调节阀

在现代化工厂的自动控制中，调节阀起着十分重要的作用，这些工厂的生产取决于流动 着的液体和气体的正确分配和控制。这些控制无论是能量的交换、压力的降低或者是简单的容器加料，都需要＊某些最终控制元件去完成。最终控制元件可以认为是自动控制的“体力”。在调节器的低能量级和执行流动流体控制所需的高能级功能之间，最终控制元件完成了必要的功率放大作用。 　　调节阀是最终控制元件的最广泛使用的型式。其他的最终控制元件包括计量泵、调节挡板和百叶窗式挡板(一种蝶阀的变型)、可变斜度的风扇叶片、电流调节装置以及不同于阀门的电动机定位装置。 　　尽管调节阀得到广泛的使用，调节系统中的其它单元大概都没有像它那样少的维护工作量。在许多系统中，调节阀经受的工作条件如温度、压力、腐蚀和污染都要比其它部件更为严重，然而，当它控制工艺流体的流动时，它必须令人满意地运行及最少的维修量。 　　调节阀在管道中起可变阻力的作用。它改变工艺流体的紊流度或者在层流情况下提供一个压力降，压力降是由改变阀门阻力或“摩擦”所引起的。这一压力降低过程通常称为“节流”。对于气体，它接近于等温绝热状态，偏差取决于气体的非理想程度(焦耳一汤姆逊效应)。在液体的情况下，压力则为 紊流或粘滞摩擦所消耗，这两种情况都把压力转化为热能，导致温度略为升高。 　　常见的控制回路包括三个主要部分，第一部分是敏感元件，它通常是一个变送器。它是一个能够用来测量被调工艺参数的装置，这类参数如压力、液位或温度。变送器的输出被送到调节仪表——调节器，它确定并测量给定值或期望值与工艺参数的实际值之间的偏差，一个接一个地把校正信号送出给最终控制元件——调节阀。阀门改变了流体的流量，使工艺参数达到了期望值。 　　在气动调节系统中，调节器输出的气动信号可以直接驱动弹簧一薄膜式执行机构或者活塞式执行机构，使阀门动作。在这种情况下，确定阀位所需的能量是由压缩空气提供的，压缩空气应当在室外的设备中加以干燥，以防止冻结，并应净化和过滤。 　　当一个气动调节阀和电动调节器配套使用时，可采用电一气阀门定位器或电一气转换器。压缩空气的供气系统可以和用于全气动的调节系统一样来考虑。 　　在调节理论的术语中，调节阀既有静态特性，又有动态特性，因而它影响整个控制回路成败。静态特性或增益项是阀的流量特性，它取决于阀门的尺寸、阀芯和阀座的组合结构、执行机构的类型、阀门定位器、阀前和阀后的压力以及流体的性质。第5章中将详细地介绍这些内容。 　　动态特性是由执行机构或阀门定位器一执行机构组合决定的。对于较慢的生产过程，如温度控制或液位控制，阀的动态特性在可控性方面一般不是限制因素。对于较快的系统，如液体的流量控制，调节阀可能有明显的滞后，在回路的可控性方面一定要有所考虑。一般只有控制系统的专家才需要关 心调节阀的动态持性，关于应用阀门定位器的正规考虑如第9章中所讨论的，将满足大多数调节阀装置的需要。 　　自动调节阀的历史可追溯到自力式调压阀，它包括一个带有重物杆的球形阀，重物用来平衡阀芯力，从而得到某种程度的调节，另一种早期的自力式调压阌的形式是压力平衡式调压阀。工艺过程的压力用管线接到弹簧薄膜调压阀的薄膜气室上。无论是减压阀、阀后压力式调压阀或是差压调压阀都笔够从这种基型阀门的变更而制造出来。 　　气动变送器和调节器的出现，就必然地导致气动词节阀的应用。它们本质上是减压阀或阀后压力式调压阀，改用仪表压缩空气来代替工艺过程的流体。现在许多生产减压阀的公司已经发展成为调节阀制造厂。调节阀的应用从数量上和复杂性方面继续不断地得到发展，许多阀门的阀体和附件的改进可以用来解决各种各样的问题。本手册的意图是使工程们熟悉调节阀的结纸醉金迷和因素，帮助仪表工程师在应用中选用最好的阀体、执行机构和附件。 　　调节阀属于控制阀系列，主要作用是调节介质的压力、流量、温度等等参数，是工艺环路中最终的控制元件。

按主要参数分类

　　1 按压力分类 　　(1)真空阀：工作压力低于标准大气压； 　　(2)低压阀：公称压力PN≤1.6MPaï¼› 　　(3)中压阀：PN2.5～6.4MPaï¼› 　　(4)高压阀：PNl0.0～80.0MPa，通常为PN22、PN32ï¼› 　　(5)超高压阀：PN≥IOOMPa。 　　2 按介质工作温度分类 　　(1)高温阀：t＞450℃； 　　(2)中温阀：220℃≤t≤450℃； 　　(3)常温阀：－40℃≤t≤220℃；④低温阀：－200℃≤t≤－40℃。

常用分类法

　　这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，是目前国内、国际最常用的分类方法。一般分为九个大类： 　　 (1)单座调节阀； 　　(2)双座调节阀； 　　(3)套筒调节阀； 　　(4)角形调节阀； 　　(5)三通调节阀； 　　(6)隔膜阀； 　　(7)蝶阀； 　　(8)球阀； 　　(9)偏心旋转阀。前6种为直行程，后三种为角行程。 　　这九种产品亦是最基本的产品，也称为普通产品、基型产品或标准产品。各种各样的特殊产品、专用产品都是在这九类产品的基础上改进变型出来的。

按主要特殊用途来分（即特殊、专用阀）

　　(1)软密封切断阀； 　　(2)硬密封切断阀； 　　(3)耐磨调节阀； 　　(4)耐腐蚀调节阀； 　　(5)全四氟耐蚀调节阀 　　(6)全耐蚀合金调节阀； 　　(7)紧急动作切断或放空阀； 　　(8)防堵调节阀； 　　(9)耐蚀防堵切断阀； 　　(10)保温夹套阀； 　　(11)大压降切断阀； 　　(12)小流量调节阀； 　　(13)大口径调节阀； 　　(14)大可调比调节阀； 　　(15)低S节能调节阀； 　　(16)低噪音阀； 　　(17)精小型调节阀； 　　(18)衬里（橡胶、四氟、陶瓷）调节阀； 　　(19)水处理专用球阀； 　　(20)烧碱专用阀； 　　(21)磷铵专用阀； 　　(22)氯气调节阀； 　　(23)波纹管密封阀……

按驱动能源分类

　　(1)气动调节阀； 　　(2)电动调节阀； 　　(3)液动调节阀。

CV值（流量系数）

　　流通能力Cv值（）是调节阀选型的主要参数之一，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。

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流量特性

　　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。

应用

　　在现代化工厂的自动控制中，调节阀起着十分重要的作用，这些工厂的生产取决于流动着的液体和气体的正确分配和控制。这些控制无论是能量的交换、压力的降低或者是简单的容器加料，都需要＊某些最终控制元件去完成。最终控制元件可以认为是自动控制的“体力”。在调节器的低能量级和执行流动流体控制所需的高能级功能之间，最终控制元件完成了必要的功率放大作用。 　　调节阀是最终控制元件的最广泛使用的型式。其他的最终控制元件包括计量泵、调节挡板和百叶窗式挡板(一种蝶阀的变型)、可变斜度的风扇叶片、电流调节装置以及不同于阀门的电动机定位装置。 　　尽管调节阀得到广泛的使用，调节系统中的其它单元大概都没有像它那样少的维护工作量。在许多系统中，调节阀经受的工作条件如温度、压力、腐蚀和污染都要比其它部件更为严重，然而，当它控制工艺流体的流动时，它必须令人满意地运行及最少的维修量。 　　调节阀在管道中起可变阻力的作用。它改变工艺流体的紊流度或者在层流情况下提供一个压力降，压力降是由改变阀门阻力或“摩擦”所引起的。这一压力降低过程通常称为“节流”。对于气体，它接近于等温绝热状态，偏差取决于气体的非理想程度(焦耳一汤姆逊效应)。在液体的情况下，压力则为紊流或粘滞摩擦所消耗，这两种情况都把压力转化为热能，导致温度略为升高。 　　常见的控制回路包括三个主要部分，第一部分是敏感元件，它通常是一个变送器。它是一个能够用来测量被调工艺参数的装置，这类参数如压力、液位或温度。变送器的输出被送到调节仪表——调节器，它确定并测量给定值或期望值与工艺参数的实际值之间的偏差，一个接一个地把校正信号送出给最终控制元件——调节阀。阀门改变了流体的流量，使工艺参数达到了期望值。 　　在气动调节系统中，调节器输出的气动信号可以直接驱动弹簧一薄膜式执行机构或者活塞式执行机构，使阀门动作。在这种情况下，确定阀位所需的能量是由压缩空气提供的，压缩空气应当在室外的设备中加以干燥，以防止冻结，并应净化和过滤。 　　当一个气动调节阀和电动调节器配套使用时，可采用电一气阀门定位器或电一气转换器。压缩空气的供气系统可以和用于全气动的调节系统一样来考虑。 　　在调节理论的术语中，调节阀既有静态特性，又有动态特性，因而它影响整个控制回路成败。静态特性或增益项是阀的流量特性，它取决于阀门的尺寸、阀芯和阀座的组合结构、执行机构的类型、阀门定位器、阀前和阀后的压力以及流体的性质。第5章中将详细地介绍这些内容。 　　动态特性是由执行机构或阀门定位器一执行机构组合决定的。对于较慢的生产过程，如温度控制或液位控制，阀的动态特性在可控性方面一般不是限制因素。对于较快的系统，如液体的流量控制，调节阀可能有明显的滞后，在回路的可控性方面一定要有所考虑。一般只有控制系统的专家才需要关心调节阀的动态持性，关于应用阀门定位器的正规考虑如第9章中所讨论的，将满足大多数调节阀装置的需要。 　　自动调节阀的历史可追溯到自力式调压阀，它包括一个带有重物杆的球形阀，重物用来平衡阀芯力，从而得到某种程度的调节，另一种早期的自力式调压阌的形式是压力平衡式调压阀。工艺过程的压力用管线接到弹簧薄膜调压阀的薄膜气室上。无论是减压阀、阀后压力式调压阀或是差压调压阀都笔够从这种基型阀门的变更而制造出来。 　　气动变送器和调节器的出现，就必然地导致气动词节阀的应用。它们本质上是减压阀或阀后压力式调压阀，改用仪表压缩空气来代替工艺过程的流体。现在许多生产减压阀的公司已经发展成为调节阀制造厂。调节阀的应用从数量上和复杂性方面继续不断地得到发展，许多阀门的阀体和附件的改进可以用来解决各种各样的问题。本手册的意图是使工程们熟悉调节阀的结纸醉金迷和因素，帮助仪表工程师在应用中选用最好的阀体、执行机构和附件。 　　调节阀属于控制阀系列，主要作用是调节介质的压力、流量、温度等等参数，是工艺环路中最终的控制元件。调节阀按行程特点可分为：直行程和角行程。直行程包括：单座阀、双座阀、套筒阀、角形阀、三通阀、隔膜阀；角行程包括：蝶阀、球阀、偏心旋转阀、全功能超轻型调节阀。调节阀按驱动方式可分为：气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀；按调节形式可分为：调节型、切断型、调节切断型；按流量特性可分为：线性、等百分比、抛物线、快开。调节阀适用于空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品等介质。

计算公式

　　调节阀的流量系数Kv，是调节阀的重要参数，它反映调节阀通过流体的能力，也就是调节阀的容量。根据调节阀流量系数Kv的计算，就可以确定选择调节阀的口径。为了正确选择调节阀的口径，必须正确计算出调节阀的额定流量系数Kv值。调节阀额定流量系数Kv的定义是：在规定条件下，即阀的两端压差为10Pa，流体的密度为lg/cm，额定行程时流经调节阀以m/h或t/h的流量数。 　　1． 一般液体的Kv值计算 　　a． 非阻塞流 　　判别式：△P＜FL（P1－FFPV） 　　计算公式：Kv＝10QL 　　式中： FL－压力恢复系数，见附表 　　FF－流体临界压力比系数，FF＝0.96－0.28 　　PV－阀入口温度下，介质的饱和蒸汽压（绝对压力），kPa 　　PC－流体热力学临界压力（绝对压力），kPa 　　QL－液体流量m/h 　　ρ－液体密度g/cm 　　P1－阀前压力（绝对压力）kPa 　　P2－阀后压力（绝对压力）kPa 　　b． 阻塞流 　　判别式：△P≥FL（P1－FFPV） 　　计算公式：Kv＝10QL 　　式中：各字符含义及单位同前 　　2． 气体的Kv值计算 　　a． 一般气体 　　当P2＞0.5P1æ—¶ 　　当P2≤0.5P1æ—¶ 　　式中： Qg－标准状态下气体流量Nm/h 　　Pm-(P1+P2)/2(P1、P2为绝对压力)kPa 　　△P＝P1－P2 　　G －气体比重（空气G＝1） 　　t －气体温度℃ 　　b．高压气体（PN＞10MPa） 　　当P2＞0.5P1æ—¶ 　　当P2≤0.5P1æ—¶ 　　式中：Z-气体压缩系数，可查GB/T 2624-81《流量测量节流装置的设计安装和使用》 　　3． 低雷诺数修正（高粘度液体KV值的计算） 　　液体粘度过高或流速过低时，由于雷诺数下降，改变了流经调节阀流体的流动状态，在Rev<2300时流体处于低速层流，这样按原来公式计算出的KV值，误差较大，必须进行修正。此时计算公式应为： 　　式中：Φ―粘度修正系数，由Rev查FR－Rev曲线求得；QL－液体流量 m/h 　　对于单座阀、套筒阀、角阀等只有一个流路的阀 　　对于双座阀、蝶阀等具有二个平行流路的阀 　　式中：Kv′―不考虑粘度修正时计算的流量系 　　ν ―流体运动粘度mm/s 　　FR －Rev关系曲线 　　FR-Rev关系图 　　4． 水蒸气的Kv值的计算 　　a． 饱和蒸汽 　　当P2＞0.5P1æ—¶ 　　当P2≤0.5P1æ—¶ 　　式中：G―蒸汽流量kg/h，P1、P2含义及单位同前，K－蒸汽修正系数，部分蒸汽的K值如下：水蒸汽：K＝19.4；氨蒸汽：K＝25；氟里昂11：K＝68.5；甲烷、乙烯蒸汽：K＝37；丙烷、丙烯蒸汽：K＝41.5；丁烷、异丁烷蒸汽：K＝43.5。 　　b． 过热水蒸汽 　　当P2＞0.5P1æ—¶ 　　当P2≤0.5P1æ—¶ 　　式中：△t―水蒸汽过热度℃，Gs、P1、P2含义及单位同前。