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过程控制调节阀的选择

摘要：主要阐述了调节阀的组成和分类，以及调节间的类型、执行机构、作用方式、流量特性等选择原则和方法，并对调节阎选择的方法、原则进行了分析。

    关键词：控制阀；调节阀；分类；选择；分析
    调节阀在过程控制中的作用是接受调节器或计算机的控制信号，改变被调介质的流量，使被调参数维持在所要求的范围内，从而达到生产过程的自动化。如果把自动调节系统与人工调节过程相比较，检测单元是人的眼睛，调节控制单元是人的大脑，那么执行单元是人的手和脚，调节阀就是人的手和脚。要实现对工艺过程某一参数如温度、压力、流量、液位等的调节控制，都离不开调节阀。因此正确选择调节阀在过程自动化中具有重要意义。
    1 调节阀的组成与分类
    调节阀又称控制阀，是执行器的主要类型，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。调节阀一般由执行机构和阀门组成。如果按其所配执行机构使用的动力，调节阀可以分为气动、电动、液动三种，即以压缩空气为动力源的气动调节阀，以电为动力源的电动调节阀，以液体介质(如油等)压力为动力的电液动调节阀，另外，按其功能和特性分，还有电磁阀、电子式、智能式、现场总线型调节阀等。调节阀的产品类型很
多，结构也多种多样，而且还在不断更新和变化。一般来说阀是通用的，既可以与气动执行机构匹配，也可以与电动执行机构或其他执行机构匹配。

    2 调节阀类型的选择
    2.1 调节阀的阀体类型选择阀体的选择是调节阀选择中*重要的环节。调节阀阀体种类很多，常用的有直通单座、直通双座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋转、蝶形、套筒式、球形等10种。在选择阀门之前，要对控制过程的介质、工艺条件和参数进行细心的分析，收集足够的数据，了解系统对调节阀的要求，根据所收集的数据来确定所要使用的阀门类型。在具体选择时，可从以下几方面考虑：
    (1)阀芯形状结构主要根据所选择的流量特性和不平衡力等因素考虑。
    (2)耐磨损性当流体介质是含有高浓度磨损性颗粒的悬浮液时，阀芯、阀座接合面每一次关闭都会受到严重摩擦。因此阀门的流路要光滑，阀的内部材料要坚硬。
    (3)耐腐蚀由于介质具有腐蚀性，在能满足调节功能的情况下，尽量选择结构简单阀门。
    (4)介质的温度、压力当介质的温度、压力高且变化大时，应选用阀芯和阀座的材料受温度、压力变化小的阀门。
    (5) 防止闪蒸和空化闪蒸和空化只产生在液体介质。在实际生产过程中，闪蒸和空化不仅影响流量系数的计算，还会形成振动和噪声，使阀门的使用寿命变短，因此在选择阀门时应防止阀门产生闪蒸和空化。

    2.2 调节阀执行机构的选择
    2.2.1 输出力的考虑
    执行机构不论是何种类型，其输出力都是用于克服负荷的有效力(主要是指不平衡力和不平衡力矩加上摩擦力、密封力、重力等有关力的作用)。因此，为了使调节阀正常工作，配用的执行机构要能产生足够的输出力来克服各种阻力，保证高度密封和阀门的开启。
    对于双作用的气动、液动、电动执行机构，一般都没有复位弹簧。作用力的大小与它的运行方向无关，因此，选择执行机构的关键在于弄清*大的输出力和电机的转动力矩。对于单作用的气动执行机构，输出力与阀门的开度有关，调节阀上的出现的力也将影响运动特性，因此要求在整个调节阀的开度范围建立力平衡。

    2.2.2 执行机构类型的确定
    对执行机构输出力确定后，根据工艺使用环境要求，选择相应的执行机构。对于现场有防爆要求时，应选用气动执行机构，且接线盒为防爆型，不能选择电动执行机构。如果没有防爆要求，则气动、电动执行机构都可选用，但从节能方面考虑，应尽量选用电动执行机构。对于液动执行机构，其使用不如气动、电动执行机构广泛，但具有调节精度高、动作速度快和平稳的特点，因此，在某些情况下，为了达到较好调节效果，必须选用液动执行机构，如发电厂透明机的速度调节、炼油厂的催化装置反应器的温度调节控制等。

    3 调节阀的作用方式选择
    调节阀的作用方式只是在选用气动执行机构时才有，其作用方式通过执行机构正反作用和阀门的正反作用组合形成。组合形式有4种即正正(气关型)、正反(气开型)、反正(气开型)、反反(气关型)，通过这四种组合形成的调节阀作用方式有气开和气关两种。对于调节阀作用方式的选择，主要从三方面考虑：a)工艺生产**；b)介质的特性；c)保证产品质量，经济损失*小。

    4 调节阀流，特性的选择
    调节阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与位移(阀门的相对开度)间的关系，理想流量特性主要有直线、等百分比(对数)、抛物线和快开等4种，特性曲线和阀芯形状如图1和图2所示。常用的理想流量特性只有直线、等百分比(对数)、快开三种。抛物线流量特性介于直线和等百分比之间，一般可用等百分比特性来代替，而快开特性主要用于二位调节及程序控制中，因此调节阀特性的选择实际上是直线和等百分比流量特性的选择。
    调节阀流量特性的选择可以通过理论计算，但所用的方法和方程都很复杂。目前多采用经验准则，具体从下几方面考虑：①从调节系统的调节质量分析并选择；②从工艺配管情况考虑；③从负荷变化情况分析。
    选择好调节阀的流量特性，就可以根据其流量特性确定阀门阀芯的形状和结构，但对于像隔膜阀、蝶阀等，由于它们的结构特点，不可能用改变阀芯的曲面形状来达到所需要的流量特性，这时，可通过改变所配阀门定位器的反馈凸轮外形来实现。

    5 调节阀口径的选择
    调节阀口径的选择和确定主要依据阀的流通能力即Cv。在各种工程的仪表设计和选型时，都要对调节阀进行Cv计算，并提供调节阀设计说明书。从调节阀的Cv计算到阀的口径确定，一般需经以下步骤：
    1)计算流量的确定。现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算流量的Qmax和Qmin。
    2)阀前后压差的确定。根据已选择的阀流量特性及系统特点选定S(阻力系数)，再确定计算压差。
    3)计算Cv。根据所调节的介质选择合适的计算公式和图表，求得Cmax和Cmin。
    4)选用Cv。根据Cmax，在所选择的产品标准系列中选取>Cmax且与其*接近的**C。
    5)调节阀开度验算。一般要求*大计算流量时的开度≯90%，*小计算流量时的开度≮10%。
    6)调节阀实际可调比的验算。一般要求实际可调比≮10。
    7)阀座直径和公称直径的确定。验证合适后，根据C确定。

    6 结束语
    调节阀的选择是非常细致的工作，不仅要有扎实的专业理论知识，还要有丰富实践经验。选择得好不仅有利于调节控制回路PID参数的整定，使被调参数得到较好地控制效果，也使调节阀的使用寿命大大增长。调节阀的选择要因地制宜，并非一成不变，要在实践的过程中不断总结和**，特别随着机电一体化技术、计算机和数字信息技术的应用，调节阀的结构功能变得更好、更**，为选择调节阀提供了极大的方便。

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