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1、第六章第六章 执行器执行器 返回首页返回首页n第一节第一节 气动薄膜调节阀气动薄膜调节阀n第二节第二节 电动执行器电动执行器n第三节第三节 电电-气转换器及电气转换器及电-气阀门定位器气阀门定位器n 执执行行器器接接受受来来自自调调节节器器的的调调节节信信号号，并并将将该该调调节节信信号号转转换换成成相相应应的的角角位位移移量量或或者者直直线线位位移移量量，去去操操纵纵调调节节机机构构（调调节节阀阀），从从而而改改变变被被控控介介质质的的流流量量，使使被被调调节节参参数符合工艺要求。数符合工艺要求。n 执执行行器器根根据据其其使使用用的的能能源源形形式式可可分分为为气动、电动、液动和自力式四大

2、类。气动、电动、液动和自力式四大类。n 气气动动执执行行器器（通通常常也也称称为为气气动动调调节节阀阀）的的执执行行机机构构和和调调节节机机构构是是统统一一的的整整体体，它它是是以以被被压压缩缩的的空空气气作作为为能能源源来来操操纵纵调调节节机机构构的的，特特点点是是执执行行器器结结构构简简单单、动动作作平平稳稳可可靠靠、动动作作行行程程小小，输输出出推推力力较较大大、易易于于维维修修、安安全全防防爆爆系系数数高高，而而且且价价格格低低，广广泛泛地地被被应应用用在在化化工工、制制药药、炼炼油油等等工工业业生生产产中中。气气动动执执行行器器既既可可以以直直接接同同气气动动仪仪表表配配套套使使用用

3、，也也可可以以和和电电动动仪仪表表或或计计算算机机配配套套使使用用，只只要要经经过过电电-气气转转换换器器或或者者电电-气气阀阀门门定定位位器器将将电电信信号号转转换换为为 0.020.020.10.1MPaMPa的的标标准准气气压压信信号号，再再使使用用气气动动执执行行器器进进行行动动作作。薄薄膜膜气气动动执执行行器器是是化工生产中最常用的执行单元。化工生产中最常用的执行单元。n 电电动动执执行行器器将将执执行行机机构构和和调调节节机机构构分分成成独独立立的的两两个个部部分分。采采用用电电信信号号作作为为能能源源，将将输输入入的的直直流流电电流流信信号号转转换换为为相相应应的的位位移移信信号

4、号。因因此此电电动动执执行行器器信信号号传传递递迅迅速速，其其缺缺点点是是结结构构复复杂杂、安全防爆性能差，故在化工、炼油中很少使用。安全防爆性能差，故在化工、炼油中很少使用。n 液液动动执执行行器器可可以以产产生生很很大大的的推推力力，但但是是体体积较大，不适合于在化工、炼油中使用。积较大，不适合于在化工、炼油中使用。n 下面主要介绍薄膜式气动执行器。下面主要介绍薄膜式气动执行器。第一节第一节 气动薄膜调节阀气动薄膜调节阀n 气气动动薄薄膜膜调调节节阀阀的的执执行行机机构构（弹弹性性薄薄膜膜）和和调调节节机机构构（调调节节阀阀）被被整整合合在在一一起起，呈呈上上下下结结构构，上上部部分分为为

5、执执行行机机构构（也也称称膜膜头头），是是执执行行器器的的推推动动装装置置，它它按按调调节节信信号号（如如压压缩缩空空气气压压力力）的的大大小小产产生生相相应应的的推推力力，推推动动调调节节机机构构动动作作。执执行行机机构构是是将将信信号号压压力力（通通常常为为0.020.020.10.1MPaMPa）的的大大小小转转换换为为阀阀杆杆位位移移的的装装置置。下下部部分分为为调调节节机机构构（也也叫叫做做阀阀体体），是是执执行行器器的的调调节节部部分分，它它直直接接与与被被调调介介质质接接触触，调调节节流流体体的的流流量量。它它是是将将阀阀杆杆的的位位移移转换为流过阀的流量的装置。转换为流过阀的流

6、量的装置。n 右右图图是是一一种种常常用用的的气气动动执执行行器器的的示示意意图图。执执行行器器上上部部与与气气压压源源相相接接，当当气气压压增增大大时时，会会产产生生一一个个气气压压增增量量作作用用在在橡橡胶胶膜膜片片上上，橡橡胶胶膜膜片片发发生生形形变变，并并产产生生一一个个推推力力推推动动阀阀杆杆产产生生位位移移，从从而而改改变变连连接接在在阀阀杆杆上上的的阀阀芯芯与与阀阀座座之之间间的的流流通通面面积积，这这样样就就达达到到了了调调节节流量的目的。流量的目的。一、气动调节阀的结构一、气动调节阀的结构n 根根据据不不同同的的生生产产要要求求，气气动动执执行行器器的的执执行行机机构构和和调

7、调节节机机构构又又可以分为许多不同的形式。可以分为许多不同的形式。1 1执行机构执行机构n 气气动动执执行行机机构构主主要要分分为为薄薄膜膜式式和和活活塞塞式式两两种种，其其中中薄薄膜膜式式执执行行机机构构最最为为常常用用，它它可可以以用用做做一一般般调调节节阀阀的的推推动动装装置置，组组成成气气动动薄薄膜膜式式执执行行器器，习习惯惯上上称称为为气气动动薄薄膜膜调调节节阀阀，它它的的结结构构简简单单、价价格格便便宜宜、维维修修方方便，应用广泛。便，应用广泛。n 气气动动活活塞塞式式执执行行机机构构的的推推力力较较大大，主主要要用用于于大大口口径径、高高压压降降调调节节阀阀或或蝶蝶阀阀的的推推动

8、动装置。装置。n 除除薄薄膜膜式式和和活活塞塞式式之之外外，还还有有长长行行程程的的执执行行机机构构。它它们们的的行行程程长长、转转矩矩大大，适适合合于于输输出出0 00 090900 0的的转转角角和和力力矩矩，如如用用于于蝶蝶阀阀和和风风门门的的推推动动装装置。置。n 气气动动薄薄膜膜式式调调节节阀阀的的执执行行机机构构按按作作用用形形式式来来分分可可分分为为正正作作用用和和反反作作用用两两种种形形式式。当当来来自自调调节节器器的的信信号号压压力力增增大大时时，阀阀杆杆向向下下动动作作的的叫叫正正作作用用执执行行机机构构；当当来来自自调调节节器器的的信信号号压压力力增增大大时时，阀阀杆杆向

9、向上上动动作作的的叫叫反反作作用用执执行行机机构构。通通常常正正作作用用的的执执行行机机构构被被应应用用在在调调节节阀阀的的口口径径较较大大的的情情况况下下。正正作作用用执执行行机机构构的的的的信信号号压压力力是是通通入入波波纹纹膜膜片片上上方方的的薄薄膜膜气气室室；反反作作用用执执行行机机构构的的信信号号压压力力是是通通入入波波纹纹膜膜片片下下方方的的薄薄膜膜气气室室。国国内内生生产产的的正正作作用用式式执执行行机机构构被被称称为为ZMAZMA型型，反作用式执行机构被称为反作用式执行机构被称为ZMBZMB型。型。n 薄薄膜膜式式执执行行机机构构的的工工作作原原理理为为：输输出出位位移移与与输

10、输入入气气压压信信号号成成比比例例关关系系。当当信信号号压压力力（通通常常为为0.020.020.10.1MPaMPa）通通入入薄薄膜膜气气室室时时，在在薄薄膜膜上上产产生生一一个个推推力力，使使阀阀杆杆移移动动并并压压缩缩弹弹簧簧，直直至至弹弹簧簧的的反反作作用用力力与与推推力力相相平平衡衡，推推杆杆稳稳定定在在一一个个新新的的位位置置。信信号号压压力力越越大大，阀阀杆杆的的位位移移量量也也越越大大。阀阀杆杆的的位位移移即即为为执执行行机机构构的的直直线线输输出出的的位位移移，也也称称行行程程。行行程程规规格格 有有：1010mmmm、16mm16mm、25mm25mm、40mm40mm、6

11、0mm60mm、l00mml00mm等。等。n 另另外外还还可可以以按按有有、无无弹弹簧簧划划分分执执行行机机构构的的类类型型，可可分分为为有有弹弹簧簧和和无无弹弹簧簧的的执执行行机机构构。有有弹弹簧簧的的薄薄膜膜式式执执行行机机构构最最为为常常用用，无无弹弹簧簧的的薄薄膜膜式式执执行行机机构构常常用用于于双双位式调节。位式调节。2 2调节机构调节机构n 调调节节机机构构实实际际上上是是一一个个局局部部阻阻力力可可以以改改变变的的节节流流元元件件，我我们们通通常常把把它它叫叫做做调调节节阀阀。调调节节阀阀的的阀阀杆杆上上部部与与橡橡胶胶薄薄膜膜相相连连，下下部部与与阀阀芯芯相相连连，当当阀阀芯

12、芯在在阀阀体体内内移移动动的的时时候候，改改变变了了阀阀芯芯与与阀阀座座之之间间的的流流通通面面积积，即即改改变变了了阀阀的的阻阻力力系系数数，被被控控介介质质的的流流量量也也相相应应地地跟跟着着改改变变，从从而而达达到到调调节节工工艺艺参参数数的目的。的目的。3 3气动调节阀的调节方式气动调节阀的调节方式n 执执行行机机构构和和调调节节机机构构按按照照不不同同的的组组合合方方式式可可以以实实现现气气开开式式和和气气关关式式两两种种调调节节。由由于于执执行行机机构构有有正正、反反两两种种作作用用方方式式，调调节节机机构构也也有有正正、反反两两种种作作用用方方式式，推推杆杆下下移移时时阀阀门门关

13、关小小为为正正（也也叫叫阀阀芯芯正正装装），推推杆杆下下移移时时阀阀门门开开大大为为负负（也也叫叫阀阀芯芯反反装装），因因此此可可以以有有四四种种组组合合方方式式组组成成气气开开或或气气关关型型式式的的调调节节型型式式，气气开开式式是是输输入入气气压压越越高高时时开开度度越越大大，而而在在气气源源断断开开时时则则全全关关，故故称称FCFC型型；气气关关式式是是输输入入气气压压越越高高时时开开度度越越小小，而而在在气气源源断断开开时时则全开，故称则全开，故称FOFO型。型。正正作用执行机构作用执行机构：（a a）、（）、（b b）；）；反作用执行机构反作用执行机构：（c c）、（）、（d d）。

14、）。阀芯正装阀芯正装：（a a）、（）、（c c）；）；阀芯阀芯反反装装：（b b）、（）、（d d）。）。气开式（正作用方向）：气开式（正作用方向）：（b b）、（）、（c c）；）；气关式（反作用方向）：气关式（反作用方向）：（a a）、（）、（d d）。）。二、气动薄膜调节阀的类型二、气动薄膜调节阀的类型n 根根据据不不同同的的使使用用场场合合和和使使用用要要求求，我我们们需需要要选选择择不不同同的的调调节节阀阀的的结结构构型型式式，主主要要的的气气动动薄薄膜膜调节阀的类型有以下几种：调节阀的类型有以下几种：（l l）直通单座调节阀直通单座调节阀n 直直通通单单座座阀阀的的阀阀体体内内只

15、只有有一一个个阀阀芯芯与与阀阀座座，如如右右图图所所示示。流流体体从从左左侧侧流流入入，从从右右侧侧流流出出。其其特特点点是是结结构构简简单单、泄泄露露量量小小，易易于于保保证证关关闭闭，甚甚至至完完全全切切断断。缺缺点点是是在在压压差差比比较较大大的的时时候候，流流体体对对阀阀芯芯上上下下作作用用的的推推力力不不平平衡衡，这这种种不不平平衡衡力力会会影影响响阀阀芯芯的的移移动动。因因此此这这种种阀阀一一般般应应用用在在小小口口径径、低低压压差差的的场场合。合。但目前已有大口径的单但目前已有大口径的单座阀。座阀。（2 2）直通双座）直通双座调节阀调节阀 n 阀阀体体内内有有两两个个阀阀芯芯和和

16、阀阀座座，如如右右图所示。图所示。n 流体从左侧流入，经过上下阀流体从左侧流入，经过上下阀芯后流体再汇合到一起，再从调芯后流体再汇合到一起，再从调节节阀的右侧流出。直通双座调节阀是阀的右侧流出。直通双座调节阀是最常用的一种类型，其特点是由于最常用的一种类型，其特点是由于流体流过的时候，作用在上、下两流体流过的时候，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反而大小近个阀芯上的推力方向相反而大小近于相等，可以相互抵消，所以不平于相等，可以相互抵消，所以不平衡力小。但是，由于加工的限制，衡力小。但是，由于加工的限制，上下两个阀芯阀座不易保证同时密上下两个阀芯阀座不易保证同时密闭，因此泄露量较大。闭，因此泄

17、露量较大。（3 3）其他类型的调节阀）其他类型的调节阀n 角角形形调调节节阀阀 角角形形阀阀的的两两个个接接管管呈呈直直角角形形，流流体体从从底底部部进进入入，然然后后流流经经阀阀芯芯后后从从阀阀侧侧流流出出，如如右右图图所所示示。这这种种阀阀的的流流路路简简单单、阻阻力力较较小小，适适用用于于安安装装现现场场管管道道要要求求用用直直角角连连接接、介介质质为为高高粘粘度度、高高压压差差和和含含有有少少量量悬悬浮浮物物和和固固体体颗颗粒粒状状的场合。的场合。n 隔隔膜膜调调节节阀阀 它它采采用用耐耐腐腐蚀蚀衬衬里里的的阀阀体体和和隔隔膜膜，如如右右图图所所示示。隔隔膜膜阀阀的的特特点点是是结结构

18、构简简单单、流流阻阻小小，流流通通能能力力比比同同口口径径的的其其他他种种类类的的阀阀要要大大。由由于于介介质质用用隔隔膜膜与与外外界界隔隔离离，故故无无填填料料，介介质质也也不不会会泄泄露露。这这种种阀阀耐耐腐腐蚀蚀性性强强，适适用用于于强强酸酸、强强碱碱、强强腐腐蚀蚀性性介介质质的的调调节节，也也能能用用于于高高粘粘度度及及悬悬浮浮颗颗粒粒状状的的介介质质的调节。的调节。n 三三通通调调节节阀阀 三三通通阀阀有有三三个个流流体体出出入入口口。其其流流通通方方式式有有两两种种：（a a）合合流流（两两种种介介质质混混合合成成一一路路）型型；（b b）分分流流（一一种种介介质质分分成成两两路路

19、）型型，分分别别如如下下图图（a a）、（b b）所所示示。可可用用一一个个三三通通阀阀来来实实现现两两个个直直通通阀阀的的功功能能，适适用用于于配配比比调调节节与与旁旁路路调节。调节。n 在在实实际际应应用用中中，三三通通阀阀常常用用于于换换热热器器旁旁路路调调节。节。n蝶蝶阀阀 也也称称翻翻板板阀阀，如右图所示。如右图所示。n 蝶蝶阀阀的的特特点点是是结结构构简简单单、重重量量轻轻、价价格格便便宜宜、流流阻阻极极小小。但但泄泄露露量量大大，适适用用于于口口径径较较大大、大大流流量量、低低压压差差的的场场合合，也也可可以以用用于于含含少少量量悬悬浮浮颗颗粒粒介介质的调节。质的调节。n 球球阀

20、阀 球球阀阀是是阀阀芯芯与与阀阀体体都都呈呈球球形形的的调调节节阀阀，转转动动阀阀芯芯使使之之与与阀阀体体处处于于不不同同的的相相对对位位置置时时，就就具具有有不不同同的的流流通通面面积积，以以达达到到流量调节的目的，如下图所示。流量调节的目的，如下图所示。n 球球阀阀阀阀芯芯有有“V V型型和和“OO”型型两两种种开开口型式，分别如图（口型式，分别如图（a a）、（）、（b b）所示。所示。n 凸凸轮轮挠挠曲曲阀阀 通通常常也也叫叫偏偏心心旋旋转转阀阀。它它的的扇扇形形球球面面状状阀阀芯芯与与挠挠曲曲臂臂及及轴轴套套一一起起铸铸成成，固固定定在在转转动动轴轴上上，如如下下图图所所示示。凸凸轮

21、轮挠挠曲曲阀阀的的侥侥曲曲臂臂在在压压力力作作用用下下能能产产生生挠挠曲曲变变形形，使使阀阀芯芯球球面面与与阀阀座座密密封封圈圈紧紧密密接接触触，密密封封性性好好。同同时时，它它的的重重量量轻轻、体体积积小小、安安装装方方便便，适适用于高粘度或带有悬浮物的介质流量调节。用于高粘度或带有悬浮物的介质流量调节。n 笼笼式式阀阀 又又名名套套筒筒型型调调节节阀阀，它它的的阀阀体体与与一一般般的的直直通通单单座座阀阀相相似似，如如下下图图所所示示。笼笼式式阀阀内内有有一一个个圆圆柱柱形形套套筒筒（笼笼子子）。套套筒筒壁壁上上有有一一个个或或几几个个不不同同形形状状的的孔孔（窗窗口口），利利用用套套筒筒

22、导导向向，阀阀芯芯在在套套筒筒内内上上下下移移动动，由由于于这这种种移移动动改改变变了了笼笼子子的的节节流流孔孔面面积积，就就形形成成了了各各种种特特性性并并实实现现流流量量调调节节。笼笼式式阀阀的的可可调调比比大大、振振动动小小、不不平平衡衡力力小小、结结构构简简单单、套套筒筒互互换换性性好好，更更换换不不同同的的套套筒筒（窗窗口口形形状状不不同同）即即可可得得到到不不同同的的流流量量特特性性，阀阀内内部部件件所所受受的的气气蚀蚀小小、噪噪音音小小，是是一一种种性性能能优优良良的的阀阀，特特别别适适用用于于要要求求低低噪噪音音及及压压差差较较大大的的场场合合，但但不不适适于于高高温温、高高粘

23、粘度度及及含含有有固固体体颗粒的流体。颗粒的流体。n 除除以以上上所所介介绍绍的的阀阀以以外外，还还有有一一些些特特殊殊的的调调节节阀阀。例例如如小小流流量量阀阀适适用用于于小小流流量量的的精精密密调调节节，超超高高压压阀阀适适用用于于高高静静压、高压差的场合。压、高压差的场合。三、调节阀的静态特性（理想三、调节阀的静态特性（理想流量特性，工作流量特性）流量特性，工作流量特性）n 调调节节阀阀的的流流量量特特性性是是指指被被控控介介质质流流过过阀阀门门的的相相对对流流量量与与阀阀门门的的相相对对开开度度（相相对对位位移移）间的关系：间的关系：n （6-6-l l）n式式中中相相对对流流量量 Q

24、QQQmaxmax是是调调节节阀阀某某一一开开度度时时流流量量 QQ与与全全开开时时 QQmaxmax之之比比。相相对对开开度度 l ll lmaxmax（或或l/Ll/L）是是调调节节阀阀某某一一开开度度行行程程l l与与全全开开行程行程l lmaxmax（或或L L）之比。之比。1 1调节阀的调节阀的理想流量特性理想流量特性n 在在不不考考虑虑调调节节阀阀前前后后压压差差变变化化时时得得到到的的流流量量特特性性称称为为理理想想流流量量特特性性。它它取取决决于于阀阀芯芯的的形形状状（如如右右图图），主主要要有有直直线线、等等百百分分比比（对对数数）、抛抛物物线及快开等几种。线及快开等几种。（

25、1 1）直线）直线型型n 阀阀芯芯的的流流量量特特性性为为线线性性，是是指指调调节节阀阀的的相相对对流流量量与与相相对对开开度度呈呈线线性性关关系系，即即单单位位位位移变化所引起的流量变化是常数。可表示为移变化所引起的流量变化是常数。可表示为n （6-26-2）n式式中中K K为为常常数数，即即调调节节阀阀的的放放大大系系数数。将将式式（6 62 2）积分可得）积分可得n （6-36-3）n 上上式式中中 C C为为积积分分常常数数。边边界界条条件件为为：l=0l=0时时，QQQQminmin（QQminmin为为调调节节阀阀能能调调节节的的最最小小流流量量）；l=l=l lmaxmax时时，

26、QQQQmaxmax。边边界界条条件件代代入式（入式（6-36-3），可分别得：），可分别得：n （6-46-4）n式式中中 R R为为调调节节阀阀所所能能调调节节的的最最大大流流量量 QQmaxmax与与最最小小流流量量QQminmin的的比比值值，称称为为调调节节阀阀的的可可调调范范围围或或可调比可调比。n 注注意意：QQminmin并并不不等等于于调调节节阀阀全全关关时时的的泄泄露露量量，一一般般它它是是QQmaxmax的的2%2%4%4%。国国产产调调 节节 阀阀 理理 想想 可可 调调 范范 围围 R R为为3030（这这是是对对于于直直通通单单座座、直直通通双双座座和和角角形形阀阀

27、而而言言的的。隔隔膜阀的可调范围为膜阀的可调范围为1010）。）。n将将式式（6 64 4）代代入入式（式（6 63 3），可得：），可得：n （6-56-5）n式（式（6 65 5）表明）表明QQQQmaxmax与与l lL L之间之间呈线性关系，在直呈线性关系，在直角坐标上是一条直角坐标上是一条直线（如右图中直线线（如右图中直线2 2所示）所示）。n 这这种种流流量量特特性性的的阀阀芯芯在在作作单单位位行行程程变变化化时时，引引起起的的流流量量变变化化相相同同。例例如如，阀阀位位分分别别处处于于10%10%、50%50%、80%80%的的位位置置时时，使使行行程程再再变变化化10%10%，

28、所所引引起起的的流流量量变变化化均均为为10%10%。但但是是，相相对对变变化化量量则则分分别别为为100%100%、20%20%、12.5%12.5%。可可见见，在在小小流流量量（小小开开度度）时时相相对对变变化化大大，大大流流量量（大大开开度度）时时，相相对对变变化化小小。即即小小开开度度时时控控制制作作用用强强，大大开开度度时时控控制制作作用用弱弱。因因此此，直直线线型型阀阀门门不不适适合合负负荷荷变变化化大的对象的控制。大的对象的控制。（2 2）等百分比型（对数流量特性）等百分比型（对数流量特性）n调调节节阀阀的的放放大大系系数数随随相相对对流流量量的的增增加加而而增增大大。用数学式表

29、示为用数学式表示为n （6-66-6）n将式（将式（6-66-6）积分得）积分得n将前述边界条件代入，可得将前述边界条件代入，可得n n最后得最后得n n 相相对对开开度度与与相相对对流流量量成成对对数数关关系系。曲曲线线斜斜率率（图图6-136-13中中曲曲线线4 4所所示示）即即放放大大系系数数随随行行程程的的增增大大而而增增大大。在在同同样样的的行行程程变变化化值值下下，流流量量小小时时，流流量量变变化化小小，调调节节平平稳稳缓缓和和；流流量量大大时时，流流量量变变化大，调节灵敏有效。化大，调节灵敏有效。（3 3）抛物线型）抛物线型n QQQQmaxmax与与 l lL L之之间间成成抛

30、抛物物线线关关系系，在在直直角角坐坐标标上上为为一一条条抛抛物物线线，它它介介于于直直线及对数曲线线及对数曲线之间之间。数学表达式为：。数学表达式为：（4 4）快开型）快开型n 这这种种流流量量特特性性在在开开度度较较小小时时就就有有较较大大流流量量，随随开开度度增增大大，流流量量很很快快就就达达到到最最大大，故故称称为为快快开开特特性性。快快开开特特性性的的阀阀芯芯形形式式是是平平板板形形的的，适适用用于于迅迅速速启启闭闭的的切切断断阀阀或或双双位位调调节系统。节系统。2 2调节阀的工作流量特性调节阀的工作流量特性n 在实际生产中，在实际生产中，调节阀前后调节阀前后压差总是变化的压差总是变化

31、的，这时的流量特，这时的流量特性称为工作流量特性。性称为工作流量特性。（1 1）串联管道的工作流量特性）串联管道的工作流量特性n 以下图所示串联系统为例来讨论，系统总压差以下图所示串联系统为例来讨论，系统总压差PP等于管路系统（除调节阀外的全部设备和管道等于管路系统（除调节阀外的全部设备和管道的各局部阻力之和）的压差的各局部阻力之和）的压差PP2 2与调节阀的压差与调节阀的压差PP1 1之和（图之和（图6-156-15）。以）。以S S表示调节阀全开时阀上压表示调节阀全开时阀上压差与系统总压差差与系统总压差（即系统中最大流量时动力损失总（即系统中最大流量时动力损失总和）和）之比之比。以。以QQ

32、maxmax表示管道阻力等于零时调节阀的表示管道阻力等于零时调节阀的全开流量全开流量，此时阀上压差为系统总压差。，此时阀上压差为系统总压差。n 于是可得串联管道以于是可得串联管道以QQmaxmax作参比作参比值的工作流量特性，如图值的工作流量特性，如图6-166-16所示所示 n 图图中中S=1S=1时时，管管道道阻阻力力损损失失为为零零，系系统统总总压压差差全全降降在在阀阀上上，工工作作特特性性与与理理想想特特性性一一致致。随随着着S S值值的的减减小小，直直线线特特性性渐渐渐渐趋趋近近于于快快开开特特性性，等等百百分分比比特特性性渐渐渐渐接接近近于于直直线线特特性性。所所以以，在在实实际际

33、使使用用中中，一一般般希希望望S S值值不低于不低于0.30.30.50.5。n 在在现现场场使使用用中中，如如调调节节阀阀选选得得过过大大或或生生产产在在低低负负荷荷状状态态，调调节节阀阀将将工工作作在在小小开开度度。有有时时，为为了了使使调调节节阀阀有有一一定定的的开开度度而而把把工工艺艺阀阀门门关关小小些些以以增增加加管管道道阻阻力力，使使流流过过调调节节阀阀的的流流量量降降低低，这这样样，S S值值下下降降，使使流量特性畸变，调节质量恶化。流量特性畸变，调节质量恶化。（2 2）并联管道的工作流量特性）并联管道的工作流量特性n 调调节节阀阀一一般般都都装装有有旁旁路路，以以便便手手动动操

34、操作作和和维维护护。当当生生产产量量提提高高或或调调节节阀阀选选小小了了时时，只只好好将将旁旁路路阀阀打打开开一一些些，此此时时调调节节阀阀的的理理想想流流量量特特性性就就改改变变成成为为工工作特性。作特性。n 图图 6-176-17表表示示并并联联管管道道时时的的情情况况。显显然然这这时时管管路路的的总总流流量量 QQ是是调调节节阀阀流流量量QQ1 1与与旁旁路路流流量量QQ2 2之之和和，即即Q=QQ=Q1 1+Q+Q2 2。n 若若以以X X代代表表并并联联管管道道时时调调节节阀阀全全开开时时的的流流量量QQ1max1max与与总总管管最最大大流流量量QQmaxmax之之比比，可可以以得

35、得到到在在压压差差PP为为一一定定，而而X X为为不不同同数数值值时时的的工工作作流量特性，如下图所示。流量特性，如下图所示。n 图图中中纵纵坐坐标标流流量量以以总总管管最最大大流流量量QQmaxmax为为参参比比值值。由由图图可可见见，当当x=1x=1，即即旁旁路路阀阀逐逐渐渐打打开开，虽虽然然阀阀本本身身的的流流量量特特性性变变化化不不大大，但但可可调调范范围围大大大大降降低低了了。调调节节阀阀关关闭闭，即即l lL L0 0时时，流流量量QQminmin比比调调节节阀阀本本身身的的QQ1min1min大大得得多多。同同时时，在在实实际际使使用用中中总总存存在在着着串串联联管管道道阻阻力力

36、的的影影响响，调调节节阀阀上上的的压压差差还还会会随随流流量量增增加加而而降降低低，使使可可调调范范围围下下降降得得更更多多些些，调调节节阀阀在在工工作作过过程程中中所所能能调调节节的的流流量量变变化化范范围围更更小小，甚甚至至几几乎乎不不起起调调节节作作用用。所所以以，采采用用打打开开旁旁路路阀阀的的调调节节方方案案是是不不好好的的，一一般般认认为为旁旁路路流流量量最最多多只只能能是是总总流流量量的的百分之十几，即百分之十几，即x x值最小不低于值最小不低于0 08 8。n 综合上述串、并联管道的情况，可得如下结论：综合上述串、并联管道的情况，可得如下结论：n 串串、并并联联管管道道都都会会

37、使使阀阀的的理理想想流流量量特特性性发发生生畸畸变变，串联管道的影响尤为严重。串联管道的影响尤为严重。n 串串、并并联联管管道道都都会会使使调调节节阀阀的的可可调调范范围围降降低低，并并联管道尤为严重。联管道尤为严重。n 串串联联管管道道使使系系统统总总流流量量减减少少，并并联联管管道道使使系系统统总总流量增加。流量增加。n 串、并联管道会使调节阀的放大系数减小，即输串、并联管道会使调节阀的放大系数减小，即输入信号变化引起的流量变化值减少。串联管道调节阀入信号变化引起的流量变化值减少。串联管道调节阀处于大开度时，处于大开度时，s s值降低对放大系数的影响更为严重；值降低对放大系数的影响更为严重

38、；并联管道调节阀处于小开度时，并联管道调节阀处于小开度时，x x值降低对放大系数值降低对放大系数的影响更为严重。的影响更为严重。四、调节阀的动态特性和变差四、调节阀的动态特性和变差n 1 1调节阀的动态特性调节阀的动态特性n 调调节节阀阀的的动动态态特特性性表表示示在在动动态态过过程程中中信信号号压压力力与与阀阀杆杆位位移移的的关关系系。调调节节阀阀的的橡橡胶胶膜膜头头是是一一个个空空间间，它它可可以以被被看看作作一一个个气气容容，从从调调节节器器到到调调节节阀阀膜膜头头间间的的引引压压管管线线有有气气容容和和气气阻阻，所所以以管管线线和和膜膜头头是是一一个个由由气气阻阻和和气气容容组组成成的

39、的一一阶阶滞滞后后环环节节，其其时时间间常常数数的的大大小小取取决决于于气气阻阻和和气气容容，当当信信号号管管线线太太长长或或太太粗粗，膜膜头头气气室室太太大大时时，气气阻阻气气容容就就大大，调调节节阀阀的的时时间间常常数数也也就就大大。这这样样在在调调节节阀阀接接受受调调节节器器的的控控制制信信号号的的时时候候，由由膜膜头头充充气气到到阀阀杆杆走走完完全全行行程程的的过过程程很很长长，增增加加了系统广义过程的容量滞后，对控制不利。了系统广义过程的容量滞后，对控制不利。减小时间常数的措施：减小时间常数的措施：n （1 1）尽尽量量缩缩短短引引压压管管线线的的长长度度，例例如如在在采采用用电电动

40、动调调节器时，电气转换器应装在调节阀附近。节器时，电气转换器应装在调节阀附近。n （2 2）选选用用合合适适的的气气动动管管线线，如如88。管管径径过过细细，使使气气阻阻增增大大，效效果果不不好好，管管径径过过粗粗，气气阻阻虽虽然然减减小小，但但气气容容增增大大，完完成成气气压压变变化化所所需需要要的的时时间间就就长长，也也不不适适宜。宜。n （3 3）加装传输滞后补偿器。如引压管线很长，或橡）加装传输滞后补偿器。如引压管线很长，或橡胶膜头很大，可在阀门附近装设继动器，或采用阀门胶膜头很大，可在阀门附近装设继动器，或采用阀门定位器。自调节器至继动器，只有管线，没有膜头，定位器。自调节器至继动器

41、，只有管线，没有膜头，气容小，时间常数小。自继动器至阀门，管线短，气气容小，时间常数小。自继动器至阀门，管线短，气阻小，时间常数也小。总的时间常数要比两者直接连阻小，时间常数也小。总的时间常数要比两者直接连接时小得多。接时小得多。2 2调节阀的变差调节阀的变差 n 调调节节阀阀的的阀阀杆杆是是一一个个可可移移动动的的部部件件，它它与与填填料料之之间间总总有有一一定定的的摩摩擦擦。当当阀阀门门的的填填料料函函压压得得过过紧紧，或或长长时时间间未未润润滑滑时时，干干摩摩擦擦力力很很大大，膜膜头头上上较较小小的的气气压压变变化化推推不不动动阀阀杆杆。这这时时会会产产生生正正反反行行程程的的变变差差，

42、即即在在阀阀杆杆上上升升和和下下降降时时对对应应于于同同样样阀阀杆杆位位置置的的气气压压不不一一样样。调调节节阀阀变变差差增增大大，对对调调节节过过程程会会产产生生不不良良影影响响，既既使使是是时时间间常常数数和和时时滞滞都都很很小小的的流流量量过过程程，调调节节过过程程也也会会出出现现明明显显的的时时间间间间隔隔变变化化。对对于于时时间间常常数数和和时时滞滞大大的的，如如温温度度控控制制过过程程，控控制制作作用用则则更更不不及时，会引起持续振荡。及时，会引起持续振荡。五、调节阀的选择五、调节阀的选择n 选选用用调调节节阀阀时时，一一般般要要根根据据被被调调介介质质的的特特点点（温温度度、压压

43、力力、腐腐蚀蚀性性、粘粘度度等等）、调调节节要要求求、安安装装地地点点等等因因素素，参参考考各各种种类类型型调调节节阀阀的的特特点点合合理理地地选选用用。在在具具体体选选用用时时，一一般般考考虑虑下下列几个主要方面的问题。列几个主要方面的问题。1 1调节阀的结构选择调节阀的结构选择n 调节阀的结构选择需要考虑到两点：调节阀的结构选择需要考虑到两点：n （1 1）调调节节介介质质的的工工艺艺条条件件，如如温温度度、压压力力及及介介质质的的物物理理、化化学学特特性性（如如腐腐蚀蚀性性、粘粘度度等等）来来选选择择。例例如如强强腐腐蚀蚀介介质质可可采采用用隔隔膜膜阀阀、高高温温介介质质可可选选用用带带

44、翅翅形形散热片的结构形式。散热片的结构形式。n （2 2）调调节节阀阀的的结结构构形形式式确确定定以以后后，还还需需要要确确定定调调节节阀阀的的流流量量特特性性（即即阀阀芯芯的的形形状状），一一般般是是先先按按调调节节系系统统的的特特点点来来选选择择阀阀的的希希望望的的流流量量特特性性，然然后后再再考考虑虑工工艺艺配配管管情情况况来来选选择择相相应应的的理理想想流流量量特特性性。使使调调节节阀阀安安装装在在具具体体的的管管道道系系统统中中时时，畸畸变变后后的的工工作作流流量量特特性性能能满满足足调调节节系系统统对对它它的的要要求求。目目前前使使用用比比较较多多的的是是等等百百分分比比流流量特性

45、。量特性。2 2调节阀气开、气关形式的调节阀气开、气关形式的选择选择n 气开、气关的选择主要从工艺生产的安全要求出气开、气关的选择主要从工艺生产的安全要求出发。考虑原则是：信号压力中断时，应保证设备和操发。考虑原则是：信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害小，则应作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，即气源中断时，选用气关式，以使气源系统发生故障，即气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之，阀处于关闭时危阀门能自动打开，保证安全。反之，阀处于关闭时危害小，则应选用气开阀，例如，加热炉燃料气或燃料害小，则应选用气开阀，例如

46、，加热炉燃料气或燃料油应采用气开式调节阀，即当信号中断时应切断进炉油应采用气开式调节阀，即当信号中断时应切断进炉燃料，以免炉温过高造成事故。又如调节进入设备易燃料，以免炉温过高造成事故。又如调节进入设备易燃气体的调节阀，也应选用气开式，以防爆炸，若介燃气体的调节阀，也应选用气开式，以防爆炸，若介质为易结晶物料，则选用气关式，以防堵塞。质为易结晶物料，则选用气关式，以防堵塞。3.3.调节阀流量特性和口径的调节阀流量特性和口径的选择选择n 调调节节阀阀口口径径选选择择得得合合适适与与否否将将会会直直接接影影响响到到调调节节效效果果。口口径径选选择择得得过过小小，会会使使流流经经调调节节阀阀的的介介

47、质质达达不不到到所所需需要要的的最最大大流流量量。在在大大的的干干扰扰情情况况下下，系系统统会会因因介介质质流流量量（即即操操纵纵变变量量的的数数值值）的的不不足足而而失失控控，因因而而使使调调节节效效果果变变差差，此此时时若若企企图图通通过过开开大大分分路路阀阀来来弥弥补补介介质质流流量量的的不不足足，则则会会使使阀阀的的流流量量特特性性产产生生畸畸变变；口口径径选选择择得得过过大大，不不仅仅会会浪浪费费设设备备投投资资，而而且且会会使使调调节节阀阀经经常常处处于于小小开开度度工工作作，调调节节性性能能也也会会变变差差，容易使调节系统变得不稳定。容易使调节系统变得不稳定。n 调调节节阀阀的的

48、口口径径选选择择是是由由调调节节阀阀流流量量系系数数C C决决定定的的。流流量量系系数数C C的的定定义义为为：在在给给定定的的行行程程下下，当当阀阀两两端端压压差差为为100100kPakPa，流流体体密密度度为为lg lg/cm/cm3 3时时，流流经经调调节节阀阀的的流流体体流流量量（以以mm3 3/h/h表表示示）。例例如如，某某一一调调节节阀阀在在给给定定的的行行程程下下，当当阀阀两两端端压压差差为为100100 kPa kPa 时时，如如果果流流经经阀阀的的水水流流量量为为 4040mm3 3h h，则则该该调调节节阀阀的的流流量量系系数数 C C值为值为 40 40。n 调调节节

49、阀阀的的C C值值表表示示调调节节阀阀容容量量的的大大小小，是是表表示示调调节节阀阀流流通通能能力力的的参参数数。因因此此，调调节节阀阀流流量量系系数数C C亦亦可可称称为为调调节节阀阀的的流流通通能能力力。对对于于不不可可压压缩缩的的流流体体，且且阀阀前前后后压压差差P P1 1-P-P2 2不不太太大大（即即流流体体为为非非阻阻塞塞流流）时时，其其流流量量系系数数C C的的计计算算公公式为式为n （6 68 8）n式式中中：流流体体密密度度；P P1 1，P P2 2阀阀前前后后的的差压（差压（kPakPa）；）；QQ流经阀的流量（流经阀的流量（mm3 3h h）。）。n 从从上上式式可可

50、以以看看出出，如如果果调调节节阀阀前前后后压压差差P P1 1P P2 2保保持持为为100100kPakPa，流流经经阀阀的的水水（=lg lg/cm/cm3 3）流流量量 QQ即为该阀即为该阀的的C C值。值。n 调调节节阀阀全全开开时时的的流流量量系系数数C C100100（即即行行程程为为100100时时的的C C值值），称称为为调调节节阀阀的的最最大大流流量量系系数数C Cmaxmax。C Cmaxmax与与调调节节阀阀的的口口径径大大小小有有着着直直接接的的关关系系。因因此此，调调节节阀阀口口径径的的选选择择实实质质上上就就是是根根据据特特定定的的工工艺艺条条件件（即即给给定定的的