控制阀的组成

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1、控制阀的组成和分类控制阀的组成 控制阀由执行机构和调节机构组成。执行机构可分解为两部分：力或力矩转换部件和位移转换部 件。将控制器输出信号转换为控制阀的推力或力矩的部件称为力或力矩转换部件；将力或力矩转换为 直线位移或角位移的部件称为位移转换部件。调节机构将位移信号转换为阀芯和阀座之间流通面积的 变化，改变操纵变量的数值。下图是控制阀组成部分的框图。1 控制阀的组成控制藩心岀推川距）-2执行机构有不同的类型。按所使用能源，执行机构分为气动、电动和液动三类。气动类 执行机 构具有历史悠久、价格低、结构简单、性能稳定、维护方便和本质安全性等特点，因此，应用最广。 电动类执行机构具有可直接连接电动仪

2、表或计算机，不需要电气转换环节的特点，但价格贵、结构复 杂，应用时需考虑防爆等问题。液动类执行机构具有推力（或推力矩）大的优点，但装置的体积大，流 路复杂。通常，采用电液组合的方式应用于要求大推力（力矩）的应用场合。按执行机构输出的移动方向，执行机构分为正作用和反作用执行机构。正作用执行机构在输入信 号增加时，阀杆向外移动。反作用执行机构在输入信号增加时，阀杆向内移动。按执行机构输出位移 的类型，执行机构分为直行程执行机构、角行程执行机构和多转式执行机构。直行程执行机构输出直 线位移。角行程执行机构输出角位移，角位移小于360例如，转动角度为90或 60蝶阀的执行机 构。多转式执行机构与角行程

3、执行机构类似，但转动的角位移可以达多圈。按执行机构组成部件的类型，气动执行机构分为薄膜执行机构、活塞执行机构、齿轮执行机构、 手动执行机构、电液执行机构等。按执行机构动作方式，执行机构分为连续、离散两类。连续类型执行机构的输出是连续变化的 位移信号。离散类型执行机构的输出是开关变化的位移信号。电磁阀是最常用的电动离散控制阀，安 全放空阀也是常见的离散控制阀。按执行机构安装方式，执行机构分为直装式、侧装式。直装式执行机构直接安装在调节机构上。 侧装式执行机构安装在调节机构的侧面，它通过一个增力装置来改变位移方向和作用力大小。按执行机构输出和输入的动作特性，执行机构分为比例式、比例积分式等类型。比

4、例式执行机构 的输出与输入信号之间成线性关系。比例积分式执行机构的输出是输入信号的比例和积分作用之和。按执行机构输入信号的类型，执行机构分为模拟式执行机构和数字式执行机构。模拟式执行机构接收模拟信号，例如，20lOOkPa的气压信号，420mA的标准电流信号等。数字式执行机 构接收数字信号，通常是一串二进制信号，用于开闭相应的数字阀。随着现场总线技术的应用，接受 现场总线数字信号的执行机构正得到广泛应用。调节机构也有不同的类型。通常，将调节机构称为阀。按结构分类，调节机构分为直通单座阀、 直通双座阀、三通阀、角形阀、高压阀、隔膜阀、套筒阀、球阀、偏心旋转阀、闸阀和蝶阀等。大多 数普通的阀门可添

5、加有关阀门附件，例如执行机构、阀门定位器、阀门位置检测传感器等。按流量特性，调节机构分为线性阀、等百分比阀和快开阀等。按阀芯的形式，调节机构分为直行程和角行程阀芯等。直行程阀芯，分平板式、柱塞式、窗口式、多级式和套筒式等。角行程阀芯分为偏心旋转式、球式、V形切口式和蝶式等。按调节机构上阀盖的形式，调节机构分为普通型、散热或吸热型、波纹管密封型、长颈 型等。其中，散热型调节机构适用于高温；吸热型调节机构适用于低温；对于深度冷冻的应 用，可采用长颈型调节机构；波纹管密封型适用于有毒性、易挥发或贵重流体介质的控制，可防止介 质外漏损耗和造成伤亡事故。按流向的不同，调节机构分为流开和流关、中心向外和外

6、部向中心等。流开(flowopen)类调节机 构中，在阀芯节流处流体流动方向与阀门打开的方向一致。流关(flowclose)类调节机构中，在阀芯 节流处流体流动方向与阀门关闭的方向一致。中心向外(ou t-ward)类调节机构中，流体从套筒的中心 向外流动。外部向中心(inward)类调节机构中，流体从套筒的外部向中心流动。按阀杆移动时流通面积的变化不同，调节机构分为正体阀和反体阀。正体阀的阀杆移人阀体时， 流通面积减小，流量减少。反体阀的阀杆移人阀体时，流通面积增加，流量增加。按阀芯的导向方式不同，调节机构分为顶导向、顶底导向、阀杆导向、阀座导向和阀笼导向等。 顶导向调节机构的阀芯导向由上阀

7、盖或阀体内一个导向轴完成；顶底导向调节机构的阀芯由上、下阀 盖的导向轴同时定向；阀杆导向是阀盖上一个导向轴与阀座环中心对中，轴套对阀杆进行导向；阀座 导向在小流量控制阀中使用，它通过阀座进行导向；阀笼导向调节构的阀芯与阀笼组成套筒结构，在 整个行程范围内，阀芯与阀笼内表面接触，在阀笼上有阀笼孔，阀芯移动时改变阀笼孑L的流通面积。 阀笼与阀盖、阀座是自对中的，从而实现阀芯的导向。按阀体是否分离，调节机构分为整体阀和阀体分离阀。整体阀的阀体是一个整体；阀体 分离阀的阀体可以分离，便于拆卸和进行内部清洗，进行内部衬里的更换等。按阀体的材质，调节机 构分为铸铁阀、铸钢阀、黄铜阀、不锈钢阀、热塑料阀、钛

8、 阀等。此外，按阀的应用场合，还有一些特殊的阀门，例如低噪声阀、隔膜阀、防空化阀、耐 蚀阀、蒸汽控制阀、降压阀等。除了执行机构和调节机构外，控制阀还可添加一些附件来配合控制阀的动作，包括阀门定位器、 手轮机构、信号转换装置、阀位检测、传送装置和自锁装置等，这些附件使控制阀 的功能更完善，使用更方便，应用更灵活，性能更优越。控制阀的分类将控制阀的执行机构和调节机构组合，可组成各种类型的控制阀。为了增强控制阀的功能，完 善控制阀的性能，控制阀还可与一些控制阀附件组合，实现更高的控制精度，克服控制阀的死区等缺 点，实现降级操作。下面介绍主要的控制阀类型。(1) 直通单座阀 如图2所示，直通单座控制阀

9、有一个阀芯和一个阀 座。图中，阀杆与阀芯连接，当执行机构作直线位移时，通过阀杆带动阀 芯移动。上盖板用于压紧填料，上阀盖与阀体用螺栓连接，用于阀杆和阀 芯的中心定位。阀座与上阀盖一起，用于保证阀芯与阀座的中心定位，并 在阀芯移动时，改变流体的流通面积，从而改变操纵变量，实现调节流体 流量的功能。图中的阀芯导向采用顶导向方式。一些直通单座阀采用顶底 导向方式，提高导向精确度。一些小流量直通控制阀常采用阀座导向方式。 直通单座控制阀只有一个阀芯和一个阀座，是一种最常见的控制阀。其特 点如下：1泄漏量小，容易实现严格的密封和切断，例如，可采用金属与金属的硬密封，或金属与聚四氟乙烯或其他复合材料的软密

10、封，标准泄漏量为图2直通单座阀0.0lC（C 是额定流量系数）。2允许压差小，例如，DN100阀的允许压差仅120kPa。3流通能力小，例如，DN100的直通阀的流通能力仅为100。4. 由于流体介质对阀芯的推力大，即不平衡力大，因此，在高压差 大口径的应用场合，不宜采用这类控制阀。近年来，阀笼结构的直通控制阀由于其具有维护简单、改变阀座可改变阀门流量特性的优点而得到广泛应用。为了降低阀芯所受到不平衡力的 影响，可米用大推力的执行机构，米用直通双座阀结构，也可米用图3所 示平衡阀芯的阀笼式结构。图中，在阀芯上部和阀笼缸体之间采用石墨润 滑的滑动活塞环，用于阀芯与阀笼之间的密封。阀笼与上阀盖之间

11、也采用 阀帽垫片、螺旋垫片等进行密封，保证上游高压流体不会进入下游低压腔 内。此外，流体经阀芯顶部的平衡连接孔，同时作用在阀芯的底部和顶部, 消除了大部分静态不平衡力，并具有一定的阻尼作用，减小流体流动引发 的振动等扰动的影响。通常，平衡结构的直通单座控制阀采用如图3所示 的外部向中心的流向。（2）套筒阀 套筒阀又称笼式阀，它是阀内件采用阀芯和阀笼（套筒）图 3 笼式阀的结构的控制阀。套筒可以是直通单座阀，也可以是双座阀或角形阀等。套筒阀 （套筒阀） 用阀笼内表面导向，用阀笼节流几满足所需流量特性。套筒阀的特点如下。1. 安装维护方便。阀座通过阀盖紧压在阀体上，不采用螺纹连接，安装和维护方便。

12、2. 流量特性更改方便。套筒阀中流体从套筒向外流出，称为中心向外流向，反之，称外部向中 心流向。是外部向中心流向的直通套筒阀结构图。在套筒上对称地分布3、 4或6个节流开孔，节流 开孔形状与所需流量特性有关，因此，可方便地更换套筒（节流开的形状）来改变控制阀的流量特性。3. 降噪和降低空化影口向。为降低控制阀噪声，套筒和阀芯也可开多个小孔，利用小孔增加阻力，将速度头转换为动能，使噪声降低。通常，套筒阀可降低噪声10dB以上，因此，在需降 噪场合被广泛应用。为降低控制阀噪声，也可采用多级降压方法，例如多级阀芯和套筒结构。由于控 制阀两端的总压降被分配到各级，使各级都不会造成流体发生闪蒸和空化，从

13、而使控制阀的噪声降低， 并能够削弱和防止闪蒸和空化造成的冲刷和磨损。套筒阀阀芯底部为平面，如发生汽蚀，气泡破裂产生的冲击不作用到阀芯，而被介质自身吸收，因此，套筒阀的汽蚀影响小，使用寿命长。4. 泄漏量较单座阀大，由于套筒与阀芯之间有石墨活塞环密封，长期运行后，密封环的磨损使 套筒阀的泄漏量比单座阀大o5. 互换性和通用性强。更换不同套筒，可获得不同流量系数和不同流量特性。6. 减小不平衡力影响。通常，套筒阀阀芯上开有平衡孔，使阀芯上所受不平衡力大为减小，同 时，它具有阻尼作用，对控制阀稳定运行有利。因此，这类控制阀常用于压差大、要求低噪声的应用 场合。(3) 直通双座阀 如图 4 所示。直通

14、双座控制阀有两个阀芯和两个阀座。流体从图示的左侧流人，经两个阀芯和阀座后，汇合到右侧流出。由于上阀 芯所受向上推力和下阀芯所受向下推力基本平衡，因此，整个阀芯所受不平 衡力小。直通双座阀的特点如下。1所受不平衡力小，允许的压降大，例如，DN100 双座阀允许压差280kPa。2. 流通能力大，与相同口径的其他控制阀比较，双座阀可流过更多流体， 同口径双座阀流通能力比单座阀流通能力约大20%50%。例如，DN100双 座阀流通能力达160。因此，为获得相同的流通能力，双座阀可选用较小推 力的执行机构。3正体阀和反体阀的改装方便。由于双座阀采用顶底双导向，因此，只 需将阀芯和阀座反过来安装就能将正

15、体阀改为反体阀，反体阀改为正体阀， 而不需要改选执行机构的正作用或反作用类型。图4所示的双座阀结构只需 将阀体反装，并与阀杆连接即可完成。图4 双座阀的结构4. 泄漏量大。双座阀的上、下阀芯不能同时保证关闭，因此，双座阀的 泄漏量较大，标准泄漏量为0. 1%C。双座阀的阀芯和阀座采用不同材料或 者用于低温或高温场合时，由于材料线膨胀量不同，造成的泄漏量会更大。5. 抗冲刷能力差。阀内流路复杂，在高压差应用场合，受到高压流体的冲刷较严重，并在高压差时造 成流体的闪蒸和空化，加重了对阀体的冲刷，因此，双座阀不适用于高压差的应用场所。由于流路复 杂，它也不适用于含纤维介质和高黏度流体的控制。由于带平

16、衡的套筒阀能够消除大部分静态不平衡力，双座阀的优点已不明显，而它的泄漏量大的 缺点更为显现，因此，在工业生产过程控制中，原来采用双座阀的场合，可用带平衡结构、的套筒阀 代替，国外制造商也采用整体结构的双座直通阀来减小泄漏量的产品。(4) 三通阀 三通阀按流体的作用方式分为合流阀和分流阀两类。合流阀有两个人口，合流后从一个出口流出。分流阀有一个流体人口，经分流 成两股流体从两个出口流出。图25是分流三通阀的结构图。合流三通 阀的结构与分流三通阀的结构类似。其特点如下。1三通阀有两个阀芯和阀座，结构与双座阀类似。但三通阀中，一个 阀芯与阀座间的流通面积增加时，另一个阀芯与阀座间的流通面积减少。 而双座阀中，两个阀芯和阀座间的流通面积是同时增加或减少的。2. 三通阀的气开和气关只能通过选择执行机构的正作用和反作用来/