调节阀基础知识

调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件，阀芯在阀体内移动，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而达到调节被测介质的流量，控制工艺参数的目的。这些工艺参数包括压力、温度、液位及流量。

阀芯形式分直行程和角行程两类。直行程阀芯通过直线运动来改变与阀座之间的流通面积；角行程阀芯通过旋转运动来改变与阀座间的流通面积。

调节阀分类：

气动调节阀： 气动调节阀就是以压缩空气为动力源，以气缸为执行器，并借助于电/气阀门定位器、转换器、电磁阀、保位阀等附件驱动阀门，（阀芯阀座相对移动）来实现开关量或比例式调节，接收控制信号：4-20mA电流信号并将电信号转变为压力信号（由定位器完成或电磁阀完成）来调节管道介质的流量、压力、温度等各种工艺参数。

气动调节阀优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格便宜且防火防爆。缺点：响应时间大、信号不适于远传。

气动薄膜式执行机构：

电动调节阀：电动执行机构接收4—20mA电流信号，通过电机的正反转驱使阀芯阀杆产生相对位移（直行程、角行程）来改变阀芯和阀座之间的截面积大小，控制管道介质的流量、温度、压力等工艺参数。

电动调节阀优点：动作快、适合远距离传送；节能（只在工作时才消耗电），环保（无碳排放），安装快捷方便（无需复杂的气动管路和气泵工作站）。缺点：结构复杂、推力小、价格贵，适用于防爆要求不太高及缺乏气源的场合。

气动调节阀分类：

1 、按调节阀动作方式（阀芯运动轨迹）分类：

a. 直行程调节阀；b.角行程调节阀。

2 、按调节阀调节方式分类：
a.调节阀(调节切断阀)带定位器；

b. 切断阀。

执行器组成：

执行器按其能源形式，分为气动、电动、液动三类。气动执行器由气动执行机构和调节机构（通常称调节阀）两部分组成。

在某些特殊场合，还需要配置一些辅助装置如：阀门定位器和手轮机构。阀门定位器可提高调节质量，改善执行器的性能。手轮机构可以在调节系统因停电、停气、调节器无输出或执行机头薄膜损坏失灵时由人直接操作，保证生产的正常运行。

薄膜式执行机构的输出特性是成比例式的，即输出位移和输入气压信号成正比关系。当信号压力输入薄膜气室时，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在薄膜上产生的推力平衡时，推杆就稳定在一个平衡位置。信号压力越大，推杆位移量就越大，推杆的位移就是执行机构的直线位移，也称行程。

执行器的作用方式：

正作用执行机构是指信号压力增加时推杆向下移动；

反作用执行机构是指信号压力增加时推杆向上移动；

调节阀正装是指阀芯向下移动时，阀芯与阀座间的流通面积减小；

调节阀反装是指阀芯向下移动时，阀芯与阀座间的流通面积增大。

正作用执行机构和正装调节阀组成气关式执行器（正作用）。

反作用执行机构和正装调节阀组成气开式执行器（反作用）。

正作用执行机构和反装调节阀组成气开式执行器（反作用）。

正作用执行机构和正装调节阀组成气关式执行器（正作用）。

气开/气关作用方式的选择主要依据是保护人员及设备的安全。在正常生产流程中的调节阀一般选择气开，在故障时关闭，防止溢油；放空及排海等选择气关，在故障时开启泄压。

专业术语：

被控对象：需要实现控制的设备、机器或生产过程。

被控变量：对象内要求保持设定值（接近恒定值或按预定规律变化）的工艺参数。

操纵变量：受控制器调节，用以使被控变量保持设定值的物理量或能量。

干扰（扰动）：除操纵变量外，作用于对象并能引起被控变量变化的因素。负荷变化就是一种典型的扰动。

设定值：被控变量的目标值（预定值）。

偏差：理论上应该是被控变量的设定值与实际值之差。但是能够直接获取的是被控变量的测量值信号而不是实际值，因此通常把设定值与测量值之差称作偏差。

闭环控制系统：

闭环控制系统的过渡过程及其品质指标：

过渡过程：一个控制系统在外界干扰或给定干扰作用下，从原有稳定状态过渡到新的稳定状态的整个过程，称为控制系统的过渡过程。它是衡量控制系统品质优劣的重要依据。

衡量控制系统好坏常采用以下几个指标：

1. 衰减比：它是表征系统受到干扰后，被控变量衰减程度的指标。其值为前后两个相邻峰值之必，即图中的B1/B2，一般希望它在4:1到5:1之间。

2. 余差：它是指控制系统受到干扰后，过渡过程结束时被控变量的残余偏差，即图中的C。C值也就是被控变量在扰动后的稳态值与设定值之差。控制系统的余差要满足工艺要求，有的控制系统工艺上不允许有余差，即C=0。

3. 最大偏差：它表示被控变量偏离给定值的最大程度。对于一个衰减的过渡过程，最大偏差就是第一个波的峰值，即图中的A值。A值就是被控变量所产生的最大动态偏差。

4. 过渡过程时间：又称调节时间，它表示从干扰产生的时刻起，直至被控变量建立起新的平衡状态为止的这一段时间，图中以Ts表示。过渡过程时间越短越好。

5. 振荡周期：被控变量相邻两个波峰之间的时间叫振荡周期，图中以T来表示。在衰减比相同的条件下，周期与过渡时间成正比。因此一般希望周期也是越短越好。

一个控制系统的过渡过程：

调节规律：调节器的输出信号随输入信号变化的规律。

比例 P 特点是动偏差小，有余差存在。值越大，余差越大，但系统越容易达到稳定。值越小，系统越容易振荡。

积分 I 特点是余差可被消除，但动偏差大，调节过程长。值越小，积分作用越明显，但过渡过程振荡剧烈，稳定程度下降。

微分 D 是根据偏差变化趋势而动作的，只要偏差一变化就提前采取动作，，因此叫超前作用。它只有在输入变化时，调节器才有输出，因此它不能作为一个独立的调节器使用。它主要使用在温度调节方面，利用温度微小的变化便进行相应调节，以应对温度调节的滞后性。值越大，超前时间越长。

比例作用可以加快控制过程，减少动偏差，缩短调节时间过程时间；积分作用可消除静偏差，克服余差；微分作用能抑制偏差的增长，减小动偏差。三作用调节规律只要适当的整定比例范围，积分和微分时间三个参数，可以得到较为满意的调节质量。但三作用调节器不是万能的，一些很简单的系统，例如用比例调节规律可以得到满意的调节质量的液位系统，用上三作用调节规律后，不仅系统复杂，投资增大，而且现场整定困难，整定不好反而容易使液位波动。因此，实际使用时，应按具体情况来选取仪表，切忌用三作用调节器代替一切！

气动调节阀分类：

气动执行机构按结构分类：
a.气动薄膜（单、多弹簧）执行机构：输出直线位移。
b.气动活塞（有、无弹簧）执行机构：输出直线位移或角位移。

薄膜执行机构的优缺点
  优点：结构简单、可靠。
  缺点：
①膜片承受的压力较低，最大膜室压力不能超过250KPa，加上弹簧要抵消绝大部分的压力，余下的输出力就很小了。

②为了提高输出力，通常作法就是增大尺寸，使得执行机构的尺寸和重量变得很大；另一方面，工厂的气源通常是500～700KPa，它只用到了250KPa，气压没充分利用，这是不可取的，活塞执行机构解决了此问题。

为了充分用足工厂的气源压力来提高执行机构的输出力、减少其重量和尺寸，便产生了活塞执行机构。

气动活塞（有、无弹簧）执行机构：输出直线位移或角位移

直行程活塞执行机构 ：

它主要用于配直行程的调节阀，它分为有弹簧式和无弹簧式两种

1 、无弹簧活塞执行机构：

① 用于故障下要求阀保位的场合；

② 用于大口径阀要求执行机构推力特别大的场合；

2 、有弹簧式活塞执行机构：

大多数场合使用有弹簧的活塞执行机构，其特点是：

① 在故障情况下，通过弹簧进行复位，实现故障开或故障关功能；

② 可以抵抗不平衡力的变化，增加执行机构的刚度，提高调节阀的稳定性。

它的缺点是：
①弹簧会抵消一部分输出力；

② 气缸内设弹簧，增加了气缸的长度和重量。

角行程活塞执行机构 ：

角行程的活塞执行机构主要用于角行程类的调节阀，按气缸的安装方向，分为立式气缸和卧式气缸两种。按活塞的推杆驱动输出轴转动的结构，常用的有：

①曲柄连杆式；
②齿轮齿条式；
③活塞螺旋式。

气动活塞式执行机构按其作用方式可分成比例式和两位式两种。所谓比例式是指输入信号压力与推杆的行程成比例关系，这时它必须与阀门定位器配用。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至另一个极端位置。

按流向不同分为：流开和流关（闭）。

流开：在阀芯节流处介质流动方向与阀门打开方向相同。

流关：在阀芯节流处介质流动方向与阀门关闭方向相同。

智能定位器工作原理：

气蚀与闪蒸：

据伯奴利方程，管道内流体的流速提高压力就会下降。

管道节流处流体速度大幅度提高。压力急剧下降。

如果液体流经管道节流处的压力低于汽化压力（PV）将产生汽蚀或闪蒸现象。气蚀与闪蒸是由于管道节流引起的。

如果液体流过管道节流处，压力恢复后P2仍低于汽化压力（PV）（此时流体内仍有气泡）。

这种现象称为闪蒸。

如果液体流过管道节流处，压力恢复后P2高于汽化压力（PV）（此时流体内气泡破裂）。这种现象称为气蚀。

闪蒸最严重的破坏发生在流速最高处。即阀塞阀座处。冲蚀是闪蒸破坏的直观表现气蚀发生时，气泡破裂释放的能量使阀塞阀座甚至附近管道损坏，并伴发噪声气蚀与闪蒸是致使阀门损坏的重要原因！

本文来源于互联网，作者：刘海海。暖通南社整理编辑于2019年10月3日。