淺談控制閥的選型與使用

【摘要】控制閥是自動化控制系統中的執行器，其應用質量反應在系統的調節品質上，工業自動控制水平的提高，控制閥已經滲透到生產的每一個角落，其在穩定生產，優化控制，維護及檢修成本控制等方面起著舉足輕重的作用。本文重點分析了控制閥的組成與分類以及類型的選擇，介紹了控制閥口徑、作用方式、流量特性、執行機構和材質等選擇的原則、步驟和方法。

【關鍵詞】控制閥;流量系數;選型

Abstract：Control valve is automatic control actuator system，the application of quality reaction in the system of regulation on quality，enhance industrial automatic control level，control valve has penetrated into every corner of the production，in the stable production，optimal control，play a decisive role on maintenance and repair cost control.This paper focuses on the analysis of the control valve and the composition of the classification and type selection，introduced the control valve diameter，mode of action，flow characteristics，execution mechanism and material selection principles，steps and methods.

Keywords：Control valve;The flow coefficient;Selection

1.引言

隨著科技進步，在生產過程自動化中，用來控制流體流量的調節閥已遍及各個行業。控制閥作為自動控制系統終端的執行部件，接受調節器或計算機的控制信號，改變節流方式來控制流量，即改變被調介質的流量實現對工藝過程某一參數如溫度、壓力、流量、液位等的調節控制，從而達到生產過程的自動化。因此如何選擇安全、適用、可靠、經濟的控制閥，滿足工藝調節要求，提高控制水平，使調節閥在一個高水平狀態下運行將是一個很關鍵的問題。

2.控制閥的組成與分類

控制閥又稱調節閥，是執行器的主要類型，通過接受調節控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。控制閥一般由執行機構和閥門組成。如果按其所配執行機構使用的動力，控制閥可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動控制閥，以電為動力源的電動控制閥，以液體介質（如油等）壓力為動力的電液動控制閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現場總線型控制閥等。控制閥的產品類型很多，結構也多種多樣，而且還在不斷更新和變化。一般來說閥是通用的，既可以與氣動執行機構匹配，也可以與電動執行機構或其他執行機構匹配。

3.選擇控制閥的步驟

（1）控制閥類型的選擇

控制閥的閥體類型選擇是控制閥選擇中最重要的環節。調節閥閥體種類很多，在選擇閥門之前，要對控制過程的介質、工藝條件和參數進行細心的分析，收集足夠的數據，了解系統對調節閥的要求，根據所收集的數據來確定所要使用的閥門類型。在具體選擇時，可從以下幾方面考慮：

a.閥芯形狀結構，主要根據所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。

b.耐磨損性，當流體介質是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥芯、閥座接合面每一次關閉都會受到嚴重摩擦。因此閥門的流路要光滑，閥的內部材料要堅硬。

c.耐腐蝕由于介質具有腐蝕性，在能滿足調節功能的情況下，盡量選擇結構簡單閥門。

d.介質的溫度、壓力當介質的溫度、壓力高且變化大時，應選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。

e.防止閃蒸和空化只產生在液體介質。在實際生產過程中，閃蒸和空化不僅影響流量系數的計算，還會形成振動和噪聲，使閥門的使用壽命變短，因此在選擇閥門時應防止閥門產生閃蒸和空化。

（2）調節閥流量系數Cv及口徑的計算

流量系數Cv（流通能力）即調節閥前后的壓差為1Kg/cm2，重度為1g/cm2流體，每小時通過閥門的體積流量（m3/h）。其中，調節閥流量系數Cv的計算方法很多，也比較繁瑣但十分重要，可讓閥門廠專業選型人員計算。

（3）流量特性的選擇

調節閥的流量特性，是在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質流經調節閥的相對流量與它的開度之間關系。調節閥的流量特性一般常用的有如下四種：

a.等百分比特性

等百分比特性也稱為對數特性，是指閥門的開度增加同樣的值時，通過的調節閥的流量按照等百分比增加。調節閥在同樣開度變化值下，流量小時流量的變化也小，調節作用緩和平穩;流量大時.流量的變化也大，調節作用靈敏而有效。等百分比特性的閥門在全行程閥門內的控制精度時不變的。

b.直線特性

直線特性是指調節閥的相對流量和相對開度的比值為常數。調節閥在同樣開度變化值下，流量小時流量的變化值相對較大，凋節作用較強，容易產生超調和引起振蕩;流量大時，流量的變化值相對較小，調節作用不夠靈敏。

c.拋物線特性

拋物線特性是指調節閥的相對流量與相對開度的二次方根成正比。拋物線特性介于直線特性和等百分比特性之間，改善了直線特性在小開度時調節性能差的缺點。

d.快開特性

快開特性是指調節閥在開度很小時流量就已經較大，隨著開度增加，流量很快達到最大值。從調節閥的流量特性可以看出，調節閥的流量特性對選用調節閥有非常重要的意義，直接影響到自動控制系統的質量和穩定性，因此必須正確合理選擇調節閥的流量特性。

（4）選擇可調比

調節閥所能控制的最大流量和最小流量之比稱為可調比R.，是閥門的一個重要的參數，選擇的準確與否，直接影響調節品質。

（5）調節閥的作用方式選擇

調節閥的作用方式只有在選用氣動執行機構時才有，主要是從工藝生產的安全來考慮，其作用方式通過執行機構正反作用和閥門的正反作用組合形成。調節閥組合形式有4種即正正（氣關型）、正反（氣開型）、反正（氣開型）、反反（氣關型），通過這四種組合形成的調節閥作用方式有氣開和氣關兩種。調節閥對于調節閥作用方式的選擇，主要從三方面考慮：

a）工藝生產安全;b）介質的特性;c）保證產品質量，經濟損失最小。調節閥材質選擇

例如：蒸氣加熱器、氯氣浸出工藝氯氣調節閥選用氣開閥;鍋爐進水的調節閥則選用氣關式。氣動調節閥的氣開、氣關的選擇不是一個單純的自控專業的設計選型問題，這是個涉及到兩個專業，即工藝、自控兩個專業之間協調的問題，作用方式是由工藝人員提供。對于一些特殊情況也可以考慮在氣源中斷時使調節閥保持原位。例如在加壓釜內放料作業中，不希望使高壓介質突然的切斷或全部放空，在這種情況下調節閥應保持原位。

（6）閥門結構形式的選擇

a.調節閥應垂直、正立安裝在水平管道上，公稱通經Dg≥50的調節閥，其閥前后管道上最好有永久性支架。

b.調節閥安裝位置應方便操作維修，以便人員能進行維修和操作，必要時應設置平臺。

c.調節閥上、下部分應留有足夠空間，以便維修時取下執行機構和閥內件及閥的下法蘭和堵頭。

d.當調節閥安裝在有振動場合時，應考慮防振措施。

e.未安裝閥門定位器的調節閥，膜頭上最好安裝指示控制信號的小型壓力表。

f.調節閥應先檢查校驗，并在管道吹掃后安裝。

4.結束語

控制閥的選擇是非常細致的工作，不僅要有扎實的專業理論知識，還要有豐富實踐經驗。調節閥選擇得好不僅有利于調節控制回路PID參數的整定，使被調參數得到較好地控制效果，也使調節閥的使用壽命大大增長。調節閥的選擇要因地制宜，并非一成不變，要在實踐的過程中不斷總結和創新，特別隨著機電一體化技術、計算機和數字信息技術的應用，調節閥的結構功能變得更好、更全面，為選擇調節閥提供了極大的方便。

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作者簡介：

范璇（1992—），遼寧北票人，女，研究方向：測控技術與儀器。

楊雪（1991—），遼寧沈陽人，女，研究方向：控制工程。