阀门的工作原理（图）

今天我们来介绍通用阀门的工作原理在这里可以直接看动图原理，主要是以蒸汽和冷凝水回路的方框6考虑了控制的实际方面，将方框5中讨论的基本控制理论付诸实践。

基本控制系统通常由以下组件组成：

• 控制阀
• 执行器。
• 控制器。
• 传感器。

所有这些术语都是通用的，每个术语都可以包含许多变体和特征。随着技术的进步，各个设备项及其定义之间的分界线变得越来越不清楚。例如，传统上将阀门调节到其行程范围内特定位置的定位器现在可以：

• 直接从传感器获取输入并提供控制功能。
• 与计算机连接以更改控制功能并执行诊断例程。
• 修改阀的运动以改变控制阀的特性。
• 与工厂数字通信系统的接口。

但是，为了清楚起见，将单独考虑每个设备。

控制阀

尽管存在各种各样的阀门类型，但本文档将重点介绍在蒸汽和其他工业流体的自动控制中使用最广泛的阀门。其中包括
具有线性和旋转主轴运动的阀门类型。
线性类型包括截止阀和滑阀。
旋转类型包括球阀，蝶阀，旋塞​​阀及其变型。
首先要选择的是二通阀和三通阀。

• 两通阀“节流”（限制）通过它们的流体。
• 三通阀可用于“混合”或“转移”通过它们的液体。

二通阀

截止阀

截止阀常用于控制应用，因为它们适合节流，并且易于获得特定的“特性”，从而将阀的开度与流量联系起来。
图6.1.1显示了两种典型的截止阀类型。联接到阀杆的致动器将提供阀运动。

截止阀的主要组成部分是：

• 身体。
• 引擎盖。
• 阀座和阀塞或阀内件。
• 阀杆（连接到执行器）。

阀杆和阀盖之间的密封装置。

图6.1.2是单座两通截止阀的示意图。在这种情况下，流体流推向阀芯，并趋于使阀芯脱离阀座。

阀门必须关闭的上游（P1）和下游（P2）的压力差称为压差（ΔP）。阀门可以关闭的最大压差取决于阀门的尺寸和类型以及执行该阀门的执行器。
广义上讲，执行器所需的力可使用公式6.1.1确定。

在蒸汽系统中，通常假定最大压差与上游绝对压力相同。当阀关闭时，这允许阀下游可能存在真空条件。封闭水系统中的压差是最大泵压差。
如果使用具有较大孔口的较大阀门通过更大体积的介质，那么执行器为关闭阀门而必须产生的力也会增加。如果必须使用大的阀门通过非常大的容量，或者存在非常高的压差，将无法提供足够的力来关闭传统的单座阀，这将成为现实。在这种情况下，传统的解决方案是双座二通阀。
顾名思义，双座阀在同一主轴上有两个阀塞，两个阀座。如图6.1.3所示，不仅可以将阀座保持较小（因为有两个），而且可以使力部分平衡。这意味着，尽管压差试图将顶部阀塞从其阀座上移开（与单个阀座阀一样），但它也试图向下推并关闭下部阀塞。

但是，任何双座阀都存在潜在的问题。由于制造公差和膨胀系数不同，几乎无法保证双座阀具有良好的截止密封性。

密封性

控制阀的泄漏根据完全关闭时阀的泄漏量进行分类。标准双座阀上的泄漏率最高为III类（泄漏量为全流量的0.1％），可能太大而无法使其适合某些应用。因此，由于通过两个端口的流路不同，因此当阀门打开时，力可能不会保持平衡。
存在各种使控制阀泄漏率正规化的国际标准。以下泄漏率取自英国标准BS 5793第4部分（IEC 60534-4）。对于不平衡的标准单座阀，泄漏率通常为IV级（全流量的0.01％），尽管有可能获得V级（1.8 x 10 5）x压差（bar）x阀座直径（mm）。通常，泄漏率越低，成本越高。

平衡单座阀

由于与双座阀相关的泄漏问题，当需要严密关闭时，应指定一个单座阀。关闭单个阀座截止阀所需的力随阀门尺寸的增加而大大增加。一些阀门设计有平衡机构，以减小必要的关闭力，特别是在以较大压差运行的阀门上。在活塞平衡阀中，一些上游流体压力通过内部通道传输到阀芯上方的空间中，该空间用作压力平衡室。如图6.1.4所示，该腔室内的压力在阀芯上提供了下压力，从而平衡了上游压力并辅助了执行器施加的法向力，从而关闭了阀。

主轴滑阀

滑阀倾向于采用两种不同的设计。楔形浇口型和平行滑槽型。两种类型都非常适合隔离流体，因为它们提供了紧密的关闭功能，并且在打开时，它们之间的压降很小。两种类型均用作手动操作阀，但如果需要自动致动，则通常选择并联滑阀，以进行隔离或控制。典型的阀如图6.1.5所示。

平行滑阀通过两个弹簧加载的滑动盘（未显示弹簧）关闭，该滑动盘穿过流体的流路，流体压力确保下游盘与其阀座之间的紧密连接。大型并联滑阀用于电力和过程工业的主要蒸汽和进料管线中，以隔离工厂的各个部分。小口径平行滑阀也用于控制辅助蒸汽和水服务，尽管主要由于成本原因，这些任务通常是使用致动球阀和活塞式阀来执行的。

旋转阀

旋转阀通常称为直角回转阀，包括旋塞阀，球阀和蝶阀。所有这些都需要旋转运动才能打开和关闭，并且可以轻松地安装执行器。

偏心旋塞阀

图6.1.6显示了典型的偏心旋塞阀。如图所示，通常将这些阀安装在旋塞主轴水平的位置，并将随附的执行器安装在阀旁边。
旋塞阀可包括旋塞和执行器之间的联动装置，以提高杠杆作用和关闭力，以及特殊的定位器，可将固有的阀特性修改为更有用的相等百分比特性（阀特性在模块6.5中进行了讨论）。

球阀

图6.1.7显示了一个球阀，该球阀由球形阀组成，位于两个密封环之间，呈简单阀体形式。球上有一个孔，可让液体通过。当与管端对齐时，这会产生全径流或几乎全径流，而压降很小。将球旋转90°可打开和关闭流道。专为控制目的设计的球阀将具有特征化的球或阀座，以提供可预测的流量模式。

球阀是一种经济的方法，可以为许多流体提供严密的控制，包括温度高达250°C（38 bar g，饱和蒸汽）的蒸汽。高于此温度，则需要特殊的座椅材料或金属对金属的座椅，这可能很昂贵。球阀易于操作，通常用于远程隔离和控制。对于关键控制应用，分段球和带有特殊形状孔的球可提供不同的流动特性。

蝶阀

图6.1.8是蝶阀的简单示意图，该蝶阀由在耳轴轴承中旋转的盘组成。在打开位置，阀瓣平行于管壁，允许全部流量通过阀。在关闭位置，它靠着底座旋转，并垂直于管壁。

传统上，由于所用软阀座的固有局限性，蝶阀仅限于低压和低温。当前，具有更高温度或更高品质阀座的阀以及经过特殊加工的金属对金属阀座可用来克服这些缺点。现在，标准蝶形阀用于简单的控制应用中，特别是在较大尺寸和要求调节能力有限的情况下。
特殊的蝶阀可满足更高的要求。
流经蝶阀的流体会产生较低的压降，因为打开时该阀几乎没有阻力。但总的来说，它们的压差极限低于截止阀的压差极限。球阀的相似之处在于，由于其不同的密封布置，它们可以承受比等效蝶阀更高的压差。

选件

选择控制阀时，总是有很多选择要考虑。对于截止阀，这些选择包括主轴压盖填料和压盖填料配置，以使该阀适合在更高温度或不同流体下使用。这些示例中的一些示例可以在图6.1.9的简单示意图中看到。值得注意的是，某些类型的填料函与阀杆的摩擦力要大于其他类型。例如，传统的填料函类型的填料会产生比PTFE弹簧加载的V形V型或波纹管密封型更大的摩擦力。更大的摩擦力需要更大的致动器力，并且会增加偶然运动的倾向。
弹簧式填料在磨损时会自动调整。这减少了定期手动维护的需要。波纹管密封阀是这三种类型中最昂贵的，但通过最佳的阀杆密封机构可提供最小的摩擦。如图6.1.9所示，波纹管密封阀通常在阀杆壳体的顶部具有另一套传统填料。这将作为对通过主轴泄漏到大气中的任何可能性的最终防御。

阀门还具有在阀体内引导阀芯的不同方式。如图6.1.10所示，一种常见的引导方法是“双引导”方法，其中主轴在其长度的顶部和底部均被引导。另一种类型是“导引塞”方法，其中塞子可以由笼子或框架导引。某些阀门可以使用带孔塞子，该塞子结合了塞子导向和降噪功能。

用于自动控制的二通阀概述截止阀是

迄今为止用于蒸汽过程和应用自动控制的最广泛使用的阀类型。它相对容易致动，用途广泛，并且具有固有特性，非常适合蒸汽的自动控制需求。
还应该说两通自动控制阀也用于液体系统中，例如低温，中温和高温热水系统以及导热油系统。液体系统固有地需要在质量流量方面进行平衡。在许多情况下，系统设计为可以使用两通阀而不会破坏配电网络的平衡。
但是，当不能在液体系统上使用两通阀时，则要安装三通阀，该三通阀通过以分流或混合的方式固有地在整个分配系统中保持平衡。

三通阀

根据阀内的阀塞和阀座布置，三通阀可用于混合或分流服务。每个功能的简单定义如图6.1.11所示。

 

 

活塞阀

这种类型的阀具有一中空的活塞，（图6.1.12），其向上移动，并通过所述致动器向下，覆盖并且相应地露出两端口阿和乙。油口A和油口B的总流体传输面积相同，并且在任何时候，两者的累积横截面面积始终相等。例如，如果端口A打开了30％，端口B打开了70％，反之亦然。这种类型的阀具有固有的平衡性，并由自作用控制系统提供动力。注意：厂商之间的移植配置可能有所不同。

截止阀型三通阀（也称为“提升和铺设”）

在此，执行器推动两个阀座之间的阀瓣或阀瓣对（图6.1.13），以相应的方式增加或减少通过端口A和B的流量。

注意：通过对插头裙边进行轮廓分析可以实现线性特性（见图6.1.14）。

旋转靴三通阀

这种类型的阀采用旋转闸板，该闸板在端口面上穿梭。图6.1.15中的示意图说明了一个混合应用，其中大约80％的流量通过端口A，20％的流量通过端口B，100％的流量通过端口AB离开  。

使用三通阀

并非所有类型都可用于混合和分流服务。图6.1.16显示了制造为混合阀但用作分流阀的截止阀的错误使用。

通过端口AB进入阀的流量可以从两个出口A或B中任一个流出，也可以从每个出口中流出一部分。在端口A打开且端口B关闭的情况下，系统的压差将施加到阀塞的一侧。
当端口A关闭时，端口B打开，并且差压将施加在塞子的另一侧。在某个中间阀塞位置，压差将反向。压力的这种逆转可能导致塞子移动到位，从而由于塞子“震颤”在其阀座上而产生差的控制和可能的噪音。
为了克服在设计用于换向的旋塞阀上的这个问题，使用了不同的阀座配置，如图6.1.17所示。在此，压差始终均等地施加在两个阀芯的同一侧。

在封闭回路中，可以根据系统设计使用混合阀或换向阀，如图6.1.18和6.1.19所示。
在图6.1.18中，该阀设计为混合阀，因为它具有两个入口和一个出口。但是，当将其从负载放置在返回管道中时，由于将热水从热交换器中转移出去，它实际上起到了转移功能。

考虑图6.1.18中使用的混合阀，当热交换器需要最大热量时，也许在启动时，端口A将完全打开，而端口B将完全关闭。从锅炉流出的全部水通过热交换器，并通过端口AB和A穿过阀门。当满足热负荷时，端口A将完全关闭，而端口B将完全打开，并且所有从锅炉流出的水都会绕过负载，并通过端口AB和B通过阀门。在这种意义上，相对于热负荷的要求，水从热交换器被转移。
如图6.1.19所示，通过在流量管道中安装一个换向阀也可以达到相同的效果。