在过程控制领域，通常会使用调节阀作为流量、压力、温度和液位等过程量的操作设备。调节阀由执行机构和阀体两部分构成，与各种辅助设备(如定位器、电磁阀、升压器、速度控制器、锁闭阀等)组合使用可以实现多种功能。

阀的结构 

执行机构

根据操作信号以及驱动源消失时的动作方向和流量特性，执行机构和阀体可以有多种不同的结构，此处仅对其中具有代表性的结构进行说明。 

调节阀执行机构有气动式、电动式及电液联动式，气动式装置又分为隔膜式及气缸式。根据操作信号和驱动源消失时的动作不同，执行机构有正向型、逆向型、无定向型和保持型。正向型在操作信号和驱动源消失时阀门轴会上升，而逆向型则会下降。

    执行机构结构原理示意图

阀体

阀体种类多于驱动装置种类，根据阀门类型、口径大小和流体条件进行选择。有角形阀、三通阀、隔膜阀、闸阀、蝶阀、球阀、偏心旋转阀等。

球形阀是最常见的类型。将气压控制信号传输给执行机构，即气缸式或隔膜式气动执行机构，使阀杆上下动作。

阀的类型与特点

单座球形阀：控制性能好，阀门全闭时泄漏小。除浆液或强腐蚀性流体外，可广泛用于水、蒸汽、气体等。

双座球形阀：使用两组阀座与阀塞连动的结构，以减轻驱动装置的负担。阀门全闭时泄漏大、面间尺寸大，所以应用有一定限制。

仪表阀：将气缸内阀塞改装为可动的结构以防止差压过大造成阀塞振动。但是需要注意气缸与阀塞间可能会夹杂纤维和垃圾。

蝶阀：用于炉内压及气体燃烧等低差压的控制。也有适用于蒸汽和中差压情况的高性能蝶阀。

球阀：多用于管线切换等ON/OFF操作。有时也将现有手动阀替换成球阀以实现自动化切换。

偏心旋转阀：容量大，可用于浆液。阀塞为碗状，易受到流体偏压的影响，应用范围有限。

桑德斯阀：适用于腐蚀性流体和浆液，但耐久性较差。

调节阀的流量特性 

调节阀流量特性主要有直线、等百分比、快开和抛物线四种流量特性。安装在实际的控制过程中时，阀门差压会随流量的变化而变化。即小流量时配管部分的压力损失较小，阀门差压会变大，而流量大时阀门差压变小。这种有别于固有特性的阀门特性称为有效的流量特性。

快速启动特性的内阀为盘状，主要用于开启/关闭动作。

调节阀阀芯曲面形状阀门的流量控制特性由阀门的流量特性和工艺配管、泵等的组合情况决定，根据各控制对象和系统中阀门压损所占比率在下表中进行选择。                  

控制对象      阀门的流量特性     系统中阀门压损所占比例                                                                      

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            线性              40%以上                                                                     压力控制或

温度控制          等百分比           50%以下                                                                     压力控制或

温度控制             线性              50%以上                                                                            

由于配管的压力损失是与流量的平方成比例增加，如果阀门本体的特性呈简单线性变化，流量小时阀门差压增大，稍微开启阀门流量就会很大，流量大时阀门压差减小，流量不能与阀门的开度成正比。为此，加入配管和泵的特性，实现与流量大小无关，仅与阀门开度成比例变化的流量控制是设计等百分比特性的目的所在。 

                         配管系统和压力损失

调节阀的动作

根据驱动装置与阀体的组合可选择调节阀动作。

驱动装置与阀体的组合以及阀动作(单座阀的示例)

阀动作包括正动作、逆动作、保持型动作3种方式。隔膜式和气缸式等气动式驱动的正动作方式是通过气压信号的增加使阀门关闭的方法，又称为“AIR TO CLOSE”。逆动作方式是通过气压信号增加使阀门开启的方法，又称为“AIR TO OPEN”或“AIRLESS TO CLOSE”。电操作信号可通过定位器转换为气压信号。操作信号中止或空气源中断及停电时，请考虑程序的安全性、合理性选择阀门关闭或开启。

例如，在水与酸混合的程序中通过阀控制酸量时，若在电信号线断线或空气信号配管泄漏、空气源中断以及停电时，关闭酸控制阀是安全及合理的做法，应采用逆动作阀。 

调节阀口径的计算与选择

计算调节阀口径需要确定计算流量、确定计算差压、计算流通能力、选择流通能力、验算和确定调节阀口径这六步骤，今天给大家分享调节阀口径选择的相关知识。

流通能力是选择调节阀口径的主要依据。为了能正确计算流通能力，首先必须合理确定调节阀的流量和压差的数值。通常把代入流通能力计算公式的流量和压差称为计算流量和计算压差。

调节阀口径选择步骤

1、计算流量的确定

计算流量是指通过调节阀的最大流量。流量值应根据工艺设备的生产能力、对象负荷的变化、操作条件变化以及系统的控制品质等因素综合考虑、合理确定。但有两种倾向应避免：一是过多考虑余量，使阀门口径选得过大，这不但造成经济上的浪费，而且将使阀门经常处于小开度工作，从而使可控比减小，控制性能变坏，严重时甚至会引起振荡，从而大大降低了调节阀的寿命；二是只考虑眼前生产，片面强调控制质量，以致当生产力略有提高时，控制阀就不能适应，被迫更换。

计算流量也可以参考泵和压缩机等流体输送机械的能力来确定。有时，综合多种方法来确定。

2、计算压差的确定

计算压差是指调节阀阀全开，流量最大时调节阀上的压差。确定计算压差时必须兼顾控制性能和动力消耗两方面。阀上的压差占整个系统压差的比值越大，调节阀流量特性的畸变越小，控制性能就越能得到保证。但阀前后压差越大，所消耗的动力越多。

计算压差主要是根据工艺管路、设备等组成的系统压差大小及变化情况来选择，其步骤如下：

①把调节阀前后距离最近的、压力基本稳定的两个设备作为系统的计算范围。

②在最大流量条件下，分别计算系统内各项局部阻力(调节阀除外)所引起的压力损失△PF，再求出它们的总和Σ△PF。

③选择S值。S值应为调节阀全开时控制阀上压差△PV和系统总的压力损失之比，即S=△PV÷(△PV+Σ△PF)，常选S=0.3-0.5。但某些系统，即使S值小于0.3时仍能满足控制性能的要求。对于高压系统，为了降低动力消耗，也可降低到S=0.15。对于气体介质，因为阻力损失较小，调节阀上的压差所占的分量较大，所以一般S值都大于0.5。但在低压及真空系统中，由于允许压力损失较小，所以S仍以0.3-0.5为宜。

④按已求出的Σ△PF及选定的S值，利用公式S=△PV÷(△PV+Σ△PF)可求取调节阀计算压差△PV=SΣ△PF÷(1-S)。

考虑到系统设备中静压经常波动，会影响阀门上压差的变化，使S值进一步下降。如锅炉给水控制系统中，计算压差应增加系统设备静压(设锅炉额定静压为P)的5%-10%，即△PV=SΣ△PF÷(1-S)+0.0521P。

调节阀上的压差增加固然对控制有利，但是过大的压差有可能使调节阀出现汽蚀现象。在确定计算压差时还应考虑不产生汽蚀。

3、调节阀调节开度和可控比的验算

计算流量、计算压差确定之后，应作调节阀调节开度和可控比的验算。

①调节阀开度的验算

一般最大流量下调节阀的开度应在90%左右，最小流量下调节阀的开度不小于10%。开度验算时必须考虑理想的调节阀流量特性和工作条件。下面给出两种常用流量特性的调节阀在工作条件下(串联管道)的开度验算公式。

 直线特性调节阀开度：

等百分比调节阀开度：

式中k为流量qi处的阀门开度；qi为被验算开度处的流量，m3/h；r为介质密度，kg/m3。

②可控比的验算

目前，我国统一设计的调节阀，其理想可控比R一般均为30，但在使用时受最大开度和最小开度的限制，一般会使可控比下降到10左右。在串联管道情况下，实际可控比Rc=R√S。因此，按下面的公式Rc=10√S进行可控比验算,若Rc＞qmax/qmin时，则所选调节阀符合要求。否则，必须改变调节阀的S数值，可采取增加系统压力或采用两个控制阀(降低S数值)，进行分程控制的方法来满足可控比要求。

综上所述，根据工艺所提供的数据确定调节阀口径的步骤为：

①确定计算流量：根据生产能力、设备负荷及介质状况，确定计算流量qmax和qmin。

②确定计算压差：根据所选定的流量特性和系统特性选定S值，然后决定计算压差。

③计算流通能力：根据已决定的计算流量和计算压差，求最大流量时的流通能力Cmax。

④选择流通能力C：根据已求得的Cmax在所选用的产品型式的标准系列中，选取大于Cmax且与其最接近的那一档C值。

⑤验算：验算控制阀开度和可控比。

⑥确定控制阀口径：验算合格后，根据流通能力C值决定控制阀的公称直径和阀座直径。 

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