過程控制裝置課件

第4章過程控制裝置第4章過程控制裝置14.4執(zhí)行器一、概述

執(zhí)行器是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。執(zhí)行器的作用：是接受調(diào)節(jié)器送來的控制信號，自動地改變操縱量(如介質(zhì)流量、熱量等)，達到對被調(diào)參數(shù)(如壓力、溫度、液位等)進行調(diào)節(jié)的目的。執(zhí)行器是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的終端部件，而調(diào)節(jié)閥則是執(zhí)行器中最廣泛使用的形式。執(zhí)行器的好壞直接影響到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常工作。4.4執(zhí)行器一、概述2（1）執(zhí)行器的構(gòu)成

執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩個部分構(gòu)成，如圖所示。執(zhí)行機構(gòu)是執(zhí)行器的推動裝置，它根據(jù)輸入控制信號的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出力F（或輸出力矩M）和直線位移l（或角位移θ），推動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。調(diào)節(jié)機構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，與被調(diào)介質(zhì)直接接觸。在執(zhí)行機構(gòu)的作用下，調(diào)節(jié)機構(gòu)的閥芯產(chǎn)生一定位移，即執(zhí)行器的開度發(fā)生變化，從而直接調(diào)節(jié)從閥芯、閥座之間流過的控制變量的流量。（1）執(zhí)行器的構(gòu)成執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩個3（2）執(zhí)行器的分類按照工作能源分，執(zhí)行器可分為三大類：氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器?；ぶ谐Ｓ脷鈩訄?zhí)行器、電動執(zhí)行器，也稱為電、氣動調(diào)節(jié)閥，其外形如下圖。氣動調(diào)節(jié)閥是以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器，它的主要特點是：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、性能穩(wěn)定、故障率低、價格便宜、維修方便、本質(zhì)防爆、容易做成大功率等。氣動調(diào)節(jié)閥采用氣動執(zhí)行機構(gòu)。氣動執(zhí)行機構(gòu)一般分為薄膜式、活塞式等。電動調(diào)節(jié)閥由電動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成，可將來自調(diào)節(jié)器的電信號轉(zhuǎn)換成為位移輸出信號，去操縱閥門、擋板等調(diào)節(jié)機構(gòu)，以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。電動執(zhí)行機構(gòu)一般具有直行程式（DKZ型）和角行程式（DKJ型）兩種類型。（2）執(zhí)行器的分類按照工作能源分，執(zhí)行器可分為三4氣動薄膜調(diào)節(jié)閥MD-52

DA/SR氣動控制閥EL-358

電動控制閥氣動薄膜調(diào)節(jié)閥MD-52

DA/5（3）執(zhí)行器的作用方式執(zhí)行器有正、反作用兩種方式。當輸入信號增大時，執(zhí)行器的流通面積增大，即流過執(zhí)行器的流量增大，稱為正作用；當輸入信號增大時，流過執(zhí)行器的流量減小，稱為反作用。正、反作用的氣動調(diào)節(jié)閥通常分別稱為氣開閥和氣關(guān)閥。氣動調(diào)節(jié)閥的正、反作用可通過執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)的正、反作用的組合實現(xiàn)。對于電動調(diào)節(jié)閥，由于改變執(zhí)行機構(gòu)的控制器（伺服放大器）的作用方式非常方便，因此一般通過改變執(zhí)行機構(gòu)的作用方式實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的正、反作用。（3）執(zhí)行器的作用方式執(zhí)行器有正、反作用兩種方式6二、執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)的作用是根據(jù)輸入信號的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出力F（或輸出力矩M）和直線位移l（或角位移θ），來克服調(diào)節(jié)機構(gòu)中流動流體對閥芯產(chǎn)生的作用力和其他各種阻力，驅(qū)動調(diào)節(jié)機構(gòu)的閥芯動作。執(zhí)行機構(gòu)分為氣動式和電動式兩種。1、氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)氣動執(zhí)行器由氣動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出氣壓信號(20～100kPa)的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使執(zhí)行機構(gòu)推桿產(chǎn)生相應(yīng)位移，推動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。氣動執(zhí)行機構(gòu)有多種結(jié)構(gòu)形式，主要分為薄膜執(zhí)行機構(gòu)、活塞執(zhí)行機構(gòu)、長行程執(zhí)行機構(gòu)和滾動膜片執(zhí)行機構(gòu)。應(yīng)用中廣泛采用的是薄膜執(zhí)行機構(gòu)和活塞執(zhí)行機構(gòu)。二、執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)的作用是根據(jù)輸入信7

（1）氣動薄膜式執(zhí)行機構(gòu)

是最常用的一種氣動執(zhí)行機構(gòu)。按動作方式可分為正作用式和反作用式。正作用式的信號壓力通入波紋膜片上方的薄膜氣室，而反作用式的信號壓力通入波紋膜片下方的薄膜氣室。圖4-54和4-55分別為薄膜調(diào)節(jié)閥及正作用式氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)示意圖。動作原理：彈簧反作用力和信號壓力在波紋膜片上的推力相平衡，使推桿穩(wěn)定在新的位置。推桿的位移也稱為執(zhí)行機構(gòu)的行程。行程與壓力信號成比例關(guān)系。氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)的行程規(guī)格有：10、16、25、40、60、100mm等。薄膜的有效面積有200、280、400、630、100、1600cm2六種規(guī)格。膜片承受壓力為20-100kPa.（1）氣動薄膜式執(zhí)行機構(gòu)8過程控制裝置課件9（2）氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)有無彈簧和有彈簧之分，圖4-56所示為無彈簧。其基本部分為活塞和氣缸，活塞兩側(cè)分別輸入固定信號和變動信號，或兩側(cè)都輸入變動信號，活塞在氣缸內(nèi)隨其兩側(cè)壓差而移動。其輸出特性有比例式及兩位式兩種。兩位式是根據(jù)輸入執(zhí)行活塞兩側(cè)的操作壓力的大小，活塞從高壓側(cè)推向低壓側(cè)，使推桿從一個位置移到另一極端位置；比例式是在兩位式基礎(chǔ)上加有閥門定位器后，使推桿位移與信號壓力成比例關(guān)系?；钊綀?zhí)行機構(gòu)屬于強力氣動執(zhí)行機構(gòu)，具有很大的輸出推力，特別適用高靜壓、高壓差、大口徑的場合。（2）氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)102電動執(zhí)行機構(gòu)電動執(zhí)行器由電動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成。電動執(zhí)行機構(gòu)可將來自調(diào)節(jié)器的電信號轉(zhuǎn)換成為位移或角位移輸出信號，去操縱閥門、擋板等調(diào)節(jié)機構(gòu)，以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。電動執(zhí)行機構(gòu)主要分為兩大類：直行程式與角行程式。角行程式執(zhí)行機構(gòu)又可分為單轉(zhuǎn)式（輸出角位移小于360o，通常稱為角行程式執(zhí)行機構(gòu)）和多轉(zhuǎn)式（輸出角位移大于360o）。多轉(zhuǎn)式常和閘閥等多轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)機構(gòu)配套使用。按照特性不同，電動執(zhí)行機構(gòu)可分為比例式和積分式。比例式的位移輸出信號與輸入電信號成比例關(guān)系。積分式接受斷續(xù)輸入信號，其輸出位移信號與輸入信號成積分關(guān)系。電動執(zhí)行機構(gòu)由伺服放大器、伺服電機、位置發(fā)送器和減速器四部分組成，其構(gòu)成原理如圖所示。2電動執(zhí)行機構(gòu)11DKZ型直行程電動執(zhí)行器以二相低速同步電機為執(zhí)行電機的交流位置伺服系統(tǒng)，由伺服放大器和執(zhí)行機構(gòu)兩部分組成。其原理如圖。當伺服放大器輸入端輸入4mADC時，放大器沒有輸出，電機停轉(zhuǎn)，執(zhí)行機構(gòu)輸出穩(wěn)定在預(yù)選好的零位。當有大于4mADC的輸入時，此輸入信號和執(zhí)行機構(gòu)的位置反饋信號在伺服放大器的前置級磁放大器中進行磁勢綜合和比較，得到偏差磁勢，由伺服放大器輸出，來驅(qū)動電機。執(zhí)行機構(gòu)的輸出軸朝減小這個偏差磁勢的方向運轉(zhuǎn)，直到位置反饋信號和輸入信號相等為止。圖中電動操作器是利用手動開關(guān)直接控制電機，使之正、反轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)對閥門的手動操作的裝置。DKZ型直行程電動執(zhí)行器以二相低速同步電機為執(zhí)12過程控制裝置課件13

三調(diào)節(jié)機構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)調(diào)節(jié)機構(gòu)習(xí)慣上稱為調(diào)節(jié)閥，是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，是一個可變阻力的節(jié)流元件。通過閥芯在閥體內(nèi)的移動，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，從而改變了被調(diào)介質(zhì)的流量，達到自動調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的目的。調(diào)節(jié)閥有正作用和反作用兩種。當閥芯向下位移時，閥芯與閥座之間的流通截面積減少時，稱為正作用式或正裝；反之，則稱為反作用式或反裝。對于閥芯直徑DN＜25mm的結(jié)構(gòu)為單導(dǎo)向，只能是正裝。

三調(diào)節(jié)機構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)14工作原理通過閥的流體遵循流體流動的質(zhì)量守恒和能量守恒定律。對不可壓縮流體而言，流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量方程為：式中A為管截面的面積；ξ為調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，與閥門結(jié)構(gòu)形式、流體性質(zhì)、閥門前后壓差及開度等有關(guān)。對不可壓縮流體而言，當調(diào)節(jié)閥口徑一定、ΔP/ρ不變的情況下，流量qv僅隨阻力系數(shù)ξ的變化而變化。即當移動閥芯使開度改變時，調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)隨之變化，從而改變了流量的大小，達到了調(diào)節(jié)流量的目的。工作原理通過閥的流體遵循流體流動的質(zhì)量守恒和能量守恒定律15調(diào)節(jié)閥分類：

調(diào)節(jié)閥根據(jù)閥芯的動作形式，可分為直行程式和轉(zhuǎn)角式兩大類。直行程式閥主要包括直通雙座閥、直通單座閥、角形閥、三通閥、高壓閥、超高壓閥、隔膜閥、閥體分離閥等。轉(zhuǎn)角式閥有碟閥、凸輪撓曲閥、球閥等。

●直通雙座閥結(jié)構(gòu)特點：閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。流體從左側(cè)進入，通過閥座閥芯后，由右側(cè)流出，為雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。只要把閥芯反裝，就可變正裝為反裝。流體作用在上下閥芯上的推力，方向相反而大小接近相等，所以其不平衡力很小。但由于上下閥芯不易同時關(guān)閉，故泄漏量較大。閥體流路復(fù)雜，不適用于高粘度和含纖維介質(zhì)的場合。見圖4-53調(diào)節(jié)閥分類：16●直通單座閥其閥體內(nèi)只有一個閥芯和閥座。它具有泄漏量小、易于關(guān)斷、不平衡力大的特點，適用于泄漏量要求高、壓差較小的場合。分為調(diào)節(jié)型和切斷型，主要區(qū)別在于閥芯形狀不同，調(diào)節(jié)型為柱塞型，而切斷型為平板型。見圖4-52●三通閥閥體有三個出、入口與管道相連接，分為合流型和分流型。當閥芯移動時，通過改變閥芯與閥座之間所形成的窗口流通面積而使流量變化，不論是合流型或分流型，若使一路流量增加，另一路流量必然減少。三通閥一般常用于熱交換器的旁通調(diào)節(jié)，一般要求兩股流體溫差小于150℃。見圖4-54●直通單座閥17●碟閥具有流阻小、流量系數(shù)大、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等特點，適用于大口徑、大流量、低壓差的場合，但泄漏量大。碟閥有：常溫碟閥(-20～450℃)、高溫碟閥(450～600℃和600～850℃)、低溫碟閥(-40～-200℃)和高壓碟閥(pN≤3200kPa)四種。選擇調(diào)節(jié)閥時應(yīng)考慮被調(diào)介質(zhì)工藝條件及流體特性進行選??；●碟閥18常用調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)示意：（a,b）為直通單座；（c）直通雙座；(d)角形閥；(e,f)三通閥；(g)碟閥；(h)套筒閥；(i)偏心旋轉(zhuǎn)閥；(j)V形球閥；(k)O形球閥；常用調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)示意：（a,b）為直通單座；（c）直通雙座；19

四調(diào)節(jié)閥的流量特性

調(diào)節(jié)閥的流量特性：是指被調(diào)介質(zhì)流過閥的相對流量與閥門的相對開度之間的關(guān)系，表示為一般來說，改變調(diào)節(jié)閥閥芯與閥座間的流通截面積，便可控制流量。但實際上當閥的流通面積變化時，閥兩端壓差也發(fā)生變化，這又導(dǎo)致流量的改變。因此為方便起見，將流量特性分為理想流量特性和實際的工作流量特性。四調(diào)節(jié)閥的流量特性一般來說，改變調(diào)節(jié)閥閥芯與閥座間的流20調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比：就是調(diào)節(jié)閥能夠控制的最大流量與最小流量之比，也稱為可調(diào)范圍，即注意：qvmin不等于閥的泄漏量。前者為閥能夠控制的流量下限，一般為2-4％qvmax。閥的泄漏量為閥處于關(guān)閉狀態(tài)下的泄漏量，一般小于0.1％流量系數(shù)（見后）。在調(diào)節(jié)閥前后壓差保持不變時的可調(diào)比稱為理想可調(diào)比。而實際工作時，因為系統(tǒng)阻力的影響，調(diào)節(jié)閥前后壓差會產(chǎn)生變化，使可調(diào)比相應(yīng)變化，這時的可調(diào)比稱為實際可調(diào)比。調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比：就是調(diào)節(jié)閥能夠控制的最大流量與最小流量之比，21

1調(diào)節(jié)閥的理想流量特性

理想流量特性是指調(diào)節(jié)閥前后壓差一定時的流量特性，它是調(diào)節(jié)閥的固有特性，由閥芯的形狀所決定。根據(jù)閥芯形狀不同，主要有直線、等百分比(對數(shù))、拋物線及快開等四種理想流量特性。1調(diào)節(jié)閥的理想流量特性22●直線流量特性

當調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即閥桿單位行程變化所引起的流量變化為常數(shù)時，稱閥具有直線流量特性。即：若邊界條件為：l=0,qv=qvmin;l=L,qv=qvmax解得：●直線流量特性當調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即23上式表明qv/qvmax與l/L之間成直線關(guān)系。理想特性曲線起始點問題？不在原點具有直線流量特性的調(diào)節(jié)閥，單位行程變化所引起的流量變化是相等的，但引起的流量變化的相對值不同。如以原來閥位在10％、50％、80％三點為例，當行程變化10％時所引起的流量變化和相對變化見下表。由表可見流量變化絕對值近似相等，流量相對變化量差別很大。閥位％105080流量變化量9.79.69.8相對變化％74.618.512.1上式表明qv/qvmax與l/L之間成直線關(guān)系24由此可見，雖然相同的閥桿行程引起的流量變化絕對值相同，但引起的流量變化的相對值是不同的。在流量小時，流量變化的相對值大；而流量大時，流量變化的相對值小。也即當閥門開度小時調(diào)節(jié)作用太強，易使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩；而當閥門開度大時調(diào)節(jié)作用又太弱，調(diào)節(jié)不靈敏、不及時。因此具有直線流量特性的調(diào)節(jié)閥不宜用于負荷變化較大的場合。由此可見，雖然相同的閥桿行程引起的流量變化絕對25●對數(shù)流量特性

當調(diào)節(jié)閥單位相對行程變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比時，稱閥具有對數(shù)流量特性，也稱為等百分比流量特性。即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)隨相對流量的增加而增大，表示為因此，閥的相對流量與相對開度成對數(shù)關(guān)系?！駥?shù)流量特性因此，閥的相對流量與相對開度成對數(shù)關(guān)系。26即行程小時，流量變化小；行程大時，流量變化大。只要閥桿行程變化相同，所引起的流量變化的相對值近似相等。因此，具有等百分比特性的調(diào)節(jié)閥，在小開度時，放大系數(shù)小，調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和；在大開度時，放大系數(shù)大，調(diào)節(jié)靈敏有效。所以，具有對數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥，適應(yīng)能力強，在工業(yè)過程控制中應(yīng)用廣泛。閥位％105080流量變化量/流量1.91/78/2118/53相對變化％27.338.134對于等百分比特性的閥門，仍然以圖4-61中閥位的10％、50％、80％三點為例，當行程變化10％時，所引起的流量變化量和相對變化量。即行程小時，流量變化?。恍谐檀髸r，流量變化大。只要閥桿行程變27●快開流量特性當調(diào)節(jié)閥在較小開度時，流量就達到很大。隨著行程增加，很快達到最大流量。這種特性稱為快開流量特性。表示為具有快開特性的閥芯形式是平板型的。主要用于迅速啟閉的切斷閥或雙位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。●拋物線流量特性當單位行程的相對流量變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量的平方根成正比時，稱閥具有拋物線流量特性?！窨扉_流量特性當調(diào)節(jié)閥在較小開度時，流量就達到很大。隨著282調(diào)節(jié)閥的工作流量特性

在實際使用調(diào)節(jié)閥時，由于調(diào)節(jié)閥串聯(lián)在管路中或與旁路閥并聯(lián)，因此閥前后的壓差總在變化，這時的流量特性稱為調(diào)節(jié)閥的工作流量特性。

●串聯(lián)管道工作流量特性當調(diào)節(jié)閥串聯(lián)在管路中時，系統(tǒng)的總壓差等于管路系統(tǒng)的壓差與調(diào)節(jié)閥的壓差之和2調(diào)節(jié)閥的工作流量特性29串聯(lián)管道系統(tǒng)的壓差△p1與通過的流量的平方成正比。若系統(tǒng)的總壓差△p不變，調(diào)節(jié)閥一旦動作，△p1將隨著流量的增大而增加，調(diào)節(jié)閥兩端的壓差△pv則相應(yīng)減少。若以s表示調(diào)節(jié)閥全開時閥上的壓差△pv與系統(tǒng)總壓差△p之比，即s=Δpv/Δp，以qvmax表示管道阻力等于零時調(diào)節(jié)閥的理想流量特性下的全開流量，此時Δpv＝Δp，因此可以得到串聯(lián)管道以qvmax作為參比值的調(diào)節(jié)閥工作流量特性。串聯(lián)管道系統(tǒng)的壓差△p1與通過的流量的平方成正比。若系統(tǒng)的總30s＝1時，管道阻力損失為零，系統(tǒng)總壓降全落在閥上，工作特性與理想特性一致。隨著s值的減小，管道阻力損失增加，調(diào)節(jié)閥流量特性發(fā)生畸變，實際可調(diào)比減小，調(diào)節(jié)閥由直線特性趨向快開特性，等百分比特性漸趨向于直線特性。這就使小開度時放大系數(shù)變大，控制不穩(wěn)定；大開度時放大系數(shù)變小、控制遲鈍。若s選取過大，閥上壓降很大，能量消耗過多。通常希望s值不低于0.3～0.5。s＝1時，管道阻力損失為零，系統(tǒng)總壓降全落在閥上，工作特性與31●并聯(lián)管道的工作流量特性

調(diào)節(jié)閥一般都裝有旁路，以便于手動操作和備用。當生產(chǎn)量提高而閥選得過小時，需要打開一些旁路閥，這就是并聯(lián)管道的情況。此時，調(diào)節(jié)閥的理想特性就畸變?yōu)楣ぷ魈匦?。這時管道總流量隨調(diào)節(jié)閥開度的變化規(guī)律稱為并聯(lián)管道時的工作流量特性。設(shè)x為并聯(lián)管道時調(diào)節(jié)管道閥全開流量與總管最大流量qvmax之比（X=qv1max/qvmax），可以得到壓差一定，x不同的并聯(lián)工作流量特性如圖4-65?！癫⒙?lián)管道的工作流量特性調(diào)節(jié)閥一般都裝有旁路，以便于手動32過程控制裝置課件33當x＝1時，表示旁路閥全關(guān)，調(diào)節(jié)閥特性為理想流量特性。隨著x值的減小，即旁路閥的逐漸開大、調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比大大降低。而且在實際使用中總有串聯(lián)管道阻力的影響，調(diào)節(jié)閥上的壓差還會隨著流量的增加而降低，使可調(diào)范圍進一步減小。因此，要盡量避免開通旁路閥的調(diào)節(jié)方式，以保證調(diào)節(jié)閥有足夠的可調(diào)比。若要打開旁路閥，旁路流量最多只能為總流量的百分之十幾，即x≥0.8。當x＝1時，表示旁路閥全關(guān)，調(diào)節(jié)閥特性為理想34

綜合上述串、并聯(lián)管道的情況，可得如下結(jié)論。①串、并聯(lián)管道都會使閥的理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴重。②串、并聯(lián)管道都會使控制閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴重。③串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量增加。④串、并聯(lián)管道會使控制閥的放大系數(shù)減小，即輸入信號變化引起的流量變化值減少。串聯(lián)管道時控制閥若處于大開度，則S值降低對放大系數(shù)影響更為嚴重，并聯(lián)管道時控制閥若處于小開度，則x值降低對放大系數(shù)影響更為嚴重。綜合上述串、并聯(lián)管道的情況，可得如下結(jié)論。35

五調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)和口徑計算(1)流量系數(shù)通過調(diào)節(jié)閥的流量與閥芯閥座的結(jié)構(gòu)、閥前后的壓差、流體的性質(zhì)等因素有關(guān)。通常用流量系數(shù)表示通過調(diào)節(jié)閥的流體流通能力。流量系數(shù)的定義：在給定行程下，閥兩端的壓差為0.1MPa、流體密度為1000kg／m3時每小時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)(m3/h)，以C表示。當調(diào)節(jié)閥全開時的流量系數(shù)稱為額定流量系數(shù)，以C100表示。C100反應(yīng)了調(diào)節(jié)閥容量大小，是確定調(diào)節(jié)閥口徑大小的主要依據(jù)，由閥門制造廠提供給用戶。五調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)和口徑計算36流量系數(shù)的計算：流過調(diào)節(jié)閥的流體遵循調(diào)節(jié)閥的流量方程。即：式中A為閥流通截面的面積；ξ為調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)；a為與單位制有關(guān)的常數(shù)。上式令P1-P2=1,ρ=1，由調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)C的定義可得：

上式可見：C值大小取決于調(diào)節(jié)閥流通面積和阻力系數(shù)。在一定條件下，ξ為常數(shù)，因此根據(jù)C可以確定閥的公稱直徑。流量系數(shù)的計算：37

（2）調(diào)節(jié)閥口徑的確定

流量系數(shù)的計算是選定調(diào)節(jié)閥口徑的最主要的理論依據(jù)。工程中通過計算流量系數(shù)來確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。具體步驟參見教材170頁表4-5。阻塞流(chovkedflow)：當閥入口壓力P1保持恒定，逐步降低出口壓力P2時，流過閥的流量會增加到一個最大值，繼續(xù)降低出口壓力，流量不再增加，即出現(xiàn)阻塞流。在阻塞流條件下，流經(jīng)閥的流量不隨閥后壓力的降低而增加，其關(guān)系不遵循調(diào)節(jié)閥的流量方程。因此計算C值，首先要確定調(diào)節(jié)閥是否處于阻塞流狀態(tài)。（2）調(diào)節(jié)閥口徑的確定38阻塞流狀態(tài)判斷：流體通過調(diào)節(jié)閥，是否為阻塞流可從不可壓縮流體和可壓縮流體兩種情況分析。不可壓縮流體用ΔP（=p1-p2）來判斷則流體為非阻塞流；否則為阻塞流。對于可壓縮流體，用壓差比（x=ΔP/p1）來判斷。x≥FKxT時為阻塞流；否則為非阻塞流。其中xT為臨界壓差比，給定調(diào)節(jié)閥，其固定常數(shù)。阻塞流狀態(tài)判斷：39表4-5流量系數(shù)C值的計算公式表4-5流量系數(shù)C值的計算公式40

調(diào)節(jié)閥口徑確定的步驟A、根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負荷確定最大流量qvmax和最小流量qvmin；B、根據(jù)所選流量特性及系統(tǒng)特點選定S值（Δpv/Δp），求出計算壓差（即閥全開時壓差）；C、根據(jù)流量系數(shù)計算公式，計算C100；D、根據(jù)已求的C100，在所選用的產(chǎn)品型號標準系列中選取大于C100并最接近的C，從而確定閥門口徑；E、驗證調(diào)節(jié)閥開度和可調(diào)比。一般調(diào)節(jié)閥流量應(yīng)處于10％-90％范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)閥口徑確定的步驟41（3）調(diào)節(jié)閥的選型

調(diào)節(jié)閥的選型主要包括閥口徑選擇、型式選擇、閥固有流量特性的選擇以及閥的材質(zhì)選擇等。閥口徑：根據(jù)應(yīng)用場合計算流量系數(shù)來確定；調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)型式的選擇：十分重要的。有不少場合，由于閥的結(jié)構(gòu)型式選揮不當導(dǎo)致控制系統(tǒng)不能正常運行或運行失敗。由于套筒閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、球閥和蝶閥的性能優(yōu)良，故應(yīng)用越來越廣泛。例子。調(diào)節(jié)閥的固有流量特性：有線性、等百分比、快開及拋物線等幾種?？扉_特性調(diào)節(jié)閥基本上作為兩位式控制用，拋物線特性的控制閥作為三通閥用。因此，調(diào)節(jié)閥固有流量特性的選擇主要是選用線性特性還是等百分比特性。一般情況下，等百分比特性調(diào)節(jié)閥能適應(yīng)負荷變化范圍較大的場合，因此在工程上常常優(yōu)先選用。

調(diào)節(jié)閥的材質(zhì)選擇:主要考慮工藝介質(zhì)的腐蝕性、溫度、壓力、氣蝕和沖刷等因素。（3）調(diào)節(jié)閥的選型42六電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器由電動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成。電動執(zhí)行機構(gòu)可將來自調(diào)節(jié)器的電信號轉(zhuǎn)換成為位移輸出信號，去操縱閥門、擋板等調(diào)節(jié)機構(gòu)，以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。按照輸出位移的不同，電動執(zhí)行機構(gòu)可分為角行程和直行程兩種。具體內(nèi)容參見第4節(jié)第二部分。依據(jù)電動執(zhí)行機構(gòu)的位移信號，完成調(diào)節(jié)任務(wù)的裝置稱為調(diào)節(jié)機構(gòu)。調(diào)節(jié)機構(gòu)主要是指調(diào)節(jié)閥，具體內(nèi)容參見第4節(jié)第三和第四部分。六電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器由電動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)43七電－氣轉(zhuǎn)換器和電－氣閥門定位器在過程控制系統(tǒng)中，由于調(diào)節(jié)執(zhí)行單元品種繁多，電、氣信號常常混合使用，因而需要進行電—氣或氣—電信號之間的轉(zhuǎn)換。1、電—氣轉(zhuǎn)換器電氣轉(zhuǎn)換器可以把從電動變送器來的電信號(0～10mA或4～20mA)變成標準氣信號(0.02～0.1MPa)，送到氣動調(diào)節(jié)器或氣動顯示儀表；也可把電動調(diào)節(jié)器輸出信號變成氣信號去驅(qū)動氣動調(diào)節(jié)閥。電氣轉(zhuǎn)換器按力矩平衡原理工作。當電流信號通入置于恒定磁場里的測量線圈中時，會產(chǎn)生一個向上的電磁力（即測量力）。七電－氣轉(zhuǎn)換器和電－氣閥門定位器在過程控制系統(tǒng)44由于線圈固定在杠桿上，使扛桿繞十字簧片偏轉(zhuǎn)，于是裝在杠桿另一端的擋板靠近噴嘴，使其背壓升高，經(jīng)過放大器放大后，一方面輸出，一方面反饋到正、負兩個波紋管，建立起與測量力矩相平衡的反饋力矩。于是輸出信號（0.02～0.IMPa）就與線圈電流成一一對應(yīng)的關(guān)系。p由于線圈固定在杠桿上，使扛桿繞十字簧片偏轉(zhuǎn)，于是裝在杠桿另一45電信號和氣壓信號如何一一對應(yīng)？電氣轉(zhuǎn)換器平衡時，IiA1L1＋P出A2L2＝P出A3L3化簡后可得：P出＝Ii×A1L1/（A3L3－A2L2）＝K×Ii通過調(diào)零彈簧調(diào)零，使：Ii=0時，P出＝0.02MPa則：P出＝K×Ii＋0.02求得K＝(0.1－0.02)/(10－0)＝0.08(MPa/mA)這樣就實現(xiàn)了電氣轉(zhuǎn)換，并且電、氣數(shù)值一一對應(yīng)。電信號和氣壓信號如何一一對應(yīng)？462電—氣閥門定位器電—氣閥門定位器直接接受氣動調(diào)節(jié)器或電動調(diào)節(jié)器的輸出，產(chǎn)生與調(diào)節(jié)器輸出成比例的氣壓信號，去控制氣動執(zhí)行器。具有電－氣轉(zhuǎn)換器和氣動閥門定位器兩種作用。

電－氣閥門定位器具有以下主要功能：●用來改善調(diào)節(jié)閥的定位精度?！窀纳崎y門的動態(tài)特性?！窀淖冮y門動作方向?！裼糜诜殖炭刂啤＜从靡粋€調(diào)節(jié)器控制多個調(diào)節(jié)閥。2電—氣閥門定位器47配薄膜執(zhí)行器的電-氣閥門定位器的動作原理如下圖。它是按力矩平衡原理工作的。作用：閥門定位反饋電氣轉(zhuǎn)換配薄膜執(zhí)行器的電-氣閥門定位器的動作原理如下圖。48

工作原理：電－氣閥門定位器的動作是按力矩平衡原理工作的。當信號電流通入力矩馬達的線圈時，它與永久磁鋼作用對主杠桿桿產(chǎn)生一個力矩，使檔板靠近噴嘴，經(jīng)放大器放大后送入薄膜氣室使閥芯桿向下移動，并帶動反饋桿繞其支點轉(zhuǎn)動，連在同一軸上的反饋凸輪也作逆時針方向轉(zhuǎn)動，通過滾輪使副杠桿繞其支點偏轉(zhuǎn)，拉伸反饋彈簧，當反饋彈簧對主杠桿的拉力與力矩馬達作用在主杠桿上的力兩者力矩平衡時，儀表達到平衡狀態(tài)，此時，一定的信號電流就對應(yīng)于一定的閥門位置。工作原理：49作業(yè)：176頁20題；22題；30題；作業(yè)：50謝謝！謝謝！51第4章過程控制裝置第4章過程控制裝置524.4執(zhí)行器一、概述

執(zhí)行器是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。執(zhí)行器的作用：是接受調(diào)節(jié)器送來的控制信號，自動地改變操縱量(如介質(zhì)流量、熱量等)，達到對被調(diào)參數(shù)(如壓力、溫度、液位等)進行調(diào)節(jié)的目的。執(zhí)行器是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的終端部件，而調(diào)節(jié)閥則是執(zhí)行器中最廣泛使用的形式。執(zhí)行器的好壞直接影響到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常工作。4.4執(zhí)行器一、概述53（1）執(zhí)行器的構(gòu)成

執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩個部分構(gòu)成，如圖所示。執(zhí)行機構(gòu)是執(zhí)行器的推動裝置，它根據(jù)輸入控制信號的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出力F（或輸出力矩M）和直線位移l（或角位移θ），推動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。調(diào)節(jié)機構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，與被調(diào)介質(zhì)直接接觸。在執(zhí)行機構(gòu)的作用下，調(diào)節(jié)機構(gòu)的閥芯產(chǎn)生一定位移，即執(zhí)行器的開度發(fā)生變化，從而直接調(diào)節(jié)從閥芯、閥座之間流過的控制變量的流量。（1）執(zhí)行器的構(gòu)成執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩個54（2）執(zhí)行器的分類按照工作能源分，執(zhí)行器可分為三大類：氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器?；ぶ谐Ｓ脷鈩訄?zhí)行器、電動執(zhí)行器，也稱為電、氣動調(diào)節(jié)閥，其外形如下圖。氣動調(diào)節(jié)閥是以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器，它的主要特點是：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、性能穩(wěn)定、故障率低、價格便宜、維修方便、本質(zhì)防爆、容易做成大功率等。氣動調(diào)節(jié)閥采用氣動執(zhí)行機構(gòu)。氣動執(zhí)行機構(gòu)一般分為薄膜式、活塞式等。電動調(diào)節(jié)閥由電動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成，可將來自調(diào)節(jié)器的電信號轉(zhuǎn)換成為位移輸出信號，去操縱閥門、擋板等調(diào)節(jié)機構(gòu)，以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。電動執(zhí)行機構(gòu)一般具有直行程式（DKZ型）和角行程式（DKJ型）兩種類型。（2）執(zhí)行器的分類按照工作能源分，執(zhí)行器可分為三55氣動薄膜調(diào)節(jié)閥MD-52

DA/SR氣動控制閥EL-358

電動控制閥氣動薄膜調(diào)節(jié)閥MD-52

DA/56（3）執(zhí)行器的作用方式執(zhí)行器有正、反作用兩種方式。當輸入信號增大時，執(zhí)行器的流通面積增大，即流過執(zhí)行器的流量增大，稱為正作用；當輸入信號增大時，流過執(zhí)行器的流量減小，稱為反作用。正、反作用的氣動調(diào)節(jié)閥通常分別稱為氣開閥和氣關(guān)閥。氣動調(diào)節(jié)閥的正、反作用可通過執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)的正、反作用的組合實現(xiàn)。對于電動調(diào)節(jié)閥，由于改變執(zhí)行機構(gòu)的控制器（伺服放大器）的作用方式非常方便，因此一般通過改變執(zhí)行機構(gòu)的作用方式實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的正、反作用。（3）執(zhí)行器的作用方式執(zhí)行器有正、反作用兩種方式57二、執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)的作用是根據(jù)輸入信號的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出力F（或輸出力矩M）和直線位移l（或角位移θ），來克服調(diào)節(jié)機構(gòu)中流動流體對閥芯產(chǎn)生的作用力和其他各種阻力，驅(qū)動調(diào)節(jié)機構(gòu)的閥芯動作。執(zhí)行機構(gòu)分為氣動式和電動式兩種。1、氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)氣動執(zhí)行器由氣動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出氣壓信號(20～100kPa)的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使執(zhí)行機構(gòu)推桿產(chǎn)生相應(yīng)位移，推動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。氣動執(zhí)行機構(gòu)有多種結(jié)構(gòu)形式，主要分為薄膜執(zhí)行機構(gòu)、活塞執(zhí)行機構(gòu)、長行程執(zhí)行機構(gòu)和滾動膜片執(zhí)行機構(gòu)。應(yīng)用中廣泛采用的是薄膜執(zhí)行機構(gòu)和活塞執(zhí)行機構(gòu)。二、執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)的作用是根據(jù)輸入信58

（1）氣動薄膜式執(zhí)行機構(gòu)

是最常用的一種氣動執(zhí)行機構(gòu)。按動作方式可分為正作用式和反作用式。正作用式的信號壓力通入波紋膜片上方的薄膜氣室，而反作用式的信號壓力通入波紋膜片下方的薄膜氣室。圖4-54和4-55分別為薄膜調(diào)節(jié)閥及正作用式氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)示意圖。動作原理：彈簧反作用力和信號壓力在波紋膜片上的推力相平衡，使推桿穩(wěn)定在新的位置。推桿的位移也稱為執(zhí)行機構(gòu)的行程。行程與壓力信號成比例關(guān)系。氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)的行程規(guī)格有：10、16、25、40、60、100mm等。薄膜的有效面積有200、280、400、630、100、1600cm2六種規(guī)格。膜片承受壓力為20-100kPa.（1）氣動薄膜式執(zhí)行機構(gòu)59過程控制裝置課件60（2）氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)有無彈簧和有彈簧之分，圖4-56所示為無彈簧。其基本部分為活塞和氣缸，活塞兩側(cè)分別輸入固定信號和變動信號，或兩側(cè)都輸入變動信號，活塞在氣缸內(nèi)隨其兩側(cè)壓差而移動。其輸出特性有比例式及兩位式兩種。兩位式是根據(jù)輸入執(zhí)行活塞兩側(cè)的操作壓力的大小，活塞從高壓側(cè)推向低壓側(cè)，使推桿從一個位置移到另一極端位置；比例式是在兩位式基礎(chǔ)上加有閥門定位器后，使推桿位移與信號壓力成比例關(guān)系。活塞式執(zhí)行機構(gòu)屬于強力氣動執(zhí)行機構(gòu)，具有很大的輸出推力，特別適用高靜壓、高壓差、大口徑的場合。（2）氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)612電動執(zhí)行機構(gòu)電動執(zhí)行器由電動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成。電動執(zhí)行機構(gòu)可將來自調(diào)節(jié)器的電信號轉(zhuǎn)換成為位移或角位移輸出信號，去操縱閥門、擋板等調(diào)節(jié)機構(gòu)，以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。電動執(zhí)行機構(gòu)主要分為兩大類：直行程式與角行程式。角行程式執(zhí)行機構(gòu)又可分為單轉(zhuǎn)式（輸出角位移小于360o，通常稱為角行程式執(zhí)行機構(gòu)）和多轉(zhuǎn)式（輸出角位移大于360o）。多轉(zhuǎn)式常和閘閥等多轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)機構(gòu)配套使用。按照特性不同，電動執(zhí)行機構(gòu)可分為比例式和積分式。比例式的位移輸出信號與輸入電信號成比例關(guān)系。積分式接受斷續(xù)輸入信號，其輸出位移信號與輸入信號成積分關(guān)系。電動執(zhí)行機構(gòu)由伺服放大器、伺服電機、位置發(fā)送器和減速器四部分組成，其構(gòu)成原理如圖所示。2電動執(zhí)行機構(gòu)62DKZ型直行程電動執(zhí)行器以二相低速同步電機為執(zhí)行電機的交流位置伺服系統(tǒng)，由伺服放大器和執(zhí)行機構(gòu)兩部分組成。其原理如圖。當伺服放大器輸入端輸入4mADC時，放大器沒有輸出，電機停轉(zhuǎn)，執(zhí)行機構(gòu)輸出穩(wěn)定在預(yù)選好的零位。當有大于4mADC的輸入時，此輸入信號和執(zhí)行機構(gòu)的位置反饋信號在伺服放大器的前置級磁放大器中進行磁勢綜合和比較，得到偏差磁勢，由伺服放大器輸出，來驅(qū)動電機。執(zhí)行機構(gòu)的輸出軸朝減小這個偏差磁勢的方向運轉(zhuǎn)，直到位置反饋信號和輸入信號相等為止。圖中電動操作器是利用手動開關(guān)直接控制電機，使之正、反轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)對閥門的手動操作的裝置。DKZ型直行程電動執(zhí)行器以二相低速同步電機為執(zhí)63過程控制裝置課件64

三調(diào)節(jié)機構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)調(diào)節(jié)機構(gòu)習(xí)慣上稱為調(diào)節(jié)閥，是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，是一個可變阻力的節(jié)流元件。通過閥芯在閥體內(nèi)的移動，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，從而改變了被調(diào)介質(zhì)的流量，達到自動調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的目的。調(diào)節(jié)閥有正作用和反作用兩種。當閥芯向下位移時，閥芯與閥座之間的流通截面積減少時，稱為正作用式或正裝；反之，則稱為反作用式或反裝。對于閥芯直徑DN＜25mm的結(jié)構(gòu)為單導(dǎo)向，只能是正裝。

三調(diào)節(jié)機構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)65工作原理通過閥的流體遵循流體流動的質(zhì)量守恒和能量守恒定律。對不可壓縮流體而言，流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量方程為：式中A為管截面的面積；ξ為調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，與閥門結(jié)構(gòu)形式、流體性質(zhì)、閥門前后壓差及開度等有關(guān)。對不可壓縮流體而言，當調(diào)節(jié)閥口徑一定、ΔP/ρ不變的情況下，流量qv僅隨阻力系數(shù)ξ的變化而變化。即當移動閥芯使開度改變時，調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)隨之變化，從而改變了流量的大小，達到了調(diào)節(jié)流量的目的。工作原理通過閥的流體遵循流體流動的質(zhì)量守恒和能量守恒定律66調(diào)節(jié)閥分類：

調(diào)節(jié)閥根據(jù)閥芯的動作形式，可分為直行程式和轉(zhuǎn)角式兩大類。直行程式閥主要包括直通雙座閥、直通單座閥、角形閥、三通閥、高壓閥、超高壓閥、隔膜閥、閥體分離閥等。轉(zhuǎn)角式閥有碟閥、凸輪撓曲閥、球閥等。

●直通雙座閥結(jié)構(gòu)特點：閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。流體從左側(cè)進入，通過閥座閥芯后，由右側(cè)流出，為雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。只要把閥芯反裝，就可變正裝為反裝。流體作用在上下閥芯上的推力，方向相反而大小接近相等，所以其不平衡力很小。但由于上下閥芯不易同時關(guān)閉，故泄漏量較大。閥體流路復(fù)雜，不適用于高粘度和含纖維介質(zhì)的場合。見圖4-53調(diào)節(jié)閥分類：67●直通單座閥其閥體內(nèi)只有一個閥芯和閥座。它具有泄漏量小、易于關(guān)斷、不平衡力大的特點，適用于泄漏量要求高、壓差較小的場合。分為調(diào)節(jié)型和切斷型，主要區(qū)別在于閥芯形狀不同，調(diào)節(jié)型為柱塞型，而切斷型為平板型。見圖4-52●三通閥閥體有三個出、入口與管道相連接，分為合流型和分流型。當閥芯移動時，通過改變閥芯與閥座之間所形成的窗口流通面積而使流量變化，不論是合流型或分流型，若使一路流量增加，另一路流量必然減少。三通閥一般常用于熱交換器的旁通調(diào)節(jié)，一般要求兩股流體溫差小于150℃。見圖4-54●直通單座閥68●碟閥具有流阻小、流量系數(shù)大、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等特點，適用于大口徑、大流量、低壓差的場合，但泄漏量大。碟閥有：常溫碟閥(-20～450℃)、高溫碟閥(450～600℃和600～850℃)、低溫碟閥(-40～-200℃)和高壓碟閥(pN≤3200kPa)四種。選擇調(diào)節(jié)閥時應(yīng)考慮被調(diào)介質(zhì)工藝條件及流體特性進行選取；●碟閥69常用調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)示意：（a,b）為直通單座；（c）直通雙座；(d)角形閥；(e,f)三通閥；(g)碟閥；(h)套筒閥；(i)偏心旋轉(zhuǎn)閥；(j)V形球閥；(k)O形球閥；常用調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)示意：（a,b）為直通單座；（c）直通雙座；70

四調(diào)節(jié)閥的流量特性

調(diào)節(jié)閥的流量特性：是指被調(diào)介質(zhì)流過閥的相對流量與閥門的相對開度之間的關(guān)系，表示為一般來說，改變調(diào)節(jié)閥閥芯與閥座間的流通截面積，便可控制流量。但實際上當閥的流通面積變化時，閥兩端壓差也發(fā)生變化，這又導(dǎo)致流量的改變。因此為方便起見，將流量特性分為理想流量特性和實際的工作流量特性。四調(diào)節(jié)閥的流量特性一般來說，改變調(diào)節(jié)閥閥芯與閥座間的流71調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比：就是調(diào)節(jié)閥能夠控制的最大流量與最小流量之比，也稱為可調(diào)范圍，即注意：qvmin不等于閥的泄漏量。前者為閥能夠控制的流量下限，一般為2-4％qvmax。閥的泄漏量為閥處于關(guān)閉狀態(tài)下的泄漏量，一般小于0.1％流量系數(shù)（見后）。在調(diào)節(jié)閥前后壓差保持不變時的可調(diào)比稱為理想可調(diào)比。而實際工作時，因為系統(tǒng)阻力的影響，調(diào)節(jié)閥前后壓差會產(chǎn)生變化，使可調(diào)比相應(yīng)變化，這時的可調(diào)比稱為實際可調(diào)比。調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比：就是調(diào)節(jié)閥能夠控制的最大流量與最小流量之比，72

1調(diào)節(jié)閥的理想流量特性

理想流量特性是指調(diào)節(jié)閥前后壓差一定時的流量特性，它是調(diào)節(jié)閥的固有特性，由閥芯的形狀所決定。根據(jù)閥芯形狀不同，主要有直線、等百分比(對數(shù))、拋物線及快開等四種理想流量特性。1調(diào)節(jié)閥的理想流量特性73●直線流量特性

當調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即閥桿單位行程變化所引起的流量變化為常數(shù)時，稱閥具有直線流量特性。即：若邊界條件為：l=0,qv=qvmin;l=L,qv=qvmax解得：●直線流量特性當調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即74上式表明qv/qvmax與l/L之間成直線關(guān)系。理想特性曲線起始點問題？不在原點具有直線流量特性的調(diào)節(jié)閥，單位行程變化所引起的流量變化是相等的，但引起的流量變化的相對值不同。如以原來閥位在10％、50％、80％三點為例，當行程變化10％時所引起的流量變化和相對變化見下表。由表可見流量變化絕對值近似相等，流量相對變化量差別很大。閥位％105080流量變化量9.79.69.8相對變化％74.618.512.1上式表明qv/qvmax與l/L之間成直線關(guān)系75由此可見，雖然相同的閥桿行程引起的流量變化絕對值相同，但引起的流量變化的相對值是不同的。在流量小時，流量變化的相對值大；而流量大時，流量變化的相對值小。也即當閥門開度小時調(diào)節(jié)作用太強，易使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩；而當閥門開度大時調(diào)節(jié)作用又太弱，調(diào)節(jié)不靈敏、不及時。因此具有直線流量特性的調(diào)節(jié)閥不宜用于負荷變化較大的場合。由此可見，雖然相同的閥桿行程引起的流量變化絕對76●對數(shù)流量特性

當調(diào)節(jié)閥單位相對行程變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比時，稱閥具有對數(shù)流量特性，也稱為等百分比流量特性。即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)隨相對流量的增加而增大，表示為因此，閥的相對流量與相對開度成對數(shù)關(guān)系。●對數(shù)流量特性因此，閥的相對流量與相對開度成對數(shù)關(guān)系。77即行程小時，流量變化??；行程大時，流量變化大。只要閥桿行程變化相同，所引起的流量變化的相對值近似相等。因此，具有等百分比特性的調(diào)節(jié)閥，在小開度時，放大系數(shù)小，調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和；在大開度時，放大系數(shù)大，調(diào)節(jié)靈敏有效。所以，具有對數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥，適應(yīng)能力強，在工業(yè)過程控制中應(yīng)用廣泛。閥位％105080流量變化量/流量1.91/78/2118/53相對變化％27.338.134對于等百分比特性的閥門，仍然以圖4-61中閥位的10％、50％、80％三點為例，當行程變化10％時，所引起的流量變化量和相對變化量。即行程小時，流量變化??；行程大時，流量變化大。只要閥桿行程變78●快開流量特性當調(diào)節(jié)閥在較小開度時，流量就達到很大。隨著行程增加，很快達到最大流量。這種特性稱為快開流量特性。表示為具有快開特性的閥芯形式是平板型的。主要用于迅速啟閉的切斷閥或雙位調(diào)節(jié)系統(tǒng)?！駫佄锞€流量特性當單位行程的相對流量變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量的平方根成正比時，稱閥具有拋物線流量特性?！窨扉_流量特性當調(diào)節(jié)閥在較小開度時，流量就達到很大。隨著792調(diào)節(jié)閥的工作流量特性

在實際使用調(diào)節(jié)閥時，由于調(diào)節(jié)閥串聯(lián)在管路中或與旁路閥并聯(lián)，因此閥前后的壓差總在變化，這時的流量特性稱為調(diào)節(jié)閥的工作流量特性。

●串聯(lián)管道工作流量特性當調(diào)節(jié)閥串聯(lián)在管路中時，系統(tǒng)的總壓差等于管路系統(tǒng)的壓差與調(diào)節(jié)閥的壓差之和2調(diào)節(jié)閥的工作流量特性80串聯(lián)管道系統(tǒng)的壓差△p1與通過的流量的平方成正比。若系統(tǒng)的總壓差△p不變，調(diào)節(jié)閥一旦動作，△p1將隨著流量的增大而增加，調(diào)節(jié)閥兩端的壓差△pv則相應(yīng)減少。若以s表示調(diào)節(jié)閥全開時閥上的壓差△pv與系統(tǒng)總壓差△p之比，即s=Δpv/Δp，以qvmax表示管道阻力等于零時調(diào)節(jié)閥的理想流量特性下的全開流量，此時Δpv＝Δp，因此可以得到串聯(lián)管道以qvmax作為參比值的調(diào)節(jié)閥工作流量特性。串聯(lián)管道系統(tǒng)的壓差△p1與通過的流量的平方成正比。若系統(tǒng)的總81s＝1時，管道阻力損失為零，系統(tǒng)總壓降全落在閥上，工作特性與理想特性一致。隨著s值的減小，管道阻力損失增加，調(diào)節(jié)閥流量特性發(fā)生畸變，實際可調(diào)比減小，調(diào)節(jié)閥由直線特性趨向快開特性，等百分比特性漸趨向于直線特性。這就使小開度時放大系數(shù)變大，控制不穩(wěn)定；大開度時放大系數(shù)變小、控制遲鈍。若s選取過大，閥上壓降很大，能量消耗過多。通常希望s值不低于0.3～0.5。s＝1時，管道阻力損失為零，系統(tǒng)總壓降全落在閥上，工作特性與82●并聯(lián)管道的工作流量特性

調(diào)節(jié)閥一般都裝有旁路，以便于手動操作和備用。當生產(chǎn)量提高而閥選得過小時，需要打開一些旁路閥，這就是并聯(lián)管道的情況。此時，調(diào)節(jié)閥的理想特性就畸變?yōu)楣ぷ魈匦浴＿@時管道總流量隨調(diào)節(jié)閥開度的變化規(guī)律稱為并聯(lián)管道時的工作流量特性。設(shè)x為并聯(lián)管道時調(diào)節(jié)管道閥全開流量與總管最大流量qvmax之比（X=qv1max/qvmax），可以得到壓差一定，x不同的并聯(lián)工作流量特性如圖4-65?！癫⒙?lián)管道的工作流量特性調(diào)節(jié)閥一般都裝有旁路，以便于手動83過程控制裝置課件84當x＝1時，表示旁路閥全關(guān)，調(diào)節(jié)閥特性為理想流量特性。隨著x值的減小，即旁路閥的逐漸開大、調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比大大降低。而且在實際使用中總有串聯(lián)管道阻力的影響，調(diào)節(jié)閥上的壓差還會隨著流量的增加而降低，使可調(diào)范圍進一步減小。因此，要盡量避免開通旁路閥的調(diào)節(jié)方式，以保證調(diào)節(jié)閥有足夠的可調(diào)比。若要打開旁路閥，旁路流量最多只能為總流量的百分之十幾，即x≥0.8。當x＝1時，表示旁路閥全關(guān)，調(diào)節(jié)閥特性為理想85

綜合上述串、并聯(lián)管道的情況，可得如下結(jié)論。①串、并聯(lián)管道都會使閥的理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴重。②串、并聯(lián)管道都會使控制閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴重。③串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量增加。④串、并聯(lián)管道會使控制閥的放大系數(shù)減小，即輸入信號變化引起的流量變化值減少。串聯(lián)管道時控制閥若處于大開度，則S值降低對放大系數(shù)影響更為嚴重，并聯(lián)管道時控制閥若處于小開度，則x值降低對放大系數(shù)影響更為嚴重。綜合上述串、并聯(lián)管道的情況，可得如下結(jié)論。86

五調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)和口徑計算(1)流量系數(shù)通過調(diào)節(jié)閥的流量與閥芯閥座的結(jié)構(gòu)、閥前后的壓差、流體的性質(zhì)等因素有關(guān)。通常用流量系數(shù)表示通過調(diào)節(jié)閥的流體流通能力。流量系數(shù)的定義：在給定行程下，閥兩端的壓差為0.1MPa、流體密度為1000kg／m3時每小時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)(m3/h)，以C表示。當調(diào)節(jié)閥全開時的流量系數(shù)稱為額定流量系數(shù)，以C100表示。C100反應(yīng)了調(diào)節(jié)閥容量大小，是確定調(diào)節(jié)閥口徑大小的主要依據(jù)，由閥門制造廠提供給用戶。五調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)和口徑計算87流量系數(shù)的計算：流過調(diào)節(jié)閥的流體遵循調(diào)節(jié)閥的流量方程。即：式中A為閥流通截面的面積；ξ為調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)；a為與單位制有關(guān)的常數(shù)。上式令P1-P2=1,ρ=1，由調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)C的定義可得：

上式可見：C值大小取決于調(diào)節(jié)閥流通面積和阻力系數(shù)。在一定條件下，ξ為常數(shù)，因此根據(jù)C可以確定閥的公稱直徑。流量系數(shù)的計算：88

（2）調(diào)節(jié)閥口徑的確定

流量系數(shù)的計算是選定調(diào)節(jié)閥口徑的最主要的理論依據(jù)。工程中通過計算流量系數(shù)來確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。具體步驟參見教材170頁表4-5。阻塞流(chovkedflow)：當閥入口壓力P1保持恒定，逐步降低出口壓力P2時，流過閥的流量會增加到一個最大值，繼續(xù)降低出口壓力，流量不再增加，即出現(xiàn)阻塞流。在阻塞流條件下，流經(jīng)閥的流量不隨閥后壓力的降低而增加，其關(guān)系不遵循調(diào)節(jié)閥的流量方程。因此計算C值，首先要確定調(diào)節(jié)閥是否處于阻塞流狀態(tài)。（2）調(diào)節(jié)閥口徑的確定89阻塞流狀態(tài)判斷：流體通過調(diào)節(jié)閥，是否為阻塞流可從不可壓縮流體和可壓縮流體兩種情況分析。不可壓縮流體用ΔP（=p1-p2）來判斷則流體為非阻塞流；否則為阻塞流。對于可壓縮流體，用壓差比（x=ΔP/p1）來判斷。x≥FKxT時為阻塞流；否則為非阻塞流。其中xT為臨界壓差比，給定調(diào)節(jié)閥，其固定常數(shù)。阻塞流狀態(tài)判斷：90表4-5流量系數(shù)C值的計算公式表4-5流量系數(shù)C值的計算公式91

調(diào)節(jié)閥口徑確定的步驟A、根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備