各种控制阀的结构和特点.docx
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各种控制阀的结构和特点
各种控制阀的结构和特点
控制阀也称调节阀,一般由执行机构和阀门两部分组成,其控制原理就是执行机构驱动阀杆阀芯动作,改变阀芯和阀座间的流通面积,以达到控制流体流量的目的。
其流量公式如下:
式中:
Q―流体体积流量
A―流通面积
―阻力系数
―流体密度
,
―阀前,阀后压力
控制阀的种类繁多,按其执行机构的动力源分类,可分为气动和电动,气动又分为薄膜式和活塞式;电动又分为直行程和角行程两种。
按阀体结构形式来分,可分为单座阀、双座阀、蝶阀、角阀、偏心旋转阀(也称凸轮挠曲阀)、球阀、套筒阀、隔膜阀、快速切断阀等。
一、单座阀(直行程)
阀体内只有一个阀芯和一个阀座,其阀芯一般为柱塞形,改变阀芯形状,可改变阀的流量特性。
执行机构驱动阀芯上下移动,改变流通面积以控制流量。
流体对阀芯的推力较大,尤其在高压差、大口径时,不平衡力更大,所以单座阀不适用于高压差的场合,否则必须选用大推力的执行机构,体积大、造价高。
图1带气动薄膜执行器的单座阀
特点:
单座阀结构简单,维护方便,切断性能好,泄漏量小,调节性能也很好,故被广泛采用,可用于小流量和微小流量的控制,但不平衡力大,不适用于大压差和大口径的场合。
P1(左边)>P2(右边)流开型,较稳定,常用
如果从P2进P1出,为流闭型。
流路简单,流量特性准确。
二、双座阀(直行程)
图2气动薄膜直通双座阀
阀内有两个阀芯和两个阀座,阀杆做上下移动时,带动阀芯上下移动,改变阀芯和阀座间的流通面积,从而改变流量。
双座阀一般采用双导向结构,正装可方便的改为反装,从而改变气开气闭的作用方式。
特点:
由于流体作用在上下两个阀芯上的推力,方向相反,大小也很接近,因此双座阀的不平衡力很小,所以允许的压差较大,流通能力也比同口径的单座阀大。
两个阀芯阀座很难做到同时关闭,因此泄漏量较大,尤其在高温和低温场合,更会引起严重泄漏。
由于阀体流路较复杂,不适用于高粘度和易结晶的流体。
调节精度也比单座阀差。
流量特性有线性和等百分比特性,改变阀芯形状可改变流量特性。
流路复杂,流通能量大,同样流量可能比单座阀小一级。
不平衡力很小,泄漏量大(泄漏量是指阀全关时通过阀芯阀座泄漏的量,)。
三、蝶阀(角行程)
图3蝶阀
蝶阀由阀体、阀板和执行机构组成,流路比单双座阀简单,阻力较小,且有自清洗作用,适用于悬浮颗粒物和混浊浆状流体,特别适用于大口径。
大流量、低压差的场合。
蝶阀的流量特性较差,其转角在0~70°之间为近似等百分比特性,在70°之后则转矩加大,工作不稳定,所以蝶阀常在0~60°转角范围内使用。
特点:
结构简单,紧凑,体积小,重量轻,阻力小,流通系数大,维修量小,造价低,在口径大于等于150的大口径调节阀选用中占较大优势。
缺点是泄漏量大,调节特性较差。
体积小,流路好,阻力小,泄漏量大(关不严),控制特性差。
优点:
流露顺畅,流阻小,流通能力大。
大口径是常用,200以上的。
单动是用弹簧复位的。
气缸的承受压力大:
3公斤、5公斤
薄膜的承受压力小:
0.2~1公斤、0.4~2公斤
四、偏心旋转阀
图4偏心旋转阀
偏心旋转阀也叫凸轮挠曲阀,如图4所示,它是在一个直通阀体内装有一个球面阀芯,阀芯与转臂相连,球面阀芯的中心线与轮轴中心偏离,转轴带动阀芯偏心旋转。
其运动轨迹是凸轮状的,这种阀从全开到全关的偏转角度为50°,阀芯球面与阀座密封圈紧密接触达到可靠密封。
特点:
结构较简单,体积较小,流路较通畅,死角小,可用于粘度较高的介质,流通能力较大,密封性好。
但流量特性较差,介于线性和等百分比特性之间。
流通能力大,流露顺畅,粘度高、含颗粒物、泥浆式的死角少,密封性较好。
调节性能不好,但是比蝶阀好点(现用在酯化物上)
五、角形阀
图5角形阀
角形阀如图5所示,除阀体是直角形之外,其他均与单座阀相似,该阀比单双座阀流路简单,阻力小,死角少,阀体内为流线型通路,有助于防止固体物在内壁堆积,特别适用于高粘度,含有悬浮物和颗粒状物质的流体。
从调节特性考虑一般采用底进侧出,否则在小开度使用时易发生振荡。
进口的聚合物专用调节阀就是根据角形阀的原理设计的,流路特别通畅、圆滑、无死角,使得在使用过程中聚合物不会在阀内附着堆积。
流开型:
小开度时稳定
流闭型:
小开度时不稳定
一般安装在弯头上,一般为底进侧出,流开型
阀芯阀座跟单座阀相同。
流路好,阻力比单座阀好,死角少,更适合粘性介质、颗粒物
六、球阀
球阀可分为O形球阀和V形球阀
1、O形球阀
图6O型球阀
其结构如图6所示,阀芯是一个球,在球体上开一与管内径相同的圆孔,一般由气动活塞执行机构带动球体转动90°,实现球阀的开关动作。
O形球阀常用于二位式开关控制,具有较好的切断性。
特点:
开关速度快,密封性好,由于开孔与管内径相同,流阻较小,适用于粘性流体或浆料等,由于流量特性太差,不适用于连续控制,多用于开关控制。
两位控制,流路更好,关闭性更好,密封可达到零泄漏(6级以上,一分钟不到一个气泡)
2、V形球阀
图7V型球阀
V形球阀如图7所示,它是在O形球阀的基础上发展起来的,在球体上开一个V形口改变V形口的形状可改变流量特性。
特点:
流通能力大,可调范围大,可调比可达200:
1~300:
1,密封性好,V形口与阀座之间有剪切作用,故适用于含纤维、纸浆、颗粒等粘性介质的调节和切断。
转角为0~90°。
调节性能不如单双座阀,改变开口形状,改变流量特性,流路好,死角少。
对于纤维、纸浆介质,V型球阀最好。
七、隔膜阀
图8隔膜阀
隔膜阀有堰式结构和直通式结构两种,如图8所示,阀体结构简单,流路通顺,适用于浆料和粘稠流体。
特点:
可采用耐腐蚀的衬里阀体和隔膜,适用于强酸强碱强腐蚀流体,流路顺、阻力小,流通能力较大,密封性好,调节性能较差,流量特性近似快开特性、耐压耐温性较差。
另外还有三通阀,套筒阀,阀体分离型阀,旋塞阀等。
阀芯是圆的膜
可以衬里,衬橡胶、陶瓷等。
腐蚀性很强的介质很好用。
98酸(98%的硫酸)用碳钢就行了,腐蚀性不高。
百分之二三十的硫酸腐蚀性挺高的。
腐蚀性好,流路好,切断性好,可安全切断,调节性能差。
八、电磁阀
图9
(1)三通电磁阀配单动气缸控制阀
图9
(2)四通电磁阀配双动气缸控制阀
电磁阀是一种两位控制阀也是一种电气转换器,把两位电信号转换为气信号,有两通、三通、四通。
两通可作为两位控制阀用,一般口径在DN50以下。
三通和四通一般与活塞式气动切断阀配用。
三通配用单动气缸,四通配用双动气缸。
表示方法如图9所示:
1、三通电磁阀
得电:
P→A
失电:
A→O
三通电磁阀配单动气缸控制阀(得电)
三通电磁阀配单动气缸控制阀(失电)
2、四通电磁阀(单控)
得电:
P→A,B→O2
失电:
P→B,A→O1
四通五口电磁阀配双气缸控制阀(得电)
四通五口电磁阀配双气缸控制阀(失电)
得电:
P→A,B→O
失电:
P→B,A→O
四通四口电磁阀配双气缸控制阀(得电)
四通四口电磁阀配双气缸控制阀(失电)
3、四通电磁阀(双控)
失气时,可以手动调节。
气缸:
阀的气开、气闭形式,其中箭头表示弹簧作用力的方向
九、执行机构
执行机构主要有电动和气动两大类
1.电动执行机构
主要有伺服马达(可以正转,也可以反转)和伺服放大器组成。
目前价格较贵,维护工作量也较大。
因此不如气动执行机构应用广泛。
我们主要用在无气源的场合,如污水处理厂,热力站,锅炉房等。
2.气动执行机构
气动又分:
薄膜式和活塞式两种
(1)气动薄膜式执行机构
图10气动薄膜执行机构
这是一种最常用的执行机构,主要有上下膜盖,波纹膜片,压缩弹簧,推杆,支架组成。
具有结构简单、动作可靠、维护方便、价格低廉等优点。
一般接受20~100kpa的标准信号。
正作用式是信号压力由膜片上方通入,信号压力增加时推杆伸长,反作用式是信号压力由膜片下方通入,信号压力增加时推杆缩短,
一般根据阀的结构形式和气开气闭的要求选用正作用或反作用。
膜头的大小和弹簧力的大小是根据阀门所需要的推力大小来确定的。
(2)活塞式执行机构
图11活塞式执行机构
活塞式执行机构的气缸允许操作压力较大,可达0.5MPa,具有很大的输出力,适用高静压和高压差的场合
活塞式执行机构按动作方式可分为二位式和比例式两种,按结构形式可分为有弹簧式(单动式)和无弹簧式(双动式)。
活塞式执行机构常用于球阀、蝶阀等角行程式阀门。
十、调节阀的流动能力
流通能力一般用流量系数表示,常用的有
和
两种
:
阀在全开的状态下,用5~40℃的水,阀两端压差是100kpa时每小时流过的体积(以
表示)
:
阀在全开的状态下,用60℉的水,阀两端压差为1磅/吋2时,每分钟流过的体积(以美加仑Usgal表示)
=1.156
十一、控制阀的泄漏量
阀的泄漏量是指在规定的温度、压力条件下,试验流体通过处于关闭状态下的控制阀的流量(是指通过阀芯阀座的流量)
泄漏量分为6级,即Ⅰ~Ⅵ级,各级允许的泄漏量如下表所示:
泄漏等级
试验介质
允许泄漏量
压差和温度
Ⅰ
空气或水
压差为350kpa
温度为10~52℃
Ⅱ
空气或水
0.5%
Ⅲ
空气或水
0.1%
Ⅳ
空气或水
0.01%
Ⅴ
水
3×10-4D(ml/min)
压差为100kpa
温度为10~52℃
Ⅵ(最高)
空气或氮气
阀座直径
ml/min
压差为350kpa
温度为10~52℃
25
0.15
40
0.30
50
0.45
65
0.60
80
0.90
100
1.70
150
4.00
200
6.75
250
11.1
300
16.0
350
21.6
400
28.4
规定:
单座阀的泄漏量不得低于Ⅳ级,双座阀的泄漏量不得低于Ⅱ级。
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- 各种 控制 结构 特点