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调节阀与控制阀区分与工作原理解读

控制阀,过程控制工业里最常用的终端控制元件就是控制阀。控制阀调节流动的流体,如气体、蒸汽、水或化学混合物,以补偿负载扰动并使被控制的过程变量尽可能地靠近需要的设定点。控制阀一般由执行机构和阀门组成。如果按其所配执行机构使用的动力,控制阀可以分为气动、电动、液动三种,即以压缩空气为动力源的气动控制阀,以电为动力源的电动控制阀,以液体介质(如油等)压力为动力的电液动控制阀,另外,按其功能和特性分,还有电磁阀、电子式、智能式、现场总线型控制阀等。

控制阀

控制阀(图1)

传感器将压力、温度、流量等信号反馈给调节器,调节器将测量信号与设定值进行比较,然后根据运算的结果输出控制信号给控制阀,由控制阀来调整阀门开度,进而实现对温度、压力、流量等参数的自动调节。按照这个定义,阀门必须要和传感器、控制器(PLC、DCS或单纯的调节器)组成控制回路(不管是单回路还是多回路)实现对过程变量的控制,才能称之为控制阀。所以,所有配有执行机构的气动、电动、液动的阀门,都应该叫做控制阀,包括电磁阀,因为它们都可以和控制系统组成控制回路,实现自动控制。不管它们接收的是开关量信号还是比例信号,控制原理都是一样。而所有的手动式、自力式阀门都不是控制阀。

控制阀系统作用图

控制阀系统作用图(图2)

调节阀,其实就是节流阀,对于节流阀,它的意图是产生压力降和降低流量,因此它可以有一个直径明显小于阀门通径的阀座。节流阀的设计是产生压力降以降低直线压力、流量、温度,而开关阀的结构上允许直线通过流体而不明显地产生压力降。如O型球阀、蝶阀、管夹阀等,它们的流阻都很小,介质通过时产生的压降都很小,所以适合开关控制,不适合节流控制。节流阀需要根据过程工艺的要求设计出合适的流量特性和阀芯、阀座直径,开关阀则不需要。节流阀配以执行器,就是电、气或液动调节阀了。所以狭义地将,调节阀只限于节流阀如单座阀、双座阀、套筒阀、角形阀、三通阀、V型球阀等有限的几种(所以在业界还有手动调节阀一说)。

手动调节阀

手动调节阀(图3)

可以说,所有的调节阀都是控制阀,但控制阀未必就是调节阀。至于自力式调节阀,它不应该归入控制阀一类,因为不管是自力式压力调节阀,还是温度、流量调节阀,都是靠介质自身的动力来驱动阀门,控制变量还得靠手动来设定,它们不能和控制系统组成控制回路。它们应该和安全阀、疏水阀、减压阀、水力控制阀等归入自动阀一类。

控制阀的基本构成

控制阀一般由执行机构和阀门以及其他附件组成。

控制阀结构图

控制阀结构图(图4)

阀门

直通单座阀(GLOBE):体内只有一个阀座和阀芯、结构简单、密封效果好、使用较多的一种阀体类型、流通能力差、不平衡力大、不适合高压差,大口径的场合。

直通单座阀

直通单座阀(图5)

套筒阀(CAGE):使用广泛的一种阀体类型;阀体内部阀盖和阀座之间加一个开口套筒;内部导向,阀芯上开有平衡孔,减小不平衡力;泄漏量较单座大,不适用于有颗粒及较脏污介质。

套筒阀

套筒阀(图6)

角形阀(ANGLE):阀体内有一个阀座和密封面结构简单,密封效果好;一般为底进侧出,具有自洁净功能;阀体内不易存积污物,不易堵塞;适用于控制高粘度介质,高压差;以及含有悬浮物和颗粒物的介质;容易发生阀芯振荡不稳定的现象。

角形阀

角形阀(图7)

三通阀:三通阀有三个出入口与管道相连接,有合流,分流两种类型。

三通阀

三通阀(图8)

执行机构

控制阀的驱动装置,按能源供应分为:气动,电动,电液。

气动执行机构

一般分为气动薄膜执行机构和气动活塞执行机构等。

气动执行机构

气动执行机构(图9)

电动执行机构

以电为能源的执行器,有电动控制,电磁式。按位移分为:直行程、角行程、多转式。具有动作迅速、响应快、电源取用方便、传输距离远等特点。

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