控制閥基礎(chǔ)知識

1、控制閥常用術(shù)語 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：一個(gè)提供力或運(yùn)動(dòng)去打開或關(guān)閉閥門的氣動(dòng)、液動(dòng)或電動(dòng)裝置。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)組件：一個(gè)包括所有相關(guān)附件使之成為一個(gè)完整的操作單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 空程：提供給一種死區(qū)的通用名詞。這種死區(qū)是當(dāng)一個(gè)裝置的輸入改變方向時(shí)由于裝置輸與輸出之間的暫時(shí)中斷引起的。一個(gè)機(jī)械連接的松弛或松動(dòng)是空程的一個(gè)典型例子。 (閥門)流通能力：在規(guī)定條件下通過一個(gè)閥門的流量。 控制閥組件：包括通常安裝在閥門上的所有部件：閥體組件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、定位器、調(diào)壓器、轉(zhuǎn)換器、限位開關(guān)等。 閥板：帶線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的、用來調(diào)節(jié)流量的閥內(nèi)件元件，也可指閥芯或截流元件。 終端控制元件：執(zhí)行由控制器的輸出決定的控制策略的裝置。終端

2、控制元件可以是一個(gè)減振器、一個(gè)變速驅(qū)動(dòng)泵或一個(gè)開關(guān)式切換裝置，但是過程控制工業(yè)里最常見的終端控制元件是控制閥組件?？刂崎y調(diào)節(jié)流動(dòng)的流體，如氣體、蒸汽、水或化學(xué)混合物，以補(bǔ)償擾動(dòng)并使得被控制的過程變量盡可能地靠近需要的設(shè)定點(diǎn)。 過程死區(qū)：輸入信號改變方向但不致于引起輸出信號的可以觀察到的變化時(shí)，輸入信號的可變化范圍。死區(qū)是用來描述一種適用于任何裝置的通用現(xiàn)象的名詞。對于閥門組件，控制器的輸出(C0)是閥門組件的輸入，而過程變量(PV)是輸出，如右圖所示。使用術(shù)語“死區(qū)”時(shí)，有必要把輸入和輸出區(qū)分開來，并確保測量死區(qū)的任何測試在全部負(fù)載條件下進(jìn)行。死區(qū)典型地表示為百分比的輸入量程?？刂崎y常用術(shù)語

3、固有特性（流量特性）：在經(jīng)過閥門的壓力降恒定時(shí)，隨著截流元件(閥板)從關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)到額定行程的過程中流量系數(shù)與截流元件(閥板)行程之間的關(guān)系。典型地，這些特性可以繪制在曲線圖上，其水平軸用百分比行程表示，而垂直軸用百分比流量(或Cv值)表示。由于閥門流量是閥門行程和通過閥門的壓力降的函數(shù)，在恒定的壓力降下進(jìn)行流量特性測試提供了一種比較閥門特性類型的系統(tǒng)方法。用這種方法測得的典型的閥門特性有線性、等百分比和快開?？刂崎y常用術(shù)語 等百分比特性：一種固有流量特性：額定行程的等量增加會(huì)理想地產(chǎn)生流量系數(shù)(Cv)的等百分比的改變。 線性特性： 一種固有流量特性，可以用一條直線在流量系數(shù)(Cv值)相對于額

4、定行程的長方形圖上表示出來。因此，行程的等量增加提供流量系數(shù)(Cv)的等量增加。 快開特性：一種固有流量特性：在截流元件很小的行程下可以獲得很大的流量系數(shù)。 固有閥門增益： 在恒定的壓力降條件下，通過閥門的流量改變量相對于閥門的行程改變量的比例。固有閥門增益是閥門結(jié)構(gòu)的固有函數(shù)。它等于固有特性曲線在任意行程點(diǎn)上的斜率，也是閥門行程的函數(shù)。 安裝特性： 當(dāng)通過閥門的壓力降受到變化的過程條件的影響時(shí)，隨著截流元件(閥板)從關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)到額定行程的過程中流量與截流元件(閥板)行程之間的關(guān)系。 安裝閥門增益： 在實(shí)際過程條件下，通過閥門的流量改變量相對于閥門行程改變量的比例。安裝閥門增益是當(dāng)閥門安裝在

5、一個(gè)特定的系統(tǒng)里，且壓力降允許根據(jù)總系統(tǒng)的指令而自然改變時(shí)產(chǎn)生的閥門增益關(guān)系。安裝閥門增益等于安裝特性曲線的斜率，也是閥門行程的函數(shù)。 閥蓋：閥門的包含填料函和閥桿密封并能對閥桿進(jìn)行導(dǎo)向的部分。它為閥腔提供主要的開孔以安裝內(nèi)部零件，也可以是閥體的一個(gè)不可分割的部分。它把執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接到閥體上。典型的閥蓋與閥體是用螺栓連接的、用螺紋旋入的、用焊接連接的、用壓力密封的、或者集成不可分隔的。(這個(gè)術(shù)語通常指的是閥蓋及其包含的填料零件。更加準(zhǔn)確地說，這一組零部件應(yīng)該稱為閥蓋組件。)控制閥常用術(shù)語 閥蓋組件：(通常稱為閥蓋，更加準(zhǔn)確地稱為閥蓋組件)一個(gè)組件，包括閥桿可以在其中運(yùn)動(dòng)的零件以及防止閥桿周圍泄漏

6、的密封形式。它通常提供安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)和裝入填料組件的方法。閥籠：閥內(nèi)件的一個(gè)零件，它包容截流元件并能規(guī)定流量特性或提供座合表面。它也捉供了穩(wěn)定性、導(dǎo)向、平衡和對中性，而且有助于其它閥內(nèi)件零件的組裝。閥籠壁包含通常決定控制閥流量特性的開孔。截流元件：閥門的可運(yùn)動(dòng)部件，它置于流體通道中，用來調(diào)節(jié)通過閥門的流量。截流元件導(dǎo)向面：截流元件的一部分，它使得截流元件在閥籠、閥座環(huán)、閥蓋、底法蘭或以上任意兩個(gè)零件里運(yùn)動(dòng)。直通閥：一種閥門，帶線性運(yùn)動(dòng)的截流元件，有單閥座或多閥座，它的閥體因?yàn)殚y座區(qū)域有一個(gè)球形的內(nèi)腔而與眾不同。直通閥可以進(jìn)一步分為：二通單座閥、二通雙座閥、角形、三通、不平衡閥籠導(dǎo)向和平衡閥籠導(dǎo)向

7、。 薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)：一個(gè)流體驅(qū)動(dòng)的裝置，在其中流體作用在一個(gè)活動(dòng)的部件膜片上。 活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)：一個(gè)流體驅(qū)動(dòng)的裝置，在其中流體作用在一個(gè)可移動(dòng)的活塞上使執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)?；钊綀?zhí)行機(jī)構(gòu)可以或者分為：雙作用式，因此，在任一方向上都可產(chǎn)生最大的驅(qū)動(dòng)力；或者分為彈簧復(fù)位式，因此在失去氣源時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)會(huì)使閥門沿著要求的行程方向移動(dòng)。 （動(dòng)畫顯示） 反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：一種薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的推桿會(huì)隨著膜片壓力的增加而退回來。反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一個(gè)密封軸套安裝在支架的上端，以防止膜片壓力沿著執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿泄放。 控制閥常用術(shù)語 執(zhí)行機(jī)構(gòu)杠桿：連接到旋轉(zhuǎn)閥閥軸上的臂。它把執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿的線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)力，以定位

8、旋轉(zhuǎn)式閥門的閥板或球。這根杠桿正常地是通過間隙很小的花鍵或其它減小空隙和運(yùn)動(dòng)損失的方法連接到旋轉(zhuǎn)式閥軸上的。閥座負(fù)載：在規(guī)定的靜態(tài)條件下，截流元件與閥座之間的凈接觸力。實(shí)際上，對于一個(gè)給定的控制閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇就是以需要大的力來克服靜態(tài)、閥桿和動(dòng)態(tài)不平衡力，并留有一個(gè)余量給閥座負(fù)載為基礎(chǔ)的。 閥內(nèi)件：調(diào)節(jié)被控流體的閥門內(nèi)部部件。在直通閥體里，閥內(nèi)件典型地包括截流元件、閥座環(huán)、閥籠、閥桿和閥桿銷釘。閥內(nèi)件，軟閥座：帶有彈性、塑性或其它易變形材料的閥內(nèi)件，用在截流部件或者閥座環(huán)里，以用最小的執(zhí)行機(jī)構(gòu)力取得嚴(yán)密的關(guān)閉。 上閥體：包含閥門內(nèi)部零件、有一個(gè)流道連接口的閥體殼體的一半部分。它通常包括一種

9、防止閥桿周圍泄漏的方式，并提供一種把執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在分體式閥體上的方法。閥體：閥門的主要的壓力承受腔。它也提供管道連接端和流體流通通道，并支撐閥座表面和閥門截流元件。最常用的閥體結(jié)構(gòu)有： a)帶一個(gè)閥座口和閥芯的單閥座閥體； b)帶二個(gè)閥座口和一個(gè)閥芯的雙閥座閥體； c)帶一個(gè)入口和一個(gè)出口二個(gè)流體連接端的二通閥體； d)帶三個(gè)流體連接端的閥體，其中二個(gè)連接端可以是入口，而一個(gè)是出口(用于混合流體)，或者一個(gè)連接端是入口，而二個(gè)是出口(用于分散流體)。術(shù)語閥體經(jīng)常用來指的是帶有閥蓋組件和包含閥內(nèi)件零部件的閥體。更加準(zhǔn)確地說，這一組部件應(yīng)該稱為閥休組件。控制閥常用術(shù)語 閥體組件(通常稱為閥體或閥門

10、，更加準(zhǔn)確地稱為閥體組件)：一個(gè)閥體、閥蓋組件、底法蘭(如使用)和閥內(nèi)件元件的組合件。閥內(nèi)件包括截流元件，它打開、關(guān)閉或部分地阻擋一個(gè)或多個(gè)閥座口。偏心閥板：閥門結(jié)構(gòu)常用名詞，在這種閥門結(jié)構(gòu)里，閥軸與閥板連接的位置會(huì)使得閥板在打開時(shí)沿著一條很小的偏心路徑運(yùn)動(dòng)。這使得閥板在被打開時(shí)能夠盡可能快地偏離與密封的接觸，這樣可以減少摩擦和磨損。旋轉(zhuǎn)式控制閥：一種閥門類型，它的流體截流元件(全球、部分球、閥板或球塞)在流體通道里旋轉(zhuǎn)，以控制閥門流量。流量特性：當(dāng)百分比額定行程從0變化到100時(shí)，流經(jīng)閥門的流量與百分比額定行程之間的關(guān)系。這個(gè)術(shù)語應(yīng)該總是表述為固有流量特性或安裝流量特性。 流量系數(shù)(Cv值)

11、：一個(gè)與閥門的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)的、對于一個(gè)給定行程的常數(shù)(Cv值)，可用來衡量流通能力。它是在每平方英寸下磅的壓力降下，每分鐘流過閥門的60F水的美國加侖數(shù)。 固有流量特性：在經(jīng)過閥門的壓力降恒定時(shí)，隨著閥門從關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)到額定行程，流量與截流元件行程之間的關(guān)系。 安裝流量特性：當(dāng)經(jīng)過閥門的壓力降受到變化的過程工況影響時(shí)，隨著閥門從關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)到額定行程，流量與截流元件之間的關(guān)系。 控制閥常用術(shù)語 修正的拋物線流量特性：一種流量特性，它在截流元件的低位行程處提供等百分比的特性，而在截流元件的高位行程處提供線性特性。 相對流量系數(shù)：指定行程時(shí)的流量系數(shù)(Cv值)與額定行程時(shí)的流量系數(shù)(Cv值)之間的

12、比例。 可調(diào)比：與指定的流量特性的偏差不超過規(guī)定的限制時(shí)，最大的流量系數(shù)(Cv值)與最小的流量系數(shù)(Cv值)之間的比例。當(dāng)流量增加到下00倍最小可控制流量時(shí)，一個(gè)仍然能夠很好地控制的閥門就有一個(gè)100：1的可調(diào)比。可調(diào)比也可表示為最大與最小可控制流量之間的比例。 額定行程：閥門截流元件從關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)至額定全開位置的距離。額定全開位置是由制造商推薦的最大開度。 控制閥常用術(shù)語控制閥在工業(yè)生產(chǎn)中的作用 控制系統(tǒng)的基本組成 工業(yè)生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)有各種不同類型，例如簡單控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)等，左圖和右圖分別是溫度和壓力簡單控制系統(tǒng)的示例。圖中，每個(gè)控制系統(tǒng)都包括被控變量、操縱變量和相應(yīng)的控制規(guī)律。

13、被控變量是需要控制的過程變量，例如，換熱器出口溫度、泵出口壓力等。要使被控變量與期望的設(shè)定值保持一致，需要一種控制手段，例如，圖中的蒸汽流量、泵的旁路流量等。被控變量偏離設(shè)定的原因是生產(chǎn)過程中存在干擾，例如，蒸汽壓力的波動(dòng)、泵轉(zhuǎn)速的變化等。通常，把用于調(diào)節(jié)的變量稱為操縱變量。 一個(gè)簡單控制系統(tǒng)由檢測元件和變送器、控制器、執(zhí)行器和被控對象組成。其方塊圖如下圖所示。檢測元件和變送器用于檢測被控變量，將檢測信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號。例如，熱電阻將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化，溫度變送器將電阻信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的氣壓或電流、電壓信號等。控制器將檢測變送環(huán)節(jié)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號與設(shè)定值信號進(jìn)行比較，獲得偏差信號，按一定控制規(guī)

14、律對偏差信號進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算輸出送執(zhí)行器?？刂破骺捎媚M儀表實(shí)現(xiàn)，也可用微處理器組成的數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)，例如DCS和FCS中采用的PID控制功能模塊等。執(zhí)行器處于控制環(huán)路的最終位置，因此也稱為最終元件。執(zhí)行器用于接收控制器的輸出信號，并控制操縱變量變化。在大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用中，執(zhí)行器采用控制閥。控制閥在工業(yè)生產(chǎn)中的作用 生產(chǎn)過程的負(fù)荷變化或操作條件改變時(shí)，通過檢測元件和變送器的檢測和變送，將過程的被控變量送控制器，經(jīng)控制規(guī)律運(yùn)算后的輸出送執(zhí)行器，改變過程中相應(yīng)的流體流量，使被控變量與設(shè)定值保持一致。可見，檢測元件和變送器的作用類似于人的眼睛，控制器的作用類似于人的大腦，執(zhí)行器的作用類似于

15、人的手腳。一個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量受到組成控制系統(tǒng)各組成部件的影響，主要取決于控制系統(tǒng)組成部件中最薄弱環(huán)節(jié)的影響?？刂崎y在工業(yè)生產(chǎn)中的作用 管道及儀表流程圖 管道及儀表流程圖是自控設(shè)計(jì)的文字代號、圖形符號在工藝流程圖上描述生產(chǎn)過程控制的原理圖，是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工中采用的一種圖示形式。該圖在工藝流程圖的基礎(chǔ)上，按其流程順序，標(biāo)出相應(yīng)的測量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動(dòng)信號與連鎖保護(hù)系統(tǒng)等。由工藝人員和自控人員共同研究繪制。在管道及儀表流程圖的繪制過程中所采用的圖形符號、文字代號應(yīng)按照有關(guān)的技術(shù)規(guī)定進(jìn)行。下面結(jié)合化工部過程檢測和控制系統(tǒng)用文字代號和圖形符號HG20505-92，介紹一些常用的圖形符號和文字

16、代號。（1）圖形符號過程檢測和控制系統(tǒng)圖形符號包括測量點(diǎn)、連接線（引線、信號線）和儀表圓圈等。a、測量點(diǎn)（如圖所示） b、連接線（如圖所示）控制閥在工業(yè)生產(chǎn)中的作用 c、儀表常規(guī)儀表圖形符號是直徑為12mm(或10mm)的細(xì)實(shí)線圓圈。d、執(zhí)行器執(zhí)行器的圖形符號是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的圖形符號組合而成。（2）儀表位號在檢測、控制系統(tǒng)中，構(gòu)成回路的每個(gè)儀表（或元件）都用儀表位號來標(biāo)識。儀表位號由字母代號組合和回路編號兩部分組成。儀表位號中的第一個(gè)字母表示被測變量，后繼字母表示儀表的功能；回路的編號由工序號和順序號組成，一般用三位至五位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，如下圖所示：在管道及儀表流程圖中，儀表位號的標(biāo)注

17、方法是：字母代號填寫在儀表圓圈的上半圓中；回路編號填寫在下半圓中。如下圖所示： 在管道及儀表流程圖中，儀表位號的標(biāo)注方法是：字母代號填寫在儀表圓圈的上半圓中；回路編號填寫在下半圓中。如下圖所示：控制閥在工業(yè)生產(chǎn)中的作用 3）字母代號儀表信號中表示被測變量和儀表功能的字母代號見下表。表1-1 基本圖形符號 控制閥在工業(yè)生產(chǎn)中的作用 表1-2 字母代號意義控制閥在工業(yè)生產(chǎn)中的作用 3控制閥的重要性 控制閥(controlvalve)用于調(diào)節(jié)操縱變量的流量，因此，以前亦稱調(diào)節(jié)閥。從控制系統(tǒng)整體看，一個(gè)控制系統(tǒng)控制得好不好，都要通過控制閥來實(shí)現(xiàn)。由于下列原因，控制閥變得十分重要。 控制閥是節(jié)流裝置，屬

18、于動(dòng)部件，與檢測元件和變送器、控制器比較，在控制過程中，控制閥需要不斷改變節(jié)流件的流通面積，使操縱變量變化，以適應(yīng)負(fù)荷變化或操作條件的改變。因此，對控制閥閥組件的密封、耐壓、腐蝕等提出更高要求。例如，密封會(huì)使控制閥摩擦力增加，控制閥死區(qū)加大，造成控制系統(tǒng)控制品質(zhì)變差等。 控制閥的活動(dòng)部件是造成“跑”、“冒”、“滴”、“漏”的主要原因，它不僅造成資源或物料的浪費(fèi)，也污染環(huán)境，引發(fā)事故。 控制閥的閥內(nèi)件與過程介質(zhì)直接接觸，和檢測元件與過程介質(zhì)接觸的不同之處如下： 控制閥閥組件的接觸介質(zhì)可能與檢測元件的接觸介質(zhì)不同，對控制閥的耐腐蝕性、強(qiáng)度、剛度、材料等有更高要求 檢測元件可采用隔離液等方法與過程介質(zhì)隔離，但控制閥通常與過程介質(zhì)直接接觸，很難采用隔離的方法與過程介質(zhì)隔離。 控制閥在工業(yè)生產(chǎn)中的作用 控制閥的節(jié)流使能量在閥內(nèi)件內(nèi)部被消耗，因此，降低能耗，降低控制閥的壓力損失，和保證較好的控制品質(zhì)之間要合理選擇和兼顧。 控制閥對流體進(jìn)行節(jié)流的同時(shí)也造