2调节阀教程.docx

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2调节阀教程

第二章调节阀

§1、概述

§1.1调节阀的发展历史和现状

调节阀最早出现的是自力式调节阀。

在30年代产品的类型已经很多，阀体形状为球形的球形阀成为代表性产品，40年代之后，角形阀、蝶阀、隔膜阀和球阀都相继出现，先后在市场上占据主导地位，各种产品已经比产齐全。

60年代后出现的套筒阀很快受到重视并成为球形阀的主流产品。

70年出现的新产品是凸轮挠阀，它容量大，流路简单，不平衡力小，这些优点使它成为角行程阀门的佼佼者。

在这个时间，各种各样的阀门已更为完善而且形成系列。

从80年代开始，人们又先后制造了各种轻型调节阀，它的主要特点是在气动执行机构中，用多根弹篝代替原来的一根大弹篝，这样，气动执行机构就以新的面貌出现，它使调节阀小型化，高容量化，这种执行机构有可能取代老式笨重的执行机构。

进入90年代，由于智能式阀门的出现，为调节阀的发展翻开新的一页。

§1.2调节阀的发展趋势

1.2.1拓宽产品范围

1.2.2利用计算机进行设计和计算

1.3.3调节阀智能化

§2、调节阀结构

§2.1调节阀的组成及分类

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流体流量的装置。

调节阀由执行机构和阀（调节机构）组成。

执行机构是将控制信号转换成相应的动作来控制阀内截流件的位置或其他调节机构的装置。

信号或驱动力可以为气动、电动、液动或这三者的任意组合。

阀是调节阀的调节部分，它与介质直接接触，在执行机构的推动下，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而达到调节流量的目的。

以压缩空气为动力源的调节阀称为气动调节阀；以电为动力源的调节阀则为电动调节阀。

这两种是用得最多的调节阀。

此外，还有液动调节阀、智能阀、调节阀等。

阀（调节机构）是由阀体、上阀盖组件、下阀盖和阀内件组成的。

上阀盖组件包括上阀盖和填料函。

阀内件是指与流体接触并可拆卸的，起到改变节流面积和截流件导向等作用的零件的总称，例如阀芯、阀座、阀杆、套筒、导向套等，都可以叫阀内件。

调节阀的产品类型很多，结构多种多样，而且还在不断地更新和变化。

一般来说，阀是通用的。

既可以和气动机执行机构匹配，也可以与电动执行机构或其他执行机构匹配使用。

根据需要，调节阀可以配用各种各样的附件，使它的使用更方便，功能更完善，性能更好，这些附件有阀门定位器、手轮机构、电气转换器等。

§2.2执行机构

2.2.1气动执行机构

气动执行构主要分为薄膜式和活塞式，另外还有长行程执行机构、滚动膜片执行机构等。

气动薄膜执行机构是一种最常用的机构，它的传统结构如图２所示。

它的结构简单，动作可靠，维修方便，价格低廉。

气动薄膜执行机构分正作用和反作用两种形式，国产型号为ZMA型（正作用）和ZMB型（反作用）。

信号压力一般是20～100kPa，气源压力的最大值为500kPa。

信号压力增加时推杆向下动作的叫正作用执行机构；信号压力增加时推杆向上动作的叫反作用执行机构。

正、反作用执行机构基本相同，均由上、下膜盖、波纹薄膜、推杆、支架、压缩弹簧、弹簧座、调节件、标尺等组成。

在正作用执行机构上加一个装Ｏ形密封圈的填块，只要更换个别零件，即可变为反作用执行机构。

这种执行机构的输出特性是比例式的，即输出位移与输入的气压信号成比例关系。

当信号压力通入薄膜气室时，在薄膜上产生一个推力，使推杆移动并压缩弹簧。

当弹簧的反作用力与信号压力在薄膜上产生的推力相平衡时，推杆稳定在一个新的位置。

信号压力越大，在薄膜上产生的推力就越大，则与它平衡的弹簧反力也越大，即推杆的位移量越大。

推杆的位移就是执行机构的直线输出位移，也称为行程。

国产气动薄膜弹簧执行机构的行程规格有10、16、25、40、60、100mm等。

薄膜的有效面积有200、280、400、630、1000、1600cm2六种规格。

有效面积越大，执行机构的位移和推力也越大，可根据实际需要进行选择。

活塞式执行机构

没有弹簧的气动活塞式执行机构如图３所示。

它的活塞随气缸两侧的压差而移动，在气缸两侧输入一个固定的信号和一个变动信号，或者在两侧都输入变动信号。

气动活塞式执行机构的气缸允许操作压力可达700kPa，因为没有弹簧抵消推力，所以有很大的输出推力，特别适用于高静压、高压差的工艺条件。

这是一种较为重要而常用的气动执行机构。

它的输出特性有比例式及两位式两种。

比例式是指输入信号压力与推杆的行程成比例关系，这时它必须带有阀门定位器。

两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压力差来完成的。

活塞由高压侧推向低压侧，就使推杆由一个极端位置推移到另一个极端位置。

所以，两位式执行机构控制阀门的开关动作。

这种执行机构的行程一般为25～100mm。

2.2.2电动执行机构

电动执行机构的产品很多，但一般分为直行程、角行程、多转式三种。

这些执行机构都是由电动机带动减速装置，在电信号的作用下产生直线运动和角度旋转运动。

§2.3阀（调节机构）

2.3.1工作原理：

根据流体力学的观点，调节阀是一个局部阻力可变的节流元件。

通过改变阀芯的行程可以改变调节阀的阻力系数，达到控制流量的目的。

2.3.2主要类型

直通双座调节阀、直通单座调节阀、高压调节阀、低温调节阀、套筒调节阀、三通调节阀、角形调节阀、隔膜调节阀、蝶阀、小流量调节阀、球阀、偏心旋转阀、低噪音调节阀等。

2.3.3阀芯结构

一、直行程阀芯

1、平板型阀芯　这种阀芯的底面为平板形，其结构简单，加方便，具有快特性，可作两位调节用。

２、柱塞型阀芯　可分为上、下双导向和上导向两种。

常用的阀特性有线性和等百分比两种。

３、窗口型阀芯　这种阀芯用于三通调节阀。

由窗口形状不同，阀门特性有直线，等百分比和抛物线三种。

４、多级阀芯　　把几个阀芯串接在一起，好像糖葫芦一样，起到逐级降压的作用，用于高压差阀，可防止气蚀，防止噪音。

二、角行程阀芯

这种阀芯通过旋转运动来改变它与阀座间的流通面积。

包括偏心旋转阀芯用于偏旋阀；蝶形阀板有标准扁平阀板、翘曲的阀板和带尾部的阀板三种；用于蝶阀，球形阀芯用于球阀；Ｏ形阀芯上钻有一个通孔，用于Ｏ形球阀；Ｖ形球阀芯的扇形球芯上有Ｖ形口或抛物线口，两边支承在短轴上，用于Ｖ形球阀。

§2.4气动执行器的选用

应根据介质的特点和工艺要求等来合理选用执行器。

具体选用时应考虑以下几个主要问题：

2.4.2气开式、气关式阀的选择

气开、气关式阀示意图：

在生产过程中，调节阀气开、气关形式的选择，主要是从工艺生产的安全来考虑。

例：

蒸气加热器选用气开阀；锅炉进水的调节阀则选用气关式。

2.4.3单座阀和双座阀的选择

单座阀-----只有一个阀芯的调节阀。

（适用小口径的调节阀，Dg<25mm）。

阀关闭时泄漏小。

双座阀-----有两个阀芯的调节阀。

（适用大口径的调节阀）。

阀关闭时泄漏大。

2.4.4流量特性的选择

调节阀的流量特性-----指介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系即：

，它是调节阀最重要的特性。

-----相对流量，即调节阀某一开度流量Q与全开流量Qmax之比

-----相对开度，即调节阀某一开度行程l与全行程L之比

理想流量特性-----就是在调节阀前后压差一定的情况下（△p＝常数）得到的流量特性。

它取决于阀芯的形状。

阀芯形状有快开、直线、抛物线、等百分比四种，相应有四种流量特性。

工作流量特性-----实际工作时调节阀前后的压差是变化的，此时调节阀的相对流量与阀芯相对位移之间的关系称为工作流量特性。

调节阀流量特性选择考虑的方面：

过程控制系统的控制质量指标：

一般要求（KvKo=常数），故当过程的Ko为线性时应选择直线特性的调节阀，否则就选择等百分比特性的调节阀。

配管情况：

负荷变化情况：

在负荷变化较大的场合，选择等百分比调节阀为宜。

当调节阀经常工作在小开度时，宜选用等百分比调节阀。

§2.5、调节阀的安装

调节阀安装不符合要求而出故障会造成巨大在浪费。

反之，安装得当可保证正常使用，延长使用寿命，减少维修工作量度获得良好的系统控制性能。

安装调节阀总体上应考虑以下方面

安全：

安装过程中人员和设备的安全。

控制性能：

配管系统压力损失应与计算调节阀尺寸时所考虑的压力损失一致，以保证所需的流量特性。

进出口应尽量保证的直管段。

安装位置：

应有足够的空间便于操作人员手动操作（包括旁路操作）以及保证调节阀和附件的就地拆卸和维修的可能性。

调节阀组：

一般在工艺过程配管中均安装切断阀和旁路阀与调节阀组以适应设备连续操作的需要。

维修调节阀时用切断隔离，用旁路阀调节。

实地安装

安装人员首先应认识到调节阀是一种精密的仪表设备，不准碰撞跌摔，以免损坏。

具体注意以下几点：

阀最好正立垂直安装在管道上。

阀自重较大和有震动场合应加支承架。

阀体要避免因前后配管或设备的法兰严重不同轴而受到过大的应力。

在初次开工前和停工检修后应先冲洗配管系统后装调节阀。

或在阀前安装滤网。

务必按照阀体上流动方向的箭头安装调节阀。

§3、调节阀的附件——CCCX4000电气阀门定位器

§3.1概要

CCCX4000系列电气阀门定位器与气动执行机构配套使用，输入4-20mA.DC的信号转换输出空气压力，控制执行机构的动作。

同时根据执行机构的行程进行反馈，从而使执行机构的行程能按控制信号进行精确定位。

CCCX4000系列电气阀门定位器能用于单动作型和双动作型执行机构。

§3.2工作原理

3-2-1双动作型：

来自气源SUP的一部分压力空气经固定节流口（6）进入喷嘴的背压室（7），并通过喷嘴（5）与挡板（4）的间隙排出。

力矩马达的线圈

（1）得到电信号（i）后，在磁场作用下衔铁

（2）以支点板弹簧（3）为中心。

按图中A所示方向回转，使挡板（4）与喷嘴（5）的间隙减小，喷嘴的背压随之升高，控制阀芯（9）由供气压力室（8）的作用下向右移动。

阀孔A（10）的气门（11）及阀孔B（10）'阀的气孔（12）'被打开,即压力空气通过气管OUT1进入气缸的A室（13）气缸B室（14）'的空气通过气管OUT2向外排气,此时由于气缸活塞上下产生了压差,活塞向上方移动,活塞杆的运动带动反馈连杆（17）与凸轮（18）并带动凸轮随动杆（19）及反馈弹簧连杆（20）,增加了反馈弹簧（21）的张力。

使挡板（4）与喷嘴（5）之间的间隙增大。

在反馈弹簧（21）的张力与输入电信号（i）对衔铁的吸力达到平衡之前，活塞是运动的，活塞的位移与输入信号成正比。

另外，旋钮（22）可调节滑块（23）的行程，旋钮（24）可调节调零弹簧（25）的张力。

而且改换负载弹簧（26）可获得相应的弹簧特性系数，以适应各种容量的定位器。

上述为活塞上升工作状态，如进出气管位置互换或将凸轮反装，即呈下降工作状态。

3-2-2单动作型：

来自SUP气源的一部份压力空气经固定节流口（6）时入喷嘴的压室（7），并通过喷嘴（5）与挡板（4）间隙排出。

力矩马达线圈

（1）得到电信号（i）后，在磁场作用下衔铁

（2）以支点板弹簧（3）为中心按图中A所示方向回转，使得挡板（4）与喷嘴（5）的间隙减小，喷嘴的背压随之升高，控制阀阀芯（9）在供气压力室（8）的作用下向右移动，阀孔A（10）的气门（11）被打开而气门（12）被关闭，与气管OUT1连通的气缸（13）内的气压上升。

该活塞杆（16）的上升通过反馈杆（17），凸轮（18），凸轮随动杆（19），反馈弹簧连杆（20）使反馈弹簧（21）的张力增加，挡板与喷嘴的间隙增大。

活塞杆（16）的位置在与输入信号达到平衡前活塞是运动的。

另外，旋钮（22）可调节滑块（23）的行程，旋钮（24）可调节调零弹簧（25）的张力、若将A-M手动自动转换器（27）置于全封闭状态时，喷嘴背压室（7）内的压力就上升，供气阀（11）呈全开状态，气源压力就直接经气管OUT1，进入气缸（13），即换负载弹簧（26）获得相应的弹簧特性系数，以适应各种容量的定位器。

上述为活塞杆上升工作状态，如进出气管互换将凸轮翻面安装，即呈下降工作状态。

§3.3安装

3-3-1、凸轮及凸轮部件的安装

定位器出厂时，其凸轮部件一般不装上，由用户自己按下列顺序装上。

定位器的工况不同，凸轮的安装也不同：

当输入信号增加，反馈杆朝压力表方向摆动的场合，凸轮用A面，反之则用B面，（见图1），以凸轮座O型密封圈方向可见凸轮面上的具体刻字（参照表3-2凸轮的型式）。

（图2）

装在转轴上的凸轮若与使用工况不同时，请将凸轮翻面安装。

首先将凸轮座翻转，取下M5螺帽。

将凸轮从轴上卸下并翻个面。

把转轴的M5螺纹端装入凸轮的腰形孔，并将弹簧嵌入凸轮钩孔内（见图4）。

转动反馈轴，使凸轮腰形孔与轴的扁平部对准并安装好（见图5）。

将M5螺母拧入凸轮轴螺纹部纹。

将凸轮翻过来，检查凸轮面的安装是否正确。

3-3-2凸轮部件的安装

定位器出厂时其底座的凸轮部件的安装部位只装有螺钉（见图6）。

首先拆下2只M4螺钉，将反馈杆插入基座的圆孔部，然后装好凸轮部件。

确认凸轮的随动臂滚轮与凸轮接触良好后将2只M4螺钉装上（图7）。

3-3-3凸轮安装确认

凸轮以刻印面与凸轮座O型密封圈一致。

（图8）

§3.4安装调试

3-4-1直行程系列定位器安装调试

将信号及压力空气输入，阀开度调到50%，定位器反馈杆与装配面的角度调到90%位置（即凸轮基准线与底座基准线一致时）装上定位器（图10、11）。

若是单作用定位器，可用A-M（自动-手动）机构将阀开度调到50%后，再调整定位器的安装位置（参照10）。

3-4-2角行程系列定位器安装调试

[准备]

反馈杆的额定回转角为90º，驱动部输出轴的回旋角小于等于90º。

装定位器侧的驱动部输出轴端，请加上M8的内螺纹。

另外请对照外形图，准备好连接托架。

[安装]

将驱动轴端部的阀反馈杆拧上螺钉。

并用锁紧螺母固定，将反馈杆的反馈销与定位器的反馈杆啮合，将定位器固定在托架上（参见图12），此时应确认驱动轴与定位器反馈杆的中心方一致。

[凸轮面的确定]

要根据阀门动作确定凸轮面的朝向，RA动作（随信号增加，定位器输出增加，驱动轴反时针转动）时用A面，DA动作（随信号一侧看，驱动轴顺时针转动）时用B面。

松开反馈杆的紧定螺钉。

将使用的凸轮面转向滚轮一侧，凸轮面朝向的钢印字母见最后一位（例：

4-L-A）（图13）。

[凸轮位置的调整]

凸轮面上刻有三条基准线，表示特性有效范围，当阀开度为50%时，使滚轮对准中间一条基准线，然后拧紧反馈杆的紧定螺钉。

然后走满阀的全行程，确认滚轮在二端基准线以内。

如超越基线过多会产生定位器的线达不到规定值的现象，此时应松开反馈杆紧定螺钉，重新调整凸轮位置（图12）。

§3.5外部装置联接：

[气源连接]

定位器的气源接口（SUP、OUT1及OUT2）为RC1/4（PT1/4）及1/4NPT，根据其规格选用合适的联接件。

接管时应防止泄漏及将密封胶带进入定位器气路中。

在双动作型场合，接口OUT1、OUT2均与执行器连接，输入信号增加，接口OUT1的压力增加，接口OUT2的压力下降（参照4动作原理，4-1双动作型）。

[电气连接]

输入信号的正、负接线要正确，可靠（接线柱螺钉为M4）接线盒内外均有接地线柱。

接线完毕应将接线盒拧紧。

§3-6、调整

3-6-1调零及行程调整

输入50%信号,用调零旋钮将输出调整到50%开度,然后将输入信号分别调到0%及100%,用调行程旋钮高速到规定行程,由于零点会略有变动,因此需按上述方法反复调整,调整完后将行程紧定螺钉拧紧.（图22）

[外部调零]

日常检修中需要调零时,可利用外部调零装置而不必打开罩壳（图23）.

§3-7、动作变更

[双动作型]

上升变下降或下降变上升

1）将连接执行器的气管OUT1与OUT2互换位置。

2）将凸轮面换向安装。

（参照5-1）

3）采取上述措施可改变执行器的动作方向。

[单动作型]

将上升动作执行器用定位器改为下降动作。

1）将气管OUT与执行器相连。

2）变换凸轮面（参照5-1）

3）采取上述措施可改变执行器的动作方向。

[单动作反作用控制]

将上升动作的执行器变为下降动作执行器或反之。

1）采用输入信号而输出压力减小的定位器，把气管OUT1压力表装OUT2侧（OUT口盲孔堵塞）。

2）将接口OUT2与执行器的气口连接。

3）采取上述措施可使定位器实现反作用控制。

§3-8阀座调整器

调节阀座高速器可调节放大器的微调口（双作用平衡时出口1与出口2的压力），但是，微调在出厂前已调整好，因此无特殊情况，请不要随便调整。

由于阀密封填料摩擦力大等原因，有必要连续调整定位器的灵敏度时，可调节阀座高速器，以取得最佳值。

调节方法如下：

需调整阀座高速器时将护盖螺钉松开，取下护盖。

先在原来位置作个记号。

调整器向右旋转则灵敏度提高，左旋转则降低。

调整器调节范围为90º左右，不要超过原位置1/4转以上。

调整结束后，为防止误调阀座调整器，应盖上阀座调整器护盖。

§3-9、保养

定位器的气源装置应使用精度超过5μm的空气过滤器

内部的节流部位如有尘埃，会引起零点漂移等现象，因此在定期保养时应使用清洗装置，保持喷嘴畅通。

阀座的调整与定位器灵敏及泄气量有直接有关，在出厂检验时调好，故使用中尽量不要再调。

10-1自动-手动切换（A-M）装置，向右旋到文化节可遮断喷嘴、气源压力就接通气管OUT，即通过手动调节空气调压器，可调节定梯形器的输出压力（参照动作原理4）但（A-M）装置不能用于单动作型反作用控制。

10-2喷嘴-挡板的调整

喷嘴-挡板部件由控制厂出厂前调整完毕，因此，喷嘴体的止动螺钉不能自行调松。

万一喷嘴-挡板的配合有问题，请连同力矩马达一起更换。

在不得不调整喷嘴-挡板的情况时，可将喷嘴体的2只M3紧定螺钉稍稍旋松，将挡板轻轻接触喷嘴，在输出压力上升到供气压力值时再将紧定螺钉拧紧。

§3-10、故障与对策

检查项目

检查项目

对策

不动作

供气压力不足

提供额定压力空气

输入信号相极错误

纠正接线盒的接线

调零不良

调整内、外调零旋钮

固定节流口堵塞

请按清洗装置

手动-自动变换装置处于手动位置

置于自动位置

喷嘴与挡板配合不良

换力矩马达组件

控制阀不良

换控制阀

行程不足

行程调节及调零不良

进行调行程及调零

供压不足

提供额定压力空气

在中间开度不停止

执行器的气管连接有误

（双动作型）

纠正气源

输出接口

凸轮使用面相反

变换凸轮使用面

反馈销未插入反馈杆中

将反馈销插入反馈杆中

线性不良

在50%开度时反馈杆与

装置面不呈直角

重新安装

调整定位器

供气压力不足（单动作型）

提供额定压力空气

反馈型式与凸轮型式不一致

换合适的凸轮

滞后不良

滚轮凸轮

接触不良

将凸轮组件拆下，再重新

安装合滚轮与凸轮接触良好

安装螺钉松动

拧紧螺钉

磁体减磁

换力矩马达组件

摆动

灵敏度不匹配

换负载弹簧

控制阀不良

换控制阀