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來(lái)自日本橫河電機(jī),，內(nèi)容涉及調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu),、閥體,、執(zhí)行機(jī)構(gòu)輔助設(shè)備,、調(diào)節(jié)閥動(dòng)作,、調(diào)節(jié)閥流量特定,、調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)計(jì)算等方面知識(shí),，對(duì)大家全面了解調(diào)節(jié)閥大有幫助,。

在過(guò)程控制領(lǐng)域,，通常會(huì)使用調(diào)節(jié)閥作為流量,、壓力、溫度和液位等過(guò)程量的操作設(shè)備,。調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體兩部分構(gòu)成,，與各種輔助設(shè)備(如定位器、電磁閥,、升壓器,、速度控制器、鎖閉閥等)組合使用可以實(shí)現(xiàn)多種功能,。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)
根據(jù)操作信號(hào)以及驅(qū)動(dòng)源消失時(shí)的動(dòng)作方向和流量特性,，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體可以有多種不同的結(jié)構(gòu)，此處僅對(duì)其中具有代表性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明,。 

調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)式,、電動(dòng)式及電液聯(lián)動(dòng)式,，氣動(dòng)式裝置又分為隔膜式及氣缸式。根據(jù)操作信號(hào)和驅(qū)動(dòng)源消失時(shí)的動(dòng)作不同,，執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正向型,、逆向型、無(wú)定向型和保持型,。正向型在操作信號(hào)和驅(qū)動(dòng)源消失時(shí)閥門(mén)軸會(huì)上升,，而逆向型則會(huì)下降。

  
  
  

                      執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)原理示意圖

閥體
閥體種類(lèi)多于驅(qū)動(dòng)裝置種類(lèi),，根據(jù)閥門(mén)類(lèi)型,、口徑大小和流體條件進(jìn)行選擇。有角形閥,、三通閥,、隔膜閥、閘閥,、蝶閥,、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等,。
球形閥是常見(jiàn)的類(lèi)型,。將氣壓控制信號(hào)傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即氣缸式或隔膜式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),，使閥桿上下動(dòng)作,。
 

閥的類(lèi)型與特點(diǎn)         

類(lèi)型                   特點(diǎn)及應(yīng)用        

單座球形閥             控制性能好，閥門(mén)全閉時(shí)泄漏小,。

                              除漿液或強(qiáng)腐蝕性流體外,，可廣泛用于水、蒸汽,、氣體等,。

雙座球形閥             使用兩組閥座與閥塞連動(dòng)的結(jié)構(gòu)，以減輕驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)擔(dān),。

                              閥門(mén)全閉時(shí)泄漏大,、面間尺寸大，所以應(yīng)用有一定限制,。

儀表閥                    將氣缸內(nèi)閥塞改裝為可動(dòng)的結(jié)構(gòu)

                               以防止差壓過(guò)大造成閥塞振動(dòng),。

                               但是需要注意氣缸與閥塞間可能會(huì)夾雜纖維和垃圾。

蝶閥                       用于爐內(nèi)壓及氣體燃燒等低差壓的控制,。

                              也有適用于蒸汽和中差壓情況的高性能蝶閥,。

球閥                       多用于管線切換等ON/OFF操作。

                              有時(shí)也將現(xiàn)有手動(dòng)閥替換成球閥以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化切換,。

偏心旋轉(zhuǎn)閥              容量大,，可用于漿液,。

                             閥塞為碗狀，易受到流體偏壓的影響,，應(yīng)用范圍有限,。

桑德斯閥                適用于腐蝕性流體和漿液，但耐久性較差,。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)輔助設(shè)備

執(zhí)行機(jī)構(gòu)輔助設(shè)備常見(jiàn)的有氣動(dòng)閥門(mén)定位器,、電-氣閥門(mén)定位器、電動(dòng)閥門(mén)定位器,、電磁閥,、升壓器、速度控制器,、鎖閉閥等,。

在下面做簡(jiǎn)單介紹。

  1,、 氣動(dòng)閥門(mén)定位器

定位器是安裝在驅(qū)動(dòng)裝置上使閥門(mén)開(kāi)度與調(diào)節(jié)器信號(hào)保持一致的設(shè)備,。

主要用于避免受到流體壓力變動(dòng)等外力變化的影響，加快驅(qū)動(dòng)裝置的速度,。

調(diào)節(jié)器與閥門(mén)分離情況下的響應(yīng)改善等也使用氣動(dòng)式儀器,。

                           氣動(dòng)閥門(mén)定位器原理

2,、電-氣閥門(mén)定位器

電-氣閥門(mén)定位器是將電子調(diào)節(jié)信號(hào)4-20mA DC轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮盒盘?hào)并改變調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度的設(shè)備。

                      電-氣閥門(mén)定位器原理

3,、電動(dòng)閥門(mén)定位器

電動(dòng)閥門(mén)定位器專(zhuān)門(mén)與電動(dòng)閥門(mén)組合使用,。

在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分安裝可逆電機(jī),，通過(guò)可變電阻(電位計(jì))將閥門(mén)開(kāi)度作為電壓信號(hào)反饋給電動(dòng)閥門(mén)定位器,。

通過(guò)比較器Q1,、Q2和繼電器R1、R2,，控制可逆電機(jī)的正轉(zhuǎn)、停止或反轉(zhuǎn),，使調(diào)節(jié)器信號(hào)Vi和開(kāi)度信號(hào)Vf保持一致,。

                       電動(dòng)閥門(mén)定位器的原理

4、電磁閥

電磁閥能起到空氣回路的開(kāi)關(guān)作用,。

電磁閥分為2向電磁閥,、3向電磁閥,、4向電磁閥等,，與直接控制流體相比,，更常用于開(kāi)關(guān)閥的驅(qū)動(dòng)回路或氣動(dòng)信號(hào)的切換等。

                                   電磁閥的原理

                                  電磁閥應(yīng)用示例

5,、升壓器

調(diào)節(jié)閥的空氣容量較大或氣動(dòng)信號(hào)傳輸距離較長(zhǎng)時(shí),，使用升壓器提高響應(yīng)速度。

                      升壓器的原理結(jié)構(gòu)

6,、速度控制器

速度控制器是安裝在調(diào)節(jié)器信號(hào)和驅(qū)動(dòng)部分之間,，使調(diào)節(jié)器信號(hào)延遲的設(shè)備。

也可用于防止水錘現(xiàn)象,。

可變孔板/調(diào)節(jié)由針閥構(gòu)成,，延遲時(shí)間設(shè)定為期望值。

          速度控制器的原理結(jié)構(gòu)

7,、鎖閉閥

鎖閉閥是當(dāng)停電或供給氣壓中斷時(shí),，可以保持調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的小型閥門(mén)。

在設(shè)計(jì)時(shí)考慮斷電恢復(fù)或供給氣壓恢復(fù)正常時(shí),，鎖閉閥是否恢復(fù)至原狀態(tài),，并選擇序列或鎖閉閥的類(lèi)型。

                                 鎖閉閥和應(yīng)用示例          

調(diào)節(jié)閥的流量特性 
調(diào)節(jié)閥流量特性主要有直線,、等百分比,、快開(kāi)和拋物線四種流量特性。

安裝在實(shí)際的控制過(guò)程中時(shí),，閥門(mén)差壓會(huì)隨流量的變化而變化,。即小流量時(shí)配管部分的壓力損失較小，閥門(mén)差壓會(huì)變大,，而流量大時(shí)閥門(mén)差壓變小。這種有別于固有特性的閥門(mén)特性稱(chēng)為有效的流量特性,。

快速啟動(dòng)特性的內(nèi)閥為盤(pán)狀,，主要用于開(kāi)啟/關(guān)閉動(dòng)作。

                   調(diào)節(jié)閥閥芯曲面形狀

閥門(mén)的流量控制特性由閥門(mén)的流量特性和工藝配管,、泵等的組合情況決定,，根據(jù)各控制對(duì)象和系統(tǒng)中閥門(mén)壓損所占比率在下表中進(jìn)行選擇。                  

控制對(duì)象      閥門(mén)的流量特性     系統(tǒng)中閥門(mén)壓損所占比例                                                                      

流量控制或

液位控制           等百分比           40%以下                                                                      
流量控制或

液位控制            線性              40%以上                                                                     
壓力控制或

溫度控制          等百分比           50%以下                                                                     
壓力控制或

溫度控制             線性              50%以上                                                                            

由于配管的壓力損失是與流量的平方成比例增加,，如果閥門(mén)本體的特性呈簡(jiǎn)單線性變化,，流量小時(shí)閥門(mén)差壓增大,，稍微開(kāi)啟閥門(mén)流量就會(huì)很大，流量大時(shí)閥門(mén)壓差減小,，流量不能與閥門(mén)的開(kāi)度成正比,。為此，加入配管和泵的特性,，實(shí)現(xiàn)與流量大小無(wú)關(guān),，僅與閥門(mén)開(kāi)度成比例變化的流量控制是設(shè)計(jì)等百分比特性的目的所在,。 
  
                       
                  配管系統(tǒng)和壓力損失 

調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作
根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置與閥體的組合可選擇調(diào)節(jié)閥動(dòng)作,。

   驅(qū)動(dòng)裝置與閥體的組合以及閥動(dòng)作(單座閥的示例)

閥動(dòng)作包括正動(dòng)作,、逆動(dòng)作,、保持型動(dòng)作3種方式,。隔膜式和氣缸式等氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)的正動(dòng)作方式是通過(guò)氣壓信號(hào)的增加使閥門(mén)關(guān)閉的方法,，又稱(chēng)為“AIR TO CLOSE”,。逆動(dòng)作方式是通過(guò)氣壓信號(hào)增加使閥門(mén)開(kāi)啟的方法，又稱(chēng)為“AIR TO OPEN”或“AIRLESS TO CLOSE”,。電操作信號(hào)可通過(guò)定位器轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào),。操作信號(hào)中止或空氣源中斷及停電時(shí),，請(qǐng)考慮程序的安全性、合理性選擇閥門(mén)關(guān)閉或開(kāi)啟,。


                
例如,，在水與酸混合的程序中通過(guò)閥控制酸量時(shí),，若在電信號(hào)線斷線或空氣信號(hào)配管泄漏,、空氣源中斷以及停電時(shí),，關(guān)閉酸控制閥是安全及合理的做法,，應(yīng)采用逆動(dòng)作閥。 

調(diào)節(jié)閥口徑選擇
閥門(mén)口徑選擇是根據(jù)流體的特性及使用條件，通過(guò)計(jì)算選出合適的口徑，計(jì)算出必須的流量的容量系數(shù)Cv值，對(duì)照需要的閥門(mén)口徑與閥門(mén)容量系數(shù)Cv值進(jìn)行選擇,。
1,、Cv值的定義
閥門(mén)差壓為1psi(0.07kg/cm2=7kPa),，常溫水以每分鐘1加侖(3.785升)的速度流動(dòng)時(shí),，將流量容量系數(shù)Cv的值定義為1。 

2,、Cv值的計(jì)算
①液體Cv值的計(jì)算

②氣體Cv值的計(jì)算

③蒸汽Cv值的計(jì)算                 

3,、SI單位系中的定徑方式
定義Av值,、Cv值。但是,，目前使用比較廣泛的是Cv值,。
4、閥門(mén)Cv值的計(jì)算方法
Cv值分為要求Cv和閥Cv兩種,。要求Cv根據(jù)閥門(mén)差壓和流體條件進(jìn)行計(jì)算,。閥Cv是指閥門(mén)流通能力，是由閥門(mén)的形狀與口徑?jīng)Q定的,。選擇閥口徑,，要選擇閥Cv比要求Cv略大的閥門(mén)。對(duì)于Cv無(wú)須進(jìn)行的計(jì)算,。
①Cv的計(jì)算
流體為液體時(shí)   
②閥門(mén)Cv值的簡(jiǎn)單估算法
1英寸球形閥的Cv值約為10,。Cv值隨閥門(mén)口徑倍數(shù)的平方上下變動(dòng)，所以2英寸的Cv值約為40,。
③計(jì)算示例
我們打開(kāi)水洗手時(shí)的流量大約為5L/min(0.3m3/h),，水壓為0.05MPa左右，開(kāi)方后約為0.22,，所以:


口徑為13mm的閥門(mén)的Cv值約為3,，口徑為8mm的閥門(mén)的Cv值約為1,，所以可以確保提供充足的水量。自來(lái)水管道通常使用13mm(1/2inch)管和8mm(1/3inch)管,，可見(jiàn),，這是能夠取得平衡的合適口徑,。