《調(diào)節(jié)閥知識(shí)大全》來(lái)自日本橫河電機(jī)，內(nèi)容涉及調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)輔助設(shè)備、調(diào)節(jié)閥動(dòng)作、調(diào)節(jié)閥流量特定、調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)計(jì)算等方面知識(shí)，對(duì)大家全面了解調(diào)節(jié)閥大有幫助。

在過(guò)程控制領(lǐng)域，通常會(huì)使用調(diào)節(jié)閥作為流量、壓力、溫度和液位等過(guò)程量的操作設(shè)備。調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體兩部分構(gòu)成，與各種輔助設(shè)備(如定位器、電磁閥、升壓器、速度控制器、鎖閉閥等)組合使用可以實(shí)現(xiàn)多種功能。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)
根據(jù)操作信號(hào)以及驅(qū)動(dòng)源消失時(shí)的動(dòng)作方向和流量特性，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體可以有多種不同的結(jié)構(gòu)，此處僅對(duì)其中具有代表性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。

調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)式、電動(dòng)式及電液聯(lián)動(dòng)式，氣動(dòng)式裝置又分為隔膜式及氣缸式。根據(jù)操作信號(hào)和驅(qū)動(dòng)源消失時(shí)的動(dòng)作不同，執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正向型、逆向型、無(wú)定向型和保持型。正向型在操作信號(hào)和驅(qū)動(dòng)源消失時(shí)閥門(mén)軸會(huì)上升，而逆向型則會(huì)下降。
 
 
 
 


執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)原理示意圖

閥體
閥體種類(lèi)多于驅(qū)動(dòng)裝置種類(lèi)，根據(jù)閥門(mén)類(lèi)型、口徑大小和流體條件進(jìn)行選擇。有角形閥、三通閥、隔膜閥、閘閥、蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等。
球形閥是最常見(jiàn)的類(lèi)型。將氣壓控制信號(hào)傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即氣缸式或隔膜式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使閥桿上下動(dòng)作。



如下圖所示，閥桿上下動(dòng)作，可以改變閥塞與閥座之間的空間，從而改變流量。




閥的類(lèi)型與特點(diǎn)

定位器是安裝在驅(qū)動(dòng)裝置上使閥門(mén)開(kāi)度與調(diào)節(jié)器信號(hào)保持一致的設(shè)備。主要用于避免受到流體壓力變動(dòng)等外力變化的影響，加快驅(qū)動(dòng)裝置的速度。調(diào)節(jié)器與閥門(mén)分離情況下的響應(yīng)改善等也使用氣動(dòng)式儀器。

電-氣閥門(mén)定位器是將電子調(diào)節(jié)信號(hào)4-20mA DC轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮盒盘?hào)并改變調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度的設(shè)備。

電動(dòng)閥門(mén)定位器專(zhuān)門(mén)與電動(dòng)閥門(mén)組合使用。在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分安裝可逆電機(jī)，通過(guò)可變電阻(電位計(jì))將閥門(mén)開(kāi)度作為電壓信號(hào)反饋給電動(dòng)閥門(mén)定位器。通過(guò)比較器Q1、Q2和繼電器R1、R2，控制可逆電機(jī)的正轉(zhuǎn)、停止或反轉(zhuǎn)，使調(diào)節(jié)器信號(hào)Vi和開(kāi)度信號(hào)Vf保持一致。

電磁閥分為2向電磁閥、3向電磁閥、4向電磁閥等，與直接控制流體相比，更常用于開(kāi)關(guān)閥的驅(qū)動(dòng)回路或氣動(dòng)信號(hào)的切換等。

電磁閥的原理


 

調(diào)節(jié)閥的空氣容量較大或氣動(dòng)信號(hào)傳輸距離較長(zhǎng)時(shí)，使用升壓器提高響應(yīng)速度。

速度控制器是安裝在調(diào)節(jié)器信號(hào)和驅(qū)動(dòng)部分之間，使調(diào)節(jié)器信號(hào)延遲的設(shè)備。也可用于防止水錘現(xiàn)象。可變孔板/調(diào)節(jié)由針閥構(gòu)成，延遲時(shí)間設(shè)定為期望值。

鎖閉閥是當(dāng)停電或供給氣壓中斷時(shí)，可以保持調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的小型閥門(mén)。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮斷電恢復(fù)或供給氣壓恢復(fù)正常時(shí)，鎖閉閥是否恢復(fù)至原狀態(tài)，并選擇序列或鎖閉閥的類(lèi)型。

調(diào)節(jié)閥的流量特性 
調(diào)節(jié)閥流量特性主要有直線、等百分比、快開(kāi)和拋物線四種流量特性。本站《調(diào)節(jié)閥流量特性選擇方法》文章中有詳細(xì)介紹，在此不再敘述。
 
安裝在實(shí)際的控制過(guò)程中時(shí)，閥門(mén)差壓會(huì)隨流量的變化而變化。即小流量時(shí)配管部分的壓力損失較小，閥門(mén)差壓會(huì)變大，而流量大時(shí)閥門(mén)差壓變小。這種有別于固有特性的閥門(mén)特性稱為有效的流量特性。

快速啟動(dòng)特性的內(nèi)閥為盤(pán)狀，主要用于開(kāi)啟/關(guān)閉動(dòng)作。


  調(diào)節(jié)閥閥芯曲面形狀

閥門(mén)的流量控制特性由閥門(mén)的流量特性和工藝配管、泵等的組合情況決定，根據(jù)各控制對(duì)象和系統(tǒng)中閥門(mén)壓損所占比率在下面進(jìn)行選擇。

配管系統(tǒng)和壓力損失

調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作
根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置與閥體的組合可選擇調(diào)節(jié)閥動(dòng)作。

 
 驅(qū)動(dòng)裝置與閥體的組合以及閥動(dòng)作(單座閥的示例)

閥動(dòng)作包括正動(dòng)作、逆動(dòng)作、保持型動(dòng)作3種方式。隔膜式和氣缸式等氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)的正動(dòng)作方式是通過(guò)氣壓信號(hào)的增加使閥門(mén)關(guān)閉的方法，又稱為“AIR TO CLOSE”。逆動(dòng)作方式是通過(guò)氣壓信號(hào)增加使閥門(mén)開(kāi)啟的方法，又稱為“AIR TO OPEN”或“AIRLESS TO CLOSE”。電操作信號(hào)可通過(guò)定位器轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào)。操作信號(hào)中止或空氣源中斷及停電時(shí)，請(qǐng)考慮程序的安全性、合理性選擇閥門(mén)關(guān)閉或開(kāi)啟。

例如，在水與酸混合的程序中通過(guò)閥控制酸量時(shí)，若在電信號(hào)線斷線或空氣信號(hào)配管泄漏、空氣源中斷以及停電時(shí)，關(guān)閉酸控制閥是安全及合理的做法，應(yīng)采用逆動(dòng)作閥。

調(diào)節(jié)閥口徑選擇
閥門(mén)口徑選擇是根據(jù)流體的特性及使用條件，通過(guò)計(jì)算選出最合適的口徑，計(jì)算出必須的流量的容量系數(shù)Cv值，對(duì)照需要的閥門(mén)口徑與閥門(mén)容量系數(shù)Cv值進(jìn)行選擇。

1、Cv值的定義
閥門(mén)差壓為1psi(0.07kg/cm2=7kPa)，常溫水以每分鐘1加侖(3.785升)的速度流動(dòng)時(shí)，將流量容量系數(shù)Cv的值定義為1。

2、Cv值的計(jì)算
①液體Cv值的計(jì)算



②氣體Cv值的計(jì)算



③蒸汽Cv值的計(jì)算

3、SI單位系中的定徑方式
定義Av值、Cv值。但是，目前使用比較廣泛的是Cv值。

4、閥門(mén)Cv值的計(jì)算方法
Cv值分為要求Cv和閥Cv兩種。要求Cv根據(jù)閥門(mén)差壓和流體條件進(jìn)行計(jì)算。閥Cv是指閥門(mén)流通能力，是由閥門(mén)的形狀與口徑?jīng)Q定的。選擇閥口徑，要選擇閥Cv比要求Cv略大的閥門(mén)。對(duì)于Cv無(wú)須進(jìn)行精確的計(jì)算。

①Cv的計(jì)算
流體為液體時(shí)



②閥門(mén)Cv值的簡(jiǎn)單估算法
1英寸球形閥的Cv值約為10。Cv值隨閥門(mén)口徑倍數(shù)的平方上下變動(dòng)，所以2英寸的Cv值約為40。

③計(jì)算示例
我們打開(kāi)水龍頭洗手時(shí)的流量大約為5L/min(0.3m3/h)，水壓為0.05MPa左右，開(kāi)方后約為0.22，所以：



口徑為13mm的閥門(mén)的Cv值約為3，口徑為8mm的閥門(mén)的Cv值約為1，所以可以確保提供充足的水量。自來(lái)水管道通常使用13mm(1/2inch)管和8mm(1/3inch)管，可見(jiàn)，這是能夠取得平衡的合適口徑。