第4章過程控制系統(tǒng)中的儀器儀表2調(diào)節(jié)閥

第四章調(diào)節(jié)閥4.2執(zhí)行器－氣動調(diào)節(jié)閥§4.2.1氣動調(diào)節(jié)閥結(jié)構§4.2.2調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)§4.2.3調(diào)節(jié)閥結(jié)構特性和流量特性§4.2.4氣動調(diào)節(jié)閥選型調(diào)節(jié)閥的作用:接受調(diào)節(jié)器送來的控制信號,調(diào)節(jié)管道中介質(zhì)的流量(即改變調(diào)節(jié)量),從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化．調(diào)節(jié)閥的分類：氣動,電動和液動三類．按能源分氣動：壓縮空氣作為能源結(jié)構簡單，輸出推力較大、維修方便，價格低廉，防火防爆電動:能源取用方便，信號傳遞迅速，但結(jié)構復雜、防爆性能差液動：液動控制閥推力最大，但較笨重，現(xiàn)已很少使用比較項目氣動執(zhí)行器電動執(zhí)行器液動執(zhí)行器結(jié)構體積推力配管配線動作滯后頻率響應維護檢修使用場合溫度影響成本簡單中中較復雜大狹簡單防火防爆較小低復雜小小簡單小寬復雜隔爆型才防火防爆較大高簡單大大復雜小狹簡單要注意火花較大高三種執(zhí)行器的特點比較電動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器§4.2.1氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構u(t)：控制器輸出(4~20mA或0~10mADC);pc：調(diào)節(jié)閥氣動控制信號；l：閥桿相對位置；

f：相對流通面積；q：受調(diào)節(jié)閥影響的管路相對流量。一氣動執(zhí)行機構氣動執(zhí)行機構有薄膜式和活塞式兩種．常見的氣動執(zhí)行機構均為薄膜式，它結(jié)構簡單，價廉，輸出行程?。畾鈩颖∧な綀?zhí)行機構作用型式：正作用:信號壓力增加時，推桿向下移動(ZMA)反作用:信號壓力增大時，推桿向上移動(ZMB)執(zhí)行機構作用：將氣壓p--->閥桿位移L二閥(調(diào)節(jié)機構）閥(或稱閥體組件)是一個局部阻力可變的節(jié)流元件．它由閥體、上閥蓋組件、下閥蓋組件和閥內(nèi)件組成。普通閥包括閥芯,閥座和閥桿等．閥的作用：閥桿位移L---調(diào)節(jié)流量Q根據(jù)流體通過調(diào)節(jié)閥時對閥芯作用方向分為流開閥和流閉閥．流開閥：介質(zhì)的流動方向有推動閥門打開的趨勢，稱流開．流閉閥：介質(zhì)的流動方向有推動閥門關閉的趨勢，則稱流閉.

流開閥穩(wěn)定性好,有利于調(diào)節(jié),一般多采用流開閥閥門的“氣開”與“氣關”*氣開閥：信號壓力增加，流量增加

pc↑→

f↑(“有氣則開”)*氣關閥：信號壓力增加，流量減小

pc↑→

f↓

(“有氣則關”)*無氣源(pc=0)時，氣開閥全關，氣關閥全開。閥門的“氣開”與“氣關”“氣開”與“氣關”的選擇原則基本原則：根據(jù)安全生產(chǎn)的要求選擇控制閥的氣開氣關。

若無氣源時，希望閥全關，則應選擇氣開閥；若無氣源時，希望閥全開，則應選擇氣關閥。實際應用：

當氣源中斷或電源中斷時，進入裝置的原料、熱源應切斷：進料閥選氣開切斷裝置向外輸出產(chǎn)品：出料閥選氣開精餾塔回流應打開：回流閥選氣關控制閥的結(jié)構形式及選擇（1）直通單座控制閥。閥體內(nèi)只有一個閥芯和閥座，如圖所示。其特點是結(jié)構簡單，泄漏量小，易于保證關閉甚至完全切斷。但是在壓差較大的時候，流體對閥芯上下作用的推力不平衡，這種不平衡推力會影響閥芯的移動。因此直通單座控制閥一般應用在小口徑、低壓差的場合。圖直通單座控制閥（2）直通雙座控制閥。閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座，由于流體流過的時候，作用在上、下兩個閥芯上的推力方向相反而大小近于相等，可以相互抵消，所以不平衡力小。但是由于加工的限制，上、下兩個閥芯和閥座不易保證同時密閉，因此泄漏量較大。直通雙座控制閥適用于閥兩端壓差較大、對泄漏量要求不高的場合，但由于流路復雜而不適用于高黏度和帶有固體顆粒的液體。圖直通雙座控制閥

（3）角型控制閥。角型控制閥的兩個接管呈直角形，其他結(jié)構與單座閥相類似。角型閥的流向一般為底進側(cè)出，此時其穩(wěn)定性較好；在高壓差場合，為了延長閥芯使用壽命而改用側(cè)進底出的流向，但容易發(fā)生振蕩。角型控制閥流路簡單，阻力較小，不易堵塞，適用于高壓差、高黏度、含有懸浮物和顆粒物質(zhì)流體的控制。圖角型控制閥

（4）隔膜控制閥。隔膜控制閥采用耐腐蝕襯里的閥體和耐腐蝕隔膜代替閥芯閥座組件，由隔膜位移起控制作用，如圖所示。隔膜控制閥結(jié)構簡單，流路阻力小，流量系數(shù)較同口徑的其他閥大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離，故無填料，介質(zhì)也不會泄漏，所以隔膜控制閥無泄漏量。隔膜控制閥耐腐蝕性強，適用于強酸、強堿、強腐蝕性介質(zhì)的控制，也適用于高黏度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。圖隔膜控制閥

（5）三通控制閥。三通控制閥共有三個出入口與工藝管道相連接。其流通方式有合流型和分流型兩種，前者是將兩種介質(zhì)混合成一路，后者是將一種介質(zhì)分為兩路，分別如圖（a）、（b）所示。三通控制閥可以用來代替兩個直通閥，適用于配比控制與旁路控制。分流合流

（6）蝶閥。蝶閥又名翻板閥，如圖所示。蝶閥具有結(jié)構簡單、重量輕、價格便宜、流阻極小的優(yōu)點，但泄漏量大，適用于大口徑、大流量、低壓差的場合，也可以用于含少量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。

（7）球閥。球閥的閥芯與閥體都呈球形體，轉(zhuǎn)動閥芯使之處于不同的相對位置時，就具有不同的流通面積，以達到流量控制的目的，如圖所示。

圖蝶閥圖球閥三、閥門定位器三、閥門定位器氣動閥門定位器是一種輔助裝置,閥門定位器接受控制器來的信號作為輸入信號，并以其輸出信號去控制控制閥，同時將控制閥的閥桿位移信號反饋到閥門定位器的輸入端而構成一個閉環(huán)隨動系統(tǒng)。閥門定位器的功能：（1）定位功能。用了閥門定位器后，只要控制器的輸出信號稍有變化，經(jīng)過噴嘴-擋板系統(tǒng)及放大器的作用，就可使通往控制閥膜頭的氣壓大有變動，以克服閥桿的摩擦和消除控制閥不平衡力的影響，從而保證閥門位置按控制器發(fā)出的信號正確定位。

添加閥門定位器后，能使控制閥適用于下列情況①要求閥位做精確調(diào)整的場合；②在大口徑、高壓差等不平衡力較大的場合，可減少不平衡力對閥桿位移的影響；③為防止泄漏而需要將填料壓得很緊，致使干摩擦較大的場合（如高壓、高溫或低溫等）；④在輸送黏性流體及懸浮物的場合（用來正確定位）（2）改善閥的動態(tài)特性。定位器改變了閥的一階滯后特性，減小時間常數(shù)，使之成為比例特性。一般說來，如氣壓傳送管線超過60m時，應采用閥門定位器

（3）改變閥的流量特性。通過改變定位器反饋凸輪的形狀（有些生產(chǎn)閥門定位器的廠家，可提供三種曲線的凸輪片），可以改變控制閥的原有流量特性。（4）改變氣壓作用范圍，滿足分程控制要求。分程控制是用一個控制器控制兩個以上的控制閥，使它們分別在信號的某一個區(qū)段內(nèi)完成全行程移動。通過閥門定位器上有關部件的調(diào)整，可使閥門滿行程變化的信號由一般的20～100kPa，調(diào)整到這區(qū)間的任意范圍。例如，使兩個控制閥分別在（4～12mADC）及（12～20mADC）的信號范圍內(nèi)完成全行程移動。（5）用于閥門的反向動作。閥門定位器有正、反作用之分，改變擋板和噴嘴的位置即可實現(xiàn)正、反作用的改變。正作用時，輸入信號增大，輸出氣壓也增大；反作用時，輸入信號增大，輸出氣壓減小。采用反作用式定位器可使氣開閥變?yōu)闅怅P閥，氣關閥變?yōu)闅忾_閥?！?.2.2調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)流量系數(shù)是表示調(diào)節(jié)閥通流能力的參數(shù)。它根據(jù)流量、閥兩端的差壓和流體的密度等確定。是選擇閥門口徑的參數(shù).一流量系數(shù)的定義及其物理意義流量系數(shù)C:在給定行程下,閥兩端壓差為0.1Mpa,水密度為1g/cm3時,流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的水的流量,以m3/h表示(體積流量)。閥全開時的流量系數(shù)為調(diào)節(jié)閥額定流量系數(shù),以C100表示.表4.1為根據(jù)C100選擇閥門直徑表例如一臺額定流量系數(shù)為32的調(diào)節(jié)閥,表示閥全開且兩端的壓差為0.1MPa時，每小時最多能通過32m3的水量．調(diào)節(jié)閥是一個局部阻力可變的節(jié)流元件．對于不可壓縮的流體，由能量守恒(伯努利方程)可知，調(diào)節(jié)閥上的壓力損失為：式中，p1,p2為調(diào)節(jié)閥前后壓力；ρ為流體密度；g為重力加速度；ξv為調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)；ω為流體平均速度．因為Q—流體體積流量，F(xiàn)---調(diào)節(jié)閥流通截面積Qp1p2(4-1)(4-2)根據(jù)C的定義，在流量方程中令p1-p2=1,ρ=1可得因此，對于其它的閥前后壓降和介質(zhì)密度，則有注意：流量系數(shù)C不僅與流通截面積F(或閥公稱直徑Dg)有關，而且還與阻力系數(shù)ξv有關．同類結(jié)構的調(diào)節(jié)閥在相同的開度下具有相近的阻力系數(shù)，因此口徑越大流量系數(shù)也隨之增大；口徑相同類型不同的調(diào)節(jié)閥，阻力系數(shù)不同，流量系數(shù)也各不相同．由上兩式可得調(diào)節(jié)閥流量方程當不變時，流量Q隨而變化(4-3)(4-4)二流量系數(shù)計算公式（不講）

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)．表4.2列舉了液體，氣體和蒸汽等常用流體C值的計算公式．注意事項：①兩套計算公式(國際單位制SI和工程單MKS位制)單位有所不同．②計算前要做阻塞流判斷③計算公式使用于牛頓型不可壓縮流體，可壓縮流體以及這兩種流體的均勻混合體．④根據(jù)要求計算滿足要求的C值，以此為依據(jù)選擇適當?shù)恼{(diào)節(jié)閥．1.阻塞流對流量系數(shù)計算的影響阻塞流是指,當閥前壓力p1保持恒定而逐步降低閥后壓力p2時,流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量會增加到一個最大極限值,若再繼續(xù)降低p2流量也不再增加,此極限流量稱為阻塞流．流體體積流量計算公式為：此時,調(diào)節(jié)閥的流量與閥前后壓降△p=p1-p2的關系以不再遵循公式的規(guī)律.右圖中,阻塞流,此時按4-4計算出的流量會大大超過阻塞流Qmax,因此在計算C值時首先要確定調(diào)節(jié)閥是否處于阻塞流情況．P1恒定時Q與的關系時,就會出現(xiàn)當壓降大于①氣體的阻塞流條件：壓差比x=△p/p1≥xTFkxT---空氣在某一調(diào)節(jié)閥時的臨界壓差比,決定于調(diào)節(jié)閥結(jié)構(表4.3)Fk---比熱比系數(shù),氣體與空氣的絕熱指數(shù)之比,Fk=k/kair(kair=1.4)②液體(不可壓縮流體)的阻塞流調(diào)節(jié)閥內(nèi)流體壓力梯度圖p1p2p1---調(diào)節(jié)閥進入端壓強,

pc---介質(zhì)臨界壓力pv---入口溫度下流體介質(zhì)飽和蒸汽壓FF---液體臨界壓力比系數(shù)FL---壓力恢復系數(shù)產(chǎn)生的條件：對于一個給定的調(diào)節(jié)閥,FL為一個固定常數(shù),它只與閥結(jié)構,流路形式有關,與閥口徑大小無關.查表4.3可得到.流量(液體)系數(shù)C的計算:①判斷是否產(chǎn)生阻塞流，判別條件按上式②如果未發(fā)生阻塞流，則△p=p1-p2

發(fā)生了阻塞流，則△p＝FL2(p1-FFpv)③

按公式計算(工程單位制(MKS))(國際單位制(SI))運算時單位:QL---m3/h△p---KPaρ---g/cm3運算時單位:QL---m3/h△p---Kgf/cm2ρ---g/cm3ⅰ)產(chǎn)生阻塞流的原理注意：同一組數(shù)據(jù)，用兩種公式計算的結(jié)果是相同的如：△p=1kgf/cm2表示為國際單位制為△p=10/(0.01)2=100kPa使用國際單位制計算為：使用工程單位制計算為：2.低雷諾數(shù)修正當雷諾數(shù)Re<2300時，不能按式4-4計算C值，必須加以修正．修正后的流量系數(shù)C’為：FR---雷諾修正系數(shù)，根據(jù)雷諾數(shù)Re由圖4.10查得雷諾數(shù)Re的計算：①對于直通單座閥,套筒閥,球閥等只有一個流路的調(diào)節(jié)閥,雷諾數(shù)為②對于直通雙座閥,蝶閥,偏心旋轉(zhuǎn)閥等具有兩個平行流路的調(diào)節(jié)閥υ---液體介質(zhì)的運動粘度，10-6m2/s在工程計算中，當Re>3500時可不做低雷諾數(shù)修正．3.氣體(蒸汽)流量系數(shù)的修正氣體,蒸汽等可壓縮流體,在調(diào)節(jié)閥內(nèi)其體積由于壓力降低而膨脹,其密度減小.利用式4-4計算氣體的流量系數(shù),會引起較大誤差,必須對氣體的可壓縮效應作必要的修正．可以引入一個膨脹系數(shù)Y以修正氣體密度的變化此外，在各種壓力，溫度下實際氣體密度與按理想氣體狀態(tài)方程求得的理想氣體密度存在偏差。為衡量偏差程度大小，引入壓縮系數(shù)Z

R---氣體常數(shù)

ρ１---閥入口處氣體密度4.管件形狀修正使用上述流量系數(shù)計算公式要求管件形狀滿足的條件:調(diào)節(jié)閥的公稱直徑必須與管道直徑相同,而且管道要保證有一定的直管段.如果調(diào)節(jié)閥實際配管狀況不滿足這些條件,特別是在調(diào)節(jié)閥公稱通徑小于管道直徑,閥兩端裝有漸縮器,漸擴器或三通等過渡管件情況下,由于過渡管件上的壓力損失,使加在閥兩端的閥壓降減小,使閥實際流量系數(shù)減小.因此,必須對未考慮附接管件計算得流量系數(shù)進行修正.管件形狀修正后的流量系數(shù)C’為：Fp---管件形狀修正系數(shù)．與調(diào)節(jié)閥上下游阻力系數(shù)；閥入口，出口處伯努利系數(shù)有關§4.2.3調(diào)節(jié)閥結(jié)構特性和流量特性執(zhí)行機構閥管道調(diào)節(jié)閥ufq

調(diào)節(jié)閥與管道連接方框圖調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)特性：

Kv=dq/duu---調(diào)節(jié)器輸出控制信號q---被調(diào)介質(zhì)流過閥門的相對流量氣開式：KV為“+”，氣關式KV為“-”調(diào)節(jié)閥的動態(tài)特性：

Gv(s)=Kv/(Tvs+1)一調(diào)節(jié)閥的結(jié)構特性調(diào)節(jié)閥的結(jié)構特性：閥芯與閥座間節(jié)流面積與閥門開度之間的關系。f=F/F100,相對節(jié)流面積：某一開度下節(jié)流面積F與全開時節(jié)流面積F100之比。l=L/L100,相對開度：閥在某一開度下行程L與全開時行程L100之比。調(diào)節(jié)閥結(jié)構特性取決于閥芯的形狀，閥芯形狀有快開，直線，拋物線和等百分比四種．1－直線2－等百分比3－快開4－拋物線閥芯曲面形狀結(jié)構特性1.直線結(jié)構特性調(diào)節(jié)閥的節(jié)流面積與閥的開度成直線關系，即邊界條件：L=0時,F=F0,L=L100,F=F100可調(diào)比R=F100/F0：調(diào)節(jié)閥所能調(diào)節(jié)的最大流量與最小流量之比。閥的直線結(jié)構特性圖特點：①斜率在全行程范圍內(nèi)是常數(shù)②閥芯位移變化量相同時,節(jié)流面積變化量也相同③直線特性的調(diào)節(jié)閥在開度變化相同的情況下：當流量小時，流量的變化值相對較大，調(diào)節(jié)作用較強，易產(chǎn)生超調(diào)和引起振蕩；流量大時，流量變化值相對較小，調(diào)節(jié)作用進行緩慢，不夠靈敏。例：設位移變10%時，流量變化總是10%，但流量變化的相對值不同，以行程的10%，50%，80%三點為例：10％時：(20-10)/10X100%=100%50％時：(60-50)/50X100%=20%80％時：(90-80)/80X100%=12.5%2.等百分比(對數(shù))結(jié)構特性在任意開度下，單位行程變化所引起的節(jié)流面積變化都與該節(jié)流面積本身成正比關系．在邊界條件為:L=0時,F=F0,L=L100，F(xiàn)=F100時,

閥的等百分比結(jié)構特性圖①曲線的放大系數(shù)是隨開度的增大而遞增的.②在同樣的開度變化值下：流量小時（小開度時）流量的變化也?。ㄕ{(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)?。?，調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和.流量大時（大開度時）流量的變化也大（調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)大），調(diào)節(jié)靈敏有效.③無論是小開度還是大開度，相對流量的變化率都是相等的，流量變化的百分比是相同的.等百分比結(jié)構特點3.快開結(jié)構特性閥在開度很小時，就已經(jīng)將流量放大，隨著開度的增加，流量很快就達到最大（飽和）值，以后再增加開度，流量幾乎沒有變化。這種流量特性適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。特性方程為靈敏度最差，很少用作調(diào)節(jié)閥

閥的快開結(jié)構特性圖4.拋物線結(jié)構特性閥的節(jié)流面積與開度成拋物線關系．特性方程為特性與等百分比特性接近．二調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性：流過閥門的流量與閥門開度之間的關系q=Q/Q100,為相對流量調(diào)節(jié)閥制成后,其結(jié)構特性就確定不變.流過調(diào)節(jié)閥的流量的決定因素有:①閥的開度②閥前后的壓差③所在的整個管路系統(tǒng)的工作情況.執(zhí)行機構閥管道調(diào)節(jié)閥ufq

調(diào)節(jié)閥與管道連接方框圖1.理想流量特性理想流量特性：在調(diào)節(jié)閥前后壓差固定(△p=常數(shù))情況下得到的流量特性。（C100---額定流量系數(shù)）

通過調(diào)節(jié)閥的流量為當調(diào)節(jié)閥全開時f=1,Q=Q100,則閥的結(jié)構特性就是理想流量特性.2.工作流量特性工作流量特性：調(diào)節(jié)閥在實際使用條件下，其流量q與開度l之間的關系．此時閥壓降不是常數(shù).(1)串聯(lián)管系調(diào)節(jié)閥的工作流量特性ΣΔpΣΔpeΔp調(diào)節(jié)閥與管道串聯(lián)工作當總壓降ΣΔp一定時,隨著閥開度的增大,管道流量Q增大,閥上壓降Δp將逐漸減小.這樣,在相同開度下,工作流量比閥上壓降保持不變的理想情況小.Q0ΔpΣΔpΔpΣΔpe串聯(lián)管系壓降變化f↑,Q↑,△p↓閥阻比

S100：調(diào)節(jié)閥全開時的兩端壓降與系統(tǒng)總壓降之比即∑線性閥的特性變異對數(shù)閥的特性變異串聯(lián)管道的工作流量特性①當管道阻力損失為零時s100=1，系統(tǒng)的總壓降全部落在調(diào)節(jié)閥上，則實際工作流量特性與理想特性一致；②隨著管道阻力損失所占比重增加，s100

值將減小，調(diào)節(jié)閥全開時的流量相應比管道阻力損失為零時減少，因而實際可調(diào)比也減?。粚嶋H可調(diào)比Rs

與S100之間的關系為③隨著s100值減小，流量特性曲線發(fā)生畸變，直線特性趨向于快開特性，對數(shù)特性趨向于直線特性。

④實際使用中，為了避免調(diào)節(jié)閥工作特性的畸變，一般希望s100值不低于0.3~0.5。總結(jié)：(2)并聯(lián)管系調(diào)節(jié)閥的工作流量特性Δ

pQQeQΣ調(diào)節(jié)閥與管道并聯(lián)工作調(diào)節(jié)閥和管道并聯(lián)時調(diào)節(jié)閥全開時，管路總流量最大，有則此時相對流量為并聯(lián)管系的可調(diào)比當S100’減小時,Rp急劇減小閥全開流量比則有（Q0為調(diào)節(jié)閥所控制的最小流量。）可以看出：①當S100’=1時,q=f,旁路關閉,

實際工作特性與理想特性一致；②旁路閥逐漸開啟，旁路流量增加，則S100’值減小，可調(diào)比下降；③實際使用時一般要求S100’>0.8,使旁路流量只占管道總流量的很小部分,百分之十幾．并聯(lián)管道的工作流量特性表4.4調(diào)節(jié)閥在串，并聯(lián)管系中的工作情況場合流量特性可調(diào)比最大流量靜態(tài)增益串聯(lián)管系畸變嚴重降低較小減小小開度時增大,大開度時減小并聯(lián)管系畸變較輕降低較大增大均減小綜合串、并聯(lián)管道的情況，可得出如下結(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實際可調(diào)比降低，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)管道都會使控制閥的放大系數(shù)減小，即輸入信號變化所引起的流量變化值減??；串聯(lián)管道時控制閥若處于大開度，則值降低，對放大系數(shù)的影響更為嚴重；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)的影響更為嚴重。

§4.2.4氣動調(diào)節(jié)閥選型在選型中,應考慮以下幾點：(1)選擇調(diào)節(jié)閥的結(jié)構形式和材質(zhì)(2)選擇流量特性(3)選擇閥門口徑一調(diào)節(jié)閥結(jié)構形式的選擇(1)工藝介質(zhì)的種類，腐蝕性和粘性(管道耐腐蝕)(2)流體介質(zhì)的溫度，壓力，比重（能經(jīng)受介質(zhì)的溫度）(3)流經(jīng)閥的最大，最小流量．正常流量及正常流量時閥上的壓降在選用時要注意：一般優(yōu)先選用直通單，雙座調(diào)節(jié)閥．具體選擇情況參見表4.8直通角形三通控制閥：合流；分流分流合流碟閥結(jié)構形式特點及使用場合應用注意事項

直通單座閥泄漏量小閥前后壓差小

直通雙座閥流量系數(shù)及允許壓差比同口徑的單座閥大，適用于允許有較大泄漏量的場合耐壓較低

角型閥適用于高壓差、高黏度、含懸浮物或顆粒狀物質(zhì)的場合輸入與輸出管道成直角形安裝

隔膜閥適用于強腐蝕性、高黏度或含懸浮顆粒及纖維的流體。在允許壓差范圍內(nèi)可作切斷閥用耐壓、耐溫較低，適用于對流量特性要求不嚴的場合（近似快開）

三通閥在兩管道壓差和溫差不大的情況下能很好地代替兩個二通閥，并可作簡單配比控制兩流體的溫差小于150℃

蝶閥適用于大口徑、大流量、濃稠漿液及懸浮顆粒且允許有較大泄漏量的場合流體對閥體的不平衡力矩大，一般蝶閥允許壓差小～結(jié)構形式特點及使用場合應用注意事項小流量閥適用于小流量和要求泄漏量小的場合多級高壓閥基本上可以解決以往控制閥在控制高壓介質(zhì)時壽命短的問題必須選配定位器高壓閥（角形）結(jié)構較多級高壓閥簡單，適用于高靜壓、大壓差、有氣蝕、空化的場合流體對閥體的不平衡力較大，必須選配定位器超高壓閥公稱壓力為350MPa價格貴套筒閥適用閥前后壓差大和液體出現(xiàn)閃蒸或空化的場合，穩(wěn)定性好，噪音低，可取代大部分直通單、雙座閥不適用于含顆粒介質(zhì)的場合閥體分離閥閥體可拆為上、下兩部分，便于清洗。閥芯、閥體可采用耐腐蝕襯壓件加工、裝配要求較高偏心旋轉(zhuǎn)閥流路阻力小，流量系數(shù)大，可調(diào)比大，適用于大壓差、嚴密封的場合和黏度大及有顆粒介質(zhì)的場合。很多場合可取代直通單、雙座閥由于閥體是無法蘭的，一般只能用于耐壓小于6.4MPa的場合球閥（O形、V形）流路阻力小，流量系數(shù)大，密封好，可調(diào)范圍大，適用于高黏度，含纖維、固體顆粒和污穢流體的場合價格較貴，O形球閥一般做二位控制用。V形球閥做連續(xù)控制用低噪音閥可比一般閥降低噪音10～30dB，適用于液體產(chǎn)生閃蒸、空化和氣體在縮流面處流速超過音速且預估噪聲超過95dB的場合流量系數(shù)為一般閥的，較昂貴低S值閥在低S值時有良好的控制性能可調(diào)比R≈10二位式二（三）通切斷閥幾乎無泄漏僅做位式控制用衛(wèi)生閥流路簡單，無縫隙，無死角積存物料，適用于啤酒、番茄醬及制藥、日化工業(yè)耐壓低二調(diào)節(jié)閥氣開，氣關形式的選擇選用原則：主要從生產(chǎn)的安全出發(fā).當儀表供氣系統(tǒng)故障或控制信號中斷,調(diào)節(jié)閥閥芯應處于使生產(chǎn)裝置安全的狀態(tài).如:進入工藝設備的流體易燃易爆,為防止爆炸,調(diào)節(jié)閥應選氣開式.如果流體易結(jié)晶,調(diào)節(jié)閥應選氣關式,以防堵塞．確定方法:假設出現(xiàn)故障,使氣壓為0,此時閥應該保證系統(tǒng)的安全．國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥流量特性有直線，等百分比和快開三種．主要使用直線和等百分比兩種．工程設計上主要采用經(jīng)驗準則，從控制系統(tǒng)特性，負荷變化和S值大小三個方面綜合考慮，選擇調(diào)節(jié)閥流量特性。1.從改善控制系統(tǒng)控制質(zhì)量考慮線性控制回路的總增益，在控制系統(tǒng)整個操作范圍內(nèi)應保持不變．三調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R(s)—Y(s)控制系統(tǒng)中：測量變送器的轉(zhuǎn)換系數(shù)和調(diào)節(jié)器的增益是常數(shù)．被控對象增益隨操作條件，負荷大小而變化通過選擇適當?shù)恼{(diào)節(jié)閥特性，對被控對象非線性特性進行補償，使控制系統(tǒng)總增益恒定或近似不變．2.從配管狀況(S100)考慮

配管狀況

S100=1~0.6

S100=0.6~0.3

S100<0.3閥流量特性(理想)直線等百分比等百分比等百分比不適宜控制工作流量特性直線等百分比直線等百分比S100=1~0.6:調(diào)節(jié)閥理想流量特性與希望的工作流量特性基本一致S100=0.6~0.3:理想流量特性為等百分比工作流量特性直線特性S100<0.3:不適合使用

S值直線特性等百分比特性(1)液位定值控制系統(tǒng)(2)主要擾動為設定值的流量溫度控制系統(tǒng)(1)流量,壓力,溫度定值控制系統(tǒng)(2)主要擾動為設定值的壓力控制系統(tǒng)各種控制系統(tǒng)特性對于被控對象特性不清楚的情況，參考下表原則△pn---正常流量時的閥壓降Σ△p---管道系統(tǒng)總壓降Sn---正常閥阻比四調(diào)節(jié)閥口徑的確定調(diào)節(jié)閥口徑選定的具體步驟：1)確定主要計算數(shù)據(jù)Qn---正常流量，額定工況下穩(wěn)定運行時閥的流量△pn---正常閥壓降，正常流量時閥兩端壓降Sn---正常閥阻比，Sn=△pn/Σ△p

Qmax---運行中可能出現(xiàn)的最大穩(wěn)定流量的1.15~1.5倍，或由最大生產(chǎn)能力直接確定2)求調(diào)節(jié)閥應具有的最大流量系數(shù)Cmaxm為流量系數(shù)放大倍數(shù)，其值為3)流量系數(shù)的圓整按選定的調(diào)節(jié)閥類型，選取不小于Cmax并與之最接近的一個作為C100.如果知道Qmax和此時壓降△pmax則可以按公式計算CmaxSmax的計算(Smax為計算最大流量時的閥阻比)對于調(diào)節(jié)閥上下游均有恒壓點的場合對于裝在風機或離心泵出口的調(diào)節(jié)閥，其下游有恒壓點的場合△h為流量由正常流量增大到計算最大流量時風機或泵出口壓力的變化值4)選定調(diào)節(jié)閥口徑由C100可以得到與之對應的調(diào)節(jié)閥口徑Dg和dg,即為最終選定的調(diào)節(jié)閥公稱通徑和閥座直徑5)調(diào)節(jié)閥相對開度的驗算調(diào)節(jié)閥工作時其相對開度應處于下表中的范圍之內(nèi)

閥特性

流量

閥相對開度x100直線特性等百分比特性最大

80

90最小

10

30對于直線特性調(diào)節(jié)閥對于等百分比調(diào)節(jié)閥當R=30時6)調(diào)節(jié)閥可調(diào)比驗算串聯(lián)管系中工作的調(diào)節(jié)閥可以通過公式演算可調(diào)比對于調(diào)節(jié)閥上下游均有恒壓點的場合對于閥裝于風機或離心泵出口，下游有恒壓點的場合計算數(shù)據(jù)的確定Qn,△pn,Sn,Qmax,ρl,pc,pv,FL,D1,D2,閥型阻塞流判別按非阻塞流條件計算C按阻塞流條件計算CCmax值求取低雷諾數(shù)修正判別Re<3500低雷諾數(shù)修正Re≥3500初選C100值管件形狀修正判別D1=D2=Dg調(diào)節(jié)閥口徑選定相對開度，可調(diào)比驗算管件形狀修正最終選定C100D1=D2≠Dg液體介質(zhì)調(diào)節(jié)閥口徑計算流程計算數(shù)據(jù)的確定Qn,△pn,Sn,Qmax,ρH,k,p1,t1,D1,D2,閥型阻塞流判別x<FKxTx≥FKxT按非阻塞流條件計算C按阻塞流條件計算CCmax值求取初選C100值管件形狀修正判別調(diào)節(jié)閥口徑選定相對開度，可調(diào)比驗算D1=D2=Dg管件形狀修正(Fp)D1=D2≠Dg選定C100值氣體介質(zhì)調(diào)節(jié)閥口徑計算流程例題4－1P1275.1安全柵

安全柵是構成安全火花防爆系統(tǒng)的關鍵儀表，安裝在控制室內(nèi)，是控制室儀表和現(xiàn)場儀表之間的關聯(lián)設備。其作用是：系統(tǒng)正常時保證信號的正常傳輸；故障時限制進入危險場所的能量，確保系統(tǒng)的安全火花性能。

目前常用的安全柵有：齊納式安全柵和變壓器隔離式安全柵。安全柵的品種:一、齊納式安全柵1.齊納式安全柵的工作原理

齊納安全柵是基于齊納二極管反向擊穿特性工作的。由限壓電路,限流電路和熔斷器三部分組成。其原理電路如圖所示：圖中R為限流電阻，VZ1、VZ2為齊納二極管，F(xiàn)U為快速熔斷器。齊納式安全柵原理圖

系統(tǒng)正常工作時，安全側(cè)電壓U1低于齊納二極管的擊穿電壓U0，齊納二極管截止，安全柵不影響正常的工作電流。但現(xiàn)場發(fā)生事故，如短路，利用電阻R進行限流，避免進入危險場所的電流過大；當安全側(cè)電壓U1高于齊納二極管的擊穿電壓U0時，齊納二極管擊穿，進入危險場所的電壓被限制在U0上，同時安全側(cè)電流急劇增大，快速熔斷器FU很快熔斷，從而將可能造成危險的高電壓立即和現(xiàn)場斷開，保證了現(xiàn)場的安全。并聯(lián)兩個齊納二極管是增加安全柵的可靠性。齊納式安全柵的工作原理 齊納安全柵優(yōu)點是采用的器件非常少，體積小，價格便宜;

缺點是齊納式安全柵必須本安接地，且接地電阻必須小于1Ω；危險側(cè)本安儀表必須是隔離型的；齊納安全柵對供電電源電壓響應非常大，電源電壓的波動可能會引起齊納二極管的電流泄漏，從而引起信號的誤差或者發(fā)出錯誤電平，嚴重時會使快速熔斷器燒斷。齊納式安全柵的優(yōu)缺點 圖中24VDC的電源一方面通過安全柵向二線制變送器供電，同時將二線制變送器產(chǎn)生的4-20mADC的信號傳送過來，由250Ω精確電阻轉(zhuǎn)換為1-5VDC的電壓信號送顯示儀表或控制器，當然變送器傳送來的信號也可通過信號分配器,其輸出的多路信號可分別送顯示儀表和調(diào)節(jié)儀表。二線制變送器和齊納安全柵的連用

齊納安全柵和電氣轉(zhuǎn)換器的連用控制器的輸出往往送給電氣轉(zhuǎn)換器或電氣閥門定位器，由氣動執(zhí)行器實現(xiàn)對被控對象的調(diào)節(jié)。由于控制器的輸出方式不同,和安全柵有兩種不同的連接方法。發(fā)射極輸出型的控制器可以和安全柵共地,故可采用單通道保護的安全柵；而集電極輸出型的控制器，它的兩個輸出端都不接地，故需采用雙通道齊納安全柵。二、變壓器隔離式安全柵

變壓器隔離式安全柵利用變壓器或電流互感器將供電電源、信號輸入端和信號輸出端進行電氣隔離，同時通過電子電路(限能器)限制進入危險場所的能量。變壓器隔離式安全柵分為檢測端安全柵（輸入式安全柵）和操作端安全柵（輸出式安全柵）兩種。1.檢測端安全柵的作用(一)檢測端安全柵（1）把來自現(xiàn)場變送器的4～20mADC電流經(jīng)隔離變壓器1:1地轉(zhuǎn)換成1～5VDC信號或4～20mADC信號輸出至控制室儀表（計算機）。（2）為現(xiàn)場兩線制變送器提供24VDC直流電源（3）利用限流、限壓電路使得任何情況下送往危險場所的電壓不超過30VDC、電流不超過30mADC，從而保證了危險場所的安全。2.檢測端安全柵的構成原理(1)外型結(jié)構(2)輸入輸出特性(3)結(jié)構組成及工作原理IiVo24VDC125678輸入端輸出端Io4~20mA1~5V4~20mA有六部分組成：1.直流-交流變換器2.整流濾波電路Ⅰ3.整流濾波電路Ⅱ4.電流電壓限制電路5.隔離變壓器6.共基極放大電路現(xiàn)場變送器調(diào)節(jié)器T124VDC電流電壓限制電路共基極放大電路DC/AC交直流變換器計算機整流濾波電路Ⅰ隔離變壓器整流濾波電路Ⅱe0e1e2IiVOABU-I1~5V4~20mA+--+-+VC5VC3調(diào)制器解調(diào)器隔離電源變壓器T2輸入端輸出端結(jié)構組成①DC/AC/DC交換器：實現(xiàn)“隔離供電”它是一個磁耦合對稱推挽式多潛振蕩器24DC→eo→e1、e2方波，（8KHz）②整流濾波與輸入調(diào)制電路

e1→D5-8→C3→Vc3→為（解調(diào)）輸出電路提供電源

e2→D10-D13→C5→Vc5→限壓限流電路電源

e2→D10、D11，D14、D15（開關）→Ii→eT21、eT22→ei1.2e2→D10-D15→V