调节阀的特性及选择
调节阀是一种在空调控制系统中常见的调节设备，分为两通调节阀和三通调节阀两种。调节阀可以和电动执行机构组成电动调节阀，或者和气动执行机构组成气动调节阀。
电动或气动调节阀安装在工艺管道上直接与被调介质相接触，具有调节、切断和分配流体的作用，因此它的性能好坏将直接影响自动控制系统的控制质量。
本文仅限于讨论在空调控制系统中常用的两通调节阀的特性和选择，暂不涉及三通调节阀。
1．调节阀工作原理
从流体力学的观点看，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件。对不可压缩的流体，由伯努利方程可推导出调节阀的流量方程式为
()()212
212
42
P P D P P A
Q -=-=
ρ
ζ
πρζ
式中：Ｑ——流体流经阀的流量，m 3
/s ；
Ｐ1、Ｐ2——进口端和出口端的压力，MPa ；
Ａ——阀所连接管道的截面面积，m 2
； Ｄ——阀的公称通径，mm ；
ρ——流体的密度，kg/m 3
； ζ——阀的阻力系数。 可见当A 一定，(P 1-P 2)不变时，则流量仅随阻力系数变化。阻力系数主要与流通面积(即阀的开度)有关，也与流体的性质和流动状态有关。调节阀阻力系数的变化是通过阀芯行程的改变来实现的，即改变阀门开度，也就改变了阻力系数，从而达到调节流量的目的。阀开得越大，ζ将越小，则通过的流量将越大。 2．调节阀的流量特性
调节阀的流量特性是指流过调节阀的流体相对流量与调节阀相对开度之间的关系，即
??
?
??=L l f Q Q max 式中：Q/Q max ——相对流量，即调节阀在某一开度的流量与最大流量之比； l/L ——相对开度，即调节阀某一开度的行程与全开时行程之比。
一般说来，改变调节阀的阀芯与阀座之间的节流面积，便可控制流量。但实际上由于各种因素的影响，在节流面积变化的同时，还会引起阀前后压差的变化，从而使流量也发生变化。为了便于分析，先假定阀前后压差固定，然后再引申到实际情况。因此，流量特性有理想流量特性和工作流量特性之分。 2.1 调节阀的理想流量特性
调节阀在阀前后压差不变的情况下的流量特性为调节阀的理想流量特性。调节阀的理想流量特性仅由阀芯的形状所决定，典型的理想流量特性有直线流量特性、等百分比(或称对数)流量特性、抛物线流量特性和快开流量特性，如图5－6所示。
(1)直线流量特性
直线流量特性是指调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位行程变化所引起的流量变化是常数。由此可见，直线流量特性调节阀在行程变化相同的条件下所引起的相对流量变化也相同，但相对流量变化的相对值不同。即流量小时，相对流量变化的相对值大；而流量大时，相对流量变化的相对值小。也就是说，阀在小开度时控制作用太强，不易控制，易使系统产生振荡；而在大开度时，控制作用太弱，不够灵敏，控制难于及时。
(2)等百分比(对数)流量特性
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，即该点单位相对行程变化的百分数与相对流量变化的百分数相等，故称为等百分比流量特性。
等百分比流量特性的相对开度与相对流量成对数关系，故又称之为对数流量特性。这种调节阀的放大系数是随行程的增大而递增，即在开度小时，相对流量变化小，工作缓和平稳，易于控制；而开度大时，相对流量变化大，工作灵敏度高，这样有利于控制系统的工作稳定。
(3)抛物线流量特性
抛物线流量特性的调节阀的相对流量与相对开度的二次方成比例关系。
(4)快开流量特性
调节阀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，故称为快开流量特性。快开流量特性的阀芯是平板形的，适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。2.2 工作流量特性
在实际使用时，调节阀总是与具有阻力的表冷器、换热器、管道等相连接，即使能保持供、回水压差不变，也不能始终保持调节阀前后的压差恒定。因此，虽然在同一相对开度下，通过调节阀的实际流量将与理想特性时所对应的流量不同。所谓调节阀的工作流量特性就是指调节阀在前后压差随负荷变化的工作条件下，它的相对流量与相对开度之间的关系。(1)串联管道时调节阀的工作流量特性
直通调节阀与管道和设备串联的系统及其压差变化情况如图5－7所示。
调节阀安装在串联管道系统中，串联管道系统的阻力与通过管道的介质流量成平方关系。当系统总压差为一定时，调节阀一旦动作，随着流量的增大，串联设备和管道的阻力亦增大，这就使调节阀上压差减小，结果引起流量特性的改变，理想流量特性就变为工作流量特性。
假设在无其他串联设备阻力的条件下，阀全开时的流量为Q max ，在有串联设备阻力的条件下，阀全开的流量为Q 100，两者关系可用下式表示：
v P Q Q max 100=
式中P v 为阀全开时，阀上的压差与系统总压差之比值，称为阀权度，也称为阀门能力或压差比，即
P
P P v ??=
1
式中：ΔP 1——调节阀全开时阀上的压力降；
ΔP ——包括调节阀在内的全部管路系统总的压力降。
显然，随着串联阻力的增大，P v 值减小，则Q 100会减小，这时阀的实际流量特性偏离理想流量特性也就愈严重。以Q 100作参比值，不同P v 值下的工作流量特性如图5－8所示。
由图5－8可以看出，当P v =1时，理想流量特性与工作流量特性一致；随着P v 的值降低，Q 100逐渐减小，所以实际可调比R(R=Q max ／Q min )是调节阀所能控制的最大与最小畸变，也会逐渐减小；随着P v 值的减小，特性曲线发生畸变，直线特性阀趋于快开特性，而等百分比特
性阀趋于直线特性阀，这就使得调节阀在小开度时控制不稳定，大开度时控制迟缓，会严重影响控制系统的调节质量。因此，在实际使用时，对P v 值要加以限制，一般希望不低于0.3～0.5。
(2)并联管道时调节阀的工作流量特性
调节阀一般都装有旁路，以便于手动操作和维护，当负荷提高或调节阀选小了时，可以打开一些旁路阀，此时调节阀的理想特性就改变为工作特性。
若以X 代表管道并联时调节阀全开流量1Q 与总管最大流量max Q 之比，即max
max
1Q Q X =
，可以得到压差为一定而X 值不同时的工作流量特性，如图5－9所示。
当X=1，即旁路阀关闭时，调节阀的工作特性同理想特性一致；随着X 的减小，系统的可调比将大大下降。同时，在实际应用中总有串联管道阻力的影响，调节阀上压差还会随流量的增加而降低，使可调比更为下降。一般认为X 值不应低于0.5，最好不低于0.8。 3．调节阀的可调比
调节阀的可调比就是调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比。可调比也称可调范围，若以R 来表示，则
min
max
Q Q R =
要注意最小流量Q min 和泄漏量的含义不同。最小流量是指可调流量的下限值，它一般为最大流量Q max 的2％-4％，而泄漏量是阀全关时泄漏的量，它仅为最大流量的0.1％-0.01％。 3.1 理想可调比
当调节阀上压差一定时，可调比称为理想可调比，即
min
max
min max C C Q Q R =
=
也就是说，理想可调比等于最大流量系数与最小流量系数之比，它反映了调节阀调节能力的大小，是由结构设计所决定的。一般总是希望可调比大一些为好，但由于阀芯结构设计及加工方面的限制，流量系数C min 不能太小，因此，理想可调比一般均小于50，我国规定在设计中理想可调比统一取30。 3.2 实际可调比
调节阀在实际工作时不是与管路系统串联就是与旁路阀并联，随管路系统的阻力变化或旁路阀开启程度的不同，调节阀的可调比也会产生相应的变化，这时的可调比就称为实际可调比。
(1)串联管道时的可调比
如图5－7所示的串联管道，由于流量的增加，管道的阻力损失也增加。若系统的总压差ΔP 不变，则分配到调节阀上的压差相应减小，这就使调节阀所能通过的最大流量减小， 所以，串联管道时调节阀实际可调比会降低。若用R ′表示调节阀的实际可调比，则
P
P R P P R
P C P C Q Q R ??≈??=??==
'min
1max 1min 1max
1min
min
1max min
max
ρ
ρ
式中 max 1P ?——调节阀全关时阀前后的压差，约等于系统的总压差P ?；
min 1P ?——调节阀全开时阀前后的
压差。
由串联管道时调节阀的工作流量特性可知，
P
P ??min
1=v P ，即阀权度。 则v P R R ='
由上式可知，当v P 值越小，即串联管道的阻力损失越大时，实际可调比就越小。 (2)并联管道时的可调比
在图3－13所示并联管道中，由于旁路流量的存在，相当于提高了调节阀的最小流量min Q 。当打开与调节阀并联的旁路时，实际可调比为：
2
min 1max
Q Q Q R +=
'
由max max 1Q Q X =
， min
1max 1Q Q
R = 可得： max min 1Q R
X
Q =
， max max 1max 2)1(Q X Q Q Q -=-= 因此X
R R R
Q Q Q R )1(2min 1max -+=
+=
'
从上式可知：当X 值越小，即旁路流量越大时，实际可调比就越小，由此可见旁路阀的开度对实际可调比的影响极大。
由于150~30>>=R ，
因此2
max max 1max max 11Q Q Q Q Q X R =-=-≈
' 上式表明在并联管道中调节阀的实际
可调比与调节阀本身的可调比近乎无关，由于调节阀的最小流量一般比旁路流量小得多，故其实际可调比实际上只是总管最大流量与旁路流量的比值。
综上所述，串联或并联管道都将使实际可调比下降，所以在选择调节阀和组成系统时不应使v P 值太小，并且要尽量避免打开并
联管路的旁路阀，以保证调节阀有足够的可调比。
3.3 调节阀流通能力
调节阀流通能力是衡量阀门流量控制的能力。其定义为：当调节阀全开、阀两端
压差为105Pa 、流体密度为ρ=1g ／cm 3
时，
每小时流经调节阀的流量数，以m 3
／h 计。从调节阀的流量方程式可知：
()P A P P A Q ?=
-=
ρ
ζ
ρ
ζ
2
2
21
式中 Q ——流体流量，m 3
／h ；
A ——调节阀接管截面积，cm 2
；
P 1——阀前压力，105Pa ＝10N/cm 2
；
P 2——阀后压力，105Pa ＝10N/cm 2
；
ΔP ——阀两端压差，105Pa ＝10N/cm 2
；
ρ——流体的密度，1g/cm 3＝10N -5·S 2/cm 4
。 把采用的单位量纲代人上式后可得到：
ρ
ζ
ρζ
ρ
ζ
P
A
P A
P A Q ?=??=
?=
-09
.5101022
5
令ζ
A
C 09
.5=，则有： ρ
P
C
Q ?=，C 称为调节阀的流通能力，又称为调节阀的
流量系数。
由于P 1、P 2和ΔP 的单位是105
Pa ，使用起来不方便，若改为Pa 作单位，而C 仍用上式计算，则有：
ρP
C Q ?=
316，即 ρ
P
Q C ?=316
上式是ΔP 以Pa 为单位，ρ以g/cm 3
作单位时计算C 值的基本公式。 国际上常用的三种流量系数定义如表7-1所示。
表7-1 流通能力C 的定义
当流过调节阀的流体是水的时候（水的密度ρ＝1g/cm 3
），C 可表示为：
P
Q K v ?=
316
当流过调节阀的流体是蒸汽的时候，由于蒸汽密度在阀的前后是不一样的，因此不能直接计算，必须考虑蒸汽密度的变化。
在实际工程中可采用阀后密度法。 当P 2＞0.5P 1时：
()
21210P P W
K v -=
ρ
当P 2≤0.5P 1时：
1
214.14P W
K c v ρ=
式中 W ——阀门的蒸汽流量(kg ／h)；
P 1、P 2——阀门进口及回水绝对压力(Pa)；
ρ2——在P 2压力及t 1温度(P 1压力下的饱和蒸汽温度)时的蒸汽密度(kg/m)； ρ2C ——超临界流动状态（P 2≤0.5P 1）时，阀出口截面上的蒸汽密度(kg/m)，通常可取0.5P 1压力及t 1温度时的蒸汽密度。
在实际计算过程中，由于P 2常常是未知的，因此假设P 2≤0.5P 1 一般来说较容易一些，也比较符合实际使用情况。 4．调节阀的选择
调节阀是供热、空调自动控制中非常重要的执行器，调节阀能否保持正常准确地工作，将直接影响供热、空调自动控制系统的控制质量，因此调节阀的选择是非常重要的。 4.1 调节阀流量特性的选择
调节阀的流量特性直接影响自动控制系统的控制质量和稳定性。常用调节阀的理想流量
特性主要有直线、等百分比、抛物线和快开四种，其中抛物线流量特性介于直线流量特性和等百分比流量特性之间，一般可用等百分比流量特性来代替；而快开特性一般只用于双位调节和程序控制中，故调节阀流量特性的选择实际上就是指如何合理选择直线和等百分比的流量特性。
调节阀流量特性的选择方法，一般有数学分析法和经验法两种，在实际工程中多采用经验法，从如下几个方面进行选择：
（1）根据自动控制系统的调节品质来选择
在自动控制系统中，通常变送器和调节器等的放大系数是一个常数，而被控对象的放大系数是要随外部条件的变化而变化的。通过适当选择调节阀的特性，以阀的放大系数的变化来补偿被控对象放大系数的变化，可使系统总的放大系数保持基本不变，从而可得到较好的调节品质。
对于放大系数随负荷增大而变小的被控对象，如与传热有关的温度控制对象，应选用等百分比流量特性的调节阀，可使系统的总放大系数保持基本不变；同理，当被控对象的放大系数为线性时，则应采用直线流量特性的调节阀。
（2）根据工艺配管情况来选择
调节阀总是与管道、设备等连接在一起使用的。由于系统配管情况的不同，配管阻力的存在使调节阀前后的压差发生变化，因此阀的工作特性与阀的理想特性也不同，必须根据系统的特点来选择所希望的工作特性，然后再考虑工艺配管情况选择相应的理想特性，参照下表选定。
注：P v表示阀全开时调节阀前后的压差与系统总压差的比值，即阀权度。
（3）根据负荷变化情况来选择
直线特性调节阀在小开度时过于灵敏，流量相对变化值大，容易引起振荡，因此在负荷变化幅度大的场合不宜采用；等百分比特性调节阀的放大系数随阀门行程的增加而增加，流量相对变化值是恒定不变的，对负荷波动有较强的适应性，无论在全负荷或半负荷生产时都能很好地调节，因此比较合适在负荷变化幅度大的场合应用。另外，如果所选的调节阀需要经常工作在小开度时，也宜选用等百分比特性调节阀。
4.2 调节阀结构形式的选择
调节阀的结构形式主要有两通单座阀、两通双座阀、角形阀和蝶阀等几种基本形式。
两通调节阀的应用最为广泛。当调节阀的前后压差较小、要求泄漏量也较小时，应选两通单座阀；当节阀的前后压差较大、并允许有较大泄漏量时，应选两通双座阀。
在大口径、大流量、低压差的场合工作时，应选调节式蝶阀，但此时的泄漏量较大。
在比值控制或旁路控制时，应选三通调节阀；当介质为高压时，应选高压调节阀。4.3 调节阀开闭形式的选择
电动调节阀有电开与电关两种形式。电开式调节阀在有控制信号时调节阀打开，而电关式调节阀在有控制信号时调节阀关闭。调节阀开闭形式的选择主要从被控设备安全运行的角度来考虑。
调节阀的开、关形式是由执行机构的正、反作用和阀芯的正、反向安装所决定的，可组合成4种方式。
4.4 调节阀口径的选择
调节阀的流通能力是在标准条件下测试出来的，但是在千差万别的实际工作条件下显然不能以调节阀的实际流量与标准流通能力相比较（因为压差、温度等介质条件不同）；而必
须根据实际情况进行C 值计算，根据计算出的C 值与阀本身所具有的C 值相比较，从而决定阀的口径。最后还应对有关参数进行验算，进一步验证所选阀门的口径是否能够满足工作要求。
（1）口径计算步骤
确定调节阀的口径确定—般需要以下几个步骤： 1）确定计算流量。
由暖通专业提供或根据设备能力、负荷及介质参数等情况，通过计算确定最大工作流量Q max 和最小工作流量Q min 。但在计算时应防止过多地考虑裕量，致使阀门口径选的过大。否则不仅会增加造价、增大系统能耗，而且阀门经常处于小开度工作，使可调比减小，调节性能变坏，严重时还会引起振荡夕使阀的寿命缩短。 2）确定计算压差。
根据系统特点选定P v 值，然后确定计算压差，这是调节阀计算中的关键。
根据调节阀的工作特性可知：P v 值越大，调节性能越好，P v 值越小，调节性能越坏。但从系统运行的经济性考虑时，P v 值小则调节阀上压降变小，系统压降相应变小，这样可选较小扬程的泵，即从经济性和节约能耗上考虑P v 值越小越好。综合考虑的结果，对于水调节阀取P v ≦0.3即可，而对于蒸汽调节阀，由于蒸汽的密度比较低，应取P v ≦0.5。
由P v 定义可知：P v =ΔP v ／（ΔP v +ΔP Σ） 根据上式得：ΔP v = P v ·ΔP Σ／（1－P v ）
式中，ΔP v 为调节阀全开时的阀上压降，ΔP Σ为调节阀全开时除调节阀以外的系统损失总和，即管道、弯头、手动阀门、热交换器等损失的总和。
在空调自动控制中，ΔP Σ可近似取空调机组盘管热交换器的压降，但这时应适当地提高P v 的取值。
3）C 值计算。
根据已决定的计算流量、计算压差及其它有关参数，求出最大工作流量时的C max 和最小工作流量时的C min 。
4）初步确定调节阀的口径。
根据计算出来的C max ，在所选用的产品手册中选取略大于C max 并与其最接近的一档C 值，初步选出调节阀的口径。 5）开度验算。
在根据流量和压差计算得到C 值，并按制造厂提供的各类调节阀的标准系列进行圆整后，还应对所选阀门的工作开度应该进行验算。
一般来说，最大工作流量时调节阀的开度应在90％左右，最小工作流量时调节阀的开度不应小于10％。最大开度过小，说明阀门口径选得过大，调节阀经常在小开度下工作，可调比缩小，会造成调节性能的下降和经济上的浪费；最小开度小于10％，会由于开度太小，使阀芯和阀座受流体冲蚀严重，特性变坏，甚至失灵。
不同的流量特性其相对开度和相对流量的对应关系是不一样的，理想特性和工作特性又有差别，因此，验算开度时应按不同特性进行。
调节阀在串联管路的工作条件下的开度验算公式如下： 直线流量特性时：
1
1--=R C C R
K i
等百分比流量特性时：
R
C C K i
lg lg
1+=
式中 C ——所选用的调节阀的流通能力（标准系列）；
C i ——选用调节阀的计算流通能力，按C max 和C min 分别验算最大工作开度和最小
工作开度。
R ——所选用的调节阀的理想可调比（标准值）； 由于150~30>>=R ，
因此，直线流量特性时有：C
C K i
≈
6）实际可调比验算。
目前国内外的调节阀的理想可调比只有R=30和R=50两种，在串联管道阻力下，受到工作流量特性畸变的影响，调节阀的实际可调比为：
v P R R ='
一般要求R ′应大于10。
但考虑到在选用调节阀口径时对C 值的圆整和放大，特别是在实际使用时对最大开度和最小开度的限制，都会使可调比下降，一般R 值都在10左右。因此，实际可调比的验算可按下面的近似公式计算：
v P R 10='
由上式可知，当P v ≥0.3时，R ′≥5.48，说明调节阀在最大工作流量和最小工作流量之间的实际可调比是 5.48。一般要求在实际运行条件下的最大工作流量与最小工作流量之比不小于3。 7）压差校核
调节阀选定后仅从开度、可调比上验算还不行，这样可能造成阀关不死或打不开，故此必须进行压差校核，保证调节阀的允许使用压差不小于系统的总压差的1.5倍。 8）验算结论
上述验算均合格，则所选阀门的口径合格；若不合格，就需要重定口径及C 值，或另选其它型号的阀门，直至验算合格。 4.5 调节阀选择实例
某大厦楼宇自控系统采用Honeywell 产品，现需选择一台电动两通调节阀用于控制空调
机组。根据工艺要求，最大流量Q max =100m 3/h ，最小流量Q min =20m 3
/h ，阀前压力P 1=800kPa ，盘管换热器的压降60kPa ，系统总压差ΔP=200kPa 。被调介质是水，水温为7～65℃，安装时初定管道直径为125mm ，问应选择什么型号的阀门?
①确定计算流量。
最大流量Q max =100m 3/h ，最小流量Q min =20m 3
/h 。 ②确定计算压差。
根据系统特点综合考虑对，相对于系统总压差取P v =0.3，相对于盘管换热器的P v =0.5。 得：ΔP v = P v ·ΔP Σ／（1－P v ）=P v ·ΔP=60kPa ③确定调节阀流量特性。
根据P v 值选用等百分比特性的阀门。
④C 值计算。
计算最大工作流量时的C max 和最小工作流量时的C min 。
01.12910
601003163163
max
max =??=
?=
P Q C
80.2510
60203163163
min
min =??=
?=
P
Q C
⑤初步确定调节阀的口径。 根据C max = 129.01（K v 值），查Honeywell 产品手册选取DN=100mm 的阀门口径，再根据系统总压差为200kPa 的条件，初步选出调节阀型号为V5088A1005，K v =160，配用ML6421B/ML7421B 执行器。
⑥开度验算。
最大开度93.007.0148
.109
.0130lg 8.0lg 130lg 160129
lg 1max
≈-=-+=+=+=K 即93%，
最小开度46.054.0148
.179.0130lg 16.0lg 130lg 16080
.25lg
1min =-≈-+=+=+
=K 即46%， 最大工作开度在90%左右，最小工作开度大于10%，开度验算合格。
⑦实际可调比验算。
实际可调比5.53.01010≈?=='v P R ＞
520
100
min max ==Q Q 实际可调比验算合格。
⑧压差校核
V5088A1005调节阀配用ML6421B/ML7421B 执行器时关断压差为1000kPa ，大于1.5×200kPa=300kPa ，压差校核合格。
⑨验算结论
上述验算均合格，所选阀门V5088A1005配用ML6421B/ML7421B 执行器选型合格。
调节阀的特性及选择 调节阀是一种在空调控制系统中常见的调节设备，分为两通调节阀和三通调节阀两种。调节阀可以和电动执行机构组成电动调节阀，或者和气动执行机构组成气动调节阀。 电动或气动调节阀安装在工艺管道上直接与被调介质相接触，具有调节、切断和分配流体的作用，因此它的性能好坏将直接影响自动控制系统的控制质量。 本文仅限于讨论在空调控制系统中常用的两通调节阀的特性和选择，暂不涉及三通调节阀。 1．调节阀工作原理 从流体力学的观点看，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件。对不可压缩的流体，由伯努利方程可推导出调节阀的流量方程式为 ()()212 212 42 P P D P P A Q -=-= ρ ζ πρζ 式中：Ｑ——流体流经阀的流量，m 3 /s ； Ｐ1、Ｐ2——进口端和出口端的压力，MPa ； Ａ——阀所连接管道的截面面积，m 2 ； Ｄ——阀的公称通径，mm ； ρ——流体的密度，kg/m 3 ； ζ——阀的阻力系数。 可见当A 一定，(P 1-P 2)不变时，则流量仅随阻力系数变化。阻力系数主要与流通面积(即阀的开度)有关，也与流体的性质和流动状态有关。调节阀阻力系数的变化是通过阀芯行程的改变来实现的，即改变阀门开度，也就改变了阻力系数，从而达到调节流量的目的。阀开得越大，ζ将越小，则通过的流量将越大。 2．调节阀的流量特性 调节阀的流量特性是指流过调节阀的流体相对流量与调节阀相对开度之间的关系，即 ?? ? ??=L l f Q Q max 式中：Q/Q max ——相对流量，即调节阀在某一开度的流量与最大流量之比； l/L ——相对开度，即调节阀某一开度的行程与全开时行程之比。 一般说来，改变调节阀的阀芯与阀座之间的节流面积，便可控制流量。但实际上由于各种因素的影响，在节流面积变化的同时，还会引起阀前后压差的变化，从而使流量也发生变化。为了便于分析，先假定阀前后压差固定，然后再引申到实际情况。因此，流量特性有理想流量特性和工作流量特性之分。 2.1 调节阀的理想流量特性 调节阀在阀前后压差不变的情况下的流量特性为调节阀的理想流量特性。调节阀的理想流量特性仅由阀芯的形状所决定，典型的理想流量特性有直线流量特性、等百分比(或称对数)流量特性、抛物线流量特性和快开流量特性，如图5－6所示。
阀门内件选用材料使用 温度 集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
内件和密封面常用的材质阀门内件通常是指阀瓣、阀座和阀杆，但在有些情况它也包括其它零件，如衬套、螺栓和螺母等。（注：‘阀瓣’这一名词，对于大多数型式的阀门，通用名词把它叫关闭件。但也有例外，如就旋塞阀来说，关闭件叫旋塞。）的密封面主要是指阀瓣和阀座接触面。常用的内件材质如表2-21、表2-22。表2-21阀门内件常用的材质及使用温度 阀门密封面常用材料及适用介质和允许使用的温度范围如表2-22：表2-22 阀门密封面常用材料及适用介质
以下给出的是经过短暂的调查，内件使用最频繁的材料。 1.青铜 使用最广的青铜阀、铸铁和钢的最高工作温度在280℃左右。适用介质包括蒸汽、水、油、空气和天然气输送管线。阀瓣和座也可以使用适当牌号的青铜（阀杆用不锈钢）可以适应那些温度极低的介质，如液化气、液态氧和液态氮。不含锌的青铜，通常是铝青铜。在特定的情况下也常被应用。 1.铁 除阀杆用钢制成，的其余全部零件都用铁制作（‘全铁’）。通常阀瓣和阀体两者都有整体密封面。 ‘全铁’对于浓硫酸和碳氢化合物的混合酸介质来说是一种比较经济的选择，并且对于许多其它与工业有关的化学液体如卤水、氨水、酒精、洗涤液和氯化物溶液使用情况也很令人满意。 1.铬13不锈钢 这种材料广泛地应用于阀杆、阀座密封圈和阀瓣上。它使用在含有一定比例的润滑剂的介质，具有很高的耐磨、抗擦伤、抗腐蚀和抗冲蚀等特点。它还有很强的抗氧化能力和抗热硫化润滑油的腐蚀能力。这种材料在油品和蒸气管线上，工作温度达到600℃的情况下已成功的使用了许多年。 1.镍合金 ‘镍合金’（这里指镍、铜和锡合金的组合），用它做座环；用铬13不锈钢做阀瓣，特别适合于没有润滑剂，腐蚀性相对不大的气体和液体介质。其它的适用介质包括过热蒸汽和饱和蒸汽、天然气、燃油、汽油和低粘度油。对于蒸汽来说，工作介质限制在450℃以下，对于其它介质限制在260℃以下。用组合镍合金做阀座和阀瓣也适合于蒸汽、水和其它介质使用。 1.奥氏体不锈钢
调节阀流量特性介绍 1. 流量特性 调节阀的流量特性是指被调介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系。其数学表达式为 式中：Qmax-- 调节阀全开时流量 L---- 调节阀某一开度的行程 Lmax-- 调节阀全开时行程 调节阀的流量特性包括理想流量特性和工作流量特性。理想流量特性是指在调节阀进出口压差固定不变情况下的流量特性，有直线、等百分比、抛物线及快开4种特性(表1) 流量特性性质特点 直线调节阀的相对流量与相对开 度呈直线关系，即单位相对 行程变化引起的相对流量变 化是一个常数 ①小开度时，流量变化大，而大开度时流量变化小 ②小负荷时，调节性能过于灵敏而产生振荡， 大负荷时调节迟缓而不及时 ③适应能力较差 等百分比单位相对行程的变化引起的 相对流量变化与此点的相对 流量成正比 ①单位行程变化引起流量变化的百分率是相等的 ②在全行程范围内工作都较平稳，尤其在大开度时， 放大倍数也大。工作更为灵敏有效 ③ 应用广泛，适应性强 抛物线特性介于直线特性和等百分 比特性之间，使用上常以等 百分比特性代之 ①特性介于直线特性与等百分比特性之间 ②调节性能较理想但阀瓣加工较困难 快开在阀行程较小时，流量就有 比较大的增加，很快达最大 ①在小开度时流量已很大，随着行程的增大，流量很 快达到最大 ②一般用于双位调节和程序控制
在实际系统中，阀门两侧的压力降并不是恒定的，使其发生变化的原因主要有两个方面。一方面，由于泵的特性，当系统流量减小时由泵产生的系统压力增加。另一方面，当流量减小时，盘管上的阻力也减小，导致较大的泵压加于阀门。因此调节阀进出口的压差通常是变化的，在这种情况下，调节阀相对流量与相对开度之间的关系。称为工作流量特性[1]。具体可分为串联管道时的工作流量特性和并联管道时的工作流量特性。（1）串联管道时的工作流量特性 调节阀与管道串联时，因调节阀开度的变化会引起流量的变化，由流体力学理论可知，管道的阻力损失与流量成平方关系。调节阀一旦动作，流量则改变，系统阻力也相应改变，因此调节阀压降也相应变化。串联管道时的工作流量特性与压降分配比有关。阀上压降越小，调节阀全开流量相应减小，使理想的直线特性畸变为快开特性，理想的等百分比特性畸变为直线特性。在实际使用中，当调节阀选得过大或生产处于非满负荷状态时，调节阀则工作在小开度，有时为了使调节阀有一定的开度，而将阀门开度调小以增加管道阻力，使流过调节阀的流量降低，实际上就是使压降分配比值下降，使流量特性畸变，恶化了调节质量。 （2）并联管道时的工作流量特性 调节阀与管道并联时，一般由阀支路和旁通管支路组成，调节阀安装在阀支路管路上。调节阀在并联管道上，在系统阻力一定时，调节阀全开流量与总管最大流量之比随着并联管道的旁路阀逐步打开而减少。此时，尽管调节阀本身的流量特性无变化，但系统的可调范围大大缩小，调节阀在工作过程中所能控制的流量变化范围也大大减小，甚至起不到调节作用。要使调节阀有较好的调节性能，一般认为旁路流量最多不超过总流量的20%。 2. 调节阀的选择 2.1 流量特性选择
气动调节阀结构图 气动薄膜调节阀：按其结构和用途的不同种类很多，高压氧能大多选用正作用、直通、单座等百分比调节阀，其标准代号为ZMAP，主要由气室、薄膜、推力盘、弹簧、推杆、调节螺母。阀位标尺、阀杆、阀芯、阀座、填料函、阀体、阀盖和支架等组成。 工作原理：当气室输入了0.02～0.10MPa信号压力之后，薄膜产生推力，使推力盘向下移动，压缩弹簧，带动推杆、阀杆、阀芯向下移动，阀芯离开了阀座，从而使压缩空气流通。当信号压力维持一定时，阀门就维持在一定的开度上。 隔膜阀联接着润滑油的低压安全油系统与EH油的高压安全油系统，其作用是润滑油系统的低压安全油压力降低到1.4Mpa时，可以通过EH油系统遮断汽轮机。 当汽轮机正常工作时，润滑油系统的透平油进入阀内活塞上的油室中，克服弹簧力，使隔膜阀在关闭位置，堵住EH危急遮断油母管的泄油通道，使EH系统投入工作。当危急遮断器动作或手动打闸时均能使透平油压力降低或消失，从而使弹簧打开把EH危急遮断油泄掉，关闭主汽门和调门 很多阀门的名称都是有误区的,气动薄膜阀国内喜欢把他看成是调节阀.但从专业角度来说,这个名词只说明这个阀门是由一个"气动薄膜执行机构"来控制的阀门,阀门与薄膜没有什么关系,用气动薄膜来控制的,不一定是调节用的,(但现在很多调节阀门都是用薄膜执行机构来控制).薄膜执行机构可以安装在任何阀门上面,但 国内很多厂家只装在截止阀(单座阀)、调节阀上面. 隔膜阀，这是一个阀门的品种。这个阀门是通过阀体内安装的膜片与阀体产生挤压达到密封效果。隔膜阀可以由手动、电动、气动控制。气动中就可以选择薄膜执行机构和活塞执行机构，隔膜阀的结构不同，还可以分为：直通隔膜阀，堰式隔膜阀，角型隔膜阀。他们的运用场合是不同的。 综上所述，回答楼主的问题。薄膜调节阀：一种有气动薄膜执行机构加定位器加某某阀门组成的一个调节阀，国内一般就是用截止类阀门做调节，也叫做单座薄膜调节阀。隔膜阀，只是一款发的品种。无法判断他的控制方式和详细的结构。
过程控制系统实验报告实验项目: 调节阀流量特性测试学号: 140４2101１4 姓名: 邱雄 专业:自动化 班级: 3 2０１7年1１月２8日
一、实验目得 1、掌握阀门及对象特性测试得方法。 2、了解S值变化对阀门特性得影响。 3、根据对象特点合理选择特性测试方法。 二、实验内容 1.测定不同Ｓ值下得调节阀流量特性。 2.测定二阶液位对象得阶跃响应特性。 三、实验系统得P&IＤ图（管道仪表流程图)、方块图P&ＩD图: 图（1)
方块图: 四、实验步骤 1、接通监控操作站、数据采集站电源预热相关设备。 ２、启动监控操作系统设置“采集模式”。选中“采集模式”中得“模拟采 集”。 3、进入调节阀流量测试界面。 4、进入压力调节器操作面板。设置调节器为反作用，比例、积分、微分参 数得参考值分别为50%、4秒、0秒,点击选项“自动”进入自动调节。设定“给 定值”为90％，使泵得出口压力(调节器操作面板得测量值）为9０％。 6、测试UＶ－1０１气动调节阀流量特性。在前面已经打开了相应得球阀， 并设置为３50。分别记录设定值由0、30、６0、７5、80、８3、8６、89、９２、 ９5、9８、100%增加时与由100、９8、9５…０％减少时对应得流量(FT-１01)。 7、改变S值再测试其流量特性。保持ＵＶ－101全开,调节球阀M1０开度, 使流量(FT-１01)为原来(MV全开时）得50％,即减小Ｓ值。重复第６步。 五、实验数据及结果 测试UＶ-１01气动阀得流量特性数据如下: UV－1 ８3 8９92 95 98 100
F Ｔ-１01 93、09 69、８5 42、9８ ２8、75 ２4、81 21、21 15、47 12、43 9、57 ７、01 5、04 表(１) U Ｖ-1 ８9 83 80 75 6０ 3０ 0 FT-101 ５、0４ 5、1２ 5、３０ 5、36 5、４ 1０、51 12、9７ １7、8７ 31、６7 59、65 9３、06 表(2) 图(1) 调节球阀M10开度，使流量（FT －１01)为原来(MV 全开时)得５0％,调节阀 开度此时为43。所得数据如下: ＵV-1 83 89 ９２ 95 ９８ 1０0 F Ｔ-１０１ 49、7１ 45、12 3４、５6 ２5、71 2２、０1 2０、0２ 14、66 1２、５0 ９、８1 7、12 ５、04 表(3)
阀门的流量特性 不同的流量特性会有不同的阀门开度； ①快开流量特性，起初变化大，后面比较平缓； ②线性流量特性，是阀门的开度跟流量成正比，也就是说阀门开度达到 50%，阀门的流量也达到50%； ③等百流量特性，跟快开式的相反，是起初变化小，后面比较大。 阀门开度与流量、压力的关系,没有确定的计算公式。它们的关系只能用笼统的函数式表示，具体的要查特定的试验曲线。 调节阀的相对流量Q/Qmax与相对开度L/Lmax的关系 :Q/Qmax=f(L/Lmax) 调节阀的相对流量Q/Qmax与相对开度L/Lmax、阀上压差的关系： Q/Qmax=f(L/Lmax)（dP1/dP）^(1/2)。 调节阀自身所具有的固有的流量特性取决于阀芯形状，其中最简单是直线流量特性：调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单行程变化所引起的流量变化是一个常数。 阀能控制的最大与最小流量比称为可调比，以R表示，R=Qmax/Qmin, 则直线流量特性的流量与开度的关系为： Q/Qmax=（1/R）[1+（R-1）L/Lmax] 开度一半时，Q/Qmax=51.7% 等百分比流量特性：Q/Qmax=R^(L/Lmax-1） 开度一半时，Q/Qmax=18.3% 快开流量特性：Q/Qmax=（1/R）[1+（R^2-1）L/Lmax]^(1/2)
开度一半时，Q/Qmax=75.8% 流量特性主要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开四种 ①直线特性是指阀门的相对流量与相对开度成直线关系，即单位开度变化引起的流量变化时常数。 ②对数特性是指单位开度变化引起相对流量变化与该点的相对流量成正比，即调节阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增大而增大。 ③抛物线特性是指单位相对开度的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系。 ④快开流量特性是指在开度较小时就有较大的流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，此后再增加开度，流量变化很小，故称快开特性。 隔膜阀的流量特性接近快开特性， 蝶阀的流量特性接近等百分比特性， 闸阀的流量特性为直线特性， 球阀的流量特性在启闭阶段为直线，在中间开度的时候为等百分比特性。
调节阀选型指南◆气动ZMA□型，电动ZKZ□为什么应用越来越少？ 1）应用水平落后（60年代的老产品）； 2）笨重、体积大 3）流路复杂，Kv小、易堵； 4）可靠性较差。建议不推荐使用。 ◆为什么电子式阀将取代配DKZ、DKJ的电动阀？ 电子式阀较DKZ、DKJ的电动阀有以下几个优点： 1）可靠性高、外观美、 2）重量轻、体积小、 3）伺服放大器一体化、调整方便。 ◆为什么角行程阀的应用将成为一种趋势？ 直行程阀与角行程阀相比较存在9个方面的不足，其表现在： 1．从流路上分析，直行程阀流路复杂，导致4个不足： 1） Kv值小； 2）防堵差； 3）尺寸大，笨重； 4）外观差； 2．直行程阀阀杆上下运动，滑动摩擦大，导致2个不足：1）阀杆密封差，寿命短； 2）抗振动差； 3．从结构上分析，导致3个不足：
1）单密封允许压差小； 2）双密封泄露大； 3）阀芯在中间，无法避开高速介质（汽蚀、颗粒）的直接冲刷，寿命短。所以，角行程阀的广泛应用将成为一种必然，成为二十一世纪的主流。 ◆为什么电动阀比气动阀应用越来越广泛？ 电动阀比气动阀有如下优势： 1．用电源经济方便，省去建立气源站，从经济上看，与“气动阀+定位器+电磁阀+气源”组合方式价格差不多； 2．用气动阀环节较多，增加不可靠因素和维修量； 3．电动阀的推力、刚度、精度、重量、安装尺寸都优于气动阀，但防爆价格高。所以，防爆要求不高的场合，尽可能选电动阀。 ◆为什么说精小型阀、Cv3000是第一代产品的改进型？ 精小型阀较老产品，重量下降30%，体积和高度下降30%，Kv值提高30%，仅此三个30%，其功能、结构没有质的突破，只能配称改进型。 ◆Cv3000为什么成为二十世纪末调节阀的主流？ Cv3000较老式产品比较有以下三个优点： 1）重量轻30%； 2）体积和高度下降30%； 3） Kv值提高30%。较原来老产品是一种改进，所以成为20世纪末的主流，但这种主导位置，很快将由角行程阀所替代。
1.常用液压阀一方向阀、压力阀、流量阀的类型 【答】 (1)方向阀方向阀的作用概括地说就是控制液压系统中液流方向的,但对不同类型的阀其具体作用有所差别。方向阀的种类很多,常用方向阀按结构分类如下:单向阀：l普通单向阀 2 液控单向阀普通单向阀换向阀：1 转阀式换向阀 液控单向阀 2 滑阀式换向阀：手动式换向阀、机动式换向阀、电动式换向阀、液动式换向阀、电液动换向阀。
手动式换向阀 电液动换向阀 （2）压力控制阀 溢流阀：直动式、先导式溢流阀
直动式溢流阀 先导式溢流阀减压阀：直动式、先导式减压阀 顺序阀：直动式、先导式顺序阀 压力继电器 （3）流量控制阀 节流阀调速阀 …………. 2.换向阀的控制方式,换向阀的通和位
【答】换向阀的控制方式有手动式、机动式、电动式、液动式、电液动式五种。换向阀的通是指阀体上的通油口数,有几个通泊口就叫几通阀。换向阀的位是指换向阀阀芯与阀体的相互位置变化时,所能得到的通泊口连接形式的数目,有几种连接形式就叫做几位阀。如一换向阀有4个通油口,3种连接形式,且是电动的,则该阀全称为三位四通电磁(电动)换向阀。 3.选用换向调时应考虑哪些问题及应如何考虑 【答】选择换向阀时应根据系统的动作循环和性能要求,结合不同元件的具体特点,适用场合来选取。①根据系统的性能要求,选择滑阀的中位机能及位数和通数。②考虑换向阀的操纵要求。如人工操纵的用手动式、脚踏式；自动操纵的用机动式、电动式、液动式、电液动式；远距离操纵的用电动式、电液式；要求操纵平稳的用机动式或主阀芯移动速度可调的电液式；可靠性要求较高的用机动式。③根据通过该阀的最大流量和最高工作压力来选取(查表)。最大工作压力和流量一般应在所选定阀的围之,最高流量不得超过所选阀额定流量的120%,否则压力损失过大,引起发热和噪声。若没有合适的,压力和流量大一些也可用,只是经济性差一些。④除注意最高工作压力外,还要注意最小控制压力是否满足要求(对于液动阀和电液动换向阀)。⑤选择元件的联接方式一一管式(螺纹联接)、板式和法兰式,要根据流量、压力及元件安装机构的形式来确定。⑥流量超过63L/min时,不能选用电磁阀,否则电磁力太小,推不动阀芯。此时可选用其他控制形式的换向阀,如液动、电液动换向阀。 4.直动式溢流阀与先导式溢流阀的流量一压力特性曲线,曲线的比较分析 【答】溢流阀的特性曲线溢流阀的开启压力o当阀入口压力小于PK1时,阀处于关闭状态,其过流量为零；当阀入口压力大于k1时,阀开启、溢流,直动式溢流阀便处于工作状态(溢流 的同时定压)。图中pb是先导式溢流阀的导阀开启 压力,曲线上的拐点m所对应的压力pm是其主阀的 开启压力。当压力小于民。时, 导阀关闭,阀的流量为零；当压力大于pb(小于此 2)时,导阀开启,此时通过阀的流量只是先导阀的 泄漏量,故很小,曲线上pbm段即为导阀的工作段；当阀入口压力大于此2时,主阀打开,开始溢流,先导式溢流阀便进入工作状态。在工作状态下,元论是直动式还是先导式溢流阀,其溢流量都是随人口压力增加而增加,当压力增加到丸z时,阀芯上升到最高位置,阀口最大,通过溢流阀的流量也最大一为其额定流量毡,这时入
调节阀基本选型原则 一、调节阀结构形式选择及选择时应注意的问题 1、根据工艺要求、调节功能、泄露等级及切断压差、耐压及耐温、冲蚀、气蚀及腐蚀、流体介质、使用生命周期、维护及备件、性价比等，建议选择顺序是：单双座（Globe）、笼式单双座（Cage）、偏心旋转阀、蝶阀、角阀、球阀（V.O）、三通阀、特殊调节阀等。 2、调节阀结构形式选择时注意的问题 a、严密关闭阀（TSO） 选择顺序为：球阀、单座阀、偏心阀、蝶阀、角型阀等。 阀芯阀座密封型式： ——阀芯硬密封/阀座应密封，用于不干净介质、高温、高压、高压差场合，泄露等级5级； ——阀芯硬密封/阀座软密封，用于一般场合，泄露等级5级或6级； ——必须提出最大切断压差，是选择阀的关键条件之一； ——必要时提出紧急切断动作时间。 b、高温高压、高差压阀 选择顺序为：角型阀、单座阀、套筒阀。 ——特别注意“空化（cavitation，气蚀、空蚀）”、“阻塞流（闪点）”导致阀芯。阀座损坏，带来噪音和振动的危害；锅炉主给水调节阀、给水旁路阀调节。给水再循环调节阀。减温水调节阀、凝结水再循环调节阀。锅炉连续排污调节阀、减温水调节阀。凝结水再循环调节阀、锅炉连续排污调节阀、高压蒸汽压力调节、合成氨高压差调节阀等； ——高压、高压差调节阀阀体选用锻钢件； ——高压、高压差调节阀应选用带多级套筒式、多级阀芯式、多级叠板式等防空化组件； 二、调节阀的作用方式选择 a、根据工艺生产安全确定气开阀（FC-气源故障时阀关），气关阀（FO-气源故障时阀开），由工艺专业确定并在PID表示。 b、执行机构作用方式的选择 正作用：信号增加，推杆向下运动； 反作用：信号增加，推杆向上运动； ——建议单导向（FO）配正作用执行机构； 单导向（FC)配反作用执行机构； 双导向（FC/FO）配正作用执行机构。 三、调节阀执行机构选择 根据可靠性、经济性、动作平稳、足够的输出力、结构简单、维护方便、重量轻等因素，建议选择顺序：气动薄膜执行机构（直行程用）、气缸执行机构（单气缸弹簧复位、双气缸）直行程、角行程均适用、电动执行机构（包括马达驱动阀MOV）、液动执行机构。 四、调节阀的材料选择 ——流体介质温度、压力 碳钢（CS）:Tmax450℃，Pmax14.4MPa（随着压力升高，温度降低。P=32MPa
过程控制系统实验报告 实验项目：调节阀流量特性测试 学号：1404210114 姓名：邱雄 专业：自动化 班级： 3 2017年11月28 日
一、实验目的 1.掌握阀门及对象特性测试的方法。 2.了解S值变化对阀门特性的影响。 3.根据对象特点合理选择特性测试方法。 二、实验内容 1.测定不同S值下的调节阀流量特性。 2.测定二阶液位对象的阶跃响应特性。 三、实验系统的P&ID图（管道仪表流程图）、方块图P&ID图： 图（1）
方块图： 四、实验步骤 1.接通监控操作站、数据采集站电源预热相关设备。 2.启动监控操作系统设置“采集模式”。选中“采集模式”中的“模拟采集”。 3.进入调节阀流量测试界面。 4.进入压力调节器操作面板。设置调节器为反作用，比例、积分、微分参数的参考值分别为50％、4秒、0秒，点击选项“自动”进入自动调节。设定“给定值”为90％，使泵的出口压力（调节器操作面板的测量值）为90％。 6.测试UV－101气动调节阀流量特性。在前面已经打开了相应的球阀，并设置为350。分别记录设定值由0、30、60、75、80、83、86、89、92、95、98、100％增加时和由100、98、95…0％减少时对应的流量（FT－101）。 7.改变S值再测试其流量特性。保持UV－101全开，调节球阀M10开度，使流量（FT－101）为原来（MV全开时）的50％，即减小S值。重复第6步。 五、实验数据及结果 测试UV-101气动阀的流量特性数据如下： 表（1） 表（2）
图（1） 调节球阀M10开度，使流量（FT－101）为原来（MV全开时）的50％，调节阀开度此时为43。所得数据如下： 表（3） 图（2）
1 调节阀结构型式的选择 1.1 从使用功能上选阀需注意的问题 1）调节功能 ①要求阀动作平稳；②小开度调节性能好；③选好所需的流量特性；④满足可调比；⑤阻力小、流量比大（阀的额定流量参数与公称通径之比）；⑥调节速度。 2）泄漏量与切断压差 这是不可分割、互相联系的两个因素。 3）防堵 即使是干净的介质，也存在堵塞问题(管道内的不干净介质)、不干净介质更易堵卡。 4）耐蚀 它包括耐冲蚀、汽蚀、腐蚀。主要涉及到材料的选用和阀的使用寿命问题，同时，涉及到经济性问题。 5）耐压与耐温 这涉及调节阀的公称压力、工作温度的选定。 常用材质的工作温度、工作压力与公称压力的关系见下表5－1。 6）重量与外观 小型化、轻型化、仪表化 7）十大类调节阀的功能优劣比较：详见1－1表。 1.2 综合经济效果确定阀型 1) 高可靠性。 2）使用寿命长。 3）维护方便，备品备件有来源。 4）产品价格适宜，性能价格较好。 1.3 调节阀型式的优选次序 ①全功能超轻型调节阀→②蝶阀→③套筒阀→④单座阀→⑤双座阀→⑥偏心旋转阀→⑦球阀→⑧角形阀→⑨三通阀→⑩隔膜阀。
2 执行机构的选择 2.1 执行机构选择的主要考虑因素 ①可靠性；②经济性；③动作平稳、足够的输出力；④重量外观；⑤结构简单、维护方便。 2.2电动执行机构与气动执行机构的选择比较 1）可靠性方面 2）驱动源 3）价格方面 4）推力和刚度 5）防火防爆 2.3 推荐意见 （1）在可能的情况下，建议选用进口电子式执行机构 （2）薄膜执行机构虽存在推力不够、刚度小、尺寸大的缺限，但其结构简单。 （3）活塞执行机构选择 3 材料的选择 材料的选择主要根据介质的温度、腐蚀性、汽蚀、冲蚀四方面决定。 3.1 根据介质的腐蚀性选择 1)金属耐蚀材料的选择5－2。 2）氟塑料成功地用在耐腐蚀阀上 3.2 耐磨损材质的选择 对汽蚀、冲蚀严重的阀；切断类硬密封调节阀，也必须保护密封面。 4 作用方式的选择 气开、气闭阀的选择主要从生产安全角度考虑。 5 弹簧范围的选择 5.1 “标准弹簧范围”错误说法应纠正 弹簧是气动调节阀的主要零件。弹簧范围是指一台阀在静态启动时的膜室压力到走完全行程时的膜室压力，字母用Pr 表示。如Pr 为20～100KPa ，表示这台阀静态启动时膜室压力是20KPa ，关闭时的膜室压力是100KPa 。常用的弹簧范围有20～100KPa 、20～60KPa 、60～100KPa 、60～180KPa 、40～200KPa …由于气动仪表的标准信号是20～100KPa ，因此传统的调节阀理论把与气动仪表标准信号一致的弹簧范围（20～100KPa ）定义成标准弹簧范围。调节阀厂家按20～100KPa 作为标准来出厂，这是十分错误的。 5.2 弹簧范围的选择 1) 阀的稳定性上选择 2) 从输出力上选择 3) 从综合性能上选定弹簧范围 4) 特殊情况弹簧范围的选择 6 流量特性的选择 6.1 调节阀理想流量特性 1）定义 调节阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与相对开度的关系。数学表达式为： )(max L l F Q Q （5—1）
电动调节阀的结构与工作原理
课前准备：多媒体课件制作、演示实验设备调试、以4人/小组进行分组。 、课程导引一一执行器的作用 在过程控制系统中，执行器接受调节器的指令信号，经执行机构将其转换成相应的角位移或直线位移，去操纵调节机构，改变被控对象进、出的能量或物料，以实现过程的自动控制。在任何自动控制系统中，执行器是必不可少的组成部分。如果把传感器比拟成控制系统的感觉器官，调节器就是控制系统的大脑，而执行器则可以比拟为干具体工作的手。 执行器常常工作在咼温、咼压、深冷、强腐蚀、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、高压差等状态下，使用条件恶劣，因此，它是整个控制系统的薄弱环节。如果执行器选择或使用不当，往往会给生产过程自动化带来困难。在许多场合下，会导致控制系统的控制质量下降、调节失灵，甚至因介质的易燃、易爆、有毒而造成严重的事故。 为此，对于执行器的正确选用和安装、维修等各 个环节，必须给予足够的注 意、。 执行器根据驱动动力的 不同，可划分为气动执行 器、液动执行器和电动执行 器，本次课将结合实验装置 所用的智能电动调节阀使用 知识进行介绍。
分钟） 1、电动调节阀的基本结构 在THJ-2的实验装置上，配置了上海万迅仪表有限公司生产的智能型电动调节阀，其型号为QSVP-16K，图1是电动调节阀的典型外形，它由两个可拆分的执行机构和调节阀（调节机构）咅部分组成。上咅部是执行机构，接受调节器输出的0?10mADC或4?20mADC信号，并将其转换成相应的直线位移，推动下咅帕勺调节〔阀动作，直接调节流体的流量。各类电动调节阀的执行机构基本相同，但调节阀（调节机构）的结构因使用条件的不同类型很多，最常用的是直通单阀座和直通双阀座两种。 2、电动执行机构的基本结构（部分摘自上海万迅仪表产品说明书） 执行机构采用了德国进口的PSL电子式一体化的电动执行机构，该产品体积小、重量轻，功能强、操作方便，已广泛应用于工业控制。 电气其分和齿轮动执行器主要是由相互隔离的 动部分组成，电机作为连接两个隔离部分的中间部件。 电机按控制要求输出转矩，通过多级正齿轮传递到梯形丝杆上，梯形丝杆通过螺纹变换转矩为推力。因此梯形螺杆通过自锁的输 显示器 控制器 伺服电机 功率驱动 行程标尺支架 传动部分 壳体输出轴
调节阀内部件选择材料的主要依据 一、调节阀零件选材的步骤。 1、分析零件工作环境，提出关键的性能要求。 2、确定零件应具有的主要性能指标：力学性能和物理性能指标。 3、初步选定材料牌号，并确定相应的热处理和其他强化方法。 4、加工性能审定，弄清楚材料的热加工性能（可锻性、铸造性能和可焊性）和冷加工性能，并确定相应工艺结构和零件外形。 5、经济合理性审定，包括材料费用、加工费用和使用寿命。 6、通过比较，通盘考虑，最后选定材料牌号。 二、调节阀内部件选择材料的主要依据 气动单座调节阀内件的工作条件十分苛刻，这些零件的表面绝对不能有损坏，不能有压痕、沉渣、氧化和塑变，否则，调节阀将无法实现调节功能。 选择调节阀阀内件材料主要依据是耐磨性、耐腐蚀性和耐温性。 三、特别高温条件下，阀内件选择材料 温度特别高的条件下，可选用陶瓷材料，其中碳化硅（SiC）强度高，硬度高，热稳定性和抗氧化性能均优，具有很好的高温强度，耐磨、耐蚀、抗蠕变性能好。适用最高温度为空气中1400-1500℃，不活泼气氛中2300℃. 氮化硅（Si3N4）瓷具有良好的耐磨性及自润滑性，高硬度，耐腐蚀，耐高温，抗热振性和耐热疲劳性能均优良。除氢氟酸外可耐各种无机酸（甚至包括沸腾的盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、王水）。 四、一般场合调节阀阀体类零件应选用什么材质 根据调节阀阀体类零件的受力和结构特点，一般适于用铸造成型，铸铁“耐压不耐拉”属于脆性材料，且热强度不高，因而铸铁阀体只能用于低压（PN≤16KPa）和常温（-20-+250℃）以及非腐蚀场合。 五、哪些工作条件下不能选用铸铁 1、介质为水蒸气或含水分大的湿气中 2、在易燃易爆的流体中 3、在环境低于-10℃的场合 4、阀内流体在伴热蒸气中断时会产生冻结的场合 5、要求焊接连接管道的场合 六、为什么调节阀阀体采用铸钢件比较多 由于铸钢的耐压强度比铸铁高。铸钢有相当的韧性指标，工作中的阀门不致应碰撞或者热膨胀变形等造成的应力而脆裂。
2、控制阀流量特性解 析 -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
控制阀流量特性解析 控制阀的流量特性是控制阀重要技术指标之一，流量特性的偏差大小直接影响自动控制系统的稳定性。使用单位希望所选用的控制阀具有标准的固有流量特性，而控制阀生产企业要想制造出完全符合标准的固有流量特性控制阀是非常困难的，因直线流量特性相对简单，且应用较少，所以本文重点对等百分比流量特性进行讨论。 控制阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与相对行程之间的关系，数学表达式为Q/Qmax = f(l/L),式中:Q/Qmax—相对流量。指控制阀在某一开度时的流量Q与全开流量Qmax之比； l/L—相对行程。指控制阀在某一开度时的阀芯行程l与全开行程L之比 一般来讲，改变控制阀的流通面积便可以控制流量。但实际上由于多种因素的影响，在节流面积发生变化的同时，还会产生阀前、阀后压力的变化，而压差的变化又将引起流量的变化，为了便于分析，先假定阀前、阀后压差不变，此时的流量特性称为理想流量特性。 理想流量特性主要有等百分比（也称对数）、直线两种常用特性，理想等百分比流量特性定义为：相对行程的
等值增量产生相对流量系数的等百分比增加的流量特性，数学表达式为Q/Qmax = R(l/L-1)。 理想直线流量特性定义为：相对行程的等值增量产生相对流量系数的等值增量的流量特性，数学表达式为 Q/Qmax=1/R[1+（R-1）l/L] 式中R—固有可调比，定义为在规定偏差内的最大流量系数与最小流量系数之比。 常见的控制阀固有可调比有30、50两种。 当可调比R=30和R=50时，直线、等百分比的流量特性在相对行程10%～100%时各流量值见表一 表一 由上表可以看出，直线流量特性在小开度时，流量相对变化大，调节作用强，容易产生超调，可引起震荡，在大开度时调节作用弱，及时性差。而等百分比流量特性小开度时流量小，流量变化也小，在大开度时流量大，流量变化
调节阀的组成及作用 一：调节阀的组成与分类 调节阀又称控制阀，是执行器的主要类型，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。调节阀一般由执行机构和阀门组成。如果按其所配执行机构使用的动力，调节阀可以分为气动、电动、液动三种，即以压缩空气为动力源的气动调节阀，以电为动力源的电动调节阀，以液体介质(如油等)压力为动力的电液动调节阀，另外，按其功能和特性分，还有电磁阀、电子式、智能式、现场总线型调节阀等。调节阀的产品类型很多，结构也多种多样，而且还在不断更新和变化。一般来说阀是通用的，既可以与气动执行机构匹配，也可以与电动执行机构或其他执行机构匹配。 二：调节阀的作用方式选择 调节阀的作用方式只是在选用气动执行机构时才有，其作用方式通过执行机构正反作用和阀门的正反作用组合形成。组合形式有4种即正正(气关型)、正反(气开型)、反正(气开型)、反反(气关型)，通过这四种组合形成的调节阀作用方式有气开和气关两种。对于调节阀作用方式的选择，主要从三方面考虑：a)工艺生产安全；b)介质的特性；c)保证产品质量，经济损失最小。 三：调节阀流，特性的选择 调节阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与位移(阀门的相对开度)间的关系，理想流量特性主要有直线、等百分比(对数)、抛物线和快开等4种，特性曲线和阀芯形状如图1和图2所示。常用的理想流量特性只有直线、等百分比(对数)、快开三种。抛物线流量特性介于直线和等百分比之间，一般可用等百分比特性来代替，
而快开特性主要用于二位调节及程序控制中，因此调节阀特性的选择实际上是直线和等百分比流量特性的选择。 调节阀流量特性的选择可以通过理论计算，但所用的方法和方程都很复杂。目前多采用经验准则，具体从下几方面考虑：①从调节系统的调节质量分析并选择； ②从工艺配管情况考虑；③从负荷变化情况分析。 选择好调节阀的流量特性，就可以根据其流量特性确定阀门阀芯的形状和结构，但对于像隔膜阀、蝶阀等，由于它们的结构特点，不可能用改变阀芯的曲面形状来达到所需要的流量特性，这时，可通过改变所配阀门定位器的反馈凸轮外形来实现。
气动调节阀的结构和工作原理
气动调节阀常见于钢铁行业，尤其广泛应用于加热炉、卷取炉等燃烧控制系统。本文根据气动调节阀的结构和工作原理对在气动调节阀在日 常使用的常规维护和常见故障进行了分析研究，为设备维护和故障维修提供了参考。 本文以美国博雷(BARY)厂家生产的 S92/93系列的气动执行机构为例，结合现场实际使用情况，进行了分析和总结。阀门公称直径DN250，介质为混合煤气，气源为仪表压空，压力为3-5Bar，电磁阀为24V。 1、气动调节阀的结构和工作原理 1.1、气动调节阀的结构 气动调节阀由执行机构和阀体两部分组成。 1.2、气动调节阀的工作原理 气动调节阀的工作原理：气动调节阀由执行机构和调节机构组成。执行机构是调节阀的推力
部件，当调节器或定位器得到4-20mA信号时，控制电磁阀24V信号到，打开，使得仪表压空进入执行机构汽缸，转动阀杆使阀体动作，当到达需要指定开度时，位置反馈使得定位器停止信号输出，维持当前位置。当需要关闭阀门时，定位器得到关闭信号，使电磁阀停止供气，汽缸靠内部弹簧反作用力，使阀门关闭。当需要从满度减少开度时，定位器输出气源压力会减弱，弹簧自身反作用力致使阀门向关闭方向动作，直至信号压力与弹簧压力平衡，到达指定开度，以此来控制该介质流量。 2、气动调节阀的日常维护 在对气动调节阀日常点巡检中，要注意以下几点：一是检查仪表气源是否正常，检查过滤器、减压阀是否正常，观察压力是否在3-5Bar;二是观察汽缸有无漏气现象，尤其是阀杆连接处和两端盖处;三是检查电磁阀是否工作正常，有无漏气现象;四是检查定位器工作是否正常，有无漏气现象;五是检查所有连接部件固定螺丝是否紧牢;六是尽量避免过多浮灰覆盖到执行机构上，要市场保持工作环境清洁。 3、气动调节阀常见故障原因分析
调节阀介绍,等百分比特性,线性特性,抛物线特性 调节阀用于调节介质的流量、压力和液位。根据调节部位信号，自动控制阀门的开度，从而达到介质流量、压力和液位的调节。调节阀分电动调节阀、气动调节阀和液动调节阀等。本手册主要介绍电动调节阀和气动调节阀两种。 调节阀由电动执行机构或气动执行机构和调节阀两部分组成。调节并通常分为直通单座式和直通双座式两种，后者具有流通能力大、不平衡办小和操作稳定的特点，所以通常特别适用于大流量、高压降和泄漏少的场合。 流通能力Cv是选择调节阀的主要参数之一，调节阀的流通能力的定义为：当调节阀全开时，阀两端压差为0.1MPa，流体密度为1g/cm3时，每小时流径调节阀的流量数，称为流通能力，也称流量系数，以Cv表示，单位为t/h，液体的Cv值按下式计算。 根据流通能力Cv值大小查表，就可以确定调节阀的公称通径DN。 调节阀的流量特性，是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经调节阀的相对流量与它的开度之间关系。调节阀的流量特性有线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。三种注量特性的意义如下： （1）等百分比特性（对数） 等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的。所以它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。 （2）线性特性（线性） 线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。流量大时，流量相对值变化小，流量小时，则流量相对值变化大。
（3）抛物线特性 流量按行程的二方成比例变化，大体具有线性和等百分比特性的中间特性。 从上述三种特性的分析可以看出，就其调节性能上讲，以等百分比特性为最优，其调节稳定，调节性能好。而抛物线特性又比线性特性的调节性能好，可根据使用场合的要求不同，挑选其中任何一种流量特性。
调节阀选型注意事项 调节阀阀型的选择： (1)确定公称压力，不是用Pmax去套PN，而是由温度、压力、材质三个条件从表中找出相应的PN并满足于所选阀之PN值。 (2)确定的阀型，其泄漏量满足工艺要求。 (3)确定的阀型，其工作压差应小于阀的允许压差，如不行，则须从特殊角度考虑或另选它阀。 (4)介质的温度在阀的工作温度范围内，环境温度符合要求。 (5)根据介质的不干净情况考虑阀的防堵问题。 (6)根据介质的化学性能考虑阀的耐腐蚀问题。 (7)根据压差和含硬物介质，考虑阀的冲蚀及耐磨损问题。 (8)综合经济效果考虑的性能、价格比。需考虑三个问题： a．结构简单(越简单可靠性越高)、维护方便、备件有来源； b．使用寿命； c．价格。 (9)优选秩序。 蝶阀－单座阀－双座阀－套筒阀－角形阀－三通阀－球阀－偏心旋转阀－隔膜阀。 调节阀执行机构的选择： (1)最简单的是气动薄膜式，其次是活塞式，最后是电动式。 (2)电动执行机构主要优点是驱动源(电源)方便，但价格高，可靠性、防水防爆不如气动执行机构，所以应优先选用气动式。 (3)老电动执行机构笨重，我们已有电子式精小型高可靠性的电动执行机构提供(价格相应高)。 (4)老的ZMA、ZMB薄膜执行机构可以淘汰，由多弹簧轻型执行机构代之（性能提高，重量、高度下降约30％)。 (5)活塞执行机构品种规格较多，老的、又大又笨的建议不再选用，而选用轻的新的结构。 调节阀材料的选择： (1)阀体耐压等级、使用温度和耐腐蚀性能等方面应不低于工艺连接管道的要求，并应优先选用制造厂定型产品。 (2)水蒸汽或含水较多的湿气体和易燃易爆介质，不宜选用铸铁阀。 (3)环境温度低于－20℃时(尤其是北方)，不宜选用铸铁阀。 (4)对汽蚀、冲蚀较为严重的介质温度与压差构成的直角坐标中，其温度为300℃，压差为1．5MPa两点连线以外的区域时，对节流密封面应选用耐磨材料，如钴基合金或表面堆焊司特莱合金等。
调节阀的流量特性如何选择 控制阀的流量特性是介质流过控制阀的相对流量与相对位移（控制阀的相对开度）间的关系，一般来说改变控制阀的阀芯与阀座的流通截面，便可控制流量。但实际上由于多种因素的影响，如在截流面积变化的同时，还发生阀前后压差的变化，而压差的变化又将引起流量的变化。 在阀前后压差保持不变时，控制阀的流量特性称为理想流量特性；控制阀的结构特性是指阀芯位移与流体流通截面积之间的关系，它纯粹由阀芯大小和几何形状决定，与控制阀几何形状有关外，还考虑了在压差不变的情况下流量系数的影响，因此，控制阀的理想流量特性与结构特性是不同的。 理性流量特性主要由线性、等百分比、抛物线及快开四种。在实际生产应用过程中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性，因为控制阀往往和工艺设备串联或并联使用，流量因阻力损失的变化而变化，在实际工作中因阀前后压差的变化而使理想流量特性畸变成工作特性。 控制阀的理想流量特性，在生产中常用的是直线、等百分比、快开三种，抛物线流量特性介于直线与等百分比之间，一般可用等百分比来代替，而快开特性主要用于二位式调节及程序控制中。因此，控制阀的特性选择是指如何选择直线和等百分比流量特性。 目前控制阀流量特性的选择多采用经验准则，可从下述几个方面考虑： 1、从调节系统的质量分析 下图是一个热交换器的自动调节系统，它是由调节对象、变送器、调节仪表和控制阀等环节组成。 K1变送器的放大系数，K2调节仪表的放大系数，K3执行机构的放大系数，K4控制阀的放大系数，K5调节对象的放大系数。 很明显，系统的总放大系数K为：K=K1*K2*K3*K4*K5 K1、K2、K3、K4、K5分别为变送器、调节仪表、执行机构、控制阀、调节对象的放大系数，在负荷变动的情况下，为使调节系统仍能保持预定的品质指标；则希望总的放大系数在调节系统的整个操作范围内保持不变。通常，变送器、调节器（已整定好）和执行机构的放大系数是一个常数，但调节对象的放大系数却总是随着操作条件变化而变化，所以对象的特性往往是非线性的。因此，适当选择控制阀的特性，以阀的放大系数的变化来补偿调节对象放大系数的变化，而使系统的总放大系数保持不变或近似不变，从而提高调节系统的质量。 因此，控制阀流量特性的选择应符合： K4*K5=常数 对于放大系数随负荷的加大而变小的现象，假如选用放大系数随负荷加大而变大的等百分