(自动控制原理)第三章5.6

1、第第3 3章章 建筑设备自动化中的监控设备建筑设备自动化中的监控设备4 4传感器传感器1 1控制器控制器3 3调节阀的选择与应用调节阀的选择与应用5 5变送器变送器1 1执行器执行器3.4执行器执行器3.4.1调节阀的结构与种类调节阀的结构与种类1.热力膨胀阀热力膨胀阀2.电子膨胀阀电子膨胀阀阀门阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截断、是流体输送系统中的控制部件，具有截断、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。能。调节阀调节阀是常用的执行器，分为：是常用的执行器，分为：两位两位控制调节阀控制调节阀和和连续连续控制调节阀。控制调节阀。球

2、阀、蝶阀、隔膜阀等都可以作为调节阀阀门分类阀门分类一、按用途和作用分类一、按用途和作用分类1、截断阀类截断阀类： 主要用于截断或接通介质流。包括闸阀、主要用于截断或接通介质流。包括闸阀、截止阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀等。截止阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀等。2、调节阀类调节阀类： 主要用于调节介质的流量、压力等。包括主要用于调节介质的流量、压力等。包括调节阀、节流阀、减压阀等。调节阀、节流阀、减压阀等。3、止回阀类止回阀类： 用于阻止介质倒流。包括各种结构的止回用于阻止介质倒流。包括各种结构的止回阀。阀。4、分流阀类分流阀类： 用于分配、分离或混合介质。包括各种结用于分配、分离或混合介质。

3、包括各种结构的分配阀和疏水阀等。构的分配阀和疏水阀等。5、安全阀类安全阀类： 用于超压安全保护。包括各种类型的安全用于超压安全保护。包括各种类型的安全阀。阀。二、按主要参数分类二、按主要参数分类1、按压力分类、按压力分类(1) 真空阀真空阀 工作压力低于标准大气压的阀门。工作压力低于标准大气压的阀门。(2) 低压阀低压阀 公称压力公称压力PN1.6MPa的阀门。的阀门。(3) 中压阀中压阀 公称压力公称压力PN450的阀门。的阀门。(2) 中温阀中温阀 120t450的阀门。的阀门。(3) 常温阀常温阀 -40t120的阀门。的阀门。(4) 低温阀低温阀 -100t-40的阀门。的阀门。(5)

4、 超低温阀超低温阀 t不平衡力不平衡力 可调比又称为：调节范围，调节阀所能控制的最大流可调比又称为：调节范围，调节阀所能控制的最大流量和最小流量之比，用量和最小流量之比，用R R表示：表示： 其中：其中：QminQmin不等于零，通常，不等于零，通常，QminQmin约为约为QmaxQmax的的2%-4%2%-4%，即即R R为为50-2550-25之间，常取之间，常取3030。泄漏量约为。泄漏量约为QminQmin的的0.1%-0.01%0.1%-0.01%。理想可调比理想可调比（阀门两端的压降恒定）：（阀门两端的压降恒定）：三、调节阀的可调比三、调节阀的可调比maxminQRQmaxmax

5、minmintQCRQC 在理想情况下，假设调节阀的压降不随阀的开度和流量在理想情况下，假设调节阀的压降不随阀的开度和流量而变化的情况，因而得到的相对流量和相对开度之间的关而变化的情况，因而得到的相对流量和相对开度之间的关系，称为称理想流量特性。它是由阀芯形状决定的。系，称为称理想流量特性。它是由阀芯形状决定的。 直线特性调节阀的特点使得小流量调节时调节作用过于直线特性调节阀的特点使得小流量调节时调节作用过于灵敏，不易稳定，大流量时又太迟钝，调节效果不明显灵敏，不易稳定，大流量时又太迟钝，调节效果不明显：三、调节阀的理想流量特性三、调节阀的理想流量特性( )m axQlfQL=maxQdQKl

6、dLmax11(1)QlQR LR 在理想情况下，假设调节阀的压降不随阀的开度和流量在理想情况下，假设调节阀的压降不随阀的开度和流量而变化的情况，因而得到的相对流量和相对开度之间的关而变化的情况，因而得到的相对流量和相对开度之间的关系，称为称理想流量特性。它是由阀芯形状决定的。系，称为称理想流量特性。它是由阀芯形状决定的。 直线特性直线特性调节阀的特点使得小流量调节时调节作用过于调节阀的特点使得小流量调节时调节作用过于灵敏，不易稳定，大流量时又太迟钝，调节效果不明显灵敏，不易稳定，大流量时又太迟钝，调节效果不明显：三、调节阀的理想流量特性三、调节阀的理想流量特性( )m axQlfQL=max

7、QdQKldL 列出边界条件和初始条件：列出边界条件和初始条件： 积分得到：积分得到：max11(1)QlQR LR 这种方式很完美否？ 等百分比等百分比它的放大系数随行程增大而增大。在小它的放大系数随行程增大而增大。在小流量的时候，流量变化的绝对值小；在大流量时，流量变流量的时候，流量变化的绝对值小；在大流量时，流量变化的绝对值大。所以它在小流量时工作平稳，在大流量时化的绝对值大。所以它在小流量时工作平稳，在大流量时工作灵敏，适用于要求负荷变化大的场合。工作灵敏，适用于要求负荷变化大的场合。 maxmax(/)QdQK Q QldL1max/lLQ QR 快开流量特性调节阀快开流量特性调节阀

8、阀芯形状为平板式，阀的有阀芯形状为平板式，阀的有效行程在效行程在d0/4d0/4（d0d0为阀座直径）以内，当行程再增大，阀为阀座直径）以内，当行程再增大，阀的流通面积就不再增加了，便起不到调节作用了。快开特的流通面积就不再增加了，便起不到调节作用了。快开特性的调节阀适用于要求迅速启动的场合性的调节阀适用于要求迅速启动的场合 2maxmaxQdQQKlQdL122max11 (1)QlRQRL 等百分比等百分比这种阀的性能特性介于直线性和等百分这种阀的性能特性介于直线性和等百分比型之间。比型之间。 12maxmaxQdQQKlQdL2max11 (1)QlRQRL(l)直线特性阀芯直线特性阀芯

9、; (2)等百分比特性阀芯等百分比特性阀芯; (3)快开特性阀芯快开特性阀芯; (4)抛物线特性阀芯抛物线特性阀芯; (5)等百分比特性阀芯等百分比特性阀芯(开口形开口形); (6)直线直线 特性阀芯特性阀芯(开口形开口形) 实际使用时，调节阀装在具有阻力的管道系统中。管道实际使用时，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。流量特性会发生畸变。例：管道串联时的工作流量特性例：管道串联时的工作流量特性如图，管道系统总压力如图，管道系统总压力P P 等于管路系统的压降等于管路系统

10、的压降PPG G与与控制阀的压降控制阀的压降PPT T之和。之和。从串联管道中调节阀两端压差从串联管道中调节阀两端压差PTPT的变化曲线可看出，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。全开时阀上压力降至最小。为了表示调节阀两端压差的变化范围，以为了表示调节阀两端压差的变化范围，以阀权度（阀阀权度（阀门能力）门能力）s s 表示调节阀全开时，阀前后最小压差表示调节阀全开时，阀前后最小压差P1mP1m与总与总压力压力 P P之比。之比。讨论：阀权度越大越好，还是越小越好？讨论：阀权度越大越好，

11、还是越小越好？调节阀调节阀流通能力流通能力的定义为：的定义为： 当调节阀全开时，阀两端压差为当调节阀全开时，阀两端压差为1X101X105 5PaPa，流体密度，流体密度1g/cm31g/cm3，每小时流经调节阀的流量数，以，每小时流经调节阀的流量数，以m m3 3/h/h计。计。例如例如 有一台有一台C C值为值为2525的直通调节阀，当阀两端压差为的直通调节阀，当阀两端压差为1X105Pa1X105Pa，每小时能流过的水量是，每小时能流过的水量是25m325m3。 若：调节阀两端的压差若：调节阀两端的压差恒定恒定，有：，有：Q Qmaxmax阀的最大流量；阀的最大流量；C Cqkqk阀全开

12、时的流通能力；阀全开时的流通能力； 理想流量特性的数学表达式为：理想流量特性的数学表达式为：所以：所以： 当管道阻力损失为零时，当管道阻力损失为零时，S=1S=1，即为阀的理想流量特性，即为阀的理想流量特性，流过调节阀的最大流量为：流过调节阀的最大流量为： 可以得到以可以得到以 为参比量的相对流量特性：为参比量的相对流量特性： 进一步得到进一步得到 作为参比量的相对流量特性：作为参比量的相对流量特性： 对于管道来说，也有：对于管道来说，也有： 联立上式得到：联立上式得到：调节阀的实际工作流量特性调节阀的实际工作流量特性结论：结论： 串联连接调节阀的实际流量特性与阀权度（串联连接调节阀的实际流量

13、特性与阀权度（S S值）值）有关。有关。12max1111PQllffQLPLlfSL（a a）直线流量特性）直线流量特性 （b b）等百分比流量特性）等百分比流量特性管道并联管道并联时的工作流量特性有的调节阀装有旁路，时的工作流量特性有的调节阀装有旁路，便于手动操作和维护。当生产能力提高或其他原因引起便于手动操作和维护。当生产能力提高或其他原因引起调节阀的最大流量满足不了工艺生产的要求时，可以把调节阀的最大流量满足不了工艺生产的要求时，可以把旁路打开一些，这时调节阀的理想流量特性就成为工作旁路打开一些，这时调节阀的理想流量特性就成为工作流量特性。流量特性。总结结论（结论（1 1）对于一个串联

14、连接调节阀的管道系统，阀权度）对于一个串联连接调节阀的管道系统，阀权度S S值越大，则说明调节阀的压降占整个系统比重越大，调节值越大，则说明调节阀的压降占整个系统比重越大，调节阀控制能力越大；当阀控制能力越大；当S S1 1时，即管道阻力损失为零，系统时，即管道阻力损失为零，系统的总压差全部降落在调节阀上，此时调节阀的实际工作特的总压差全部降落在调节阀上，此时调节阀的实际工作特性与理想特性是一致的。性与理想特性是一致的。结论（结论（2 2）阀权度）阀权度S S越小，则说明调节阀的压降占整个系统越小，则说明调节阀的压降占整个系统的比重越小，调节阀的控制能力也就越差，也就是当流量的比重越小，调节阀

15、的控制能力也就越差，也就是当流量增加时，调节阀前后压降逐步减少，虽然调节阀的节流面增加时，调节阀前后压降逐步减少，虽然调节阀的节流面积增大了，但由于调节阀压降减少，流量并没有按理想特积增大了，但由于调节阀压降减少，流量并没有按理想特性增大，而使流量增大速率变缓。随着性增大，而使流量增大速率变缓。随着S S的减少，即管道阻的减少，即管道阻力损失增加，使系统压差降落在管道上的部分增加，调节力损失增加，使系统压差降落在管道上的部分增加，调节阀全开时的流量减少。阀全开时的流量减少。 结论（结论（3）随着）随着S值的减少，流量特性发生很大的畸变，值的减少，流量特性发生很大的畸变，成为一系列向上拱的曲线。

16、理想的直线特性趋向于快开成为一系列向上拱的曲线。理想的直线特性趋向于快开特性，理想的等百分比特性趋向于直线特性，使小开度特性，理想的等百分比特性趋向于直线特性，使小开度时放大系数增大，大开度时放大系数减少。时放大系数增大，大开度时放大系数减少。S值太小时值太小时将严重影响自动调节系统的调节质量。在实际使用中，将严重影响自动调节系统的调节质量。在实际使用中，通常要求通常要求S值不低于值不低于0.30.5。 五、调节阀的实际可调比五、调节阀的实际可调比 调节阀的流量计算：调节阀的流量计算：1minmaxmax1minmaxmin1maxmin1maxminsPCCPQRQPCPCmaxmaxmax

17、minminminPCQCRQCPC1min1maxsPRRPsRR S1min1maxPSP六、调节阀的流通能力六、调节阀的流通能力 当调节阀全开时，阀两端压差为当调节阀全开时，阀两端压差为1X101X105 5PaPa，流体密度，流体密度1g/cm31g/cm3，每小时流经调节阀的流量数，以，每小时流经调节阀的流量数，以m m3 3/h/h计。计。例如例如 有一台有一台C C值为值为2525的直通调节阀，当阀两端压差为的直通调节阀，当阀两端压差为1X105Pa1X105Pa，每小时能流过的水量是，每小时能流过的水量是25m325m3。1212316316316()QQGCPPPPP 对于蒸

18、汽来说，阀前后的密度变化较大，流通能力见教对于蒸汽来说，阀前后的密度变化较大，流通能力见教材材P871.调节阀调节阀类型类型选择选择2.调节阀调节阀流量特性流量特性选择选择3.调节阀调节阀口径口径选择选择4.调节阀调节阀执行机构执行机构选择选择三通阀与两通阀具有不同功能，因而也有着不三通阀与两通阀具有不同功能，因而也有着不同的使用场所。当水系统为同的使用场所。当水系统为变水量变水量系统时，应系统时，应采用两通阀；当水系统为采用两通阀；当水系统为定水量定水量系统时，应采系统时，应采用三通阀。用三通阀。在采用两通阀时，为保证变水量系统的运行及在采用两通阀时，为保证变水量系统的运行及节能，应采用常闭

19、型阀门。当不需要工作时应节能，应采用常闭型阀门。当不需要工作时应能自动关闭（弹簧复位或者电动复位）能自动关闭（弹簧复位或者电动复位）。1.调节阀类型选择调节阀类型选择介质种类介质种类 在空调系统中，调节阀通常用于水和蒸汽。杂质较多在空调系统中，调节阀通常用于水和蒸汽。杂质较多的流体，应采用耐磨材料；腐蚀性流体，应采用耐腐蚀性的流体，应采用耐磨材料；腐蚀性流体，应采用耐腐蚀性材料。材料。工作压力工作压力使用时实际工作压力只要不超过其额定工作压力即可，通使用时实际工作压力只要不超过其额定工作压力即可，通常在暖通空调中常用到的有常在暖通空调中常用到的有PN16、PN25两种阀门，耐压两种阀门，耐压值

20、分别为值分别为1.6Mpa和和2.5Mpa，前者多用于水系统，后者多用，前者多用于水系统，后者多用于高压蒸汽系统。于高压蒸汽系统。工作温度工作温度 阀门资料中一般也提供该阀所适用的流体温度，只要按阀门资料中一般也提供该阀所适用的流体温度，只要按要求选择即可。常用阀门的允许工作温度对于空调冷、热要求选择即可。常用阀门的允许工作温度对于空调冷、热水系统都是适用的。水系统都是适用的。1. 从控制系统的品质出发，选择阀的工作特性。从控制系统的品质出发，选择阀的工作特性。 希望：调节阀的放大系数与被控对象的放大希望：调节阀的放大系数与被控对象的放大系数一致。系数一致。2.调节阀流量特性选择调节阀流量特性

21、选择 热水加热器的静特性热水加热器的静特性 蒸汽加热器的静特性蒸汽加热器的静特性 2. 根据调节阀的希望工作特性选择阀的流量特性。根据调节阀的希望工作特性选择阀的流量特性。配管状态S=11.6S=0.60.3S0.3理想特性直线对数直线对数不宜调节实际特性直线对数直线或接近快开对数或接近直线不宜调节u 只用双位控制即可满足要求的场所无论采用电动式只用双位控制即可满足要求的场所无论采用电动式或电磁式，其基本要求都是尽量减少阀门的或电磁式，其基本要求都是尽量减少阀门的流通阻力流通阻力而不是考虑其调节能力。因此，此时阀门的口径可与而不是考虑其调节能力。因此，此时阀门的口径可与所设计的设备接管管径相同

22、。电磁阀在开启时，长时所设计的设备接管管径相同。电磁阀在开启时，长时间带电及高温影响寿命，开关噪音大。间带电及高温影响寿命，开关噪音大。u 直接按接管管径选择阀口径是不合理的。因为阀的直接按接管管径选择阀口径是不合理的。因为阀的调节品质与接管流速或管径是没有关系的，它只与其调节品质与接管流速或管径是没有关系的，它只与其水阻力及流量有关。因此，选择阀门口径的依据只能水阻力及流量有关。因此，选择阀门口径的依据只能是其是其流通能力流通能力。3.调节阀口径选择调节阀口径选择调节阀口径的选择步骤如下：调节阀口径的选择步骤如下：（1）根据工艺的生产能力设备负荷，确定计算调）根据工艺的生产能力设备负荷，确定

23、计算调节阀流通能力的最大流量、常用流量、最小流量、节阀流通能力的最大流量、常用流量、最小流量、计算压差等参数。计算压差等参数。（2）根据被控介质及其工作条件选用计算公式，）根据被控介质及其工作条件选用计算公式，确定流体介质密度、温度、粘度等已知条件并换算确定流体介质密度、温度、粘度等已知条件并换算到工作状态下，然后代入公式计算出流通能力。到工作状态下，然后代入公式计算出流通能力。而而后按阀的流通能力应大于计算流通能力的原则，后按阀的流通能力应大于计算流通能力的原则，查查阅生产厂提供的资料，选取调节阀的口径。阅生产厂提供的资料，选取调节阀的口径。（3）根据需要验算开度或开度范围、可调比）根据需要

24、验算开度或开度范围、可调比R等。等。（4）计算结果若满意，则调节阀口径选定工作完）计算结果若满意，则调节阀口径选定工作完毕。否则重新计算、验算。毕。否则重新计算、验算。 注：注： 调节阀的流通能力，是指调节阀上的压头损失一个单位时，调节阀的流通能力，是指调节阀上的压头损失一个单位时，流体通过调节阀的能力。阀门的流通能力也称流量系数。如今国际规定：流体通过调节阀的能力。阀门的流通能力也称流量系数。如今国际规定：温度为温度为5至至40的水，在的水，在105Pa压降下，压降下，1小时内流过调节阀的立方米小时内流过调节阀的立方米数。数。 例题：例题： 经计算，得到经计算，得到C=6，应该选择多大的管径

25、？为什么，应该选择多大的管径？为什么C从从14的的管径都是管径都是15？4.调节阀执行机构选择调节阀执行机构选择要注意以下几点：要注意以下几点： 1、模拟量与数字量、模拟量与数字量 如果该阀门是用于连续调节，需要采用模拟量的执行机构。如果该阀门是用于连续调节，需要采用模拟量的执行机构。 如果该阀门只是用于两位式控制，即只有开如果该阀门只是用于两位式控制，即只有开/关两个状态，与关两个状态，与它们配合的都是数字量的执行机构。它们配合的都是数字量的执行机构。 2、电源电压、电源电压 通常数字量执行器的电源电压主要有通常数字量执行器的电源电压主要有24V AC（24VDC）、）、110V AC、22

26、0V AC，根据电气设计的实际情况选择。，根据电气设计的实际情况选择。 3、信号值、信号值 通常可以采用的信号制式有通常可以采用的信号制式有0-10V DC、2-10V DC、4-20mA DC等。等。 分为开关型风量调节阀和调节型风量调节阀；根据叶片多少分为开关型风量调节阀和调节型风量调节阀；根据叶片多少又分为多叶风量调节阀和单叶风量调节阀；多叶又分为：平行叶又分为多叶风量调节阀和单叶风量调节阀；多叶又分为：平行叶片和对开叶片风量调节阀。同水量调节阀一样，调节风量风门也片和对开叶片风量调节阀。同水量调节阀一样，调节风量风门也有多种流量特性。有多种流量特性。 设图示的平行叶片风阀尺寸为A1.2

27、米，B2.4米，则总面积F1.2米2.4米2.88平方米； 风阀在测试条件下（静压500Pa，面风速5米/秒），每平方米风阀面积所需的扭矩值为10牛顿/平方米； 则风阀执行机构需要提供的扭矩为：10牛顿/平方米2.88平方米28.8牛米。 在实际选型中，还要考虑现场的环境温度，电压，空气流速和压力的变化影响，有必要在计算值基础上乘以一个安全系数。 光电隔离器光电隔离器由红外发光二极管和光敏三极管组成。当由红外发光二极管和光敏三极管组成。当发光二极管有正向电流通过时，即产生人眼看不见的红外发光二极管有正向电流通过时，即产生人眼看不见的红外光，其光谱范围为光，其光谱范围为700-1000 nm。光

28、敏三极管接收光以后便。光敏三极管接收光以后便导通。导通。 而当该电流撤去时，发光二极管熄灭，三极管截止。而当该电流撤去时，发光二极管熄灭，三极管截止。利用这种特性即可达到开关控制的目的。由于该器件是通利用这种特性即可达到开关控制的目的。由于该器件是通过电一光一电的转换来实现对输出设备控制的，彼此之间过电一光一电的转换来实现对输出设备控制的，彼此之间没有电气连接，因而起到隔离作用没有电气连接，因而起到隔离作用 继电器继电器一般由通电线圈和触电构成，当线圈通电时，一般由通电线圈和触电构成，当线圈通电时，由于磁场作用，使开关触电闭合，断电后打开。由于磁场作用，使开关触电闭合，断电后打开。 固态继电器固态继电器为了避免电磁继电器在吸合过程中产为了避免电磁继电器在吸合过程中产生火花或产生电磁干扰，对于交流高压，触电也