10 阀(或称阀体组件)是一个局部阻力可变的节流元件.普通阀包括阀芯,阀座和阀杆等. 根据流体通过调节阀时对阀芯作用方 阀的作用:阀杆位移L---调节流量Q 流开阀稳定性好,有利于调节,一般多 采用流开阀 11 正装阀:阀芯下移,阀芯与阀座间的流通截面积减小反装阀:阀芯下移,阀芯与阀座间的流通截面积增大 阀的开关方式: 气开式:阀的开度随气压的增大而增大: 执行机构与阀门的配合根据执行机构正、反作用型式以及阀芯的正装、反装可以实现调节阀的 气开、气关方式: 无气压时关闭 12 “气开”与“气关”的选择原则 基本原则: 根据安全生产的要求选择控制阀的气开气关。 若无气源时, 希望阀全关, 则应选择气开阀; 若无气源时,希望 阀全开,则应选择气关阀. 实际应用: 当气源中断或电源中断时, •进入装置的原料、热源应切断: 进料阀选气开 •切断装置向外输出产品: •精馏塔回流应打开:回流阀选气关 13 (1)直通单座控制阀。阀体内只有一个阀芯和阀座, 如图所示。其特点是结构简单,泄漏量小,易于保 证关闭甚至完全切断。但是在压差较大的时候,流 体对阀芯上下作用的推力不平衡,这种不平衡推力 会影响阀芯的移动。因此直通单座控制阀一般应用 在小口径、低压差的场合。 直通单座控制阀(2)直通双座控制阀。阀体内有两个阀芯和阀座, 于流体流过的时候,作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反而大小近于相等,可以相互抵消,所以 不平衡力小。但是由于加工的限制,上、下两个阀 芯和阀座不易保证同时密闭,因此泄漏量较大。直 通双座控制阀适用于阀两端压差较大、对泄漏量要 求不高的场合,但由于流路复杂而不适用于高黏度 和带有固体颗粒的液体。 直通双座控制阀阀的结构形式及选择 14 角型控制阀(4)隔膜控制阀. 隔膜控制阀采用耐腐蚀衬里的阀体 和耐腐蚀隔膜代替阀芯阀座组件,由隔膜位移起控制 作用, 如图所示. 隔膜控制阀结构简单, 流路阻力小, 流量系数较同口径的其他阀大. 由于介质用隔膜与外 界隔离, 故无填料, 介质也不会泄漏,所以隔膜控制阀 无泄漏量. 隔膜控制阀耐腐蚀性强, 适用于强酸, 强腐蚀性介质的控制,也适用于高黏度及悬浮颗 粒状介质的控制。 隔膜控制阀(3)角型控制阀. 角型控制阀的两个接管呈直角形, 其他结构与单座阀相类似。角型阀的流向一般为底 进侧出,此时其稳定性较好;在高压差场合,为了 延长阀芯使用寿命而改用侧进底出的流向,但容易 发生振荡。角型控制阀流路简单,阻力较小,不易 堵塞,适用于高压差、高黏度、含有悬浮物和颗粒 物质流体的控制。 15 (6)蝶阀. 蝶阀又名翻板阀, 如图所示. 蝶阀具有结构简单, 重量 价格便宜,流阻极小的优点, 但泄漏量大, 适用于大口径,大 流量,低压差的场合,也可以用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质 的控制。 (7)球阀. 球阀的阀芯与阀体都呈球形体, 转动阀芯使之处于不 同的相对位置时, 就具有不同的流通面积, 以达到流量控制的 目的, 如图所示。 球阀16 三、阀门定位器 气动阀门定位器是一种辅助装置, 根据调节器来的气动信号控制气动调 节阀门部件, 使阀门开度处于精确位置. 其应用场合为: 组成分程控制系统并不是任何情况下采用阀门定位器都是合理的.在如液体压力和流量 这样的快速控制过程,使用阀门定位器可能对控制质量有害. 17 4-2 调节阀的流量系数 流量系数是表示调节阀流通能力的参数. 它根据流量、阀两端的差压和 流体的密度等确定。是选择阀口径的参数. 流量系数的定义及其物理意义我国规定的流量系数C为: 在给定行程下, 阀两端压差为0.1Mpa, 水密 度为1g/cm 100表示. 它作为阀的基本 参数由制造厂家提供给用户。 表4.1为根据C 100 选择阀门直径表 例如一台额定流量系数为32的调节阀, 表示阀全开且两端的压差为0.1 MPa时,每小时最多能通过32m 的水量.1kgf/cm 18补充知识: 伯努利方程 ghconst 1)伯努利方程表述的是理想流体作定常流动时,流体 中压强和流速的规律。 2)在流动的流体中,流速大 的地方压强小;流速小的 地方压强大。 3)伯努利方程阐明的位能、 动能、静压能相互转换的 原理. 19 调节阀是一个局部阻力可变的节流元件.对于不可压缩的流体,由能量 守恒(伯努利方程)可知,调节阀上的压力损失为: 为调节阀阻力系数;g为重力加速度;ρ为流体密度;p1,p2为 调节阀前后压力;ω为流体平均速度. 因为 Q—流体体积流量,F---调节阀流通截面积 :阀阻力系数ρ:流体密度 g:重力加速度 (4-1) (4-2) 20 根据C的定义,在流量方程中令p 因此,对于其它的阀前后压降和介质密度, 则有 注意:流量系数C不仅与流通截面积F(或阀公称直径Dg)有关,而且 还与阻力系数ξ 有关.同类结构的调节阀在相同的开度下具有相近的阻力系数,因此口径越大流量系数也随之增大; 口径相同类型不 同的调节阀,阻力系数不同,流量系数也各不相同. 由上两式可得调节阀流量方程 A---与单位制有关的常数(4-3) (4-4) 21 由于采用的单位制有公制和英制之分,国际上通用两种不同的流量系数 1.167Kv 流量系数计算公式流量系数的计算是选定调节阀口径的最主要的理论依据.表4.2列举了 液体,气体和蒸汽等常用流体C值的计算公式. 注意事项: 两套计算公式(国际单位制SI和工程单MKS位制)单位有所不同. 计算前要做阻塞流判断 计算公式使用于牛顿型不可压缩流体,可压缩流体以及这两种流 体的均匀混合体. 根据要求计算满足要求的C值,以此为依据选择适当的调节阀. (4-5) 22 阻塞流对流量系数计算的影响阻塞流是指, 当阀前压力p1保持恒定而逐步降低阀后压力p2时, 流经调 节阀的流量会增加到一个最大极限值, 若再继续降低p2流量也不再增加, 此极限流量称为阻塞流. 流体体积流量计算公式为: 此时,调节阀的流量与阀前后压降p=p1-p2的关系以不再遵循公式 的规律.右图中, 阻塞流, 此时按4--4计算出的流量 会大大超过阻塞流Q max 因此在计算C值时首先要确定调节阀是否处 于阻塞流情况. 就会出现cr 当压降大于23 气体的阻塞流条件: ---空气在某一调节阀时的临界压差比,决定于调节阀结构(表4.3) ---比热比系数,气体与空气的绝热指数之比, air=1.4) (表4.9) 液体(不可压缩流体)的阻塞流 产生阻塞流的原理调节阀内流体压力梯度图 p1 p2 24 ---压力恢复系数0.96 0.28 crvcr cr vcr 为一个固定常数,它只与阀结构,流路形式有关,与阀口径大小无关. 查表4.3可得到. 流量(液体)系数C的计算: 判断是否产生阻塞流,判别条件按上式 如果未发生阻塞流,则p=p (工程单位制(MKS))10 (国际单位制(SI))运算时单位: p---KPaρ---g/cm 25注意: 同一组数据,用两种公式计算的结果是相同的 如:p=1kgf/cm =100kPa使用国际单位制计算为: 10 10 100 低雷诺数修正当雷诺数Re3500时可不做低雷诺数修正.27 气体(蒸汽)流量系数的修正气体, 蒸汽等可压缩流体, 在调节阀内其体积由于压力降低而膨胀, 其密度 减小. 利用式4-4计算气体的流量系数, 会引起较大误差, 必须对气体的可 压缩效应作必要的修正.可以引入一个膨胀系数Y以修正气体密度的变化 此外,在各种压力,温度下实际气体密度与按理想气体状态方程求得的理想气体密度存在偏差。为衡量偏差程度大小,引入压缩系数Z R---气体常数ρ1---阀入口处气体密度 28 管件形状修正使用上述流量系数计算公式要求管件形状满足的条件:调节阀的公称 直径必须与管道直径相同, 而且管道要保证有一定的直管段. 如果调 节阀实际配管状况不满足这些条件, 特别是在调节阀公称通径小于管 道直径, 阀两端装有渐缩器, 渐扩器或三通等过渡管件情况下, 由于过 渡管件上的压力损失,使加在阀两端的阀压降减小,使阀实际流量系数 减小. 因此, 必须对未考虑附接管件计算得流量系数进行修正. ---管件形状修正系数.与调节阀上下游阻力系数; 阀入口, 出口处伯 努利系数有关 29 例4-1 某控制系统拟选用一台直线特性气动直通单座调节阀 =26200kPa,Δp=24500kPa, =0.58g/cm3,υ=0.1964x10 -6 阻塞流判别查表得F 0.960.28 0.96 0.28 1621 11378 0.85 (0.9)(26200 0.85 1621) 20106k cr 由于ΔP=24500kPa>ΔPcr =20106kPa, 故为阻塞流 30 max值计算 6300/580 10.86 max10 10 10.86 0.58 20106 =0.583 低雷诺数修正12 7070070700 10.86 5.1210 0.1964 10 0.583 由于Re>3500,故不必做低雷诺数修正 初选C100 max且最接近C max =8mm,此时 100=0.8 31 管件形状修正因为D1/Dg=20/191.05, 不必做修正 调节阀相对开度验算调节阀为直线特性, 最大流量时的相对开度 100=0.583/0.80 max