统总压降,理想状理想状况况50100100210021001(11)11 1(1)FpQpqfQpFppSffpffS
44、51将阀结构特性将阀结构特性()fl代入上式可得下图所示调节阀工作流量特性代入上式可得下图所示调节阀工作流量特性由于串联管道阻力的影响由于串联管道阻力的影响,阀阀的工作流量特性与理想情况的工作流量特性与理想情况下发生了畸变下发生了畸变随着随着S100的减小的减小直线结构特性直线结构特性 快开特性快开特性等百分比等百分比 直线特性直线特性S100很小时很小时 阀的压降阀的压降p在整个管道系统总压降在整个管道系统总压降p所占比重小所占比重小,在较大开度下在较大开度下 调节流量的作用不灵敏调节流量的作用不灵敏 阀的结构特性发生畸变阀的结构特性发生畸变,调节范围变小调节范围变小(可调比变小可调比变小)
45、,特性变坏特性变坏 不希望低于不希望低于0.30.552可调比的变化可调比的变化调节阀的理想可调比：阀压降恒定的情况下，所能控制的最大流量调节阀的理想可调比：阀压降恒定的情况下，所能控制的最大流量Q100与最小流量与最小流量Q0之比之比1000iQRQQ0-恒压可控的下限值，通常为恒压可控的下限值，通常为Q100的的24%,不同于阀的泄露量不同于阀的泄露量在调节阀压降恒定情况下，有在调节阀压降恒定情况下，有100100100000iCpQCRQCCpC0阀全关时阀全关时的流量系数的流量系数010001000100()CCfCFF代入上式得代入上式得1000iFRRFR-调节阀的可调范围调节阀的
46、可调范围由于最小节流面积由于最小节流面积F0受阀芯结构设计和加工的限制受阀芯结构设计和加工的限制,不可能做得太小不可能做得太小.国产调节阀国产调节阀R一般为一般为30,各种调节阀全关时各种调节阀全关时f0为为1/R，即，即1/3053在串联管系中在串联管系中(S1000.8,使旁路流量只占管道总流量的很小部分使旁路流量只占管道总流量的很小部分,百分之十几百分之十几57可以看出：可以看出：当当S100S100=1=1时时,q=f,旁路关闭旁路关闭,实际工作特性与理想特性一致；实际工作特性与理想特性一致；旁路阀逐渐开启旁路阀逐渐开启,旁路流量增加旁路流量增加,则则S100值减小值减小,可调比下降；
47、可调比下降；实际使用时一般要求实际使用时一般要求S1000.8,使旁路流量只占管道总流量的很小使旁路流量只占管道总流量的很小部分部分,百分之十几百分之十几并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性 58调节阀在串，并联管系中的工作情况调节阀在串，并联管系中的工作情况综合串、并联管道的情况，可得出如下结论：综合串、并联管道的情况，可得出如下结论：串串,并联管道都使阀的理想流量特性发生畸变并联管道都使阀的理想流量特性发生畸变,串联管道的影响更严重串联管道的影响更严重;串串,并联管道都会使控制阀的实际可调比降低并联管道都会使控制阀的实际可调比降低,并联管道更严重并联管道更严重;串联管道使系统总流量
48、减少串联管道使系统总流量减少,并联管道使系统总流量增加并联管道使系统总流量增加;串、并联管道都会使控制阀的放大系数减小串、并联管道都会使控制阀的放大系数减小,即输入信号变化所引起的即输入信号变化所引起的流量变化值减小流量变化值减小;串联管道时控制阀若处于大开度串联管道时控制阀若处于大开度,则值降低则值降低,对放大系对放大系数的影响更为严重数的影响更为严重;并联管道时控制阀若处于小开度并联管道时控制阀若处于小开度,则则X值降低值降低,对放对放大系数的影响更为严重大系数的影响更为严重.594-4 气动调节阀选型气动调节阀选型调节阀是自动控制系统的终端控制元件之一调节阀是自动控制系统的终端控制元件之
49、一,在选型中在选型中,应考虑以下几点应考虑以下几点(1)选择调节阀的结构形式和材质选择调节阀的结构形式和材质(2)选择流量特性选择流量特性(3)选择阀门口径选择阀门口径一一 调节阀结构形式的选择调节阀结构形式的选择(1)工艺介质的种类，腐蚀性和粘性工艺介质的种类，腐蚀性和粘性(管道耐腐蚀管道耐腐蚀)(2)流体介质的温度，压力，比重（能经受介质的温度）流体介质的温度，压力，比重（能经受介质的温度）(3)流经阀的最大，最小流量正常流量及正常流量时阀上的压降流经阀的最大，最小流量正常流量及正常流量时阀上的压降在选用时要注意：在选用时要注意：一般优先选用直通单，双座调节阀具体选择情况参见表一般优先选用
50、直通单，双座调节阀具体选择情况参见表4.860二二 调节阀气开，气关形式的选择调节阀气开，气关形式的选择选用原则选用原则:从生产的安全出发从生产的安全出发.当仪表供气系统故障或控制信号中断当仪表供气系统故障或控制信号中断,调调节阀阀芯应处于使生产装置安全的状态节阀阀芯应处于使生产装置安全的状态.三三 调节阀流量特性的选择调节阀流量特性的选择国产调节阀流量特性有直线，等百分比和快开三种主要使用直线和国产调节阀流量特性有直线，等百分比和快开三种主要使用直线和等百分比两种等百分比两种工程设计上主要采用经验准则，从控制系统特性，负荷变化和工程设计上主要采用经验准则，从控制系统特性，负荷变化和S值大值大
