郑州大学电气工程 过程控制3-33-4调节阀

为了便于分析，先将阀前后压差固定，然后 再引伸到实际工作情况，于是有固有流量特性与 工作流量特性之分。 1、固有（理想）流量特性 在将控制阀前后压差固定时得到的流量特性 称为固有流量特性。它取决于阀芯的形状。
（1）直线特性 （2）等百分比特性 （3）快开特性 （4）抛物线特性
3
1
3 3 1 4 2
P 调节阀 管路及设备
△PV
△PV
△P
△PK
△P
△ Pk
Q
以Qmax 表示串联管道阻力为零时(s=1)，阀全 开时达到的最大流量。可得串联管道在不同s值时， 以自身Qmax作参照的工作流量特性。
流量特性畸变： s ↓
直线阀变为快开阀 对数阀变为直线阀
结论 串联管道使调节阀的流量特性发生畸变。 串联管道使调节阀的流量可调范围降低，最 大流量减小。 串联管道会使调节阀的放大系数减小，调节 能力降低，s值低于0.3时，调节阀能力基本丧失。

三种调节阀的比较
比较项目 结 体 构 积 气动执行器 简单 中 较复杂 中 大 简单 防火防爆 电动执行器 复杂 小 简单 小 小 复杂 隔爆型防火防爆 液动执行器 简单 大 复杂 大 小 简单 注意火花
配管配线 推 力
动作滞后 维护检修 作用场合
价
格
低 狭
较小
高 宽
较大
高 狭
较大
频率响应
温度影响
（2）管道并联时的工作流量特性
并联手动开关目的：保证安全生产，开车或停车使用； 为了增加产量。
如图，管道系统总流量Qmax 等于手动调节阀流量 QT与控制阀的流量Q之和。 设：s =Q全开 / Qmax 旁路全关（S=1），工作流量特性=理想流量特性 (S<1),曲线形状不变，管道可控比降低。
QT Q 手动调节阀



自动调节阀按照工作所用能源形式可分为：
电动调节阀：电源配备方便，信号传输快、 气动调节阀：结构简单，可靠，维护方便， 液动调节阀：用液压传递动力，推力最大；
损失小，可远距离传输；但推力较小。
防火防爆；但气源配备不方便。 但安装、维护麻烦，使用不多。 工业中使用最多的是气动调节阀和电动调节阀。
控制机构是阀门，它将阀 杆的位移转换为流通面积的大 小。

一、气动薄膜控制阀的工作原理 气动薄膜控制阀由气动薄膜执行机构和控制阀体两部分组成，如图3-17所 示。 １．气动薄膜执行机构
P Ae k l

２．控制阀体
P p1 p 2 v q q A0 A0

在控制中，执行器大多采用阀的形式，控制各 种气体或液体的流量与流速，是过程控制系统的一 个重要组成部分。



阀门的分类
阀门产品的种类繁多，说法也不完全统一。 有的按用途分（如化工、石油、电站等） 有的按介质分（如水蒸汽、空气阀等） 有的按材质分（如铸铁阀、铸钢阀、锻钢阀等） 有的按连接形式分（如内螺纹、法兰阀等 ） 有的按温度分（如低温阀、高温阀等） 有的按压力（低压阀、中压阀、高压阀、超高压阀）。
等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但对 流量的控制力却是相同的。 同样以10％、50％及80％三点为例，分别增加 10%开度，相对流量变化的比值为： 10%处： （6.58%-4.68%）/4.68%≈40% 50%处： （25.7%-18.2%）/18.2%≈40% 80%处： （71.2%-50.6%）/50.6%≈40%

液动调节阀 由于其推力大，体积大，广 泛应用于石油、煤矿等行业。

3.4.2 气动调节阀
气动调节阀是由气压信号控制的阀门。
气动薄膜室 阀位指示标牌 推杆 阀杆
阀门
气动调节阀的结构与分类
气动调节阀由执行机构和 控制机构（阀）两部分组成。 执行机构是推动装置，它 是将信号压力的大小转换为阀 杆位移的装置。
Qmax
调节阀
结论 并联管道使调节阀的流量特性发生畸变。 并联管道使调节阀的流量可调范围降低， 控制阀最小流量增加。 并联管道会使调节阀所能控制的流量变化 很小，s值不能低于0.8。
3.
调节阀流量特性的选择
控制阀流量特性的选择步骤：
首先根据对象特性选择控制阀的工作流量特性，然 后依据现场配管情况从需要的工作特性出发，推断出理 想流量特性。
Q/Q100
s=1
L/Lmax
总结：
从控制角度，该流量特性在小开度时， Kv小，控制缓和平稳；在大开度时Kv大，控 制及时有效。
（3） 快开流量特性
d ( Q / Q max ) d (l / L ) Q Q max 1 R [1 ( R
2
K(
Q Q max 1)
) l
1
]
1/ 2
1 2 4
已知 相对开度与相对流量变化如下表（R=30）
0 10 4.67 20 6.58 30 9.26 40 13.0 50 18.3 60 25.6 70 36.2 80 50.8 90 71.2 100 100
对数特性
3.3
相对流量的变化量与该点的相对流量的百分比总是 相等的，故又称为等百分比流量特性。


气动调节阀
ZJHY气动微小流量调节阀 ZJHY型气动薄膜精小型小流量 调节阀是专门针对小流量调节 而开发的小口径调节阀。阀体 采用螺纹连接，具有体积小、 重量轻、安装、维护方便等优 点。调节不干净介质时，应针 对其节流间隙小的问题，注意 预防堵卡现象的发生。它适用 于液体、蒸汽等 介质的注流量 调节场合。

气动调节阀 ZSHV气动V型调节球阀 适用于高粘度、悬浮液、纸 浆等不干净、含纤维介质场 合。采用直连方式与执行机 构连接，具有结构紧凑、尺 寸小、重量轻、阻力小、动 作稳定可靠等优点。执行机 构根据用户要求配置UNIC、 PSQ、HQ、DHL等型号电 子式电动执行机构或GTX、 AL等气动活塞式执行机构。
P 调节阀 管路及设备
△PV
△PV
△P
△PK
△P
△ Pk
Q
从串联管道中调节阀两端压差 △PV的变化曲线 可看出，调节阀全关时阀上压力最大，基本等于系 统总压力；调节阀全开时阀上压力降至最小。 为了表示调节阀两端压差 △ PV的变化范围，以 阀权度s表示调节阀全开时，阀前后最小压差△PVmin 与总压力△ P之比。 s =PV全开 / △ P
： ⒋ 抛物线流量特性 ：
⒊
快开流量特性
§3-3 执行器
2、调节阀的工作流量特性
实际使用时，调节阀装在具有阻力的管道系统 中。管道对流体的阻力随流量而变化，阀前后压差 也是变化的，这时流量特性会发生畸变。 （1）管道串联时的工作流量特性 如图，管道系统总压力ΔP等于管路系统的压降 ΔPk与控制阀的压降ΔPv之和。
3
1 2 4
（4） 抛物线流量特性
d ( Q / Q max ) d (l / L ) Q Q max 1 R [1 ( K Q Q max R 1) l L
3
]
2
特性曲线为抛物线， 介于直线和对数曲线之间， 使用较少。
1 2 4
⒈
直线流量特性 ：直线流量特性是指：控制阀 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为常数 ⒉ 对数流量特性 ：对数流量特性是指单位行程 变化引起的相对流量变化与该点的相对流量成正 比
4．合理选择检测点，避免测量造成对象纯滞后τ0
pHC
贮酸槽 LT pH值控制系统图 LC
pHT
中和槽
l0
5．测量信号的处理
测量信号的校正与补偿、测量噪声的抑制、测 量信号的线性化处理。
§3-4 执行器（调节阀）选择
3.4.1 执行器 执行器是自动控制系统中的重要组成部分， 它将控制器送来的控制信号转换成执行动作，从 而操纵进入设备的能量，将被控变量维持在所要 求的数值上或一定的范围内。 执行器有自动调节阀门、自动电压调节器、 自动电流调节器、控制电机等。其中自动调节阀 门是最常见的执行器，种类繁多。
80.1
90.3
100
由表可见，当相对开度每增加10%时，相对流量增加9.7%。 但在不同开度，相对流量增加的百分比却不相同，如：
直线阀的流量放大系数在任何一点上都是相同 的，但其对流量的控制力却是不同的。
控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。 例如令R=30，在不同的开度上，再分别增加 10%开度，相对流量的变化比值为 10％时： [（22.7-13）/13]×100%=75% 50％时： [（61.3-51.7）/51.7]×100%=19% 80％时： [（90.3-80.6）/80.6]×100%=11%
L
3
小开度时，流量就较 大；且流量很快达到最大 值。
1 2 4
其输入-输出如下页表所示（R=30）
0 10 21.7 20 38.1 30 52.6 40 65.2 50 75.8 60 84.5 70 91.3 80 96.13 90 99.03 100 100
快开特性
3.3
总结：
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，故称为快开特性。 适用于迅速启闭的切断阀或 双位控制系统。

2
v
2
2( p1 p 2 )

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

q f ( )
在 P 一定时，

结论：
(l ) g ( P )

二、控制阀的流量特性 控制阀的流量特性是指控制介质流过阀门的相对流量与阀门 相对开度（即推杆的相对位移量）之间的函数关系。
Q Q max l f L




电动调节阀