1、概述
在自动控制系统中，调理阀是其常用的执行器�？刂评淌欠衿轿热【鲇诘骼矸芊褡既沸卸�，使历程控制体现为物料能量和流量的精确变革。所以，要凭据差别的需要选择差别的调理阀。选择恰当的调理阀是管路设计的主要问题，也是包管调理系统宁静宁静稳运行的要害。
2、调理阀的组成
调理阀由执行机构和调理机构组成，接受调理器或盘算机的控制信号，用来改变被控介质的流量，使被调参数维持在所要求的规模内，从而抵达历程控制的自动化。
2.1 执行机构
执行机构凭据驱动形式分为气动、电动和液动3种。气动执行机构具有结构简单，行动可靠，性能稳定，价格低，维护便当，防火防爆等优点，在许多控制系统中获得了广泛地应用。电动执行机构虽然倒运于防火防爆，但其驱动电源便当可取，且信号传输速度快，便于远距离传输，体积小，行动可靠，维修便当，价格自制。液动执行器的推力最大，调理精度高，行动速度快，运行平稳，但由于设备体积大，工艺庞大，所以目前使用未几。
执行机构岂论是何种类型，其输着力都是用于克服负荷的有效力（主要是指不平衡力和不平衡力矩、摩擦力、密封力及重力等有关力的作用）。因此，为了使调理阀正常事情，配用的执行机构要能爆发足够的输着力来克服种种阻力，包管高度密封和阀门的开启。对执行机构输着力确定后。应凭据工艺使用情况要求，选择相应的执行机构。例如，关于现场有防爆要求时，应选用气动执行机构，且接线盒为防爆型。如果没有防爆要求，则气动或电动执行机构都可选用，但从节能方面考虑，应尽量选用电动执行机构。关于要求调理精度高，行动速度快和运行平稳的工况，应选用液动执行机构。
综合种种执行器的特点，自动控制系统普遍接纳电动执行机构。如结构简单、体积小的 ZAZ 直行程类及 ZAJ 角行程类，3610L(R) 型电子式及SKD型多转电动执行机构等。种种执行机构尽管在结构上不完全相同，但基本结构都包括放大器、可逆电机、减速装置、推力机构、机械限位组件、弹性联轴器和位置反响等部件（图 1）。
图1 电动执行机构的方框图
电动执行机构一般需要与伺服放大器配套，接受调理器的信号，该信号经过伺服放大器放大后转换为三位继电信号，控制可逆电机正转或反转，发动调理机构，使阀开启或关闭。
2.2 调理机构
调理阀门是调理阀的调理机构，它凭据控制信号的要求而改变阀门开度的巨细来调理流量，是一个局部阻力可以变革的节流元件。调理阀门主要由上下阀盖、阀体、阀瓣、阀座、填料及压板等部件组成。在自动控制系统中，阀门主要的调理介质为水和蒸汽等。在压力比较低，使用情况简单的情况下，常用的调理阀有直通调理阀、三通调理阀和蝶阀等。
直通阀有直通单座阀和双座阀之分。单座阀结构简单，价格低廉，关闭时泄漏量小，但由于阀座前后保存的压差对阀瓣爆发的不平衡力较大，所以适用于低压差的场合，例如供水管或回水管中。双座阀有两个阀瓣阀座，在其关闭状态时，两个阀瓣的受力可部分抵消，阀瓣所受的不平衡力小，可是由于热胀冷缩效应，其同时关闭性较差，造价也较高，只适用于阀前后压差较高但密闭要求不高的场合，例如供水或回水之间的压差旁通阀。
三通阀有三个收支口与管道相连，总进水量较恒定，适用于定水量系统中，并要求有牢固的装置偏向，不宜反装，不适于温差较大场合。三通调理阀有合流阀与分流阀之分。合流阀是将来自两个入口的流体混淆至一个出口。分流阀则是将一个入口的流体划分由两个口送出。
蝶阀结构较简单，由阀体、蝶板轴及轴封等部分组成，其行程为 0°~90°。蝶阀有两位式控制和比例控制 2 种方法。蝶阀的特点是阻力损失小，体积小，质量轻，装置便当，并且开启阀门和关闭阀门的允许压差较大，但其调理性能和关阀密闭性能较差，通常用于压差较大但调理性能要求不高的场合。除用作两通阀外，还可以用两个蝶阀组合，完成三通阀的功效。在自动控制系统中，开/关型电动蝶阀常用于冷水和热水系统中，作为水路的连通和关断控制。
3 性能
3.1 事情原理
凭据流体力学可知，调理阀是一个局部阻力可以变革的节流元件。对不可压缩流体，调理阀的流量可体现为：
式中：Q–调理阀某一开度的流量，mm3/s
P1–调理阀进口压力，MPa
P2–调理阀出口压力，MPa
A–节流截面积，mm2
ξ–调理阀阻力系数
ρ–流体密度，kg/mm3
由式（1）可知，当 A 一定，ΔP=P1-P2 也恒准时，通过阀的流量 Q 随阻力系数 ξ 变革，即阻力系数 ξ 愈大，流量愈小。而阻力系数 ξ 则与阀的结构和开度有关。所以调理器输出信号控制阀门的开或关，可改变阀的阻力系数，从而改变被调介质的流量。
3.2 流量特性
调理阀的流量特性是指被调介质流过调理阀的相对流量与调理阀的相对开度之间的关系。其数学表达式为：
式中：Qmax–调理阀全开时流量，mm3/s
L—-调理阀某一开度的行程，mm
Lmax–调理阀全开时行程，mm
调理阀的流量特性包括理想流量特性和事情流量特性。理想流量特性是指在调理阀进出口压差牢固稳定情况下的流量特性，有直线、等百分比、抛物线及快开 4 种特性（表1）。
| 流量特性 | 性质 | 特点 |
|---|---|---|
| 直线 | 调理阀的相对流量与相对开度呈直线关系，即单位相对行程变革引起的相对流量变革是一个常数 | ① 小开度时，流量变革大，而大开度时流量变革小 ② 小负荷时，调理性能过于灵敏而爆发振荡，大负荷时调理缓慢而不实时 ③ 适应能力较差 |
| 等百分比 | 单位相对行程的变革引起的相对流量变革与此点的相对流量成正比 | ① 单位行程变革引起流量变革的百分率是相等的 ② 在全行程规模内事情都较平稳，尤其在大开度时，放大倍数也大。事情更为灵敏有效 ③ 应用广泛，适应性强 |
| 抛物线 | 特性介于直线特性和等百分比特性之间，使用上常以等百分比特性代之 | ① 特性介于直线特性与等百分比特性之间 ② 调理性能较理想但阀瓣加工较困难 |
| 快开 | 在阀行程较小时，流量就有比较大的增加，很快达最大 | ① 在小开度时流量已很大，随着行程的增大，流量很快抵达最大 ② 一般用于双位调理和程序控制 |
在实际系统中，阀门两侧的压力降并不是恒定的，使其爆发变革的原因主要有两个方面。一方面，由于泵的特性，当系统流量减小时由泵爆发的系统压力增加。另一方面，当流量减小时，盘管上的阻力也减小，导致较大的泵压加于阀门。因此调理阀进出口的压差通常是变革的，在这种情况下，调理阀相对流量与相对开度之间的关系。称为事情流量特性。具体可分为串联管道时的事情流量特性和并联管道时的事情流量特性。
（1）串联管道时的事情流量特性
调理阀与管道串联时，因调理阀开度的变革会引起流量的变革，由流体力学理论可知，管道的阻力损失与流量成平方关系。调理阀一旦行动，流量则改变，系统阻力也相应改变，因此调理阀压降也相应变革。串联管道时的事情流量特性与压降分派比有关。阀上压降越小，调理阀全开流量相应减小，使理想的直线特性畸变为快开特性，理想的等百分比特性畸变为直线特性。在实际使用中，当调理阀选得过大或生产处于非满负荷状态时，调理阀则事情在小开度，有时为了使调理阀有一定的开度，而将阀门开度调小以增加管道阻力，使流过调理阀的流量降低，实际上就是使压降分派比值下降，使流量特性畸变，恶化了调理质量。
（2）并联管道时的事情流量特性
调理阀与管道并联时，一般由阀支路和旁通管支路组成，调理阀装置在阀支路管路上。调理阀在并联管道上，在系统阻力一准时，调理阀全开流量与总管最大流量之比随着并联管道的旁路阀逐步翻开而减少。此时，尽管调理阀自己的流量特性无变革，但系统的可调规模大大缩小，调理阀在事情历程中所能控制的流量变革规模也大大减小，甚至起不到调理作用。要使调理阀有较好的调理性能，一般认为旁路流量最多不凌驾总流量的 20%。
4 调理阀的选择
4.1 流量特性选择
流量特性的选择要领有两种，一种是通过数学盘算的剖析法，另一种是在实际工程中总结的经验法。由于剖析法既庞大又费时，所以一般工程上都接纳经验法。具体来说，应该从调理质量、工况条件、负荷及特性几个方面考虑。
（1）凭据自动调理系统的调理质量
凭据自动控制原理中的特性赔偿原理，为了使系统坚持良好的调理质量，希望开环总放大系数与各环节放大系数之积坚持常数。这样，适中选择阀的特性，以阀的放大系数变革来赔偿工具放大系数的变革，从而使系统的总放大系数坚持稳定。
（2）凭据管道系统压降变革情况
调理阀的压降比 S 界说为该调理阀可控制的最大流量所对应阀门进出口差压 ΔP1m 和系统差压 ΔP 之比：
调理阀流量特性与压降比S有密切的关系（表2）。
| 管道系统压降比 S | 1~0.6 | 0.6~0.3 | 0.3~0 |
|---|---|---|---|
| 实际事情流量特性 | 直线 等百分比 | 直线 等百分比 | 调理不适宜 |
| 所选流量特性 | 直线 等百分比 | 等百分比 等百分比 |
（3）凭据负荷变革
直线阀在小开度时流量变革大，调理过于灵敏，易振荡。在大开度时，调理作用又显得微弱，造成调理不实时，不灵敏。因此在压降比S较小，负荷变革大的场合不宜接纳直线阀。等百分比阀在接近关闭时事情缓宁静稳，而接近全开状态时，放大系数大，事情灵敏有效，因此它适用于负荷变革幅度大的场合�？炜匦苑г谛谐探闲∈�，流量就较大，随着行程的增大，流量很快抵达最大，它一般用于双位调理和程序控制的场合。
（4）凭据调理工具的特性
一般有自平衡能力的调理工具都可选择等百分比流量特性的调理阀，不具有自平衡能力的调理工具则选择直线流量特性的调理阀。
4.2 口径选择
调理阀口径是凭据工艺要求的流通能力确定的，要凭据提供的工艺条件盘算出调理阀的流通能力，再依据其流通能力选择调理阀的口径。流通能力是指当调理阀全开，阀两端压差为 9.81×104Pa，流体的密度为 1g/cm3 时，每小时流经调理阀的流量值，该值以 m3/h 或 kg/h 为单位。调理阀的流通能力是合理选择阀门及阀门口径的一个重要参数，通过对调治阀流通能力的盘算，比照厂家提供的技术参数确定阀门口径的巨细。关于自动控制系统来说，水是流经调理阀的常见的介质之一，所以以水为例介绍调理阀的流通能力 C：
实际工程中，阀门口径是分级的，C 值通常也不是连续值（公式盘算的 C 值是连续的）。差别厂商的同类型产品有差别的 C 值与口径对应表。在盘算出期望的 C 值后，就可以查阅生产商的相应产品数据表来决定所需的阀门口径。选取阀门口径的原则应尽可能接近或大于盘算结果，不应小于盘算结果。
4.3 选用注意事项
（1）调理阀直接凭据接管管径选取是不对理的。阀门的调理品质与接管流速或管径没有关系，阀门的调理品质仅与水的阻力及流量有关。亦即一旦系统设备确定之后，理论上适合该系统的阀门只有一种理想的口径，而不会泛起多种选择。
（2）调理阀口径不可过小。选择的阀门口径过小，一方面会增加系统的阻力，甚至会泛起阀门口径 100% 开启时，系统仍无法抵达设定的容量要求，导致严重结果。另一方面阀门将需要通过系统提供较大的压差以维持足够的流量，加重泵的负荷，阀门易受损害，对阀门的寿命影响很大。
（3）调理阀口径不可过大。选择的阀门口径过大，不但增加工程本钱，并且还会引起阀门经常运行在低百分比规模内，引起调理精度降低，使控制性能变差，并且易使系统受攻击和振荡。
（4）为了包管系统控制品质，最好的要领是在系统允许的规模内选择能获得较大压力降的阀门口径，使阀门在运转历程中压力降的变革值尽可能小。阀门全开状态下的压力矫魅占全泵压百分比越高，则阀门压力降相对变革值越小，阀门的装置特性就越接近其内在特性。
（5）控制系统中调理阀应尽可能事情于恒定的压力降条件下，因为阀门是否匹配盘管依赖于它的内在特性和流量因子，而这些阀门参数取决于恒定的阀门压力降。
5 结语
设计调理阀时，要求对调治阀的组成、分类和特性有一个清楚的认识，并在此基础上掌握正确的选择要领。并且，关于一个实际系统配置调理阀时，还需要对整个管系环路进行详尽的剖析，综合考虑种种因素。只有这样，才华正确地选择调理阀，包管调理系统的控制质量。
