第四章调节阀(NXPowerLite)

1、 2022-6-21 第四章第四章 气动调节阀气动调节阀 一、概述一、概述 二、阀体部件的特性分析二、阀体部件的特性分析 三、执行机构的特性分析三、执行机构的特性分析 四、气动调节阀的选择与计算四、气动调节阀的选择与计算一、基本概念一、基本概念流量系数、串联管道实际可调比、阀阻比、相对流量系数、串联管道实际可调比、阀阻比、相对流量的变化率、压力恢复系数、不平衡力、输出流量的变化率、压力恢复系数、不平衡力、输出力、允许压差、气开式、气关式、力、允许压差、气开式、气关式、二、基本知识二、基本知识1、七种阀体部件的结构与用途、七种阀体部件的结构与用途2、线性和对数流量特性的表达式、线性和对数流量特性

2、的表达式3、气开式、气关式的选择原则、气开式、气关式的选择原则4、口径、口径DN的计算的计算5、一般液体、高粘度液体、空化及闪蒸时液体流、一般液体、高粘度液体、空化及闪蒸时液体流量系数量系数C的计算的计算2022-6-22本节重点内容介绍本节重点内容介绍一、概述一、概述（1）执行器执行机构一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。执行机构使用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用。调节系统四个基本组成部分之一，形象称为自动化的手脚。四个基本组成部：调节对象、检测仪表、调节器、执行器2022-6-23一、概述一、概述（1）执

3、行器执行器的作用根据调节器的命令控制传送、调节温度、压力、流量等工艺参数。执行器的影响是调节系统中的薄弱环节，质量可能导致不能正常工作或影响调节品质。执行器的组成（分为两部分）执行结构：执行器的驱动部分，按照调节器的信号产生推力或位移；调节机构：执行器的调节部分，常见有调节阀等，在执行机构操纵下调节工艺介质的流量。2022-6-24（2）电动执行器（electric actuator）定义：利用电作为动力源的执行机构。2022-6-25执行机构用于把阀门驱动至全开或全关的位置。用于控制阀的执行机构能够精确的使阀门处于指定位置。尽管大部分执行机构都是用于开关阀门，但是如今的执行机构的设计远远超出

4、了简单的开关功能，它们包含了位位置感应装置，力矩感应装置，电极保护装置，置感应装置，力矩感应装置，电极保护装置，逻辑控制装置，数字通讯模块及逻辑控制装置，数字通讯模块及PID控制模控制模块块等，而这些装置全部安装在一个紧凑的外壳内。2022-6-26电动执行器的结构原理（电动执行器的结构原理（MD系列电动执行机构的整体式比例调节型为例）MD系列电动执行机构是以交流伺服电动机为驱动装置的位置伺服机构；由配接的位置定位器PM-2控制板接受调节系统的420mA直流控制信号与位置变送器的位置反馈信号进行比较，比较后的信号偏差经过放大机构放大后送入电动机旋转驱动执行机构；执行机构的输出件朝着减小这一偏差

5、的方向移动（位置变送器不断将输出件的实际位置转变为电信号位置反馈信号送至位置定位器），直到偏差信号小于设定值为止。此时执行机构的输出件就稳定在与输入信号相对应的位置上。2022-6-27MD系列角行程调节电动执行机构由动力部件和位置定位器（PM-2控制板）两大部分组成。动力部件主要由电动机、减速器、力矩行程限制器、开关控制箱、手轮和机械限位装置以及位置发送器等组成电动机：电动机是特种单相或三相交流异步电动机，具有高启动力矩、低启动电流和较小的转动惯量，因而有较好的伺服特性。减速器：角行程执行机构采用行程减速加涡轮涡杆传动机构，既有较高的机械效率，又具有机械自锁特性。行程执行机构的减速器由多转执

6、行机构减速器配接丝杆螺母传动装置组成。力矩行程限制器：它是一个设置在减速器内的标准单元，由过力矩保护机构、行程控制机构（电气限位）、位置传感器及接线端子等组成。2022-6-28位置定位器实质上是一个将控制信号与位置反馈信号进行比较并放大以控制电动机开停和旋转方向的多功能大功率放大板，它与执行机构的动力部件相连以控制执行机构按系统规定的状态工作。位置定位器主要由比较、逻辑保护、放大驱动及功率放大等电路组成。连续控制连续控制如果执行机构被要求用于控制过程系统的液位、流量或压力等参数，这是要求执行机构频繁动作的工作，可以用4-20mA信号作为控制信号，然而这个信号可能会和过程一样频繁的改变。如果需

7、要非常高频率动作的执行机构，只有选择特殊的能频繁启停的调节型执行机构。2022-6-29电动和气动各有所长，首先电动执行器的优势主要包括：（1）结构紧凑，体积小巧。比起气动执行器，电动执行器结构相对简单，一个基本的电子系统包括执行器，三位置DPDT开关、熔断器和一些电线，易于装配。（2）电动执行器的驱动源很灵活，一般车载电源即可满足需要，而气动执行器需要气源和压缩驱动装置。（3）电动执行器没有“漏气”的危险，可靠性高，而空气的可压缩性使得气动执行器的稳定性稍差。（4）不需要对各种气动管线进行安装和维护。（5）可以无需动力即保持负载，而气动执行器需要持续不断的压力供给。（6）由于不需要额外的压力

8、装置，电动执行器更加安静。通常，如果气动执行器在大负载的情况下，要加装消音器。（7）电动执行器在控制的精度方面更胜一筹。（8）气动装置中的通常需要把电信号转化为气信号，然后再转化为电信号，传递速度较慢，不宜用于元件级数过多的复杂回路。2022-6-210气动的优势则在于以下4个方面：（1）负载大，可以适应高力矩输出的应用（不过，现在的电动执行器已经逐渐达到目前的气动负载水平了）。（2）动作迅速、反应快。（3）工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射和振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制更优越。（4）行程受阻或阀杆被扎住时电机容易受损。2022-6-211（3）液动执行器

9、液动执行器是以液压油为动力完成执行动作的一种执行器。液动执行器通常为一体式结构，执行机构与调节机构为统一整体。液动执行器的实际应用率在三种执行器（电动、气动、液动）中最低，只有一些大型工作场合，才会使用到液动执行器。2022-6-212液动执行器的优点：液动执行器的优点：液动执行器的输出推动力要高于气动执行器和电动执行器，且液动执行器的输出力矩可以根据要求进行精确的调整，并将其通过液压仪表反应出来。液动执行器的传动更为平稳可靠，有缓冲无撞击现象，适用于对传动要求较高的工作环境。液动执行器的调节精度高、响应速度快，能实现高精确度控制。液动执行器是使用液压油驱动，液体本身有不可压缩的特性，因此液压

10、执行器能轻易获得较好的抗偏离能力。液动执行器本身配备有蓄能器，在发生动力故障时，可以进行一次以上的执行操作，减少紧急情况对生产系统造成的破坏和影响，特别适用于长输送管路自动控制。液动执行器使用液压方式驱动，由于在操作过程中不会出现电动设备常见的打火现象，因此防爆性能要高于电动执行器。2022-6-213液动执行器的缺点：液动执行器的缺点：液动执行器的工作需要外部的液压系统支持，运行液压执行器要配备液压站和输油管路，这造成液压执行器相对电动执行器和气动执行器来说，一次性投资更大，安装工程量也更多，因此只有在较大的工作场合才使用液动执行器。液动执行器的用途：液动执行器的用途：液动执行器的安装特性决

11、定了它只适用于一些对执行器控制要求较高的特殊工况。目前，液动执行器只有在大型的电厂、石化厂等企业才有应用。2022-6-214气动、电动、液动执行器的对比气动、电动、液动执行器的对比气动执行机构：现今大多数工控场合所用执行器都是气动执行机构，因为用气源做动力，相较之下，比电动和液动要经济实惠，且结构简单，易于掌握和维护。由维护观点来看，气动执行机构比其它类型的执行机构易于操作和校定，在现场也可以很容易实现正反左右的互换。它最大的优点是安全，当使用定位器时，对于易燃易爆环境是理想的，而电信号如果不是防爆的或本质安全的则有潜在的因打火而引发火灾的危险。所以，虽然现在电动调节阀应用范围越来越广，但是

12、在化工领域，气动调节阀还是占据着绝对的优势。气动执行机构的主要缺点就是：响应较慢，控制精度欠佳，抗偏离能力较差，这是因为气体的可压缩性，尤其是使用大的气动执行机构时，空气填满气缸和排空需要时间。但这应该不成问题，因为许多工况中不要求高度的控制精度和极快速的响应以及抗偏离能力。2022-6-215电动执行机构：电动执行机构主要应用于动力厂或核动力厂，因为在高压水系统需要一个平滑、稳定和缓慢的过程。电动执行机构的主要优点就是高度的稳定和用户可应用的恒定的推力，最大执行器产生的推力可高达225103kgf，能达到这么大推力的只有液动执行器，但液动执行器造价要比电动高很多。电动执行器的抗偏离能力是很好

13、的，输出的推力或力矩基本上是恒定的，可以很好的克服介质的不平衡力，达到对工艺参数的准确控制，所以控制精度比气动执行器要高。如果配用伺服放大器，可以很容易地实现正反作用的互换，也可以轻松设定断信号阀位状态（保持/全开/全关），而故障时，一定停留在原位，这是气动执行器所作不到，气动执行器必须借助于一套组合保护系统来实现保位。电动执行机构的缺点主要有：结构较复杂，更容易发生故障，且由于它的复杂性，对现场维护人员的技术要求就相对要高一些；电机运行要产生热，如果调节太频繁，容易造成电机过热，产生热保护，同时也会加大对减速齿轮的磨损；另外就是运行较慢，从调节器输出一个信号，到调节阀响应而运动到那个相应的位

14、置，需要较长的时间，这是它不如气动、液动执行器的地方。2022-6-216液动执行机构：当需要异常的抗偏离能力和高的推力以及快的形成速度时，我们往往选用液动或电液执行机构。因为液体的不可压缩性，采用液动执行器的优点就是较优的抗偏离能力，这对于调节工况是很重要的，因为当调节元件接近阀座时节流工况是不稳定的，越是压差大，这种情况越厉害。另外，液动执行机构运行起来非常平稳，响应快，所以能实现高精度的控制。电液动执行机构是将电机、油泵、电液伺服阀集成于一体，只要接入电源和控制信号即可工作，而液动执行器和气缸相近，只是比气缸能耐更高的压力，它的工作需要外部的液压系统，工厂中需要配备液压站和输油管路，相比

15、之下，还是电动执行器更方便一些。液动执行机构的主要缺点就是造价昂贵，体检庞大笨重，特别复杂和需要专门工程，所以大多数都用在一些诸如电厂、石化等比较特殊的场合2022-6-217气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体；其执行机构有薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合；薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。拨叉式气动执行器具有扭矩大、空间小、扭矩曲线更符合阀门的扭矩曲线等特点，但是不很美观；常用在大扭矩的阀门上。齿轮齿条式气动执行机构有结构简单，动作平稳可靠，并且安全防爆等优点，在发电厂、化工，炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。2022-6-21

16、8（一）气动调节阀的构成与用途（一）气动调节阀的构成与用途1、构成、构成气动调节阀气动调节阀=气动执行机构气动执行机构 + 阀体部件阀体部件2022-6-219 气动执行机构气动执行机构阀体部件阀体部件把气压信号转把气压信号转换成位移或转换成位移或转 角角把位移或转角把位移或转角转换成介质转换成介质流量的变化流量的变化2、用途、用途接受气压信号，控制介质流量的变化。接受气压信号，控制介质流量的变化。气动调节阀除了执行机构和阀体部件之外还气动调节阀除了执行机构和阀体部件之外还可以配备可以配备(气动阀门定位器气动阀门定位器/电气阀门定位器、电气阀门定位器、手轮机构手轮机构、连锁装置连锁装置） 20

17、22-6-220气动阀门定位器气动阀门定位器/电气阀门定位器电气阀门定位器手轮机构手轮机构2022-6-221上膜盖下膜盖波纹薄膜支架压缩弹簧弹簧座调节件行程标尺螺母（二）执行机构的种类及作用（二）执行机构的种类及作用1、膜片式、膜片式（1）结构）结构（2 2）正反作用）正反作用气压信号增加，阀杆向气压信号增加，阀杆向下移动下移动正作用正作用气压信号增加，阀杆向气压信号增加，阀杆向上移动上移动反作用反作用2022-6-222气压信号气压信号下半部分为调节阀下半部分为调节阀上半部分是产生推力上半部分是产生推力的薄膜式执行机构的薄膜式执行机构P 膜片膜片 推杆推杆关闭阀芯关闭阀芯（气闭式）（气闭式

18、） （3）输出特性）输出特性 比例特性：比例特性： 输入气压信号增加，输出位移增加。输入气压信号增加，输出位移增加。（4）适用场合）适用场合 低压差、中压差、推力较小、行程（推低压差、中压差、推力较小、行程（推杆的位移）较小的场合。杆的位移）较小的场合。2022-6-2242、活塞式、活塞式（1）结构）结构2022-6-225气缸活塞（2）输出特性）输出特性 比例特性：比例特性： 输入气压信号之差增加，输出位移增加输入气压信号之差增加，输出位移增加 双位特性：双位特性： 输入气压信号增加，输出位移或增加到输入气压信号增加，输出位移或增加到最大值或减小到最小值最大值或减小到最小值（3）适用场合）

19、适用场合 高差压、推力较大、行程较大的场合。高差压、推力较大、行程较大的场合。2022-6-226（三）阀体部件的种类及作用（三）阀体部件的种类及作用1、直通双座阀、直通双座阀2022-6-227外形图剖面图2022-6-228结构特点适用场合流量系数大流量系数大可调范围大可调范围大关闭时，泄漏量关闭时，泄漏量大大阀座可以上下倒阀座可以上下倒置，阀芯可以正置，阀芯可以正反安装反安装不平衡力小，需不平衡力小，需要的执行机构输要的执行机构输出力小出力小阀两端压差阀两端压差大大允许泄漏量允许泄漏量大的场合大的场合介质为非高介质为非高粘度、不含粘度、不含悬浮物、不悬浮物、不含颗粒状物含颗粒状物体体2、

20、直通单座阀、直通单座阀2022-6-229结构特点适用场合流量系数小流量系数小可调范围大可调范围大关闭时，泄漏关闭时，泄漏量小量小阀座可以上下阀座可以上下倒置，阀芯可倒置，阀芯可以正反安装以正反安装不平衡力大，不平衡力大，需要的执行机需要的执行机构输出力大构输出力大阀两端压差阀两端压差小小允许泄漏量允许泄漏量小的场合小的场合介质为非高介质为非高粘度、不含粘度、不含悬浮物、不悬浮物、不含颗粒状物含颗粒状物体体2022-6-2303、角型阀、角型阀2022-6-231结构特点适用场合流量系数小流量系数小可调范围大可调范围大关闭时，泄漏关闭时，泄漏量小量小阀芯只可正向阀芯只可正向安装安装不平衡力大，

21、不平衡力大，需要的执行机需要的执行机构输出力大构输出力大沉淀性介质不沉淀性介质不易积存易积存配管可以减少900弯头介质为高粘介质为高粘度、含悬浮度、含悬浮物或含颗粒物或含颗粒状物体状物体角形连接的角形连接的场合场合底进侧出底进侧出/侧侧进底出进底出2022-6-2324、蝶阀、蝶阀2022-6-233结构特点适用场合流量系数大流量系数大可调范围大可调范围大关闭时，泄漏关闭时，泄漏量大量大弹性阀座决定弹性阀座决定阀座和阀芯的阀座和阀芯的密闭性密闭性需要的执行机需要的执行机构输出力大构输出力大沉淀性介质不沉淀性介质不易积存易积存价格便宜，安价格便宜，安装空间小装空间小阀两端压差阀两端压差小小介质可

22、含悬介质可含悬浮物浮物大口径、大大口径、大流量场合流量场合2022-6-2345、偏心旋转阀、偏心旋转阀2022-6-235结构特点适用场合流量系数大流量系数大关闭时，泄漏关闭时，泄漏量小量小柔臂决定阀座柔臂决定阀座和阀芯的密闭和阀芯的密闭性性不平衡力小，不平衡力小，需要的执行机需要的执行机构输出力小构输出力小耐高温耐高温介质为高粘介质为高粘度物体度物体2022-6-2366、套筒阀、套筒阀2022-6-237结构特点适用场合流量系数可调流量系数可调可调范围大可调范围大阀座不采用螺阀座不采用螺纹连接纹连接不平衡力小，不平衡力小，需要的执行机需要的执行机构输出力小构输出力小噪声小噪声小阀两端压差

23、阀两端压差大大介质为非高介质为非高温、非高粘温、非高粘度、不含颗度、不含颗粒状物体粒状物体2022-6-2387、隔膜阀、隔膜阀2022-6-239结构特点适用场合流量系数大流量系数大可调范围小可调范围小关闭时，泄漏量关闭时，泄漏量无无不平衡力小，需不平衡力小，需要的执行机构输要的执行机构输出力小出力小沉淀性介质不易沉淀性介质不易积存积存不耐高温不耐高温抗腐蚀阀两端压差阀两端压差小小介质为高粘介质为高粘度、含悬浮度、含悬浮物、含颗粒物、含颗粒状物体、含状物体、含纤维物、有纤维物、有毒、强腐蚀毒、强腐蚀性等性等2022-6-240二、阀体部件的特性分析二、阀体部件的特性分析(一一)阀体部件的流量

24、方程阀体部件的流量方程qv 2022-6-241d1Ad2qvP1P21241422()1vppAqdd2022-6-242令:41421dd 阀体部件流量方程阀体部件流量方程2vPAq连接管段的截面积阀体部件前后压差流体的介质密度阻力系数结论：结论： A、P、2均为常数时，均为常数时，d2或或 或或 qv或或2022-6-243(二二)阀体部件的流量系数阀体部件的流量系数C2022-6-244单位单位cm2单位单位0.1pa(10-5N/cm2)单位单位g/cm3(10-5N.s2/cm4)单位单位cm3/s2vPAq流量方程流量方程N.s2/m4=kg/m3倘若倘若A和和的单位不变，的单位

25、不变，P的单位改为的单位改为102kpa(10N/cm2 , 1Kpa=1000N/m2)qv的单位改为的单位改为m3/h则原来的则原来的改为改为 632 105.093600100vPPAAq2vPAqvPqC2022-6-2455.09AC流量系数流量系数流量系数的定义流量系数的定义:其物理意义表明其物理意义表明:在规定条件下，阀体部件所能通过的介质最在规定条件下，阀体部件所能通过的介质最大流量。大流量。2022-6-246阀全开阀全开P1.0102kpa1g/cm3每小时流经阀体部件的流量数每小时流经阀体部件的流量数（三）阀体部件的可调比（三）阀体部件的可调比R可调比的定义：可调比的定义

26、： qvmin泄漏量泄漏量maxminvvqRq2022-6-247阀体部件所能控制的最大流量和最小流量之比阀体部件所能控制的最大流量和最小流量之比阀体部件可控流量阀体部件可控流量的下限值的下限值qvmin(24%) qvmax阀体部件全关时阀体部件全关时渗出的流量渗出的流量泄漏量泄漏量（0.010.1%） qvmax1、理想可调比、理想可调比定义：定义：物理意义：物理意义：反映了阀体部件可控能力的大小。反映了阀体部件可控能力的大小。maxminCRCmaxmaxminminvvPCqRqPC2022-6-248P常量时，阀体部件的可调比常量时，阀体部件的可调比例例1：某气动调节阀，当它的清水

27、流量：某气动调节阀，当它的清水流量=qv max时，时，流量系数流量系数C max=60，当它的清水流量，当它的清水流量=qv min=2cm3/s时，流量系数时，流量系数C min=3，试求，试求R、 qv max=？ 解：解： qv max=R qv min=202=40cm3/s maxmin20CRC2022-6-249例例2：有两个气动调节阀，可调比：有两个气动调节阀，可调比R1=R2=30，第一个阀的，第一个阀的qvmax1=100m3/h，第二个阀的第二个阀的qvmax2=4m3/h，若采用分程调，若采用分程调节，其可调比为多少？节，其可调比为多少？解：解：第一个阀的第一个阀的q

28、vmin1=100/30=3.3m3/h第二个阀的第二个阀的qvmin2=4/30=0.134m3/hR=qvmax1/qvmin2=100/0.134=7402022-6-2502、实际可调比、实际可调比定义：定义：2022-6-251实际可调比实际可调比串联管道串联管道实际可调比实际可调比并联管道并联管道实际可调比实际可调比P常量时，常量时，阀体部件的可调比阀体部件的可调比(1)串联管道的串联管道的R实际实际2022-6-252P管道P系统PminPRRP实际系统minmaxminmaxminmaxmaxminvvPCPqRRqPPC实际2022-6-253minPSP系统2022-6-2

29、54RR S实际(2) 和管道并联时的可调比p273qv,max总管路最大流量. qv1,min阀体部件最小流量。令 ，则2022-6-255Pqv1qv2,max1,min2vvvqRqq实际1,max1,max,max1,min,vvvvqqXRqq,max21(1)1vvqRRRRXXq实际结论串联和并联管道都使实际可调比下降；阀阻比必能太小；并联旁路阀尽可能保持关闭。2022-6-256(四四)阀体部件的流量特性阀体部件的流量特性1、定义、定义 qv/qvmax=f(l/L) 2022-6-257相对流量相对开度介质流过阀体部件的相对流量和阀体部件的介质流过阀体部件的相对流量和阀体部件

30、的相对开度之间的函数关系，称为流量特性相对开度之间的函数关系，称为流量特性2022-6-2582、固有流量特性、固有流量特性 P274固有流量特性固有流量特性P常量常量对数对数抛物线抛物线快开快开线性线性固有流量特性包括固有流量特性包括2022-6-259抛物线抛物线直线直线快开对数对数l/Lqv/qvmax(1)直线流量特性直线流量特性 P274积分后代入边界条件，整理可的积分后代入边界条件，整理可的max()( )vvqdqKldLmax1 (1) /vvqRl LqR2022-6-260阀体部件单位相对开度的变化所引起的相对流量的变化是常数阀体部件单位相对开度的变化所引起的相对流量的变化

31、是常数阀体部件的放大系数2022-6-261l/Lqv/qvmax10%50%80% 相对流量的变化率的定义相对流量的变化率的定义: 曲线上某一点的相对流量的变化量和该曲线上某一点的相对流量的变化量和该点的相对流量之比点的相对流量之比 q%=(qv/qvmax)(qv/qvmax)100% q%= qv/qv 100%2022-6-262在曲线上选择在曲线上选择3个点个点在在l/L%=10%处，处， I/L%变化变化10%，计算的计算的q%= 100%在在I/L%=50%处，处， I/L%变化变化10%，计算的计算的q%= 20%在在I/L%=80%处，处， I/L%变化变化10%，计算的计算

32、的q%= 12.5%2022-6-263 结论：结论： 用用相对流量的变化率相对流量的变化率表征阀体部件的表征阀体部件的灵灵敏度敏度，小开度时，灵敏度高，容易震荡；小开度时，灵敏度高，容易震荡；大开度时，灵敏度低，调节迟缓。大开度时，灵敏度低，调节迟缓。 用用放大系数放大系数表征阀体部件的表征阀体部件的斜率斜率， 斜率常量斜率常量。2022-6-264(2)对数流量特性对数流量特性 P275积分后代入边界条件，整理可得：积分后代入边界条件，整理可得：maxmax()()( )vvvvqdqqKlqdL( /1)maxl LvvqRq2022-6-265阀体部件的放大系数阀体部件单位相对开度的变

33、化所引起的相对流量的变化阀体部件单位相对开度的变化所引起的相对流量的变化与此点的相对流量成正比的关系与此点的相对流量成正比的关系2022-6-266l/Lqv/qvmax10%50%80%在曲线上选择在曲线上选择3个点个点： （R=30）在在I/L%=10%处，处， I/L% 变化变化10%，计算的，计算的q%=（6.58-4.67）/4.67 100%40%在在I/L%=50%处，处， I/L% 变化变化10%，计算的，计算的q%=（25.6-18.3）/18.3100%40%在在I/L%=80%处，处， I/L% 变化变化10%，计算的，计算的q%=(71.2-50.8)/50.8100%

34、40%2022-6-267 结论：结论： 用用相对流量的变化率相对流量的变化率表征阀体部件的灵敏表征阀体部件的灵敏度，度，小开度时和大开度时，灵敏度相同。小开度时和大开度时，灵敏度相同。 用用放大系数放大系数表征阀体部件的斜率，表征阀体部件的斜率，斜率斜率常常量。量。2022-6-268(3)抛物线流量特性抛物线流量特性积分后代入边界条件，整理可得积分后代入边界条件，整理可得 maxmax()( )vvvvqdqqKlqdL2max1 (1) /vvqRl LqR2022-6-269阀体部件的放大系数阀体部件单位相对开度的变化所引起的相对流量的变化阀体部件单位相对开度的变化所引起的相对流量的变

35、化与此点的相对流量的平方根成正比的关系与此点的相对流量的平方根成正比的关系2022-6-270l/Lqv/qvmax(4)快开流量特性积分后代入边界条件，整理可得：积分后代入边界条件，整理可得： maxmax()( )vvvvqdqKlqdLq2max1 (1) /vvRl LqqR2022-6-271阀体部件的放大系数阀体部件单位相对开度的变化所引起的相对流量的变化阀体部件单位相对开度的变化所引起的相对流量的变化与此点的相对流量的倒数成正比的关系与此点的相对流量的倒数成正比的关系2022-6-272l/Lqv/qvmax3、安装流量特性、安装流量特性安装流量特性安装流量特性P常量常量安装流量

36、特性含有安装流量特性含有 2022-6-273串联管道安装流量特性串联管道安装流量特性并联管道安装流量特性并联管道安装流量特性(1)串联管道安装流量特性（串联管道安装流量特性（注意，符号表示与注意，符号表示与课本略有不同课本略有不同）2022-6-274 理想状态下理想状态下P常量常量 qv/qvmax=f(I/L) C/Cmax=f(I/L) C=Cmaxf(I/L) - (P271,6-3)把式代入上式，则把式代入上式，则阀体P/)/(maxLlfCqv2022-6-275maxmaxmaxP/P/vvqCCqCCP/vqC阀体 qv阀体阀体= qv管道管道 将将P管道管道= P系统系统

37、P代入上式代入上式对上式的方程两边取平方，再化简成对上式的方程两边取平方，再化简成）系统管道/P-P(P/)/(maxCLlfC管道管道管道/PCqv2022-6-276管道管道/PP/)/(maxCLlfC管道管道/PP/)/(maxCLlfC当调节阀当调节阀全开全开时，则时，则f2(I/L)=1 P272 (S :阀体部件阀体部件全开时阀前后的压差和系统总压差全开时阀前后的压差和系统总压差之比，称为阀阻比之比，称为阀阻比)2022-6-2772222maxP( /)CPCfl LC系统管道管道2min22maxPCPCC系统管道管道2min22maxCPSPCC管道系统管道当调节阀不全开时

38、，当调节阀不全开时，f2(I/L)1上式的方程右边分子分母同除以上式的方程右边分子分母同除以C2管道管道将上式中的将上式中的C2max / C2管道管道变形变形 -1)/(222max管道系统CLlfCPP1122max222max管道管道管道CCCCC22max2管道管道CCCS1)/(112LlfSPP）（系统 将式和将式和式代入式代入上式上式设设qv100为考虑到存在管道阻力时阀全开的最大流量为考虑到存在管道阻力时阀全开的最大流量 Pmin=SP系统系统 PCqv minmax100PCqv2022-6-279系统PSCqvmax100系统1)/()11()/(2maxLlfSPLlfC

39、qv系统系统PSCLlfSPLlfCqqvvmax2max1001)/() 11()/(SLlfSLlfqqvv)/()1 ()/(221002022-6-280直线2022-6-28100.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.91l/Lqv/qv100 s=1s=0.5s=0.1s=0.05对数2022-6-28200.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.91l/Lqv/qv100 s=1s=0.5s=0.1s=0.05结论当S=1时，管道阻力损失为零，

40、安装特性=固有特性；随着S的减小，管道阻力增大，安装流量特性向上拱；当S很小时，直线流量特性趋近于快开特性，对数趋近于直线特性；特别地，当S=0.5时，对数特性接近于抛物线特性。实际中S0.30.5。2022-6-283（2） 和管道并联时的安装特性 参见课本P2792022-6-284,max( /)(1)vvqXf l LXq2022-6-285 流速流速P2压力压力P1PVP1P2气泡爆裂气泡爆裂，还原成，还原成液体液体部分液体气化，形成气液共存( (五五) )闪蒸、空化及其对策闪蒸、空化及其对策1 1、闪蒸和空化、闪蒸和空化当有流体通过阀体部件时，流体面积的缩小，导致缩流当有流体通过阀

41、体部件时，流体面积的缩小，导致缩流处的流速增加，根据能量守恒定律，速度上升，静压力处的流速增加，根据能量守恒定律，速度上升，静压力P P1 1必然降低，必然降低，这个压力比液体所这个压力比液体所在环境下的饱和蒸在环境下的饱和蒸汽压汽压PV还低时，有还低时，有一部分液体气化，一部分液体气化，在液体中产生气泡，在液体中产生气泡，形成气液两相掺杂形成气液两相掺杂的混合流。这个过的混合流。这个过程称为闪蒸。程称为闪蒸。闪蒸后，这个压力闪蒸后，这个压力逐渐恢复，当它恢逐渐恢复，当它恢复到比液体饱和蒸复到比液体饱和蒸汽压汽压PV更高的更高的P2时，时，气化停止，气泡爆气化停止，气泡爆裂，还原成液体，裂，还

42、原成液体，这个过程称为空化。这个过程称为空化。2022-6-286闪蒸空化2、损害、损害2022-6-287名称特征影响闪蒸损伤闪蒸损伤一道道光滑的流一道道光滑的流线状表面斑痕线状表面斑痕液体计算公式的液体计算公式的正确性正确性空化损伤空化损伤粗糙的海绵状空粗糙的海绵状空洞洞阀体部件被腐蚀阀体部件被腐蚀3、对策、对策从材料、结构、避免三方面考虑从材料、结构、避免三方面考虑(1)材料选择材料选择2022-6-288原则选择抗腐蚀能力强的材料选择抗腐蚀能力强的材料材料司太立合金司太立合金硬化工具钢硬化工具钢碳化钨钢碳化钨钢(2)结构的设计结构的设计2022-6-289(3)空化的避免空化的避免20

43、22-6-290原则阀体部件的压差阀体部件的压差P最大允许压差最大允许压差PT方法几个阀体部件串联，分散压差。几个阀体部件串联，分散压差。阀体部件前后安装阀体部件前后安装限流孔板限流孔板( ),吸收压差。吸收压差。限流孔板正面及侧面图(六六)压力恢复能力及压力恢复系数压力恢复能力及压力恢复系数FL1、压力恢复能力、压力恢复能力 当流体经过阀体部件时，由于受到节流的当流体经过阀体部件时，由于受到节流的影响，在缩流处，流速上升，静压力下降。影响，在缩流处，流速上升，静压力下降。 穿过缩流处后，流速下降，静压力上升；穿过缩流处后，流速下降，静压力上升；静压力在上升过程中，肯定不会恢复到原有的静压力在

44、上升过程中，肯定不会恢复到原有的数值数值P1，因此就产生了，因此就产生了P2，则有，则有P=P1P2。 2022-6-291 为了描述这种情况，引入为了描述这种情况，引入压力恢复能力压力恢复能力这这个概念来说明在缩流处后个概念来说明在缩流处后 2022-6-292静压力的恢复过程和恢复能力静压力的恢复过程和恢复能力2、压力恢复系数、压力恢复系数FL (P283)定义：定义：结论：结论：VCPPPPFL1212022-6-293阀前后压差阀前压力缩流处最低点压力3、阻塞流、阻塞流定义：定义：流体在产生闪蒸和空化时的流量流体在产生闪蒸和空化时的流量2022-6-294 三、执行机构的特性分析三、执

45、行机构的特性分析 (一一)不平衡力不平衡力Ft 当流体通过阀体部件时，由于阀芯受到流当流体通过阀体部件时，由于阀芯受到流体静压和动压的作用，使阀芯受到：体静压和动压的作用，使阀芯受到：2022-6-295上下移动的轴向力上下移动的轴向力旋转作用的切向力旋转作用的切向力 一般情况下，这些作用力的合力一般情况下，这些作用力的合力0，因此，因此阀芯的上下左右受力不同，使阀芯处于不平衡阀芯的上下左右受力不同，使阀芯处于不平衡状态。状态。Ft定义：阀芯受到的轴向定义：阀芯受到的轴向合力合力称为不平衡力。称为不平衡力。2022-6-296轴向力轴向力不平衡力不平衡力阀芯是直线位移阀芯是直线位移阀芯是角位移

46、阀芯是角位移切向力切向力不平衡力矩不平衡力矩在阀体部件和工艺介质确定的情况下在阀体部件和工艺介质确定的情况下Ft的大小：的大小： 阀前的压力阀前的压力P1 阀前后的压差阀前后的压差P 阀芯的相对流向阀芯的相对流向 2022-6-297流开状态流开状态 流体流动，流体流动，阀芯打开阀芯打开流闭状态流闭状态 流体流动，流体流动，阀芯关闭阀芯关闭无论流开状态还是流闭状态，无论流开状态还是流闭状态，Ft在阀芯关闭状态时在阀芯关闭状态时最大，随着阀芯的开启，最大，随着阀芯的开启，Ft越来越小，越来越小，Ft的计算的计算: 考虑阀体部件的种类考虑阀体部件的种类 阀芯要处于全关的位置阀芯要处于全关的位置20

47、22-6-298例如：直通单座阀体部件例如：直通单座阀体部件流开状态流开状态Ft= (dg2pds2p2) 4流闭状态流闭状态Ft= (dg2pds2p1) 4 ds ds 流开流开 流闭流闭 p2 p1 dg dg P1 p22022-6-299（二）执行机构的输出力（二）执行机构的输出力F 定义：定义： 阀体部件处于关闭位置时，执行机构具有阀体部件处于关闭位置时，执行机构具有克服克服“”Ft，以保证阀体部件开启，克服，以保证阀体部件开启，克服“”Ft，以保证阀体部件密封的力称为输出，以保证阀体部件密封的力称为输出力力F。2022-6-21002022-6-2101+Ft-Ft-F+F正作用

48、正作用反作用反作用不论正作用还是反作用：不论正作用还是反作用：F=推力弹簧反作用力推力弹簧反作用力推力推力=PAe 弹簧反作用力弹簧反作用力=Cs(Lol) 2022-6-2102信号压力膜片有效面积弹簧的刚度弹簧预紧量阀杆的行程F=PAeCs(Lol)又又 PrAeCsLAePiLoCs2022-6-2103弹簧范围执行机构的全行程弹簧的起动压力 F =Ae (PPiPr l/L)通常：通常：Pi=0.2102kpa l=L时，时，P=1.0 102kpa Pr= 1.0 102kpa 0.2102kpa =0.8 102kpaF=0结论：执行机构在全行程时，输出力结论：执行机构在全行程时，

49、输出力F=0。获得输出力的办法是：获得输出力的办法是：增大膜片有效面积增大膜片有效面积Ae改变弹簧起动压力改变弹簧起动压力Pi的大小的大小提高信号压力提高信号压力P2022-6-2104（三）允许压差（三）允许压差P执行机构的执行机构的F用于克服阀体部件的用于克服阀体部件的Ft，而，而Ft随着随着P的变化而变化。的变化而变化。PFt定义：定义： 当当F=常量时，常量时，P必须限制在一定的范围内必须限制在一定的范围内工作，该压差范围就称为允许压差工作，该压差范围就称为允许压差P。2022-6-21052022-6-2106P的计算的计算不同的阀体部件不同的阀体部件计算公式不同计算公式不同P的条件

50、的条件阀体部件必须阀体部件必须处于流开状态处于流开状态P的要求的要求调节阀制造厂调节阀制造厂给出的数据给出的数据P2=0例题：例题：已知：直通单座阀体部件，已知：直通单座阀体部件，P2=0，流开状态，流开状态，求允许压差求允许压差P=？分析：执行机构的输出力分析：执行机构的输出力F应克服阀体部件的全应克服阀体部件的全部有效力部有效力 2022-6-2107全部有效力包括：全部有效力包括：不平衡力不平衡力Ft阀芯对阀座的压紧力阀芯对阀座的压紧力Fo阀杆受到的摩擦力阀杆受到的摩擦力Ff阀芯等活动部件的重力阀芯等活动部件的重力Fw F Ft FoFfFw0Ff和和Fw很小，可忽略很小，可忽略FtFF

51、o2022-6-2108Ft (dg2Pds2 P 2) 4 P2 0 P P1 Ft dg2P1 4 将式将式代代入式入式 FFo dg2P1 4 12/ 4ogFFpPd 2022-6-2109四、气动调节阀的四、气动调节阀的选择与计算选择与计算(一一)气动调节阀的气动调节阀的选择选择1、执行机构和阀体部件类型的选择、执行机构和阀体部件类型的选择(1)执行机构结构型式的选择执行机构结构型式的选择主要决定选膜片式还是选活塞式主要决定选膜片式还是选活塞式 通常选膜片式执行机构通常选膜片式执行机构 因为膜片式执行机构的因为膜片式执行机构的输出力一般可以满足气动调节阀对它的要求。输出力一般可以满足

52、气动调节阀对它的要求。2022-6-2110(2)阀体部件结构型式的选择阀体部件结构型式的选择2022-6-21112 2、气开气关的选择原则气开气关的选择原则(1)选择原则选择原则a、定义、定义气开式气开式气关式气关式2022-6-2112有输入信号时阀门打开，无输入信号时阀门关闭。有输入信号时阀门关闭，无输入信号时阀门打开。有气就开有气就关b、原则、原则气动调节阀的输入信号中断时，应保证设备及人员气动调节阀的输入信号中断时，应保证设备及人员的安全。的安全。c、实例、实例2022-6-21132022-6-2114换热器冷却水调节阀选气关式换热器冷却水调节阀选气关式输入信号中断，调节输入信号

53、中断，调节阀打开，保证冷却水阀打开，保证冷却水继续流动，防止换热继续流动，防止换热器温度过高损坏器温度过高损坏2022-6-2115加热炉燃料油调节阀选气开式加热炉燃料油调节阀选气开式输入信号中断，调节输入信号中断，调节阀关闭，燃料油切断阀关闭，燃料油切断，防止加热炉温度过，防止加热炉温度过高造成毁坏高造成毁坏2022-6-2116输入信号中断，调节输入信号中断，调节阀关闭，进料切断，阀关闭，进料切断，防止物料过多造成溢防止物料过多造成溢出事故出事故蒸馏塔进料调节阀选气开式蒸馏塔进料调节阀选气开式2022-6-2117精馏塔回流调节阀选气关式精馏塔回流调节阀选气关式输入信号中断，调节输入信号中

54、断，调节阀打开，保证回流量阀打开，保证回流量，防止不合格产品蒸，防止不合格产品蒸出出(2)组合方式组合方式执行机构有正反作用执行机构有正反作用阀体部件有正装和反装阀体部件有正装和反装气动调节阀有气开式和气关式气动调节阀有气开式和气关式2022-6-2118气关气关气开气开气开气开气关气关3、阀体部件流量特性的选择、阀体部件流量特性的选择流量特性有流量特性有4种，实际应用时主要选择：种，实际应用时主要选择：2022-6-2119直线流直线流量特性量特性对数流对数流量特性量特性(1)选择原则选择原则系统总的放大系数系统总的放大系数=K1K2K3K4K5=常量常量2022-6-2120调节器调节器K

55、2执行机构执行机构K3变送器变送器K1对象对象K5阀体部件阀体部件K42022-6-2121(2)选择方法选择方法a、数学分析法、数学分析法基本原理基本原理用阀体部件的放大系数补偿对象的放用阀体部件的放大系数补偿对象的放大系数大系数b、经验分析法、经验分析法由于很难真正掌握对象特性，故利用实际经验。由于很难真正掌握对象特性，故利用实际经验。同时存在几个干扰，按主要干扰选择。同时存在几个干扰，按主要干扰选择。时间常数很大且起重要作用，按动态特性选择，否时间常数很大且起重要作用，按动态特性选择，否则按静态特性选择。则按静态特性选择。2022-6-21222022-6-2123c、气动调节阀选型规定

56、(CD50A11-84) 固有流量 特性直线对数正常流量下的P/没有流量负载时的P0.75 1.液位定值控制系统2.主要干扰为给定值的流量、温度控制系统1.流量、压力、温度定值控制系统2.主要干扰为给定值的压力控制系统同上0.75各种控制系统2022-6-2124(3)注意事项注意事项a、应考虑配管情况、应考虑配管情况原因：阀体部件总是要和管道串、并联使用，原因：阀体部件总是要和管道串、并联使用，P管道管道的变的变化化P的变化的变化安装流量特性和固有流量特性的不同。安装流量特性和固有流量特性的不同。归结到一点：考虑归结到一点：考虑minPSP系统2022-6-21252022-6-2126配管

57、情况 S=10.6S=0.60.3 S0.3阀体部件安装流量特性直直线线对对数数直直线线对对数数不宜控制阀体部件固有流量特性直直线线对对数数对对数数对对数数不宜控制b、考虑特殊情况、考虑特殊情况2022-6-2127特点介质含有固体悬浮物，且介质含有固体悬浮物，且要求增加阀芯的使用寿命要求增加阀芯的使用寿命流量特性选直线流量特性选直线流量特性选用原因阀芯曲面较瘦，不易受固阀芯曲面较瘦，不易受固体悬浮物的磨损体悬浮物的磨损c.考虑负荷波动考虑负荷波动2022-6-2128特点新设计的系统，给出的工新设计的系统，给出的工艺参数不够精确。艺参数不够精确。流量特性选对数流量特性。选对数流量特性。选用原

58、因负荷波动较大负荷波动较大阀体部件阀体部件大、小开度变化不定大、小开度变化不定对对数流量特性灵敏度处处相数流量特性灵敏度处处相等，适应性较强。等，适应性较强。特点流量非常稳定的系统流量非常稳定的系统流量特性选直线选直线/对数流量特性均可对数流量特性均可选用原因流量稳定，阀杆行程小，流流量稳定，阀杆行程小，流量特性的影响极小。量特性的影响极小。2022-6-2129（二）气动调节阀的气动调节阀的计算计算1、流量系数、流量系数C的计算的计算方法：方法：公式法公式法根据工艺条件、修正因素根据工艺条件、修正因素代代入入现有公式进行计算。现有公式进行计算。2022-6-2130公式法公式法图表法图表法计

59、算尺法计算尺法程序法程序法注意：注意：公式要准确公式要准确单位要准确单位要准确一般液体qv单位=m3/h单位=g/cm3P单位=kPaqv单位=m3/h单位=g/cm3P单位=100kPa高粘度液体闪蒸及空化液体P PTPT=FL2(P1-FFPv)PT单位=kPaPv单位=kPaP10qvC PqvC P10 qvC 2022-6-2131TP10qvC产生阻塞流时阀上的压差压力恢复系数临界压力比液体的饱和蒸汽压例：水的例：水的qv=18m3/h，P1=2.5102kPa，P2=2.1102kPa，求气动调节阀的，求气动调节阀的C=?10vCqP22110 182.5 102.1 10202

60、2-6-2132180 0.15828.462、阀体部件开度的计算、阀体部件开度的计算(1)要求要求qvqvmax，Kmax 90%qvqvmin， Kmin 10%Kmax过小，阀体部件经常工作在小开度下，调节性过小，阀体部件经常工作在小开度下，调节性能不好、造成浪费。能不好、造成浪费。Kmin过大，流量大，阀芯、阀座受流体冲蚀严重、过大，流量大，阀芯、阀座受流体冲蚀严重、特性变坏。特性变坏。2022-6-2133(2)公式公式阀体部件和管道串联时的直线流量特性阀体部件和管道串联时的直线流量特性阀体部件和管道串联时的对数流量特性阀体部件和管道串联时的对数流量特性2min21.030.03 1