調(diào)節(jié)閥流量特性及附件課件

調(diào)節(jié)閥的流量特性及附件

調(diào)節(jié)閥的流量特性5.2.1調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的關(guān)系，對控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。流量特性的定義：被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。Q/Qmax—相對流量

l/L—相對開度調(diào)節(jié)閥的流量特性

相對流量Q/Qmax

是控制閥某一開度流量Q與全開時流量Qmax之比；相對開度l/L

是控制閥某一開度行程l與全開行程L之比。

調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與閥門的結(jié)構(gòu)和開度有關(guān)，還與閥前后的壓差有關(guān)，必須分開討論。LQ調(diào)節(jié)閥的流量特性（1）直線流量特性控制閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。用數(shù)學(xué)式表示為：

R—調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比系數(shù)。3142調(diào)節(jié)閥的流量特性

可調(diào)比R為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量的比值。R=Qmax/Qmin

其中Qmin不是指閥門全關(guān)時的泄漏量，而是閥門能平穩(wěn)控制的最小流量，約為最大流量的2~4%一般閥門的可調(diào)比R=30。

在小開度時，流量相對變化值大，靈敏度高，不易控制，甚至發(fā)生震蕩；在大開度時，流量相對變化值小，調(diào)節(jié)緩慢。3142調(diào)節(jié)閥的流量特性

直線閥的流量放大系數(shù)在任何一點上都是相同的，但其對流量的控制力卻是不同的?？刂屏Γ洪y門開度改變時，相對流量的改變比值。

例如在不同的開度上，再分別增加10%開度，相對流量的變化比值為10％時：[（20-10）/10]×100%=100%50％時：[（60-50）/50]×100%=20%80％時：[（90-80）/80]×100%=12.5%Q/Q100L/Lmaxs=1調(diào)節(jié)閥的流量特性

等百分比閥在各流量點的放大系數(shù)不同，但對流量的控制力卻是相同的。

同樣以10％、50％及80％三點為例，分別增加10%開度，相對流量變化的比值為：10%處：（6.58%-4.68%）/4.68%≈41%50%處：（25.7%-18.2%）/18.2%≈41%80%處：（71.2%-50.6%）/50.6%≈41%Q/Q100L/Lmaxs=1調(diào)節(jié)閥的流量特性

（3）快開特性開度較小時就有較大流量，隨開度的增大，流量很快就達到最大，故稱為快開特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。（4）拋物線流量特性特性曲線為拋物線，介于直線和對數(shù)曲線之間，使用較少。3142調(diào)節(jié)閥的流量特性

各種閥門都有自己特定的流量特性，如隔膜閥的流量特性近于快開特性，蝶閥的流量特性接近于等百分比特性。選擇閥門時應(yīng)該注意各種閥門的流量特性。對隔膜閥和蝶閥，由于它的結(jié)構(gòu)特點，不可能用改變閥芯的曲面形狀來改變其特性。因此，要改善其流量特性，只能通過改變閥門定位器反饋凸輪的外形來實現(xiàn)。調(diào)節(jié)閥的流量特性

從串聯(lián)管道中調(diào)節(jié)閥兩端壓差△PT的變化曲線可看出，調(diào)節(jié)閥全關(guān)時閥上壓力最大，基本等于系統(tǒng)總壓力；調(diào)節(jié)閥全開時閥上壓力降至最小。為了表示調(diào)節(jié)閥兩端壓差△PT的變化范圍，以閥權(quán)度s表示調(diào)節(jié)閥全開時，閥前后最小壓差△PTmin與總壓力△

P之比。s=PTmin

/△

PP△PGQ△PT管路及設(shè)備△PG△PT調(diào)節(jié)閥△P△P調(diào)節(jié)閥的流量特性以Qmax表示串聯(lián)管道阻力為零時(s=1)，閥全開時達到的最大流量?？傻么?lián)管道在不同s值時，以自身Qmax作參照的工作流量特性。流量特性畸變：對數(shù)閥變?yōu)橹本€閥

直線閥變?yōu)榭扉_閥s↓調(diào)節(jié)閥的流量特性

例：管道并聯(lián)時的工作流量特性有的調(diào)節(jié)閥裝有旁路，便于手動操作和維護。當(dāng)生產(chǎn)能力提高或其他原因引起調(diào)節(jié)閥的最大流量滿足不了工藝生產(chǎn)的要求時，可以把旁路打開一些，這時調(diào)節(jié)閥的理想流量特性就成為工作流量特性。調(diào)節(jié)閥的流量特性

結(jié)論串、并聯(lián)管道使理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴(yán)重；

串、并聯(lián)管道式調(diào)節(jié)閥可調(diào)比降低，并聯(lián)管道更為嚴(yán)重；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；串聯(lián)管道調(diào)節(jié)閥開度小時放大系數(shù)增加，開度大時則減少，并聯(lián)管道調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)在任何開度下總比原來的減少。調(diào)節(jié)閥的附件

5.3.1氣動閥門定位器氣動閥門定位器接受氣動調(diào)節(jié)器（或電氣轉(zhuǎn)換器）的氣壓輸出信號，然后產(chǎn)生與該輸出信號成比例的氣壓信號，用以控制氣動調(diào)節(jié)閥。氣動閥門定位器按其工作原理可分成位移平衡式和力（力矩）平衡式兩大類。下面介紹力（力矩）平衡式氣動閥門定位器。氣動調(diào)節(jié)閥中，閥桿的位移是由薄膜上氣壓推力與彈簧反作用力平衡確定的。為了防止閥桿處的泄漏要壓緊填料，使閥桿摩擦力增大，且個體差異較大，這會影響輸入信號P的執(zhí)行精度。調(diào)節(jié)閥的附件

解決措施在調(diào)節(jié)閥上加裝閥門定位器，引入閥桿位移負(fù)反饋。使閥桿能按輸入信號精確地確定自己的開度。調(diào)節(jié)閥的附件

力（力矩）平衡式氣動閥門定位器按力矩平衡原理工作，如圖1-5-32所示。當(dāng)通入波紋管1的信號壓力增加時，使主杠桿2繞支點15轉(zhuǎn)動，擋板13靠近噴嘴14，噴嘴背壓經(jīng)放大器16放大后，送入到執(zhí)行機構(gòu)8的薄膜室，并使閥桿向下移動，帶動反饋桿9繞支點4轉(zhuǎn)動，反饋凸輪5也跟著作逆時針轉(zhuǎn)動，通過滾輪10使副杠桿6繞支點7順時針轉(zhuǎn)動，并將反饋彈簧11拉伸，彈簧11對主杠桿2的拉力與信號壓力作用在波紋管1上的力達到力矩平衡時儀表達到平衡狀態(tài)。此時，一定的信號壓力就對應(yīng)一定的閥門位置。彈簧12是調(diào)零彈簧，調(diào)其預(yù)緊力可使擋板初始位置變化。彈簧3是遷移彈簧，在分程控制中用來改變波紋管對主杠桿作用力的初始值，以使定位器在接受不同輸入信號范圍（20-60kPa或60-100kPa）時，仍能產(chǎn)生相同的輸出信號。

改變定位器反饋桿的長度可實現(xiàn)行程調(diào)整。將正作用定位器中的波紋管從主杠桿的右側(cè)換到左側(cè)，調(diào)節(jié)調(diào)零彈簧，是定位器的使其輸出壓力為100kPa，就能實現(xiàn)反作用調(diào)節(jié)。

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5.3.2電-氣轉(zhuǎn)換器

為了使氣動調(diào)節(jié)閥能夠接收電動調(diào)節(jié)器的輸出信號，必須把標(biāo)準(zhǔn)電流信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號。電/氣轉(zhuǎn)換器作用：把電動調(diào)節(jié)器或DCS輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成氣壓信號，送到氣動執(zhí)行機構(gòu)或其他氣動儀表上去。（將4～20mA的電流信號轉(zhuǎn)換成20～100KPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號）調(diào)節(jié)閥的附件

常見的電-氣轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理圖。它由三大步分組成：電路部分，主要是測量線圈4；磁路部分，由磁鋼5構(gòu)成，它產(chǎn)生永久磁場；氣動力平衡部分，由噴嘴、擋板、功率放大器及正、負(fù)反饋波紋管和調(diào)零彈簧組成。

電-氣轉(zhuǎn)換器的動作原理是力矩平衡原理。當(dāng)4-20mA的直流信號通入測量線圈之后，載流線圈在磁場中產(chǎn)生電磁力，改電磁力與正、負(fù)反饋力矩平衡杠桿平衡，于是輸出信號就與輸入電流成為一一對應(yīng)的關(guān)系，從而把電流信號變成對應(yīng)的20-100kPa的氣壓信號。調(diào)節(jié)閥的附件

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5.3.3電-氣閥門定位器

電-氣閥門定位器輸入信號為調(diào)節(jié)器來的4-20mA的直流電信號，輸出為驅(qū)動氣動調(diào)節(jié)閥的氣壓信號，如圖1-5-34所示。它能夠同時起到電-氣轉(zhuǎn)換器和氣動閥門定位器的作用。實際應(yīng)用中，常把電/氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器結(jié)合成一體，組成電/氣閥門定位器。調(diào)節(jié)閥的附件

I↑杠桿上端右移閥桿下移反饋凸輪右轉(zhuǎn)反饋彈簧右拉杠桿平衡擋板靠近噴嘴P壓力↑調(diào)節(jié)閥的附件

5.3.4智能式閥門定位器隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器也被引入到調(diào)節(jié)閥中，出現(xiàn)了智能式調(diào)節(jié)閥。主要功能如下：1．控制及執(zhí)行功能2．補償及校正功能3．通信功能4．診斷功能5．保護功能智能電動執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)閥的附件

5.3.5閥門定位器的應(yīng)用場合閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的主要附件，它和調(diào)節(jié)閥組成一個閉環(huán)回路，能夠增大調(diào)節(jié)閥的輸出功率，減少調(diào)節(jié)信號的傳遞滯后，加快閥桿的移動速度，能夠提高閥門的線性度，克服閥桿的摩擦力并消除不平衡力的影響，從而保證調(diào)節(jié)閥的正確定位。其主要作用如下：（1）

用于氣動、電動儀表的復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，檢測和調(diào)節(jié)儀表經(jīng)常采用電器儀表，而執(zhí)行機構(gòu)又要求采用氣動儀表?？刹捎秒?氣閥門定位器，也可使用一臺電-氣轉(zhuǎn)換器和一臺氣動閥門定位器。（2）

用于摩擦力大的場合當(dāng)調(diào)節(jié)閥用于高壓介質(zhì)時，為了防止流體從閥桿填料處泄漏，經(jīng)常把填料壓蓋壓得比較緊，在閥桿與填料之間會產(chǎn)生很大的摩擦力；當(dāng)介質(zhì)溫度過高或過低時，閥桿與填料之間的摩擦力增大，過大的摩擦力會使閥桿行程產(chǎn)生誤差。定位器能夠克服這些摩擦力的作用，改善調(diào)節(jié)閥基本特性。（3）

用于高壓差場合當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差大于1MPa時，介質(zhì)對閥芯產(chǎn)生較大的不平衡力，從而破壞原來的工作位置，使控制系統(tǒng)產(chǎn)生擾動作用。使用定位器，可以起到增大執(zhí)行機構(gòu)的輸出力，克服不平衡力的作用。（4）

用于介質(zhì)中含有固體懸浮物、黏性流體、含纖維、易結(jié)焦的場合使用定位器可以克服這些介質(zhì)對閥桿移動所產(chǎn)生的較大阻力。調(diào)節(jié)閥的附件

（5）

增加執(zhí)行機構(gòu)的動作速度當(dāng)調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)閥相距較遠(yuǎn)時，為盡量縮短氣動信號管的長度，克服信號的傳遞滯后，應(yīng)使用電-氣閥門定位器。（6）

用于調(diào)節(jié)閥口徑較大的場合當(dāng)調(diào)節(jié)閥口徑大于100㎜、蝶閥口徑大于250㎜時，由于閥芯重，閥芯截面積大及執(zhí)行機構(gòu)氣室容積增大，響應(yīng)特性變差。閥門定位器可改善調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)特性。（7）

用于活塞式執(zhí)行機構(gòu)的比例動作沒有彈簧平衡的活塞式執(zhí)行機構(gòu)一般是兩位式動作，非開則關(guān)。配用閥門定位器（單向或雙向）可使這種執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行比例動作。（8）

方便實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥反向動作如果需要改變調(diào)節(jié)閥的氣開/氣關(guān)模式，就必須把閥芯反裝，或改裝另一種作用方式（正、反）的執(zhí)行機構(gòu)，這種改裝限制較多，困難較大。如果利用閥門定位器，這種改變就容易多了。（9）改善調(diào)節(jié)閥的流量特性由于定位器反饋凸輪的幾何形狀決定調(diào)節(jié)閥對定位器的反饋量，從而改變調(diào)節(jié)器的輸出信號與調(diào)節(jié)閥開度之間的關(guān)系，即修正了流量特性，所以調(diào)節(jié)閥的流量特性可以通過改變反饋凸輪的幾何形狀來改變

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（10）

操作非標(biāo)準(zhǔn)信號的執(zhí)行機構(gòu)當(dāng)閥門定位器的輸出以標(biāo)準(zhǔn)信號（20-100KPa）去操作非標(biāo)準(zhǔn)信號（如40-200KPa）的氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)時，可以有兩種方法：一種是在定位器與執(zhí)行機構(gòu)之間配用一個1:2的氣動繼動器，把信號壓力放大一倍；另一種方法是通過將閥門定位器的氣源壓力提高，這時閥門定位器的輸出也相應(yīng)提高，就可以操作非標(biāo)準(zhǔn)信號的執(zhí)行機構(gòu)。（11）

用于分程控制分程控制如圖1-5-37所示，兩臺定位器由一臺調(diào)節(jié)器來操縱。通過調(diào)整，使一臺定位器的輸入在20-60Kpa范圍內(nèi)變化時，另一臺在60-100Kpa范圍內(nèi)變化時，輸出均為20-100Kpa，從而實現(xiàn)分程控制。調(diào)節(jié)閥的附件

5.3.6電磁閥電動調(diào)節(jié)閥接受來自調(diào)節(jié)器的電流信號，閥門開度連續(xù)可調(diào)。電磁閥也接受來自調(diào)節(jié)器的電流信號，但閥門開度是位式調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥的附件

電磁閥由兩個基本功能單元組成，即電磁線圈（電磁鐵）和磁芯以及包含一個或幾個孔的閥體。當(dāng)電磁線圈通電或斷電時，磁芯的運動將導(dǎo)致流體通過閥體或被切斷。電磁線圈被直接裝在閥體上，閥芯被封閉在密封管中，構(gòu)成一個簡潔、緊湊的組合。1.電磁閥的技術(shù)指標(biāo)電磁閥的常用技術(shù)指標(biāo)有以下幾個：（1）CV值（流量系數(shù)）電磁閥的CV值與調(diào)節(jié)閥的CV值一樣，表示介質(zhì)通過電磁閥的流通能力，它取決于以下三個因素：介質(zhì)的最大和最小流量；介質(zhì)通過閥門的最大和最小壓差；介質(zhì)的相對密度、溫度和黏度。（2）電磁線圈外殼的密封等級一般有傳統(tǒng)的金屬密封和整體模壓的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)，在選用時要根據(jù)現(xiàn)場的實際使用條件即防水、防腐、防爆及環(huán)境溫度來選取相應(yīng)的適用等級。(3)最大操作壓力差最大操作壓力差是指確保電磁線圈安全操作閥門時可承受的閥門入口與出口間的最大壓力差。若閥門出口壓力是未知的，調(diào)節(jié)閥的附件

可把供給壓力當(dāng)作最大差壓。需要注意，同口徑的電磁閥使用交流電驅(qū)動與使用直流電驅(qū)動其最大操作壓力差是不同（4）最小操作壓力差最小操作壓力差是指開啟閥門所需的最小壓差。對于二通浮動活塞或浮動膜片閥來說，實際壓差低于最小操作壓力差時，閥門將開始關(guān)閉。（5）安全操作壓力安全操作壓力是指閥門可以承受的無損害的管路或系統(tǒng)壓力。試驗壓力是安全工作壓力的5倍。（6）流體最高溫度閥門所允許使用的被控介質(zhì)的最高工作溫度。（7）閥體材質(zhì)應(yīng)確保不與介質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)（腐蝕）。如果大氣環(huán)境中含有腐蝕性氣體，也需慎重選擇閥體材質(zhì)。（8）動作時間閥門從全閉到全開或反之的時間稱為動作時間。它取決于閥門尺寸和操作形式、電力供給、流體黏度、入口壓力和溫度等。調(diào)節(jié)閥的附件

2.電磁閥的選擇

可從以下三個方面選擇電磁閥：按使用介質(zhì)或功能選用電磁閥一般按使用介質(zhì)及用途而標(biāo)注名稱，如可在蒸汽介質(zhì)中使用的標(biāo)為蒸汽電磁閥。常用電磁閥有如下品種：二位二通電磁閥。二位三通電磁閥、二位四通電磁閥、二位五通電磁閥、蒸汽電磁閥、微壓電磁閥、制冷電磁閥、渣油電磁閥、高溫電磁閥、真空電磁閥、煤氣電磁閥、防爆電磁閥、船用電磁閥、防水電磁閥、脈沖電磁閥、不銹鋼電磁閥、塑料電磁閥、自鎖電磁閥、多功能電磁閥和組合電磁閥等。按電磁閥工作原理選用不同電磁閥適用于不同壓力（壓差）場合。調(diào)節(jié)閥的附件

按電磁閥口徑選用一般電磁閥通徑與工藝管道通徑相同。在石油化工裝置的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中，電磁閥一般用于操作儀表風(fēng)去控制調(diào)節(jié)閥的動作。此時，電磁閥的通徑也應(yīng)與儀表風(fēng)管的管徑相同。若電磁閥上壓降較大，在大口徑時從節(jié)約與可靠性考慮，可選擇比工藝管道通徑小一檔的電磁閥。除一般考慮工作介質(zhì)的溫度、黏度、懸浮物、腐蝕性、壓力、壓差等因素外，選用電磁閥還必須考慮下列問題：①

為防止線圈燒壞，應(yīng)限制電磁閥每分鐘通斷的工作次數(shù)。②

介質(zhì)進入導(dǎo)閥前，一般應(yīng)先經(jīng)過過濾器防止雜質(zhì)堵塞閥門。③

介質(zhì)壓力低于電磁閥的最小工作壓力時，介質(zhì)不能通過閥門，只有當(dāng)介質(zhì)壓力大于時最小工作壓力才能通過閥門。④

電磁閥有電開型（通電打開）和電閉型（通電閉合）兩種，未特別說明的，則一般為電開型。⑤

通常電磁閥是水平安裝。若垂直安裝，電磁閥將不能正常工作。調(diào)節(jié)閥的附件

3.電磁閥的動作原理（1）常閉式二通電磁閥的動作原理二通閥有一個入口和一個出口與管線連接，它可以使流體流過閥門或切斷流體通道。它有兩種結(jié)構(gòu)：浮動膜片或活塞式，閥門需要一個最小壓降，保持閥門開啟；懸掛膜片或活塞式，靠電磁線圈磁芯機械地保持開啟，閥門壓差即使是零，閥門也能開啟或保持開啟。圖1-5-38所示為直動式二通閥。在直動閥中，電磁線圈通電時，磁芯直接開啟常閉閥的孔，閥門將在其最大的壓力范圍內(nèi)操作。開啟閥門需要的力與孔尺寸及流體壓力成正比。孔尺寸增大，所需要的力也增大。因此，要開啟大孔，又要保持電磁線圈尺寸小，應(yīng)選用先導(dǎo)式電磁閥。調(diào)節(jié)閥的附件

圖1-5-39所示的二通閥為先導(dǎo)式二通閥，這類閥門能借用管線壓來操作一個先導(dǎo)孔和一個旁通孔。電磁線圈斷電時，先導(dǎo)孔關(guān)閉，管線的壓力通過旁通孔施壓于活塞或膜片的頂部，提供一個閥座力，嚴(yán)密關(guān)閉閥門。電磁線圈通電時，磁芯開啟先導(dǎo)孔，通過閥的出口消除活塞或膜片的頂部壓力，管線壓力本身將膜片或活塞推離主孔，開啟閥門。調(diào)節(jié)閥的附件

（2）常閉式三通電磁閥的動作原理三通電磁閥有三個孔與管線連接，其中兩個孔為輸出孔（一個開啟另一個關(guān)閉）。它們一般用于交替地向一個膜片閥或單動氣缸施壓或排壓，見圖1-5-40。三通電磁閥有三種操作方式：①

常閉閥斷電時，壓力口關(guān)閉，而排氣口連到氣缸口；閥通電時，壓力口連到氣缸口，而排氣口關(guān)閉。②

常開閥斷電時，壓力口連到氣缸口，而排氣口關(guān)閉，閥通電時，壓力口關(guān)閉，而氣缸口連到排氣口；③

通用結(jié)構(gòu)允許閥連結(jié)成常閉或常開位置