調(diào)節(jié)閥基礎(chǔ)知識

調(diào)節(jié)閥是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件，閥芯在閥體內(nèi)移動，改變閥芯與閥座之間的流通面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)被測介質(zhì)的流量，控制工藝參數(shù)的目的。這些工藝參數(shù)包括壓力、溫度、液位及流量。

閥芯形式分直行程和角行程兩類。直行程閥芯通過直線運(yùn)動來改變與閥座之間的流通面積；角行程閥芯通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來改變與閥座間的流通面積。

調(diào)節(jié)閥分類：

氣動調(diào)節(jié)閥：氣動調(diào)節(jié)閥就是以壓縮空氣為動力源，以氣缸為執(zhí)行器，并借助于電/氣閥門定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥等附件驅(qū)動閥門，（閥芯閥座相對移動）來實現(xiàn)開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)，接收控制信號：4-20mA電流信號并將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫π盘枺ㄓ啥ㄎ黄魍瓿苫螂姶砰y完成）來調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)。

氣動調(diào)節(jié)閥優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠穩(wěn)定、輸出力大、安裝維修方便、價格便宜且防火防爆。缺點(diǎn)：響應(yīng)時間大、信號不適于遠(yuǎn)傳。

氣動薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

電動調(diào)節(jié)閥：電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收4—20mA電流信號，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)驅(qū)使閥芯閥桿產(chǎn)生相對位移（直行程、角行程）來改變閥芯和閥座之間的截面積大小，控制管道介質(zhì)的流量、溫度、壓力等工藝參數(shù)。

電動調(diào)節(jié)閥優(yōu)點(diǎn)：動作快、適合遠(yuǎn)距離傳送；節(jié)能（只在工作時才消耗電），環(huán)保（無碳排放），安裝快捷方便（無需復(fù)雜的氣動管路和氣泵工作站）。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、推力小、價格貴，適用于防爆要求不太高及缺乏氣源的場合。

氣動調(diào)節(jié)閥分類：

1、按調(diào)節(jié)閥動作方式（閥芯運(yùn)動軌跡）分類：

a.直行程調(diào)節(jié)閥；b.角行程調(diào)節(jié)閥。

2、按調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)方式分類：

a.調(diào)節(jié)閥(調(diào)節(jié)切斷閥)帶定位器；

b.切斷閥。

執(zhí)行器組成：

執(zhí)行器按其能源形式，分為氣動、電動、液動三類。氣動執(zhí)行器由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（通常稱調(diào)節(jié)閥）兩部分組成。

在某些特殊場合，還需要配置一些輔助裝置如：閥門定位器和手輪機(jī)構(gòu)。閥門定位器可提高調(diào)節(jié)質(zhì)量，改善執(zhí)行器的性能。手輪機(jī)構(gòu)可以在調(diào)節(jié)系統(tǒng)因停電、停氣、調(diào)節(jié)器無輸出或執(zhí)行機(jī)頭薄膜損壞失靈時由人直接操作，保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出特性是成比例式的，即輸出位移和輸入氣壓信號成正比關(guān)系。當(dāng)信號壓力輸入薄膜氣室時，在薄膜上產(chǎn)生一個推力，使推桿移動并壓縮彈簧，當(dāng)彈簧的反作用力與信號在薄膜上產(chǎn)生的推力平衡時，推桿就穩(wěn)定在一個平衡位置。信號壓力越大，推桿位移量就越大，推桿的位移就是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線位移，也稱行程。

執(zhí)行器的作用方式：

正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指信號壓力增加時推桿向下移動；

反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指信號壓力增加時推桿向上移動；

調(diào)節(jié)閥正裝是指閥芯向下移動時，閥芯與閥座間的流通面積減?。?/p>

調(diào)節(jié)閥反裝是指閥芯向下移動時，閥芯與閥座間的流通面積增大。

正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)和正裝調(diào)節(jié)閥組成氣關(guān)式執(zhí)行器（正作用）。

反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)和正裝調(diào)節(jié)閥組成氣開式執(zhí)行器（反作用）。

正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反裝調(diào)節(jié)閥組成氣開式執(zhí)行器（反作用）。

正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)和正裝調(diào)節(jié)閥組成氣關(guān)式執(zhí)行器（正作用）。

氣開/氣關(guān)作用方式的選擇主要依據(jù)是保護(hù)人員及設(shè)備的安全。在正常生產(chǎn)流程中的調(diào)節(jié)閥一般選擇氣開，在故障時關(guān)閉，防止溢油；放空及排海等選擇氣關(guān)，在故障時開啟泄壓。

專業(yè)術(shù)語：

被控對象：需要實現(xiàn)控制的設(shè)備、機(jī)器或生產(chǎn)過程。

被控變量：對象內(nèi)要求保持設(shè)定值（接近恒定值或按預(yù)定規(guī)律變化）的工藝參數(shù)。

操縱變量：受控制器調(diào)節(jié)，用以使被控變量保持設(shè)定值的物理量或能量。

干擾（擾動）：除操縱變量外，作用于對象并能引起被控變量變化的因素。負(fù)荷變化就是一種典型的擾動。

設(shè)定值：被控變量的目標(biāo)值（預(yù)定值）。

偏差：理論上應(yīng)該是被控變量的設(shè)定值與實際值之差。但是能夠直接獲取的是被控變量的測量值信號而不是實際值，因此通常把設(shè)定值與測量值之差稱作偏差。

閉環(huán)控制系統(tǒng)：

閉環(huán)控制系統(tǒng)的過渡過程及其品質(zhì)指標(biāo)：

過渡過程：一個控制系統(tǒng)在外界干擾或給定干擾作用下，從原有穩(wěn)定狀態(tài)過渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)的整個過程，稱為控制系統(tǒng)的過渡過程。它是衡量控制系統(tǒng)品質(zhì)優(yōu)劣的重要依據(jù)。

衡量控制系統(tǒng)好壞常采用以下幾個指標(biāo)：

1.衰減比：它是表征系統(tǒng)受到干擾后，被控變量衰減程度的指標(biāo)。其值為前后兩個相鄰峰值之必，即圖中的B1/B2，一般希望它在4:1到5:1之間。

2.余差：它是指控制系統(tǒng)受到干擾后，過渡過程結(jié)束時被控變量的殘余偏差，即圖中的C。C值也就是被控變量在擾動后的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之差?？刂葡到y(tǒng)的余差要滿足工藝要求，有的控制系統(tǒng)工藝上不允許有余差，即C=0。

3.最大偏差：它表示被控變量偏離給定值的最大程度。對于一個衰減的過渡過程，最大偏差就是第一個波的峰值，即圖中的A值。A值就是被控變量所產(chǎn)生的最大動態(tài)偏差。

4.過渡過程時間：又稱調(diào)節(jié)時間，它表示從干擾產(chǎn)生的時刻起，直至被控變量建立起新的平衡狀態(tài)為止的這一段時間，圖中以Ts表示。過渡過程時間越短越好。

5.振蕩周期：被控變量相鄰兩個波峰之間的時間叫振蕩周期，圖中以T來表示。在衰減比相同的條件下，周期與過渡時間成正比。因此一般希望周期也是越短越好。

一個控制系統(tǒng)的過渡過程：

調(diào)節(jié)規(guī)律：調(diào)節(jié)器的輸出信號隨輸入信號變化的規(guī)律。

比例 P 特點(diǎn)是動偏差小，有余差存在。值越大，余差越大，但系統(tǒng)越容易達(dá)到穩(wěn)定。值越小，系統(tǒng)越容易振蕩。

積分 I 特點(diǎn)是余差可被消除，但動偏差大，調(diào)節(jié)過程長。值越小，積分作用越明顯，但過渡過程振蕩劇烈，穩(wěn)定程度下降。

微分 D 是根據(jù)偏差變化趨勢而動作的，只要偏差一變化就提前采取動作，，因此叫超前作用。它只有在輸入變化時，調(diào)節(jié)器才有輸出，因此它不能作為一個獨(dú)立的調(diào)節(jié)器使用。它主要使用在溫度調(diào)節(jié)方面，利用溫度微小的變化便進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，以應(yīng)對溫度調(diào)節(jié)的滯后性。值越大，超前時間越長。

比例作用可以加快控制過程，減少動偏差，縮短調(diào)節(jié)時間過程時間；積分作用可消除靜偏差，克服余差；微分作用能抑制偏差的增長，減小動偏差。三作用調(diào)節(jié)規(guī)律只要適當(dāng)?shù)恼ū壤秶?，積分和微分時間三個參數(shù)，可以得到較為滿意的調(diào)節(jié)質(zhì)量。但三作用調(diào)節(jié)器不是萬能的，一些很簡單的系統(tǒng)，例如用比例調(diào)節(jié)規(guī)律可以得到滿意的調(diào)節(jié)質(zhì)量的液位系統(tǒng)，用上三作用調(diào)節(jié)規(guī)律后，不僅系統(tǒng)復(fù)雜，投資增大，而且現(xiàn)場整定困難，整定不好反而容易使液位波動。因此，實際使用時，應(yīng)按具體情況來選取儀表，切忌用三作用調(diào)節(jié)器代替一切！

氣動調(diào)節(jié)閥分類：

氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)分類：

a.氣動薄膜（單、多彈簧）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：輸出直線位移。

b.氣動活塞（有、無彈簧）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：輸出直線位移或角位移。

薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、可靠。

缺點(diǎn)：

①膜片承受的壓力較低，最大膜室壓力不能超過250KPa，加上彈簧要抵消絕大部分的壓力，余下的輸出力就很小了。

②為了提高輸出力，通常作法就是增大尺寸，使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸和重量變得很大；另一方面，工廠的氣源通常是500～700KPa，它只用到了250KPa，氣壓沒充分利用，這是不可取的，活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)解決了此問題。

為了充分用足工廠的氣源壓力來提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力、減少其重量和尺寸，便產(chǎn)生了活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

氣動活塞（有、無彈簧）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：輸出直線位移或角位移

直行程活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

它主要用于配直行程的調(diào)節(jié)閥，它分為有彈簧式和無彈簧式兩種

1、無彈簧活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

①用于故障下要求閥保位的場合；

②用于大口徑閥要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力特別大的場合；

2、有彈簧式活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

大多數(shù)場合使用有彈簧的活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是：

①在故障情況下，通過彈簧進(jìn)行復(fù)位，實現(xiàn)故障開或故障關(guān)功能；

②可以抵抗不平衡力的變化，增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的剛度，提高調(diào)節(jié)閥的穩(wěn)定性。

它的缺點(diǎn)是：

①彈簧會抵消一部分輸出力；

②氣缸內(nèi)設(shè)彈簧，增加了氣缸的長度和重量。

角行程活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

角行程的活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用于角行程類的調(diào)節(jié)閥，按氣缸的安裝方向，分為立式氣缸和臥式氣缸兩種。按活塞的推桿驅(qū)動輸出軸轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)，常用的有：

①曲柄連桿式；

②齒輪齒條式；

③活塞螺旋式。

氣動活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)按其作用方式可分成比例式和兩位式兩種。所謂比例式是指輸入信號壓力與推桿的行程成比例關(guān)系，這時它必須與閥門定位器配用。兩位式是根據(jù)輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞兩側(cè)的操作壓力差來完成的?；钊筛邏簜?cè)推向低壓側(cè)，就使推桿由一個極端位置推移至另一個極端位置。

按流向不同分為：流開和流關(guān)（閉）。

流開：在閥芯節(jié)流處介質(zhì)流動方向與閥門打開方向相同。

流關(guān)：在閥芯節(jié)流處介質(zhì)流動方向與閥門關(guān)閉方向相同。

智能定位器工作原理：

氣蝕與閃蒸：

據(jù)伯奴利方程，管道內(nèi)流體的流速提高壓力就會下降。

管道節(jié)流處流體速度大幅度提高。壓力急劇下降。

如果液體流經(jīng)管道節(jié)流處的壓力低于汽化壓力（PV）將產(chǎn)生汽蝕或閃蒸現(xiàn)象。氣蝕與閃蒸是由于管道節(jié)流引起的。

如果液體流過管道節(jié)流處，壓力恢復(fù)后P2仍低于汽化壓力（PV）（此時流體內(nèi)仍有氣泡）。

這種現(xiàn)象稱為閃蒸。

如果液體流過管道節(jié)流處，壓力恢復(fù)后P2高于汽化壓力（PV）（此時流體內(nèi)氣泡破裂）。這種現(xiàn)象稱為氣蝕。

閃蒸最嚴(yán)重的破壞發(fā)生在流速最高處。即閥塞閥座處。沖蝕是閃蒸破壞的直觀表現(xiàn)氣蝕發(fā)生時，氣泡破裂釋放的能量使閥塞閥座甚至附近管道損壞，并伴發(fā)噪聲氣蝕與閃蒸是致使閥門損壞的重要原因！

本文來源于互聯(lián)網(wǎng)，作者：劉海海。暖通南社整理編輯。