自動控制系統(tǒng)是通過執(zhí)行器對被控對象進(jìn)行作用的。調(diào)節(jié)閥是生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)中最常見的一種執(zhí)行器。調(diào)節(jié)閥直接與流體接觸控制流體的壓力或流量。正確選取調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)型式、流量特性、流通能力；正確選取執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力矩或推力與行程對于自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著十分重要的作用。如果計算錯誤，選擇不當(dāng)，將直接影響控制系統(tǒng)的性能，使得自動控制系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩甚至不能正常運行。因此，在自動控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，調(diào)節(jié)閥的設(shè)計選型計算是必須認(rèn)真考慮的重要環(huán)節(jié)。

1調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式的選擇

常用的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式有直通單座閥、直通雙座閥、套筒閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、蝶閥、全功能超輕型調(diào)節(jié)閥、球閥，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的使用情況，結(jié)合不同結(jié)構(gòu)形式閥門各自的特點，從調(diào)節(jié)性能、適用溫度、適用口徑、耐壓、適用介質(zhì)條件、切斷差壓、泄流量、壓力損失、重量、外觀、成本等方面對調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇。

對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行結(jié)構(gòu)的選擇時，要根據(jù)相應(yīng)的管路及介質(zhì)條件，按照如下優(yōu)選順序進(jìn)行選擇

①全功能超輕型調(diào)節(jié)閥→②蝶閥→③套筒閥→④單座閥→⑤雙座閥→⑥偏心旋轉(zhuǎn)閥→⑦球閥，只有當(dāng)前一優(yōu)選級別的閥門再某一方面不合適時，才考慮選擇下一級類型的閥門。

注：關(guān)于調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性的評定

調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)性能一般通過流量特性、可調(diào)比、小開度工作性能、Kv值和動作速度進(jìn)行綜合評價。

調(diào)節(jié)性能以其流量特性曲線進(jìn)行衡定，一般認(rèn)為等百分比特性為最優(yōu)，其調(diào)節(jié)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)性能好，最利于流量壓力調(diào)節(jié)。而拋物線特性又比線性特性的調(diào)節(jié)性能好，快開特性為最不利于流量調(diào)節(jié)的流量特性。因此在選用調(diào)節(jié)閥時，一般希望調(diào)節(jié)閥流量特性曲線為等百分比型。

可調(diào)比反映了調(diào)節(jié)閥的可調(diào)節(jié)流量范圍，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比就是調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量之比?？烧{(diào)比也稱可調(diào)范圍，以R來表示，即R=Qmax/Qmin，Qmax為調(diào)節(jié)閥的最大可控流量，Qmin為調(diào)節(jié)閥的最小可控流量。一般認(rèn)為R的值越大，則調(diào)節(jié)閥的可調(diào)節(jié)范圍越。

此外，對調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能進(jìn)行評價時，還應(yīng)當(dāng)對其小流量下的調(diào)節(jié)能力、流通能力、調(diào)節(jié)速度進(jìn)行考察

2 調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇

2.1 調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分類

1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)按所使用能源的不同，可分為氣動、電動和液動三類：

氣動類執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有價格低、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便和本質(zhì)安全性等特點，因此在需要考慮防爆處理的場合應(yīng)用應(yīng)用十分廣泛。

電動類執(zhí)行機(jī)構(gòu)可直接連接電動儀表或計算機(jī)，不需要電氣轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，但價格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用時需考慮防爆等問題，一般在無可燃?xì)怏w，不需要考慮防爆處理的場合下使用。

液動類執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有推力(或推力矩)大的優(yōu)點，但裝置的體積大，流路復(fù)雜，通常采用電液組合的方式應(yīng)用于要求大推力(力矩)的應(yīng)用場合。

2、按執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出位移的類型，執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)、角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)和多轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出直線位移。角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出角位移，角位移小于360°例如，轉(zhuǎn)動角度為90°或60°蝶閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。多轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)與角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)類似，但轉(zhuǎn)動的角位移可以達(dá)多圈。

3、按執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入信號的類型，執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為模擬式執(zhí)行機(jī)構(gòu)和數(shù)字式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。模擬式執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收模擬信號，例如4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號等。數(shù)字式執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收數(shù)字信號，通常是一串二進(jìn)制信號，用于開閉相應(yīng)的數(shù)字閥。

2.2調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇方法

2.2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇的主要考慮因素 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇的主要考慮因素是：①可靠性；②經(jīng)濟(jì)性；③動作平穩(wěn)、足夠的輸出力；④重量外觀；⑤結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便。2.2.2電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)與氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇比較 1）可靠性方面 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡單可靠，在可靠性上，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)略優(yōu)于電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可直接連接電動儀表或計算機(jī)，不需要電氣轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，可通過4-20mA模擬信號或數(shù)字信號進(jìn)行開度的調(diào)節(jié)。

2）驅(qū)動源 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)需另設(shè)置氣源站，而電動調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動源隨地可取。

3）價格方面 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須附加調(diào)節(jié)閥定位器，再加上氣源，其費用與電動調(diào)節(jié)閥大致相當(dāng)

4）推力和剛度 在推力上，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)大致相當(dāng)

5）防火防爆 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在防火和防爆方面要優(yōu)于電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此在存在可燃性危險氣體的場合，一般要首先考慮選用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2.2.3調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的確定

裝置實驗管路環(huán)境無可燃性危險氣體，而且希望采用工控機(jī)輸出4-20mA電流的方式對調(diào)節(jié)閥的開度值進(jìn)行控制，因此選擇電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，要求閥門的開度能夠隨工控機(jī)輸出電流的增大而增大，隨輸出電流的減小而減小。

此外調(diào)節(jié)閥的死區(qū)特性是影響調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能的重要因素。死區(qū)特性指的就是當(dāng)閥門的輸入信號發(fā)生正反方向的變化時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)并未產(chǎn)生相應(yīng)的動作，而當(dāng)輸入信號繼續(xù)增大到一定值之后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)才產(chǎn)生相應(yīng)的動作，但此時執(zhí)行器的動作往往過位而導(dǎo)致過量偏差。調(diào)節(jié)閥死區(qū)特性的計算可表示為

為提高實驗管路的流量壓力調(diào)節(jié)能力，要求閥門組件的總的死區(qū)應(yīng)該等于或小于1%（對于4-20mA電流控制的閥門，要求其電動執(zhí)行器能夠?qū)?.16mA的電流值該變量做出反應(yīng)動作），理想地，應(yīng)該低到0.25%（對于4-20mA電流控制的閥門，要求其電動執(zhí)行器能夠?qū)?.04mA的電流值該變量做出反應(yīng)動作）

3 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇

調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被調(diào)介質(zhì)流過調(diào)節(jié)閥的相對流量與調(diào)節(jié)閥相對開度之間的函數(shù)關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

調(diào)節(jié)閥流量特性分固有特性和工作特性兩種。固有特性又稱調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性，是由生產(chǎn)廠制造時決定的，其特性曲線的測定是在閥門前后差壓保持不變的條件下測定的。但調(diào)節(jié)閥在工作管路中使用時，由于管路系統(tǒng)阻力分配情況隨流量變化，調(diào)節(jié)閥的前后差壓也發(fā)生變化，這樣就使調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線相對于其固有特性曲線發(fā)生了畸變，此時的流量特性即為調(diào)節(jié)閥的工作流量特性。調(diào)節(jié)閥常見的流量特性曲線有快開、等百分比、直線三種形式。

3.1 調(diào)節(jié)閥固有流量特性曲線及其特點

3.2 調(diào)節(jié)閥工作流量特性曲線

在實際的工藝裝置中，調(diào)節(jié)閥安裝在工藝管道系統(tǒng)中，由于除調(diào)節(jié)閥以外的管道、裝置、設(shè)備等存在阻力損失，而且該阻力損失隨通過管道的流量呈平方變化關(guān)系，當(dāng)系統(tǒng)兩端的差壓一定時，流量值越大，則除調(diào)節(jié)閥之外的阻力損失也就越大，調(diào)節(jié)閥上的差壓值就會隨流量的增加而減小，這個差壓的變化也會引起通過調(diào)節(jié)閥的流量值相對于差壓不變的情況相應(yīng)開度下的流量值有所減小，造成調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線發(fā)生下移。因此調(diào)節(jié)閥實際工作中的流量特性曲線會相對于其理想特性曲線產(chǎn)生一定的畸變。

調(diào)節(jié)閥工作特性的畸變程度，可以通過閥阻比S值進(jìn)行衡量，其中S值的定義式為

式中

為調(diào)節(jié)閥調(diào)至最大開度，管路中流量達(dá)到最大之時，調(diào)節(jié)閥前后的差壓值。

為調(diào)節(jié)閥調(diào)至最大開度時，管路系統(tǒng)的總壓降。在一個由調(diào)節(jié)閥及其它阻力部件所構(gòu)成的管路系統(tǒng)中，閥阻比S的值越大，則說明調(diào)節(jié)閥的壓降占整個系統(tǒng)比重越大，調(diào)節(jié)閥控流能力越大反之S值越小，則說明調(diào)節(jié)閥的壓降占整個系統(tǒng)的比重越小，調(diào)節(jié)閥的控制能力越差，將產(chǎn)生兩個不利的后果：

一是調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生越來越大的畸變，使直線特性漸漸趨于快開特性，使等百分比特性漸漸趨于直線特性，這樣一來使小開度時放大系數(shù)增加、大開度時放大系數(shù)減小，造成小開度時控制不穩(wěn)定和大開度時控制遲鈍。二是調(diào)節(jié)閥的可調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍隨之減小，實際可調(diào)比R'隨S減小而減小。因此在實際使用中，通常要求S值不低于0.3~0.5。3.3 調(diào)節(jié)閥工作流量特性的經(jīng)驗性選擇方法

（1） 快開特性一般用于開關(guān)控制和兩位式調(diào)節(jié)（在閥門的兩個開度之間切換調(diào)節(jié)），在對流量進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的場合，一般不會選用快開特性。因此控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇其實就是等百分比特性和線性特性的選擇。

（2） 在對流量、溫度、壓力（尤其是在閥前后壓力存在較大波動或閥后直管線短于3米的氣體壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中）進(jìn)行自動調(diào)節(jié)控制的場合，應(yīng)當(dāng)采用等百分比特性；

當(dāng)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度時，應(yīng)當(dāng)選用等百分比特性；

對蒸汽壓力、流量進(jìn)行調(diào)節(jié)時，宜采用等百分比特性調(diào)節(jié)閥。

（3） 手動流量調(diào)節(jié)控制中，一般選用線性特性；

液位自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)一般選用線性特性；

兩個調(diào)節(jié)閥并聯(lián)使用的情況下，適宜采用線性特性；

在水泵最小流量保護(hù)時，適宜采用線性特性；

壓縮機(jī)反喘振時，宜采用線性特性

3.4 根據(jù)希望的工作流量特性及閥阻比選擇相應(yīng)的理想流量特性調(diào)節(jié)閥

首先對閥阻比進(jìn)行估算，而后根據(jù)閥阻比的值選擇相應(yīng)的理想流量特性的調(diào)節(jié)閥。

（1） 當(dāng)閥阻比介于0.6和1之間時，可以按照所希望的工作流量特性選擇理想流量特性閥門

（2） 當(dāng)閥阻比介于0.1和0.6之間時，一般均選用理想流量特性為等百分比的調(diào)節(jié)閥

3.5 調(diào)節(jié)閥工作流量特性的確定

裝置的自動調(diào)節(jié)控制對象為實驗管路內(nèi)飽和蒸汽的流量值及其壓力值，因此選用等百分比特性調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)隨閥門開度的增加而增加，在小開度時流量值較小，調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)較小，單位開度變化所引起的流量變化量也小，調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和；大開度時流量值較大，調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)較大，單位開度變化所引起的流量變化量也大，調(diào)節(jié)靈敏有效。

4 調(diào)節(jié)閥口徑的計算與選擇

一般情況下，所選用調(diào)節(jié)閥的最佳口徑值并一定是安裝管道的口徑值，直接按照調(diào)節(jié)閥所在連接管道的口徑選取調(diào)節(jié)閥的口徑是不合理的。

4.1 計算流量的確定

4.2 計算壓差的決定

進(jìn)行調(diào)節(jié)閥口徑計算時要首先確定最大流量時（調(diào)節(jié)閥全開）閥前壓力與閥后壓力的差值，即計算差壓。合理確定計算差壓極大地影響調(diào)節(jié)閥的工作特性。調(diào)節(jié)閥的工作特性實際上取決于調(diào)節(jié)閥的壓降與管路系統(tǒng)總阻力損失的比值，S值越大,越接近理想特性,調(diào)節(jié)性能越好；S值越小,畸變越厲害,因而可調(diào)比減小,調(diào)節(jié)性能變壞。但從裝置的經(jīng)濟(jì)性考慮時,S小,調(diào)節(jié)閥上壓降變小,系統(tǒng)壓降相應(yīng)變小,這樣從節(jié)約能耗上考慮S值越小越好。因此在實際應(yīng)用中,對于總體壓力損失較低的管路系統(tǒng)，可以選擇S＝0.3～0.6或S＝0.6～1；對于總體壓力損失較高的管路系統(tǒng)，一般取S＝0.15～0.3；對高壓系統(tǒng)可小至S＝0.05。壓降的選定方法，根據(jù)不同的已知條件，用于確定調(diào)節(jié)閥計算差壓的方法有以下兩種：

（1）按管路系統(tǒng)的阻損比來確定△Pv 在確定調(diào)節(jié)閥的計算差壓時，可以根據(jù)閥阻比S的值確定計算差壓的值。由閥阻比的計算公式

因此，當(dāng)管路系統(tǒng)的各局部阻力件，即彎頭、管段、三通、手動閥門、節(jié)流裝置等在實驗管路最大流量時的總壓力損失計算出后及閥阻比S確定的情況下，可以由上述公式計算調(diào)節(jié)閥的計算差壓。

（2）按定壓點的壓差選取閥的壓降 當(dāng)實驗管路的入口壓力和出口壓力已知且在實驗使用過程中能夠基本維持恒定時，可以按照定壓點差壓來確定調(diào)節(jié)閥的計算差壓值。

4.3 Kv值計算

（2）當(dāng)介質(zhì)為一般氣體時，流量系數(shù)的計算方法

（3）當(dāng)介質(zhì)為一般液體的Kv值計算方法

4.4 初步?jīng)Q定調(diào)節(jié)閥口徑

4.6 實際可調(diào)比驗算

調(diào)節(jié)閥在實際運行中，受工作特性的影響，S值越小，最大流量相應(yīng)減小。同時工作開度也不是從0至全開，而是在10％～90％左右的開度范圍內(nèi)工作，使實際可調(diào)比進(jìn)一步下降。一般希望調(diào)節(jié)閥的實際可調(diào)比能夠滿足裝置實驗流量調(diào)節(jié)的要求。調(diào)節(jié)閥實際可調(diào)比的驗算公式為

4.7壓差校核

4.8閥門口徑的確定 開度、可調(diào)比、差壓均驗算合格之后，即可確定調(diào)節(jié)閥的口徑值

5 調(diào)節(jié)閥選型訂貨必須提供的性能參數(shù)

（1）產(chǎn)品名稱（2）型號（型號中包括作用方式、溫度范圍）；（3）公稱壓力；（4）公稱通徑；（5）流量系數(shù)；（6）流量特性；（7）泄漏率；（8）閥關(guān)閉時的壓差；（9）閥體材質(zhì)；（10）芯座材質(zhì)；（11）附件（附件型號、信號、規(guī)格、防爆否等）。

6 調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要性能指標(biāo)及測試

調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)有：基本誤差、回差、死區(qū)、始終點偏差、額定行程偏差。

6.1基本誤差

調(diào)節(jié)閥實際上升、下降特性曲線（反應(yīng)閥門輸入信號與實際開度之間關(guān)系的曲線）與規(guī)定的特性曲線之間的最大偏差。用額度行程的百分比表示。

將規(guī)定的輸入信號平穩(wěn)地按增大和減小方向輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)，測量各點所對應(yīng)的行程值（閥門開度百分比），計算出“信號－行程”實際關(guān)系與理論關(guān)系之間的各點誤差。其最大值即為基本誤差。

試驗點應(yīng)至少包括信號范圍0、25％、50％、75％、100％這5個點。測量儀表基本誤差限應(yīng)小于被試閥基本誤差限的1/4。

6.2 回差

信號由小變大和信號由大變小時在同一輸入信號值處，各自相應(yīng)行程值間的最大差值。用額度行程的百分比表示。

試驗程序與上面第（1）點所述相同。在同一輸入信號上所測得的正反行程的最大差值即為回差。

6.3 死區(qū)特性的測試

輸入信號正、反方向的變化不致引起閥桿行程有任何可覺察變化的有限區(qū)間。用輸入信號量程的百分比表示。

死區(qū)特性指的就是當(dāng)閥門的輸入信號發(fā)生正反方向的變化時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)并未產(chǎn)生相應(yīng)的動作，而當(dāng)輸入信號繼續(xù)增大到一定值之后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)才產(chǎn)生相應(yīng)的動作，但此時執(zhí)行器的動作往往過位而導(dǎo)致過量偏差。調(diào)節(jié)閥死區(qū)特性的計算可表示為

a）緩慢增大或減小輸入信號，直到觀察到有明顯的行程變化，記下此時的輸入信號值。

b）按照相反的方向緩慢改變輸入信號值，直到觀察到有明顯的行程變化。

c）a、b兩項輸入信號的差值即為死區(qū)特性，死區(qū)特性應(yīng)當(dāng)在信號量程的25%、50%、75%處進(jìn)行測量。

6.4 額定行程偏差

實際到達(dá)全開位置上的行程與規(guī)定全開位置行程之間的偏差，用額度行程的百分比表示。

將額定輸入信號加入執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使閥桿走完全程，實際行程與額定行程之差與額定行程之比即為額定行程偏差。實際行程必須大于額定行程。

7 調(diào)節(jié)閥調(diào)試

7.1 工作模式及參數(shù)設(shè)置

（1）設(shè)置為4—20mA電流控制模式

（2）輸入信號中斷時，閥門停止

7.2 調(diào)節(jié)閥零位調(diào)整和滿位調(diào)整

7.3 調(diào)節(jié)閥死區(qū)百分比的調(diào)整

7.4 調(diào)節(jié)閥定位精度的調(diào)整