正确选择日本山武调节阀

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     本教材说明调节阀(控制阀)选择的基础知识。调节阀(控制阀)是连续调节(控制)流体(水或蒸气等)流量的机器。在空调控制中，控制阀被广泛用于空调机的控制或热源系统的控制，具有重要的地位。因此，根据设计安装·控制机器的特性·环境条件等，选择合适的阀是非常重要的。上海91视频色下载APP阀门有限公司主营阀门有：91视频看看簧色(91视频黄色网91视频看看簧色,可调式91视频看看簧色,波纹管91视频看看簧色,活塞式91视频看看簧色,91视频WWW免费下载91视频看看簧色,先导式91视频看看簧色,空气91视频看看簧色,氮气91视频看看簧色,水用91视频看看簧色,自力式91视频看看簧色,比例91视频看看簧色)、安全阀、保温阀、低温阀、球阀、截止阀、闸阀、止回阀、蝶阀、过滤器、放料阀、隔膜阀、旋塞阀、柱塞阀、平衡阀、调节阀、疏水阀、管夹阀、排污阀、排气阀、排泥阀、气动阀门、电动阀门、高压阀门、中压阀门、低压阀门、水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。为了能进行平稳的自动控制，从事自动控制的有关人员，必须具备根据具体目的选定合适阀的能力。阀的选定一般按照如下步骤进行。
*，确定阀的类型。各种阀中，有大型阀、耐高差压阀、低泄漏阀等多种形式。必须选择与用途相适应的阀。
第二，选定阀的口径。根据流经阀的流体流量，选择合适口径的阀。如果阀的口径太小，则得不到必要的流量；而如果阀的口径太大，则控制性能将变差。应该选择既能得到必要流量、又具有良好控制性的阀。
第三，对于已经选定的阀，必须检查确认耐压、允许差压等。在通常的阀选定时往往容易忘记，应该参照应用篇进行必要的检查确认。必须根据阀的上游侧所承受的压力，选择阀的压力额定值。另外，有可能发生气蚀的场合，应重新考虑阀的口径和材质。

1. 阀的型式
1.1 各个部位的名称
图1.1.1所示为阀各部分的名称。
图1.1.1中只注明了起码应知道的名称。更详细的各部分名称，请参考各种阀的规格说明书。
图1.1.1 各部位的名称
1.2 根据端口数分类
如图1.2.1、1.2.2所示，阀分二通阀和三通阀。
1) 二通阀
如图1.2.1所示，有2个流体出入口的阀称为二通阀。通过阀芯直行程的上下动作或角行程的旋转动作，可以调节通过阀的流体流量。另外，二通阀被应用于变流量系统，通过与泵台数控制/回转速度控制相组合，可节省泵的输送动力。二通阀的用途广泛，可应用于空调机、热交换器的温度控制等许多控制系统中。
2) 三通阀
如图1.2.2(a)、(b)所示，三通阀有合流型和分流型。合流三通阀的流体从两个入口(A阀口、B
阀口)流入，从一个出口合流流出(AB阀口)。而分流三通阀的流体从一个口流入，然后向两个
方向流出。一般而言，合流型比分流型构造更简单，价格也更便宜，因此一般的三通阀大多
都是合流型。
三通阀多被应用于定流量系统，包括设备整体在内初始投资成本便宜，但与变流量系统相比，
缺点是无法节能。
除了部分特种阀外，合流阀和分流阀不能互换用于对方的用途。一般情况下，如果用于对方的场合，在关断时，阀芯会紧锁阀座，发出刺耳的声音，并可能成为破损的原因。阀芯(阀栓)
阀盖(上盖) 轴杆(阀轴)
阀座 阀体(本体)
调节阀口径
阀座口径
阀内件......................包括阀芯、阀座等与液体接触的内部构造部分(本体除外)
1.3 根据阀内件分类
根据阀内件形式，可将阀进行如下分类。适合比例控制的型式、适合高差压的型式、价格方面较有利的型式等，根据阀内件形式不同，决定各种阀的特性。
1) 单座阀 (V5063等)
(构造)
由关断流体流动的一个阀座和阀芯所构成。
(特点)
构造简单，加工容易、常用。直行程单座调节阀全闭时，阀芯所承受的压力直接作用在执行器上，因此允许压差比较小，不适用于高差压、大口径的场合。(全闭时的泄漏量大约为Cv值的0.01%。)
2) 双座阀 (V5064等)
(构造)
由关断流体流动的两个阀座和阀芯所构成。
(特点)
全闭时上下阀芯所承受的力相互抵消，因此可以耐高差压。(允许压差大。)
与单座阀不同，双座阀主要是大口径产品。
因双座阀加工复杂，全闭时泄漏量较大(全闭时的泄漏量大约为Cv值的0.5%)，因此如果流体
是蒸气时不能使用。3） 旋转型电动阀(ACTIVAL等)
(构造)
阀轴(轴杆)可进行90度旋转来控制流量。
(特点)
可调比大，适用于比例控制。与ACTIVAL(VY51XX,VY52XX)一样，阀本体与电动驱动部是一体型。全闭时的泄漏量大约为Cv值的0.01%(1规格为Cv值的0.0006以下)。图1.3.3 旋转型电动阀
4) 蝶阀(VY6920/30等)
(构造)
阀本体中，圆盘状羽板以阀轴为中心转动。(特点)在自动切换阀中经常采用，且大口径产品较多。
虽然有压力损失小、阀容量大的特点，但一般可调比不大。图1.3.4 蝶阀
5) 球阀(VY6100等)
(构造)
(动作时阀体中)中空的球旋转。(特点)截止性能优异，泄漏小，寿命长。由于动作圆滑，可以避免阀关闭时的水击。6) 偏心轴回转型调节阀(偏心阀等)(构造)阀本体的中心和阀芯的回转轴是偏心的。
(特点)
阀容量大，而且可调比大。
阀体构造便于流体流动，可用于包括含有固体颗粒的流体。备有大口径产品。由于容易产生气蚀，应予以注意。7） 套筒式调节阀(HCB等)(构造)又称笼式。利用圆筒状中空笼式部件控制流量。
(特点)
即使口径较大时，截止流体的压力也比较大，因此可用于高差压的场合。特别是还有可使阀杆所受的压力较小的压力平衡式产品。不容易产生气蚀引起的噪音。

2. 阀的流量特性

阀的开度(阀芯的相对行程)与流量的关系被称为阀的流量特性。流量特性分固有流量特性和有效流量特性两种。固有流量特性是指将阀前后的差压保持一定时的流量特性。
但是，实际控制系统中，阀前后的差压随阀开度变化而变化。这时的流量特性被称为有效流量特性。一般情况下阀开度较小时，阀前后的差压较大。因此，阀开度较小时的流量比通过固有流量特性求出的流量大。固有流量特性随阀芯形状不同而不同，一般有快开特性、修正直线特性及等百分比特性等几种。
一般情况下每种流量特性的用途分别是，具有快开特性的阀用于二位置控制，具有直线特性
(修正直线特性)的阀用于三通阀，具有等百分比特性的阀用于比例控制用二通阀。
快开特性........................................二位置控制
直线特性........................................比例控制(三通阀)
等百分比特性.................................比例控制(二通阀)

2.1 快开特性
如图2.1.1(a)所示，当阀从全闭向全开状态变化时，流量急剧变化的特性被称为快开特性。具有这种特性的阀，当开度较小时，开度的少许变化即会使流量产生急剧变化。因此，若将具有快开特性的阀用于比例控制，系统就会变得不安定，容易产生振荡。因此这种特性的阀
一般不用于比例控制，而用于二位置控制。
2.2 直线特性
如图2.1.1(b)所示，当阀前后的压力变化时，流量随行程呈直线变化的特性被称为修正直线特性。修正直线特性一般用作三通阀的流量特性。
如图2.2.1(a)所示，通过采用直线特性，流过三通阀的总流量与行程无关而保持一定。如果用两台具有等百分比特性的二通阀来代替三通阀，如图2.2.1(b)所示，在0.5开度附近，总的
流量会变小。

2.3 等百分比特性
如图2.1.1(c)所示，流量相对于开度呈指数变化的特性被称为等百分比特性。一般将这种特性的阀用作比例控制用的二通阀。若以横轴作为流量和纵轴作为热输出，则盘管或热交换器的流量-热输出特性在上方鼓出。因此，若将等百分比特性和流量-热输出特性相加，则行程与热输出的关系几乎变成直线。即，控制系统的输入-输出关系几乎变成直线，因此可提高控制性能。三通阀(或两台二通阀) 的场合，如果使用等百分比特性，无法变成定流量，应当注意。

2.4 阀权度与流量特性
配管系统的压降与阀前后的压降比称为阀权度，以如下公式表示：式中，ΔPV表示阀全开时阀前后差压，ΔPL表示阀全开时配管系统的压降，ΔP表示阀全开时
配管系统整体压降。
阀权度p不同，则本文中所述的流量特性也不同。上述公式和示意图所示为流量特性相对于阀权度p的变化而变化的情况。图2.4.1-3分别表示快开特性、直线特性(修正直线特性)、以及等百分比特性各自对应的流量

特性。

● 快开特性
将快开特性形象化即如图2.1.1(a)所示。但是，实际的快开特性如图2.4.1所示，当p=1时流量
相对开度呈直线变化。在实际的控制系统中，不可能存在阀权度 p=1，因此与图2.1.1(a)相似，阀门开启时，流量急剧增大。
● 直线特性(修正直线特性)
将直线特性(修正直线特性)形象化即如图2.1.1(b)所示。但是，实际的直线特性(修正直线特性)如图2.4.2所示，当阀权度 p=1时流量对开度呈抛物线变化。当p=0.5时，直线特性(修正直线特性)的流量与开度的关系几乎成直线。当阀前后的压力保持一定时阀所具有的上述特性被称为直线特性，阀前后的压力发生变化
时，仍然具有上述特性的阀被称为修正直线特性。
● 等百分比特性
根据阀权度的不同，等百分比的流量特性如图2.4.3所示。从图可看出，即使阀权度较小时，曲线也是向下鼓出的。另外，球阀、蝶阀的流量特性不限于上述情况，但执行器的信号与流量关系被调整为直线特性或等百分比特性。

3. 阀口径的选定
3.1 关于Cv值
阀选定中的重要项目之一是口径选定。如果选择失误而安装了比合适口径大的阀，则会反复发生振荡，控制不稳定。因此如果未能选择适当口径时，就不可能实现良好的控制。阀的流通能力一般用Cv值来表示，为了决定阀口口径，根据所给的流体条件计算出必要的Cv值，然后根据阀的额定Cv值选择合适的阀口径。重要！！ 该Cv值即为假设阀入口和出口的差压为1psi(7kPa)，当流过60°F(15.
5℃)的清水(H2O)时，以US gal/min为单位所表示的流量值。Cv=1即表示，差压为7kPa
时，流量为3.785L/min，差压为0.5kPa时流量为1L/min。
参考： SI单位换算 10mH2O=1kgf/cm2=98kPa
3.2 Cv值的计算方法
水和蒸气的场合，Cv值的计算公式不同。
(流经的流体为水时)
ΔP kPa: 上游侧和下游侧的压力差 Q(L/min): 体积流量

(流经的流体为蒸气时)
虽然一般是阀前后的差压(ΔP)增大，流量也相应增大，但是若阀前后的差压达到上游侧的绝
对压力的50%时，再继续增大差压，流量也不会增大。因此，将ΔP比上游侧压力的50%大和
小两种情况分开来考虑。另外，通常选择阀时应使ΔP小于上游侧的压力的50%。
P1 kPa(abs): 上游侧的压力
P2 kPa(abs): 下游侧的压力
W(kg/h): 质量流量
注)压力：以kPa(abs)为单位所表示的假设理想真空下的压力为0所测的压力值。
测量压力：以kPa(G)为单位所表示的以大气压力为基准所测定上下压力值。
测量压力0kPa(G)
=压力101kPa(abs)

假设采用ACTIVAL电动二通阀(蒸气用)，根据Cv值=4.0，则选择VY5115F0015。
(截止阀另外进行串联安装。)
ΔP的计算方法
ΔP越大Cv值越小，所选定的阀也越小。因此从控制的角度看，ΔP越大越好，但根据流量及
泵的动力关系，一般以阀全开时的所允许的大压力损失作为ΔP。

4. 允许差压和常用允许差压(适用差压限定值)
4.1 允许差压
(阀关闭时允许差压)
阀允许差压即保持阀全闭的条件下阀前后所能承受的大允许压力差。
阀上游侧和下游侧的压力差ΔP与阀口的面积A的乘积A·ΔP即为施加在轴杆上的力。如果该值比阀执行器向闭方向的力小，则可保持全闭。
图4.1.1 施加在轴上的的不平衡力
图4.1.1中，施加在阀系统上的力包括：
向下的力F2: 该力由阀执行器(包括阀连接器)的力决定。

图4.1.1中，施加在阀系统上的力包括：
向下的力F2: 该力由阀执行器(包括阀连接器)的力决定。
向上的力F1: P×A
其中 P=P1–P2 阀前后的差压
A=阀口面积
由此可知，使用同一执行器时，阀的口径越大，则允许差压越小，其关系与阀口径的平方成反比(或与阀座流通面积成反比)。
F2≥F1时，可保持额定允许差压，但是F2＜F1时，不能保持。
使用电动式执行器时，一般需考虑的因素为克服阀前后的差压并保持阀全闭位置的执行器及阀连接器的力(严格地讲，应为阀连接器内部的缓冲弹簧的强度)。
使用气动式执行器时，主要由气动式执行器中所采用的弹簧强度与隔膜所承受的空气压力的平衡来决定。
应该注意的是，允许差压与本体的额定压力值*无关。
(注1) 三通阀的允许差压按照两个阀口的压力差中较大的一方来决定。

4.2 常用允许差压(适用差压限定值)
即将阀与特定的执行器组合时，可施加在阀前后的流体的允许差压。允许差压为对于阀全闭时差压限定值，而适用差压限定值则是与阀开度无关的适用差压限定值。但是，关于差压，还必须对气蚀进行验算确认。

4.3 阀口径和允许差压
即使对于同一阀，随着与其连接的执行器(阀门伺服电机等)不同，其允许差压值也不同。另外，如前所述，还随阀的阀座流通面积的变化而变化。即，即使使用相同的执行器，阀口径越大， 允许差压越小。以下以具体的例子说明V5063A/ACTIVAL 小型二通阀、V4043A/ACTIVAL电动二通阀的允许差压。

5. 可调比
5.1 固有可调比
各个阀固有的可控制的大流量(QMAX)和小流量(QMIN)的比值被称为固有可调比(R1)。通常表示为R:1，且常用的有30:1或50:1等。从公式可知，阀的固有可调比越大，能控制的水量范围越广。(例) ACTIVAL(VY5100，可调比为50:1)的场合，假设可控制的大流量为100L/min，只要
差压不变，则小可控制流量为2L/min。
5.2 实际的可调节比
如果阀前后的差压(ΔP)一定，则固有可调比即表示可控制范围，但是，实际上作用在阀前后的差压是会发生变化的。另外，与根据设计条件计算出的Cv值相等的阀是很少的。这里试举一例来说明表示实际控制的可调比。

假设选用ACTIVAL VY5100，则口径选用2×2(Cv值(以下称为C’v)=16)。一般情况下阀开度变小时阀前后的差压变大。如果进行压力控制使ΔPa保持一定，阀处于小开度(即比此开度更小时无法控制流量的开度)时，盘管及配管的压力损失基本上消失，即ΔP≈ΔPa。根据固有可调比的定义，小开度时的Cv值为Cv= C’v/R1。因此，实际可控制小流量Q’MIN及实际可调比R2如下：

6. 气蚀
6.1 阀内流体的流动
假设阀上游侧和下游侧的静压分别为P1、P2，有效能量分别为E1、E2。这时，阀前后的压力和能量变化则如图5所示。但是，有效能量为静压和速度压之和。阀体内部，由于壁面的摩擦以及流动的扩散过程中内部摩擦作用，会消耗能量。因此下游侧的有效能量比上游侧小。
另一方面由于阀内部通径变窄，流速变快。因此，速度压变大，与此相应，静压变小。阀内部截面积小、流速大处的静压称为缩流压力(以符号Pvc表示)。阀内流体在阀座节流口达到缩流压力。当通径扩大时，流速降低，根据能量损失的程度，静压会部分恢复。这种“压力恢复”现象是阀内流体流动的特征之一。另外，能量损失的程度根据阀的型式、阀开度或流体条件的不同而不同。

6.2 所谓气蚀
流体从液相向气相变化，并产生气泡的现象叫闪蒸。由气液混合相变回为液相的现象叫空化。发生空化现象时，会产生强烈的噪音和振动。另外，空化通过气泡压碎时的冲击波，会将阀或配管内表面损伤成严重凹凸不平的海绵状。这种机械性侵蚀称为气蚀。
现就气蚀的发生过程作一说明。设阀的上游侧的静压P1保持一定，则阀前后的差压ΔP=P1-P2越大，缩流压力Pvc越小。即随着阀前后的差压变大时，缩流压力Pvc可能降到饱和蒸气压Pv以下。结果，液体开始从液相向气相转化，产生气泡。在此产生的气泡会流向阀的下游侧，但由于在阀的下游侧流速减慢，阀内产生压力恢复现象，流体中的气泡被压碎。气泡的压碎会产生强大的冲击压力，使管道和阀产生振动，并发出很大的噪音。这种噪音被称为空化噪音，当差压刚好足以产生空化时，会生“疾、疾”的几赫兹(Hz)的间断噪音，随着差压进一步增大，会变成“咣…”的激烈噪音。如前所述，气蚀不单只产生激烈噪音，它还是损伤阀和配管的原因。因此，设计安装或阀选定时，应当考虑避免气蚀的发生。与本论文相关的论文有：samson调节阀定位器概述