來自日本橫河電機(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
閥體種類多于驅(qū)動(dòng)裝置種類，根據(jù)閥門類型、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。
球形閥是常見的類型。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。
 

閥的類型與特點(diǎn)         

類型                   特點(diǎn)及應(yīng)用        

單座球形閥             控制性能好，閥門全閉時(shí)泄漏小。

                              除漿液或強(qiáng)腐蝕性流體外，可廣泛用于水、蒸汽、氣體等。

雙座球形閥             使用兩組閥座與閥塞連動(dòng)的結(jié)構(gòu)，以減輕驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)擔(dān)。

                              閥門全閉時(shí)泄漏大、面間尺寸大，所以應(yīng)用有一定限制。

儀表閥                    將氣缸內(nèi)閥塞改裝為可動(dòng)的結(jié)構(gòu)

                               以防止差壓過大造成閥塞振動(dòng)。

                               但是需要注意氣缸與閥塞間可能會(huì)夾雜纖維和垃圾。

蝶閥                       用于爐內(nèi)壓及氣體燃燒等低差壓的控制。

                              也有適用于蒸汽和中差壓情況的高性能蝶閥。

球閥                       多用于管線切換等ON/OFF操作。

                              有時(shí)也將現(xiàn)有手動(dòng)閥替換成球閥以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化切換。

偏心旋轉(zhuǎn)閥              容量大，可用于漿液。

                             閥塞為碗狀，易受到流體偏壓的影響，應(yīng)用范圍有限。

桑德斯閥                適用于腐蝕性流體和漿液，但耐久性較差。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)輔助設(shè)備

執(zhí)行機(jī)構(gòu)輔助設(shè)備常見的有氣動(dòng)閥門定位器、電-氣閥門定位器、電動(dòng)閥門定位器、電磁閥、升壓器、速度控制器、鎖閉閥等。

在下面做簡(jiǎn)單介紹。

  1、 氣動(dòng)閥門定位器

定位器是安裝在驅(qū)動(dòng)裝置上使閥門開度與調(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)器與閥門分離情況下的響應(yīng)改善等也使用氣動(dòng)式儀器。

                           氣動(dòng)閥門定位器原理

2、電-氣閥門定位器

電-氣閥門定位器是將電子調(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)閥門開度的設(shè)備。

                      電-氣閥門定位器原理

3、電動(dòng)閥門定位器

電動(dòng)閥門定位器專門與電動(dòng)閥門組合使用。

在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分安裝可逆電機(jī)，通過可變電阻(電位計(jì))將閥門開度作為電壓信號(hào)反饋給電動(dòng)閥門定位器。

通過比較器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和開度信號(hào)Vf保持一致。

                       電動(dòng)閥門定位器的原理

4、電磁閥

電磁閥能起到空氣回路的開關(guān)作用。

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

                                  電磁閥應(yīng)用示例

5、升壓器

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。

                      升壓器的原理結(jié)構(gòu)

6、速度控制器

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。

          速度控制器的原理結(jié)構(gòu)

7、鎖閉閥

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)閥開度的小型閥門。

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型。

                                 鎖閉閥和應(yīng)用示例          

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、快開和拋物線四種流量特性。

安裝在實(shí)際的控制過程中時(shí)，閥門差壓會(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，閥門差壓會(huì)變大，而流量大時(shí)閥門差壓變小。這種有別于固有特性的閥門特性稱為有效的流量特性。

快速啟動(dòng)特性的內(nèi)閥為盤狀，主要用于開啟/關(guān)閉動(dòng)作。

                   調(diào)節(jié)閥閥芯曲面形狀

閥門的流量控制特性由閥門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)中閥門壓損所占比率在下表中進(jìn)行選擇。                  

控制對(duì)象      閥門的流量特性     系統(tǒng)中閥門壓損所占比例                                                                      

流量控制或

液位控制           等百分比           40%以下                                                                      
流量控制或

液位控制            線性              40%以上                                                                     
壓力控制或

溫度控制          等百分比           50%以下                                                                     
壓力控制或

溫度控制             線性              50%以上                                                                            

由于配管的壓力損失是與流量的平方成比例增加，如果閥門本體的特性呈簡(jiǎn)單線性變化，流量小時(shí)閥門差壓增大，稍微開啟閥門流量就會(huì)很大，流量大時(shí)閥門壓差減小，流量不能與閥門的開度成正比。為此，加入配管和泵的特性，實(shí)現(xiàn)與流量大小無關(guān)，僅與閥門開度成比例變化的流量控制是設(shè)計(jì)等百分比特性的目的所在。 
  
                       
                  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)作方式是通過氣壓信號(hào)的增加使閥門關(guān)閉的方法，又稱為“AIR TO CLOSE”。逆動(dòng)作方式是通過氣壓信號(hào)增加使閥門開啟的方法，又稱為“AIR TO OPEN”或“AIRLESS TO CLOSE”。電操作信號(hào)可通過定位器轉(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、合理性選擇閥門關(guān)閉或開啟。


                
例如，在水與酸混合的程序中通過閥控制酸量時(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
閥門口徑選擇是根據(jù)流體的特性及使用條件，通過計(jì)算選出合適的口徑，計(jì)算出必須的流量的容量系數(shù)Cv值，對(duì)照需要的閥門口徑與閥門容量系數(shù)Cv值進(jìn)行選擇。
1、Cv值的定義
閥門差壓為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)閥門差壓和流體條件進(jìn)行計(jì)算。閥Cv是指閥門流通能力，是由閥門的形狀與口徑?jīng)Q定的。選擇閥口徑，要選擇閥Cv比要求Cv略大的閥門。對(duì)于Cv無須進(jìn)行的計(jì)算。
①Cv的計(jì)算
流體為液體時(shí)   
②閥門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
我們打開水洗手時(shí)的流量大約為5L/min(0.3m3/h)，水壓為0.05MPa左右，開方后約為0.22，所以:


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