过程控制第四章阀门

过程控制第四章阀门§4-1 气动调节阀结构阀门定位器气动薄膜调节阀实物图执行机构阀第2页,共27页，2024年2月25日，星期天自动调节阀自动调节阀执行机构阀体气动（能在易燃易爆环境中工作）电动（能源取用方便，信号传递迅速）液动（推力大）（直通单座阀、直通双座阀、角阀、隔膜阀、蝶阀等）第3页,共27页，2024年2月25日，星期天阀门定位器气动薄膜调节阀结构简图执行机构阀公称直径Dg阀座直径dg第4页,共27页，2024年2月25日，星期天2）阀：1）执行机构：将气压1.各部分的作用→阀杆位移阀杆位移→调节流量Q3）阀门定位器：FiFfu=k1*pib=k2*ll=K*(u-b)(1+K)*l=K*k1*pi由于K＞＞1l≈k1*piu=k1*pib=k2*ll=K*(u-b)+F(1+K)*l=K*k1*pi+F由于K＞＞1l≈k1*pi第5页,共27页，2024年2月25日，星期天2）阀：1）执行机构：将气压1.各部分的作用→阀杆位移阀杆位移→调节流量Q3）阀门定位器：提高控制系统精度u=k1*pib=f(l)l=K*(u-b)l+K*f(l)=K*k1*pi由于K＞＞1f(l)≈k1*piu=k1*pib=k2*ll=K*(u-b)(1+K)*l=K*k1*pi由于K＞＞1l≈k1*pi第6页,共27页，2024年2月25日，星期天2.执行器及阀门配合类型第7页,共27页，2024年2月25日，星期天§4-2调节阀的流量系数

流量系数是表示调节阀通流能力的参数。它根据流量、阀两端的差压和流体的重度等确定。是选择阀门口径的参数1.流量系数C的定义及其物理意义我国规定的调节阀流量系数C为：在给定行程下，阀两端压差为0.1Mpa，水密度为1g/cm3时，流经调节阀的水的流量，以m3/h表示。阀全开时的流量系数为调节阀额定流量系数，以C100表示。它作为阀的基本参数由制造厂家提供用户。公称直径/mm19.152025阀座直径/mm3456781012152025额定流量系数单座阀0.080.120.200.320.500.081.22.03.25.08双座阀10公称直径/mm3240506580100125150200250300阀座直径/mm3240506580100125150200250300额定流量系数单座阀1220325680120200280450双座阀1625406310016025040063010001600第8页,共27页，2024年2月25日，星期天不可压缩流体的流量系数压力损失：Qp1p2F:阀通流截面积ξν:阀阻力系数ρ：流体密度

g:重力加速度根据定义，当时伯努利方程：不可压缩流体：设流体平均速度：阻力系数流量系数取决于流通面积和阻力系数第9页,共27页，2024年2月25日，星期天已知压差、介质密度、和流量系数，可求得流量已知压差、介质密度、和流量，可求得流量系数同类结构的调节阀在相同的开度下具有相近的阻力系数，口径越大流量系数也随之增大。而口径相同，类型不同的调节阀，阻力系数不同，因而流量系数就各不一样第10页,共27页，2024年2月25日，星期天2.流量系数计算公式当流体不满足约定条件时，调节阀的流量系数就不能完全按照上述公式计算，可以考虑在原公式的基础上进行修正。1）阻塞流对流量系数计算的影响。气体的阻塞流液体的阻塞流第11页,共27页，2024年2月25日，星期天液体不阻塞阻塞气体不阻塞阻塞蒸汽不阻塞阻塞注：C用工程单位。即：压力为kgf/cm2，Q为体积流量m3/h，W为质量流量kg/hFK：比热比系数；x：压差比；xT：临界压差比；FL：压力恢复系数;pv：饱和蒸汽压；Z：气体压缩系数；Y：膨胀系数；k：气体绝热系数；Ws：蒸汽质量流量；ρs：阀入口压力温度下的密度；T1：阀入口温度；第12页,共27页，2024年2月25日，星期天2）低雷诺系数修正（液体）

流量系数是在湍流的状态下测得的，雷诺系数Re是判断流动状态的一个无量纲数。Re>3500，流体处于湍流。Re<2300，流体处于层流。一个流路的调节阀两个流路的调节阀液体运动粘度第13页,共27页，2024年2月25日，星期天

有资料表明，当D/d在1.25~2.0之间时，Fp>0.9,,因此除了在阻塞流情况下需要进行流量修正外，在非阻塞流时，只有球阀和蝶阀在D/d>1.5时，才需要修正。3）气体流量系数修正（可压缩流体）4）管件形状修正膨胀系数压缩系数第14页,共27页，2024年2月25日，星期天1.调节阀结构特性快开阀直线阀抛物线阀等百分比阀§4-3调节阀结构特性和流量特性结构特性：第15页,共27页，2024年2月25日，星期天

*调节阀全关时，仍然有约5%的流量，这是为了防止卡瑟；2调节阀的流量特性1）理想流量特性在调节阀前后差压固定时，有即理想流量特性就是阀门的结构特性根据Qp1p2第16页,共27页，2024年2月25日，星期天2）工作流量特性（1）串联管系调节阀工作流量特性全开阀阻比：ΣΔ

peΔpΣΔ

p流量特性畸变流量特性：Q△p∑△p△p∑△pe第17页,共27页，2024年2月25日，星期天（2）并联管系调节阀工作流量特性Δ

pQQeQΣ阀全开流量比：流量特性：第18页,共27页，2024年2月25日，星期天小结*在理想情况下，阀门流量特性就是阀门结构特性。*串联在管道中的阀门流量特性发生畸变，随S100减小，调节范围减小，调节性能变差。*并联在管道中的阀门流量特性发生畸变，随S'100

减小，调节范围减小，调节性能变差。*在设计管段时，管道中其他部件引起的差压应尽量小，这样可使流量特性发生畸变较少。第19页,共27页，2024年2月25日，星期天§4-4 气动调节阀选型1.调节阀结构形式的选择2.调节阀气开、气关形式的选择选用原则：断气后，调节阀所处的位置应保证系统安全3.调节阀流量特性的选择

1）从改善控制系统控制质量考虑

2）从配管状况（S100值大小）考虑第20页,共27页，2024年2月25日，星期天4.调节阀口径的确定

1）确定主要计算数据

2）求调节阀应具有的流量系数CMAX3）流量系数的圆整

4）选定调节阀口径

5）调节阀相对开度的验算

6）调节阀可调比验算第21页,共27页，2024年2月25日，星期天线性PID

*实际应用中常采用等百分比阀，因为对象特性往往是非线性的，即：K(Q)第22页,共27页，2024年2月25日，星期天电/气转换器I>p第23页,共27页，2024年2月25日，星期天电/气阀门定位器I>第24页,共27页，2024年2月25日，星期天电动调节阀伺服放大器电动机减速器阀位置发生器输入信号0~·10mA阀行程第25页,共27页，2024年2月25日，星期天安全栅（防止危险电能从控制信号进入现场仪表的安全保护器）电阻式中继放大式齐纳式光电式变压器式电源单元工业交流电调节器安全栅安全栅执行器变送器级别最小引爆电流爆炸气体混合物种类ⅡAi>120乙烷、丙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙醇、氨、一氧化碳ⅡB70<i<120乙烯、乙醚