调节机构

控制阀/调节阀：局部阻力可以改变的节流元件

调节机构直接改变能量或被控对象的输送量（化工自动化中一般使用阀门）

控制阀类型

直通单座阀：一个阀芯，一个阀座。泄露量小，不平衡力大，允许压差小
直通双座阀：两个阀芯和阀座。泄露量大，不平衡力小，允许压差大
角形阀：阀体为直角形，流路简单阻力小，一般底进侧出。可适合高压差场合。

阀芯有正装和反装两种形式，
阀芯下移时流通面积减小的为正装阀
阀芯下移时流通面积增大的为反装阀

一、节流原理

流过阀门的调节介质的相对流量和阀杆的相对行程（阀门的相对开度）之间的关系

\begin{array}{r} H = \frac{p_{1} - p_{2}}{ρ g} = ξ \frac{ω^{2}}{2 g} ω = \frac{Q}{A} \end{array}

\begin{array}{r} Q = A \cdot ω = \frac{A}{\sqrt{ξ}} \sqrt{\frac{2}{ρ} (p_{1} - p_{2})} \end{array}

\begin{array}{r} Q_{h} = \frac{3600}{10^{4}} \frac{A}{\sqrt{ξ}} \sqrt{2 \times \frac{10^{5}}{\frac{10^{6}}{10^{3}}} \frac{Δ p}{ρ}} = 5.09 \frac{A}{\sqrt{ξ}} \sqrt{\frac{Δ p}{ρ}} (m^{3} / h) = K_{V} \sqrt{\frac{Δ p}{ρ}} \end{array}

能量损失： $H$
流量 $Q m^{3} / h$
压力损失： $Δ p = p_{1} - p_{2} (100 k P a)$
流体密度： $ρ g / c m^{3}$
控制阀流通截面积： $A c m^{2}$
控制阀阻力系数： $ξ$
流量系数： $K_{V} = 5.09 \frac{A}{\sqrt{ξ}}$ 反映流过控制阀的流通能力大小。

注意单位换算！！！

二、调节阀的可调比

可调比：调节阀所能控制的最大流量和最小流量之比

$Q_{m a x}$ 可调流量的上限值
$Q_{m i n}$ 可调流量的下限值 (不是泄漏量)

2.1 理想可调比

控制阀前后压差不变，等于最大流量系数和最小流量系数之比，国内统一标准一般 $R$ 取 30。

\begin{array}{r} R = \frac{Q_{m a x}}{Q_{m i n}} = \frac{K_{V m a x}}{K_{V m i n}} \end{array}

2.2 实际可调比

受到管路系统阻力改变、损失影响

串联可调比

\begin{array}{r} R_{r} = \frac{K_{V m a x} \sqrt{Δ p_{m i n} / ρ}}{K_{V m i n} \sqrt{Δ p_{m a x} / ρ}} = R \sqrt{\frac{Δ p_{m i n}}{Δ p_{m a x}}} \approx R \sqrt{\frac{Δ p_{m i n}}{Δ p}} = R \sqrt{s} \end{array}

$Δ p_{m i n} Δ p_{m a x}$ 调节阀全开、最小流量时的阀前后压差（相当于电路分压，如果流量较大，分得到的压差更大，则前后压差小。也就是阀门开度越大，前后压差越小，全开时有最小压力差）
配环系数/畸变系数： $s = \frac{Δ p_{m i n}}{Δ p}$ 调节阀全开时的最小压差与总压差之比
串联管道阻力损失越大时， $s$ 越小，实际可调比就越小。

并联可调比

\begin{array}{r} R_{r} = \frac{Q_{m a x}}{Q_{1 m i n} + Q_{2}} = \frac{Q_{m a x}}{\frac{x}{R} Q_{m a x} + (1 - x) Q_{m a x}} = \frac{R}{R - (R - 1) x} \end{array}

$x = \frac{Q_{1 m a x}}{Q_{m a x}}$ 控制阀全开时的流量和总管最大流量之比
$Q_{1 m i n} = \frac{Q_{1 m a x}}{R} = \frac{x}{R} Q_{m a x} Q_{2} = Q_{m a x} (1 - x)$
当 $x$ 越小，即 $Q_{2}$ 越大时，实际可调比越小。

三、调节阀的流量特性

流量特性 $\frac{Q}{Q_{m a x}} = f (\frac{l}{L})$ 指的是介质流过控制阀的相对流量与控制阀的相对位移/相对开度之间的关系。 $\frac{Q}{Q_{m a x}}$ 称为相对流量，表示在某开度流量与全开度流量之比。

理想流量特性：阀前后压差不随开度变化而变化
工作流量特性：阀前后压差随开度变化而变化（畸变）

3.1 理想流量特性

直线流量阀

\begin{array}{r} \frac{d (\frac{Q}{Q_{m a x}})}{d (\frac{l}{L})} = K \Rightarrow \frac{Q}{Q_{m a x}} = \frac{1}{R} + (1 - \frac{1}{R}) \frac{l}{L} \end{array}

流量的绝对变化量 $Q$ 恒定，但是流量的相对变化量 $\frac{Q}{Q_{m a x}}$ 随推杆位移的改变不断减小
放大倍数恒定。小开度时灵敏度高，大开度时灵敏度低

等百分比流量阀-对数流量阀

实际上使用对数阀门较多，控制特性好。放大系数随流量增大而增大
相对变化量恒定：控制阀相对位移变化引起的相对流量变化和此点的相对流量成正比。

\begin{array}{r} \frac{d (\frac{Q}{Q_{m a x}})}{d (\frac{l}{L})} = K \frac{Q}{Q_{m a x}} \Rightarrow \frac{Q}{Q_{m a x}} = R^{l / L - 1} \end{array}

抛物线

快开流量阀

在开度较小时就有较大流量，随开度增大，很快接近最大流量
此后再增大开度，流量变化很小

3.2 实际流量特性

串联

流量特性畸变（严重），可调比减小，系统总流量减小，
开度小时放大系数增大，开度大时放大系数减小

流量的畸变程度随畸变系数的减小而逐渐增加
s=1 时为理想流量特性，实际使用中希望 s 值不低于 0.3

s=0.6~1 所选理想流量特性和工作流量特性几乎一致
s=0.3~0.6 直线趋于等百分比，抛物线趋于直线
s<0.3 严重畸变：直线趋于快开，等百分比趋于直线

并联

流量特性畸变（变化不大），可调比大大减小，系统总流量增大
任何开度下，放大系数都减小

四、闪蒸和空化现象

闪蒸阶段：液体通过阀节流后，缩流处的静压降低到等于或低于该液体入口温度下的饱和蒸气压时，部分液体汽化形成气液两相共存的现象。
空化阶段：闪蒸发生后，液体继续流动，静压重新上升，闪蒸形成的气泡破裂重新化为液体。

材质损坏：气泡破裂时会产生较大的冲击力，对阀芯和阀座破坏很严重, 产生气蚀作用。
振动：带来垂直振动和水平振动
噪声：产生噪声影响工作人员健康

避免空化作用：根本是控制阀前后压差不大于最大允许压差。 $Δ p < Δ p_{c}$