工业过程控制系统调节阀 调节阀 工业过程控制系统调节阀 工业过程控制调节阀 工业调节阀
之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍工业过程控制系统调节阀图2-65双动压杆式夹管阀调节阀又称控制阀，它是过程控制系统中用动力操作去改变介质流量的装置。电工委员会IEC对调节阀(control valve)的定义为：“工业过程控制系统中由动力操作的装置形成的终端元件。它包括一个阀部件，内有一个改变过程流体流率的组件。阀部件又与一个或多个执行机构相连接，执行机构用来响应控制元件送来的信号”。可见，调节阀是由执行机构和阀门部件两部分组成。执行机构是调节阀的驱动装置，它按信号压力的大小产生相应的推力，使推杆产生相应的位移，从而带动调节阀的阀芯动作。阀门部件是调节阀的调节部分，它直接与介质接触，通过执行机构推杆的位移，改变调节阀的节流面积，达到调节的目
调节阀按其能源方式的不同，主要分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀三大类。它们的差别在于所配的执行机构上，气动调节阀是以压缩空气为动力源，配的是气动执行机构；电动调节阀以电为动力源，配的是电动执行机构；液动调节阀以液压为动力源，配的是液动执行机构。 
控制系统的基本组成
(1) 人工控制
以图1-1所示液位控制为例，说明人工控制的有关概念。液位是工艺需要控制的变量，操作员根据液位高低调节排放阀的开度，使液位保持在工艺所需的高度。人工控制的过程如下。
1 操作员用眼睛观测容器液位，经神经系统传到大脑。
2 大脑对液位观测值与工艺期望值进行比较，经分析和判别，发出控制指令。
3 根据大脑发出的控制指令，操作员通过手操纵阀门，改变阀门开度，使排出流量变化。
4 反复上述步骤，使液位维持在期望值。
(2) 自动控制
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀因为现代工业生产过程需要控制的温度、压力、流量等参数成百上千，人工控制难以满足现代工业生产过程的要求，存在劳动强度大，控制精度低、响应时间长等缺点。各种自动控制系统模拟人工控制的方法，用仪表、计算机等装置代替操作员的眼、大脑、手等的功能，实现对生产过程的自动控制。简单控制系统包含检测元件和变送器、控制器、执行器和被控对象等。图1-2 是简单控制系统的框图。控制阀系统图
检测元件和变送器(Sensor and Transmitter) 用于检测被控变量，将检测信号转换为标准信号。例如，热电阻将温度变化转换为电阻变化，温度变送器将电阻或热电势信号转换为标准的气压或电流、电压信号等。
控制器(Controller)将检测变送环节输出的标准信号与设定值信号进行比较，获得偏差信号，按一定控制规律对偏差信号(Error Signal) 进行运算，运算输出送执行器。控制器可用模拟仪表实现，也可用微处理器组成的数字控制器实现，例如，DCS (分布控制系统) 和FCS (现场总线控制系统) 中采用的PID控制功能模块等。
执行器(Actuator) 处于控制环路的zui终位置，也称为zui终元件(Final Control Element).执行器用于接收控制器的输出信号，并控制操纵变量变化。在大多数工业生产过程控制的应用中，执行器采用控制阀。其他执行器有计量泵、调节挡板等。近年来，随着变频调速技术的应用，一些控制系统已采用变频器和相应的电动机(泵) 等设备组成执行器。
生产过程(被控对象) 的负荷变化或者操作条件改变时，通过检测元件和变送器的检测和变送，将过程的被控变量送控制器，经控制规律运算后的输出送执行器，改变过程中相应的流体流量，使被控变量与设定值保持一致。可见，检测元件和变送器的作用类似于人的眼睛，控制器的作用类似于人的大脑，执行器的作用类似于人的手脚。
与人工控制的控制过程类似，当系统受到干扰影响时，用检测变送仪表检测过程的被控变量信号(模拟人眼的功能)，控制器将检测变送信号与设定值比较，按一定控制规律对其偏差值进行运算(模拟人脑的功能)，并输出信号驱动执行机构改变操纵变量(模拟人手的功能)，使被控变量回复到设定值。 
1．传统的阀类 (1)直通单座调节阀如图2-66历示为常用的气动直通单座调节阀。它由阀体、阀座、阀芯、导向套、阀盖、阀杆和填料等零件组成。阀芯和阀杆连接在一起，连接方法可用过盈配合销钉固定或螺纹联接销钉固定，也可以阀芯和阀杆连成一体，在阀盖和阀体间设有导向套，为阀芯上下移动起导向作用。导向套上的小孔，连通阀体内腔和阀出口端，导向套上腔的介质很容易通过小孔流人阀出口端，不会影响阀芯移动。图2-66气动直通单座调节阀这种调节阀的阀体内只有一个阀芯和一个阀座，特点是泄漏量小，于保证密封。结构上有
调节型和切断型。它们的区别在于阀芯的形状不同。调节型阀芯的形状为柱塞形，切断型阀芯的形状为平板形或锥形。它的另一个特点是介质对阀瓣的作用力大，即不平衡力大，特别是在高压差、大口径的情况下更为严重，所以仅适用于低压差的场合。否则应适当选择推力大的执行机构或配以阀门定位器。
阀芯有正装和反装两种类型。当阀芯向下移动时，阀芯与阀座间流通面积减小，称为正装；反之则称为反装。调节阀的公称尺寸DN和阀座直径dN标志着阀门的大小，对于公称尺寸DN< 25mm的单导向阀芯，只能正装不能反装，因此气开式必须采用反作用执行机构。
气开式调节阀随信号压力的增大而流通面积也增大；而气关式则相反，随信号压力增大而流通面积减小。
(2)直通式双座调节阀如图2-67所示为气动直通式双阀座调节阀，由阀体、阀座、阀芯、导向套、阀盖、阀杆、填料等零件组成，阀体内有两个阀芯和阀座、介质从图示阀体左侧流入，通过阀座和阀芯后，由右侧流出，它比同公称尺寸的单座阀能流过更多的介质，流通能力约提高20%- 25%，介质作用在上下阀芯上的力可以互相抵消，所以不平街力小，允许压差大。但因为上、下阀芯不容易保证同时密封，所以泄漏量大；另外，阀门的介质流路较为复杂，在高压差中使用时，对阀体的冲刷及汽蚀损坏较严重；不适用于高粘度介质和含纤维介质的调节。
双阀座调节阀变正装为反装是很方便的，只要把阀芯倒装，阀杆与阀芯的下端连接，上下阀座位置互换，并反装之后，就可以改变安装方式。
(3)套筒调节阀如图2-68所示为气动直通套筒调节阀。它由阀体、套筒、阀塞、阀盖、阀杆及填料等零件组成。套筒阀也称笼式阀，是一种结构特殊的调节阀。其阀体与二般直通式单座阀相似，但阀内有一个圆形套筒。套筒四周有不同形状的开口，根据流通能力大小的要求，套筒的窗口可以为多个、四个、两个或一个。利用套筒导向，阀芯可以在套筒中上、下移动，由于这种移动改变了套筒的节流面积，形成了各种流量特性，并实现流量的调节。
由于套筒调节阀采用平衡型的阀芯结构，阀芯和套筒圆柱面导向，因此，不平衡力小，稳定性好，不易振荡，从而改善原有阀芯容易损坏的现象。 
图2-69所示为角式套筒蒸汽调节阀，蒸汽压力和流量都图2-67气动直通式双阀座调节阀
1-膜盖2-膜片3-弹簧
4-推杆5-支架6-阀杆
7-阀盖8-阀瓣
9-阀座IO-阌体
是由控制套筒内的阀芯位置来决定，信号是从压力控制回路到 图2-68气动直通套筒调节阀阀门执行器，使平衡阀芯行程增大或减小，从而增加或减小流通面积。控制套筒有一排可达到所需流量特性的节流孔，当阀芯从阀座上升起时，蒸汽就通过控制套筒上的节流孔，以向下的方向流向出口。调节阀的出口端设有降低噪声的多孔罩，通过小孔，可降低噪声。
这种调节阀允许压差范围大，当改变套筒节流孔形状时，就能得到所需的流量特性，如图2一50
70所示。这种阀的阀座不用螺纹连接，维修方便，加工容易，通用性强。
(4)三通调节阀如图2-71所示为三通调节阀，它由阀体、阀座、阀芯、阀杆、阀盖及填料尊零件组成。阀体上有三个通道与管路连接，按其作用方式，三通调节阀可分为分流型（把
一种介质分成两路）、合流型（把两路介质混合成一路）。蒸汽进口蒸汽出口
图2-69角式套筒蒸汽调节阀l-背压喷嘴2-阀座3-套筒4-阀盖5-阀芯6-喷水进口7-喷水区8-阀杆9-填料10-喷水阀座11-内置小管图2-70不同节流孔形状的套筒阀套筒
a)快开b）线性c）等百分比图2-71三通调节阀a)合流阀b）分流阀
控制阀在控制系统中的作用
(1) 控制阀的重要性
控制阀(Control valve) 用于调节流体流量。根据国标GB/T 17213 《工业过程控制阀*部分控制阀术语和总则》的规定，应称为控制阀。但目前仍有一些文献将它称为调节阀(Adjusting valve)。从控制系统整体看，一个控制系统控制的好坏，都要通过控制阀来实现。控制阀的重要性表现如下。
1 控制阀是节流装置，它是动部件。与检测元件和变送器、控制器比较，在控制过程中，控制阀需要不断改变节流件的流通面积，使操纵变量变化，以适应负荷变化或操作条件的改变。因此，对控制阀阀组件的密封、耐压、腐蚀等提出更高要求。例如，密封会使控制阀摩擦力增加，控制阀死区加大，造成控制系统控制品质变差等。
2 控制阀的阀内件与过程介质直接接触。控制阀和检测元件与过程介质接触的不同点如下。
a.接触介质不同。对控制阀的耐腐蚀性、强度和刚度、材料等有更高要求。a
b.检测元件与过程介质可采用隔离液等方法隔离，控制阀通常与过程介质直接接触，
很难采用隔离的方法与过程介质隔离。
3 控制阀的活动部件是造成“跑”、“冒”、“滴”、“漏”的主要原因，它不仅造成资源
或物料的浪费，也污染环境，引发事故。
4 控制阀是通过阀内件的节流改变流体流阻实现流量的调节，因此，是耗能元件。为此，降低能耗，降低控制阀的压力损失，和较好地控制品质之间要合理选择和兼顾。
5 控制阀对流体进行节流的同时，也造成噪声。例如，当阀出口压力低于液体的蒸汽压力时，造成闪蒸; 当阀下游压力高于液体燕汽压力时，造成汽蚀。控制阀造成的噪声和控制阀流路的设计、操作压力、被控介质特性等有关，因此，降低噪声，降低压力损失等对控制阀的应用提出更高要求。
6 控制阀的适应性强。它被安装在各种不同的生产过程，生产过程的低温、高温、高压大流量、微小流量等操作条件需要控制阀具有各种不同的功能，控制阀应能适应不同应
用的要求。
7 检测元件和变送器、控制器等发展快，投人的人力和物力多。相对来看，通常认为控制阀结构简单，因此，对控制阀投人研究和开发的人力和物力相对不足。 
(2) 控制阀在控制系统中的作用
控制阀在控制系统中的作用如下。
1 控制阀用于自动控制系统中流体的流量，从面实现自动调节生产过程中有关工艺变量的作用。与手动阀门不同，控制阀可自动调节，不需要人工操纵，因此，可大大降低劳动强度，提高生产效率。
2 控制阀能够在供给它的能源或信号中断时及时回复到安全状态，避免事故发生。通过控制阀故障关(FC) 或故障开(FO) 或故障保持(FR) 等选择，使控制阀关闭。打开或保持故障时开度，防止事故的发生或蔓延。
3 控制阀可补偿被控对象的非线性特性，实现生产过程的稳定运行。控制系统稳定运行的关键是系统的开环增益在运行过程中保持恒定。对被控对象具有非线性特性的生产过程，例如，温度控制等具有饱和非线性特性的生产过程，可通过选择控制阀的流量特性，补偿被控对象的非线性，使生产过程稳定运行。
- (5)角式调节阀如图2-72所示为单阀座角式调节阀结构。它由阀体、阀座、阀芯、导向套、阀盖、弹簧、阀杆和填料等零件组成。图2-73为角式套筒调节阀结构。它由背压喷嘴、喷水进口、笼式消声器、阀座、套筒、阀芯、阀盖及阀杆等零件组成。角式套筒调节阀常用于电站的减温减压系统中，其工作流程为：阀芯6的中心设有一通水管，连接阀盖7的供水腔至阀座4小面的出水区。此水管的上部设有多个节流孔，节流孔的尺寸及编排方法均经道严格的计算，喷水经过节流孔和水管直接流向阀体的出口，水管从阀芯6底部延伸至阀座外的缩流面处。喷水点是在蒸汽流速zui大及产生湍流的区域，以达到水珠能很快及均匀分散在整个流路中。因此，在阀的下游压力恢复时，水立即汽化而达到了所需的降温控制。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀
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