控制阀/调节阀：局部阻力可以改变的节流元件
调节机构直接改变能量或被控对象的输送量（化工自动化中一般使用阀门）
控制阀类型
- 直通单座阀：一个阀芯，一个阀座。泄露量小，不平衡力大，允许压差小
- 直通双座阀：两个阀芯和阀座。泄露量大，不平衡力小，允许压差大
- 角形阀：阀体为直角形，流路简单阻力小，一般底进侧出。可适合高压差场合。
阀芯有正装和反装两种形式：阀芯下移时流通面积减小的为正装阀，阀芯下移时流通面积增大的为反装阀
一、节流原理
流过阀门的调节介质的相对流量和阀杆的相对行程（阀门的相对开度）之间的关系
H=\dfrac{p_{1}-p_{2}}{\rho g}=\xi \dfrac{\omega^{2}}{2g}\quad \omega =\dfrac{Q}{A}\quad \end{align}$$ $$\begin{align} Q=A\cdot \omega = \dfrac{A}{\sqrt{ \xi }} \sqrt{ \dfrac{2}{\rho} (p_{1}-p_{2})} \end{align}$$ $$\begin{align} Q_{h} = \dfrac{3600}{10^{4}} \dfrac{A}{\sqrt{ \xi }} \sqrt{2\times \dfrac{10^{5}}{\dfrac{10^{6}}{10^{3}}} \dfrac{\Delta p}{\rho} } =5.09 \dfrac{A}{\sqrt{ \xi }} \sqrt{ \dfrac{\Delta p}{\rho} }\quad (m^{3 } /h) = K_{V} \sqrt{ \dfrac{\Delta p}{\rho} } \end{align}$$ - 能量损失： $H$ - 流量 $Q\quad m^{3} / h$ - 压力损失： $\Delta p=p_{1}-p_{2}\quad (100kPa)$ - 流体密度： $\rho\quad g/ cm^{3}$ - 控制阀流通截面积： $A\quad cm^{2}$ - 控制阀阻力系数：$\xi$ - 流量系数：$K_{V}=5.09 \dfrac{A}{\sqrt{ \xi }}$ 反映流过控制阀的流通能力大小。 >注意单位换算！！！ ### 二、调节阀的可调比 **可调比：调节阀所能控制的最大流量和最小流量之比** - $Q_{max}$ 可调流量的上限值 - $Q_{min}$ 可调流量的下限值 (不是泄漏量) #### 2.1 理想可调比 控制阀前后压差不变，等于最大流量系数和最小流量系数之比，国内统一标准一般 $R$ 取 30。 $$\begin{align} R= \dfrac{Q_{max}}{Q_{min}} = \dfrac{K_{Vmax}}{K_{Vmin}} \end{align}$$ #### 2.2 实际可调比 受到管路系统阻力改变、损失影响 ##### 串联可调比 $$\begin{align} R_{r}= \dfrac{K_{Vmax}\sqrt{ \Delta p_{min} / \rho }}{K_{Vmin}\sqrt{ \Delta p_{max} / \rho }}=R\sqrt{ \dfrac{\Delta p_{min}}{\Delta p_{max}} } \approx R\sqrt{ \dfrac{\Delta p_{min}}{\Delta p} } =R\sqrt{s} \end{align}$$ $\Delta p_{min}\quad \Delta p_{max}$ 调节阀全开、最小流量时的阀前后压差（相当于电路分压，如果流量较大，分得到的压差更大，则前后压差小。也就是阀门开度越大，前后压差越小，全开时有最小压力差） 配环系数/畸变系数： $s= \dfrac{\Delta p_{min}}{\Delta p}$ 调节阀全开时的最小压差与总压差之比 串联管道阻力损失越大时，$s$ 越小，实际可调比就越小。 ##### 并联可调比 $$\begin{align} R_{r}= \dfrac{Q_{max}}{Q_{1min}+Q_{2}}= \dfrac{Q_{max}}{\dfrac{x}{R}Q_{max}+(1-x)Q_{max}}= \dfrac{R}{R-(R-1)x} \end{align}$$ $x= \dfrac{Q_{1max}}{Q_{max}}$ 控制阀全开时的流量和总管最大流量之比 $Q_{1 min}=\dfrac{Q_{1max}}{R}=\dfrac{x}{R}Q_{max}\quad Q_{2}=Q_{max}(1-x)$ 当 $x$ 越小，即 $Q_{2}$ 越大时，实际可调比越小。 ### 三、调节阀的流量特性 流量特性 $\dfrac{Q}{Q_{max}}= f(\dfrac{l}{L})$ 指的是介质流过控制阀的**相对流量**与控制阀的**相对位移/相对开度**之间的关系。$\dfrac{Q}{Q_{max}}$ 称为相对流量，表示在某开度流量与全开度流量之比。 - 理想流量特性：阀前后压差不随开度变化而变化 - 工作流量特性：阀前后压差随开度变化而变化（畸变） #### （一）理想流量特性 ##### 直线流量阀 $$\begin{align} \dfrac{\mathrm{d}(\dfrac{Q}{Q_{max}} )}{\mathrm{d} (\dfrac{l}{L}) } =K \Rightarrow \dfrac{Q}{Q_{max}}= \dfrac{1}{R} +(1- \dfrac{1}{R}) \dfrac{l}{L} \end{align}$$ 流量的绝对变化量 $Q$ 恒定，但是流量的相对变化量 $\dfrac{Q}{Q_{max}}$ 随推杆位移的改变不断减小 放大倍数恒定。小开度时灵敏度高，大开度时灵敏度低 ##### 等百分比流量阀-对数流量阀 $$\begin{align} \dfrac{\mathrm{d}(\dfrac{Q}{Q_{max}} )}{\mathrm{d} (\dfrac{l}{L}) } =K (\dfrac{Q}{Q_{max}})\Rightarrow \ln \dfrac{Q}{Q_{max}}= Kl-\ln K_{1} \Rightarrow \dfrac{Q}{Q_{max}} =\dfrac{1}{K_{1}}e^{ Kl }=R^{l-1} \end{align}$$ **实际上使用对数阀门较多，控制特性好**。放大系数随流量增大而增大 **相对变化量恒定**：控制阀相对位移变化引起的相对流量变化和此点的相对流量成正比。 ##### 快开流量阀 在开度较小时就有较大流量，随开度增大，很快接近最大流量 此后再增大开度，流量变化很小 ##### ~~抛物线~~ #### （二）实际流量特性 ##### 串联 流量特性畸变（严重），可调比减小，系统总流量减小， 开度小时放大系数增大，开度大时放大系数减小 流量的畸变程度随畸变系数的减小而逐渐增加 s=1 时为理想流量特性，实际使用中希望 s 值不低于 0.3 - s=0.6~1 所选理想流量特性和工作流量特性几乎一致 - s=0.3~0.6 直线趋于等百分比，抛物线趋于直线 - s<0.3 严重畸变：直线趋于快开，等百分比趋于直线 ##### 并联 流量特性畸变（变化不大），可调比大大减小，系统总流量增大 任何开度下，放大系数都减小 ### 四、闪蒸和空化现象 **闪蒸阶段**：液体通过阀节流后，缩流处的静压降低到等于或低于该液体入口温度下的饱和蒸气压时，部分液体汽化形成气液两相共存的现象。 **空化阶段**：闪蒸发生后，液体继续流动，静压重新上升，闪蒸形成的气泡破裂重新化为液体。 - 材质损坏：气泡破裂时会产生较大的冲击力，对阀芯和阀座破坏很严重, 产生气蚀作用。 - 振动：带来垂直振动和水平振动 - 噪声：产生噪声影响工作人员健康 避免空化作用：根本是控制阀前后压差不大于最大允许压差。$\Delta p< \Delta p_{c}$