调节阀的用途

  调节阀又称控制阀，它是过程控制系统中用动力操作去改变介质流量的装置。国际电工委员会IEC对调节阀（Con-trol valve）的定义为：工业过程控制系统中由动力操作的装置形成的终端元件。它包括一个阀部件，内有一个改变过程流体流率的组件。阀部件又与一个或对个执行器相连接，执行机构用来响应控制元件送来的信号。可见，调节阀是由执行机构和阀门部件两部分组成。执行机构是调节阀的驱动装置，它按信号压力的大小产品相应的推力，使推杆产生相应的位移，从而带动调节阀的阀芯动作。阀门部件是调节阀的调节部分，它直接与介质接触，通过执行机构推杆的位移，改变调节阀的节流面积，达到调节的目的。
  调节阀按其能源方式的不同，主要分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀三大类。它们的差别在于所赔的执行机构上，气动调节阀是以压缩空气为动力源，配有气动执行机构；电动调节阀以电为动力源，配有电动执行机构；液动调节阀以液压力为动力源，配有液动执行机构。
  1.传统的阀类
  1.直通单座阀  图2-64所示为常用的气动直通单座调节阀。它由阀体、阀座、阀芯、导向套、阀盖、阀杆和填料等零件组成。阀芯和阀杆连接在一起，连接方法可用过盈配合销钉固定或螺纹连接销钉固定，也可以阀芯和阀杆制成一体，在阀盖和阀体间设有导向套，为阀芯上下移动起导向作用。导向套上的小孔，连通阀体内腔和阀的出口端，导向套上腔的介质很容易通过小孔流入阀的出口端，不会影响阀芯移动。
   这种调节阀的阀体内只有一个阀芯和一个阀座，特点是泄漏量小，易于保证密封，机构上有调节型和切断型。它们的区别在于阀芯的形状不同。调节阀阀芯的形状为柱塞形，切断型阀芯的形状为平板或锥形。它的另一个特点是介质对阀瓣的作用力大，即不平衡力大，特别是在高压差、大口径的情况下更为严重，所以仅适用于低压差的场合。否则应适当选择推力的执行机构或配以阀门定位器。 

  阀芯有正装和反装两种类型。当阀芯向下移动时，阀芯与阀座间流通面积减小，称为正装；反之则称为反装。调节阀的公称尺寸DN和阀座直径dn标志着阀门的大小，对于公称尺寸小于DN25的单导向阀芯，只能正装不能反装，因此气开必须采用反作用执行机构。
  2.直通式双座调节阀  图2-25所示为气动直通式双阀座调节阀，由阀体、阀座、阀芯、阀杆、阀盖、导向套、填料等零件组成，阀体内有两个阀芯和阀座、介质从图示阀体左侧流入，通过阀座和阀芯后，有右側流出，它比同公称尺寸的单座阀能流过更多的介质，流通力约提高20%~50%，介质作用在上下阀芯上的力可以互相抵消，所以不平衡力小，允许压力大。但因为上、下阀芯不容易保证同时密封，所以泄漏量大；另外，阀门的介质流路较为复杂，在高压差中使用时，对阀体的冲刷及汽蚀损坏较严重；不适用高粘度介质和含纤维介质的调节。
  双阀座调节阀变正装为反装是很方便的，只要把阀芯倒装，阀杆与阀芯的下端连接，上下阀座位置互换，并反装之后，就可以改变安装方式。

  3.套筒调节阀图2-66所示为气动直通式套筒调节阀。它由阀体、套筒、阀赛、阀盖、阀杆及填料等零件组成。套筒阀也称笼式阀，是一种机构特殊的调节阀。其阀体与一般直通式单座阀相似，但阀内有一个圆形套筒。套筒四周有不同形状的开口，根据流通能力大小的要求，套筒的窗口可以为多个、四个、两个或一个。利用套筒导向，阀芯可以在套筒中上、下移动，由于这种移动改变了套筒的节流面积，形成了各种流量特性，并实现流量的调节。
  由于套筒调节阀采用平衡型的阀芯机构，阀芯和套筒圆柱面导向，因此，不平衡力小，稳定性好，不易振荡，从而改善原有阀芯容易损坏的现象。

  图2-67所示为角式套筒蒸汽调节阀，蒸汽压力和流量都是由控制套筒内的阀芯位置来决定，信号是从压力控制回路到阀门执行器，是平衡阀阀芯行程增大或减小，从而增大或减小流通面积。控制套筒有一排可达到所需流量特性的节液孔，以向下的方向流向出口。调节阀的出口端设有降低噪声的多孔罩，通过小孔，可降低噪声。

   这种调节阀允许压差范围大，当改变套筒节流孔形状时，就能得到所需的流量特性，如图2-68所示。这种阀的阀座不用螺纹连接，维修方便，加工容易，通用性强。
   4.三通调节阀  图2-69所示为三通调节阀。它由阀体、阀座、阀芯、阀杆、阀盖及填料等零件组成，阀体上有三个通道与管相连，按其作用方式，三通调节阀可分为分流型（把一种介质分成两路）、合流形（把两路介质混合成一路）。

  5.角式调节阀  图2-70所示为单阀座角式调节阀机构。它由阀体、阀座、阀芯、导向套、阀盖、弹簧、阀杆和填料等零件组成。图2-71为角式套筒调节阀机构。它由背压喷嘴、喷水进口、笼式消声器、阀座、套筒、阀芯、阀盖及阀杆等零件组成。角式套筒调节阀常用于电站的减温压系统中，其工作流程为：阀芯6的中心设有一通水管，连接阀盖7的供水腔至阀座4小面的出水区。此水管的上部设有多个节流孔，节流孔的尺寸及编排方法均经过严格的就算，喷水经过节流孔和水管直接流向阀体的出口，水管从阀芯6底部延伸至阀座外的缩流面处。喷水点在蒸汽流速多及产生端流的区域，以达到水珠能很快及均匀分散在整个流路中。因此，在阀的下游压力恢复时，水立即汽化而达到所需的降温控制。

自力式调节阀
  自力式调节阀也称直接作用式调节阀，它不需要外部能源，直接利用被调介质的能量来操纵调节机构，实现自动控制。自力式调节阀可以实现温度、压力、流量等参数的调节。
  （1）自力式温度调节阀  自力式温度调节阀的机构如图2-72所示。只要把温包插入到要调温的管路中，就可以感受到温度的变化，控制阀门的开度。因为温包中填充有定量的膨胀液体，液体的体积又和温度有关，可以成为调节阀的感温元件。利用给定装置6和调节旋钮7可改变填充有膨胀液的温包4的容积，是调节阀设定在一个适当的规定温度值。温包内的温度变化后，液体体积有了变化，这一变化通过毛细管3，一压力作用传递给活塞2，活塞2作用于阀门的阀杆，温度高时关小阀门，温度低时，在弹簧力的作用下把阀门开大。在这种温包装置中，还装有压力计5，可读出温包中膨胀液的压力。实际上，温包4,、压力计5、给定装置6及调节旋钮7，构成了调节阀的恒温器。
  自力式温度调节阀经常用于锅炉的温度调节，它能使温度和阀门开度之间保持线性的函数关系。

 （2）自力式压力调节阀。这是一种有古老重锤自力式压力调节阀和新型的带指挥的自力式压力调节阀两种类型。
  1.重锤自力式压力调节阀。这是一种简单的调节方法，根据作用方式可分为阀前压力调节和阀后压力调节两种，如图2-73所示。
  当采用阀后压力调节时(图2-73a），信号从阀后管道内取得，用以保持阀后压力的恒定，此压力的大小，取决于重锤的重力，也就是说，改变重锤的重量，给定值就改变，当作用在主阀膜片1的压力增大时，阀芯向下移动，流通面积变小，当阀后压力作用在杠杆2的力矩等于重锤作用的杠杆的力矩时，出于平衡状态，调节阀的开度不变。
  当采用阀前压力调节时(图2-73b），信号来自阀前管路，用来保持阀前压力不变，当作用子在主阀膜片1的信号压力增大时，阀芯4向下移动，使流通面积增大，阀前压力就会下降，而阀前压力下降时，重锤3所产生的力使阀芯4向上移动，又使流通截面积小，直到阀前压力增高到给定值为止。

  2.带指挥器的自力式压力调节阀。图2-74所示为带指挥器的自力式调节阀，采用图2-74a所示的阀后压力调节时，当被调介质的压力升高，作用在主阀膜片上2下面的压力就大于上面的压力，阀芯9向上移动，使流通面积减小，这样，阀后压稍微下降，同时作用在指挥器膜片上3上的压力增大，当作用在指挥器膜片3上的力大于指挥器给定弹簧7的力时，指挥膜片组件6向右移动，挡板4靠近喷嘴5，指挥器的输出压力减小，通到主阀膜片2上面的压力随之降低，阀芯9继续向上移动，流通面积继续减小，被调介质的压力继续降低，直到与指挥器给定弹簧7的力时，指挥器膜片组件6向左移动，挡板4离开喷嘴，指挥器的输出压力增大，将阀芯9打开，阀后压力回升到给定值，针型阀1用做调整放大倍数，过滤器8能够去介质中的颗粒杂质，防止喷嘴被堵而失去作用。

  3.自力式压差调节阀。图2-75所示为一种自力式压差调节阀，它由阀门7和具有双作用的执行机构5组成，通过正、负信号接头3和4，接受来自孔板2的压差信号，这种调节阀的工作范围是可以用调节阀螺母6加以调节的，因为转动调节螺母6可以改变执行机构中的弹簧力。
  (3) 自力式流量调节阀  这种调节阀的动作原理如图2-76所示。在阀门的管道中有一个靶板9，直接受到介质的作用，介质对靶板的作用力可以计算出来的，从流体力学的计算公式可以知道作用力的大小和靶板的面积成正比，而和体积流量的平方也成正比，即流量的变化对作用力的影响极大。
  当靶板的尺寸确定后，介质对靶板的作用力与靶板及靶室的几何形状、介质的密度、介质的雷诺数因素有关。

  当管路中的流量增大时，作用在把板9上的力立刻增大，通过杠杆传动指挥器膜片组成6向右移动，挡板4靠近喷嘴5，指挥器输出的压力减小，通到主阀膜片2上的压力随着降低，阀芯10上的流通截面小，流量也就减小，直到这一流量作用在靶板上的力传到指挥器内，与给定弹簧7的力相平衡为止。当管路流量减小时，作用过程则相反。