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长春大合技术开发有限公司电仪中心培训教案第1页第二章调节阀§1、概述§1.1调节阀的发展历史和现状调节阀最早出现的是自力式调节阀。在30年代产品的类型已经很多，阀体形状为球形的球形阀成为代表性产品，40年代之后，角形阀、蝶阀、隔膜阀和球阀都相继出现，先后在市场上占据主导地位，各种产品已经比产齐全。60年代后出现的套筒阀很快受到重视并成为球形阀的主流产品。70年出现的新产品是凸轮挠阀，它容量大，流路简单，不平衡力小，这些优点使它成为角行程阀门的佼佼者。在这个时间，各种各样的阀门已更为完善而且形成系列。从80年代开始，人们又先后制造了各种轻型调节阀，它的主要特点是在气动执行机构中，用多根弹篝代替原来的一根大弹篝，这样，气动执行机构就以新的面貌出现，它使调节阀小型化，高容量化，这种执行机构有可能取代老式笨重的执行机构。进入90年代，由于智能式阀门的出现，为调节阀的发展翻开新的一页。§1.2调节阀的发展趋势1.2.1拓宽产品范围长春大合技术开发有限公司电仪中心培训教案第2页1.2.2利用计算机进行设计和计算1.3.3调节阀智能化§2、调节阀结构§2.1调节阀的组成及分类调节阀又称控制阀，它是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置。调节阀由执行机构和阀（调节机构）组成。执行机构是将控制信号转换成相应的动作来控制阀内截流件的位置或其他调节机构的装置。信号或驱动力可以为气动、电动、液动或这三者的任意组合。阀是调节阀的调节部分，它与介质直接接触，在执行机构的推动下，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而达到调节流量的目的。以压缩空气为动力源的调节阀称为气动调节阀；以电为动力源的调节阀则为电动调节阀。这两种是用得最多的调节阀。此外，还有液动调节阀、智能阀、调节阀等。阀（调节机构）是由阀体、上阀盖组件、下阀盖和阀内件组成的。上阀盖组件包括上阀盖和填料函。阀内件是指与流体接触并可拆卸的，起到改变节流面积和截流件导向等作用的长春大合技术开发有限公司电仪中心培训教案第3页零件的总称，例如阀芯、阀座、阀杆、套筒、导向套等，都可以叫阀内件。调节阀的产品类型很多，结构多种多样，而且还在不断地更新和变化。一般来说，阀是通用的。既可以和气动机执行机构匹配，也可以与电动执行机构或其他执行机构匹配使用。根据需要，调节阀可以配用各种各样的附件，使它的使用更方便，功能更完善，性能更好，这些附件有阀门定位器、手轮机构、电气转换器等。§2.2执行机构2.2.1气动执行机构气动执行构主要分为薄膜式和活塞式，另外还有长行程执行机构、滚动膜片执行机构等。气动薄膜执行机构是一种最常用的机构，它的传统结构如图２所示。它的结构简单，动作可靠，维修方便，价格低廉。气动薄膜执行机构分正作用和反作用两种形式，国产型号为ZMA型(正作用)和ZMB型(反作用)。信号压力一般是20～100kPa，气源压力的最大值为500kPa。信号压力增加时推杆向下动作的叫正作用执行机构；信号压力增加时推杆向长春大合技术开发有限公司电仪中心培训教案第4页上动作的叫反作用执行机构。正、反作用执行机构基本相同，均由上、下膜盖、波纹薄膜、推杆、支架、压缩弹簧、弹簧座、调节件、标尺等组成。在正作用执行机构上加一个装Ｏ形密封圈的填块，只要更换个别零件，即可变为反作用执行机构。这种执行机构的输出特性是比例式的，即输出位移与输入的气压信号成比例关系。当信号压力通入薄膜气室时，在薄膜上产生一个推力，使推杆移动并压缩弹簧。当弹簧的反作用力与信号压力在薄膜上产生的推力相平衡时，推杆稳定在一个新的位置。信号压力越大，在薄膜上产生的推力就越大，则与它平衡的弹簧反力也越大，即推杆的位移量越大。推杆的位移就是执行机构的直线输出位移，也称为行程。国产气动薄膜弹簧执行机构的行程规格有10、16、25、40、60、100mm等。薄膜的有效面积有200、280、400、630、1000、1600cm2六种规格。有效面积越大，执行机构的位移和推力也越大，可根据实际需要进行选择。活塞式执行机构没有弹簧的气动活塞式执行机构如图３所示。它的活塞随气缸两侧的压差而移动，在气缸两侧输入一个固定的信号长春大合技术开发有限公司电仪中心培训教案第5页和一个变动信号，或者在两侧都输入变动信号。气动活塞式执行机构的气缸允许操作压力可达700kPa，因为没有弹簧抵消推力，所以有很大的输出推力，特别适用于高静压、高压差的工艺条件。这是一种较为重要而常用的气动执行机构。它的输出特性有比例式及两位式两种。比例式是指输入信号压力与推杆的行程成比例关系，这时它必须带有阀门定位器。两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压力差来完成的。活塞由高压侧推向低压侧，就使推杆由一个极端位置推移到另一个极端位置。所以，两位式执行机构控制阀门的开关动作。这种执行机构的行程一般为25～100mm。2.2.2电动执行机构电动执行机构的产品很多，但一般分为直行程、角行程、多转式三种。这些执行机构都是由电动机带动减速装置，在电信号的作用下产生直线运动和角度旋转运动。§2.3阀（调节机构）2.3.1工作原理：根据流体力学的观点，调节阀是一个局部阻力可变的节流元件。通过改变阀芯的行程可以改变调节阀的阻力系数，长春大合技术开发有限公司电仪中心培训教案第6页达到控制流量的目的。2.3.2主要类型直通双座调节阀、直通单座调节阀、高压调节阀、低温调节阀、套筒调节阀、三通调节阀、角形调节阀、隔膜调节阀、蝶阀、小流量调节阀、球阀、偏心旋转阀、低噪音调节阀等。2.3.3阀芯结构一、直行程阀芯1、平板型阀芯这种阀芯的底面为平板形，其结构简单，加方便，具有快特性，可作两位调节用。２、柱塞型阀芯可分为上、下双导向和上导向两种。常用的阀特性有线性和等百分比两种。３、窗口型阀芯这种阀芯用于三通调节阀。由窗口形状不同，阀门特性有直线，等百分比和抛物线三种。４、多级阀芯把几个阀芯串接在一起，好像糖葫芦一样，起到逐级降压的作用，用于高压差阀，可防止气蚀，防止噪音。二、角行程阀芯这种阀芯通过旋转运动来改变它与阀座间的流通面积。包括偏心旋转阀芯用于偏旋阀；蝶形阀板有标准扁平阀板、长春大合技术开发有限公司电仪中心培训教案第7页翘曲的阀板和带尾部的阀板三种；用于蝶阀，球形阀芯用于球阀；Ｏ形阀芯上钻有一个通孔，用于Ｏ形球阀；Ｖ形球阀芯的扇形球芯上有Ｖ形口或抛物线口，两边支承在短轴上，用于Ｖ形球阀。§2.4气动执行器的选用应根据介质的特点和工艺要求等来合理选用执行器。具体选用时应考虑以下几个主要问题：2.4.2气开式、气关式阀的选择气开、气关式阀示意图：在生产过程中，调节阀气开、气关形式的选择，主要是从工艺生产的安全来考虑。例：蒸气加热器选用气开阀；锅炉进水的调节阀则选用气关式。2.4.3单座阀和双座阀的选择单座阀-----只有一个阀芯的调节阀。（适用小口径的调节阀，Dg25mm）。阀关闭时泄漏小。双座阀-----有两个阀芯的调节阀。（适用大口径的调节阀）。阀关闭时泄漏大。2.4.4流量特性的选择调节阀的流量特性-----指介质流过阀门的相对流量与阀门长春大合技术开发有限公司电仪中心培训教案第8页相对开度之间的关系即：)(maxLlfQQ，它是调节阀最重要的特性。maxQQ-----相对流量，即调节阀某一开度流量Q与全开流量Qmax之比Ll-----相对开度，即调节阀某一开度行程l与全行程L之比理想流量特性-----就是在调节阀前后压差一定的情况下(△p＝常数)得到的流量特性。它取决于阀芯的形状。阀芯形状有快开、直线、抛物线、等百分比四种，相应有四种流量特性。工作流量特性-----实际工作时调节阀前后的压差是变化的，此时调节阀的相对流量与阀芯相对位移之间的关系称为工作流量特性。调节阀流量特性选择考虑的方面：过程控制系统的控制质量指标：一般要求（KvKo=常数），故当过程的Ko为线性时应选择直线特性的调节阀，否则就选择等百分比特性的调节阀。配管情况：负荷变化情况：在负荷变化较大的场合，选择等百分比调节长春大合技术开发有限公司电仪中心培训教案第9页阀为宜。当调节阀经常工作在小开度时，宜选用等百分比调节阀。§2.5、调节阀的安装调节阀安装不符合要求而出故障会造成巨大在浪费。反之，安装得当可保证正常使用，延长使用寿命，减少维修工作量度获得良好的系统控制性能。安装调节阀总体上应考虑以下方面安全：安装过程中人员和设备的安全。控制性能：配管系统压力损失应与计算调节阀尺寸时所考虑的压力损失一致，以保证所需的流量特性。进出口应尽量保证的直管段。安装位置：应有足够的空间便于操作人员手动操作（包括旁路操作）以及保证调节阀和附件的就地拆卸和维修的可能性。调节阀组：一般在工艺过程配管中均安装切断阀和旁路阀与调节阀组以适应设备连续操作的需要。维修调节阀时用切断隔离，用旁路阀调节。实地安装安装人员首先应认识到调节阀是一种精密的仪表设备，不准长春大合技术开发有限公司电仪中心培训教案第10页碰撞跌摔，以免损坏。具体注意以下几点：阀最好正立垂直安装在管道上。阀自重较大和有震动场合应加支承架。阀体要避免因前后配管或设备的法兰严重不同轴而受到过大的应力。在初次开工前和停工检修后应先冲洗配管系统后装调节阀。或在阀前安装滤网。务必按照阀体上流动方向的箭头安装调节阀。§3、调节阀的附件——CCCX4000电气阀门定位器§3.1概要CCCX4000系列电气阀门定位器与气动执行机构配套使用，输入4-20mA.DC的信号转换输出空气压力，控制执行机构的动作。同时根据执行机构的行程进行反馈，从而使执行机构的行程能按控制信号进行精确定位。CCCX4000系列电气阀门定位器能用于单动作型和双动作型执行机构。§3.2工作原理3-2-1双动作型：长春大合技术开发有限公司电仪中心培训教案第11页来自气源SUP的一部分压力空气经固定节流口(6)进入喷嘴的背压室(7)，并通过喷嘴(5)与挡板(4)的间隙排出。力矩马达的线圈(1)得到电信号(i)后，在磁场作用下衔铁(2)以支点板弹簧(3)为中心。按图中A所示方向回转，使挡板(4)与喷嘴(5)的间隙减小，喷嘴的背压随之升高，控制阀芯(9)由供气压力室(8)的作用下向右移动。阀孔A(10)的气门(11)及阀孔B(10)'阀的气孔(12)'被打开,即压力空气通过气管OUT1进入气缸的A室(13)气缸B室(14)'的空气通过气管OUT2向外排气,此时由于气缸活塞上下产生了压差,活塞向上方移动,活塞杆的运动带动反馈连杆(17)与凸轮(18)并带动凸轮随动杆(19)及反馈弹簧连杆(20),增加了反馈弹簧(21)的张力。使挡板（4）与喷嘴（5）之间的间隙增大。在反馈弹簧（21）的张力与输入电信号（i）对衔铁的吸力达到平衡之前，活塞是运动的，活塞的位移与输入信号成正比。另外，旋钮（22）可调节滑块（23）的行程，旋钮（24）可调节调零弹簧（25）的张力。而且改换负载弹簧（26）可获得相应的弹簧特性系数，以适应各种容量的定位器。上述为活塞上升工作状态，如进出气管位置互换或将凸轮反装，即呈下降工作状态。长春大合技术开发有限公司电仪中心培训教案第12页3-2-2单动作型：来自SUP气源的一部份压力空气经固定节流口（6）时入喷嘴的压室（7），并通过喷嘴（5）与挡板（4）间隙排出。力矩马达线圈（1）得到电信号(i)后，在磁场作用下衔铁（2）以支点板弹簧（3）为中心按图中A所示方向回转，使得挡板（4）与喷嘴（5）的间隙减小，喷嘴的背压随之升高，控制阀阀芯（9）在供气压力室（8）的作用下向右移动，阀孔A（10）的气门（11）被打开而气门（12）被关闭，与气管OUT1连通的气缸（13）内的气压上升。该活塞杆（16）的上升通过反馈杆（17），凸轮（18），凸轮随动杆（19），反馈弹簧连杆（20）使反馈弹簧（21）的张力增加，挡板与喷嘴的间隙增大。活塞杆（16）的位置在与输入信号达到平衡前活塞是运动的。另外，旋钮（22）可调节滑块（23）的行程，旋钮（24）可调节调零弹簧（25）的张力、若将A-M手动自动转换器（27）置于全封闭状态时，喷嘴背压室（7）内的压力就上升，供气阀（11