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什么是调节阀

    过程工厂是由成百甚至上千个控制回路组成的。所有这些控制回路被连接成网络已生产可供销售的产品。每一个回路都经过设计以保证重要的过程变量如压力、流量、液位、温度等不超出要求的工作范围，这样可以确保最终厂品的质量。每一个回路都会接受并从内部产生扰动。这些干扰对过程变量产生决定性的影响。网络里其它回路之间的相互作用也会产生影响过程变量的扰动。
    为了减少这些负载扰动的影响，传感器和变送器会收集关于过程变量及其与要求的设定点之间的关系的信息。控制器然后处理这些信息并决定必须怎样做才能使得过程变量在负载扰动发生后恢复到它的正常范围。所有的测量、比较和计算工作完成后，某种类型的终端控制元件必须执行由控制器选择的控制策略。
    过程控制工业里最常见的终端控制元件就是调节阀。调节阀调节流动的流体，如气体、蒸汽、水或化学混合物，以补偿负载扰动并使得被控制的过程变量尽可能地靠近需要的设定点。
    许多人讨论调节阀或阀门，其实他们指的是调节阀组件。调节阀组件典型地由阀体、阀内件零件、提供阀门操作驱动力的执行机构、以及各种各样的阀门附件所组成。阀门附件包括定1位1器、转换器、供气压力调节器、手动操纵器、阻尼器或限位开关。本手册的其它章节会提供关于所有控制阀部件的更多细节。
    装置是否被称为阀门、控制阀或控制阀组件并不与认识到控制阀是控制回路的关键部分一样重要。说控制阀是回路的最重要部分是不准确的。把控制回路考虑成一条仪表链是非常有用的。就像其它链一样，这条完整的链的好坏取决于它的最薄弱的环节。重要的是确保控制阀不是最薄弱的链节。
    下面是有关过程控制、直行程控制阀、旋转式控制阀、以及其它控制阀的功能和特性术语的定义。

过程控制术语

附件：一个安装在执行机构上补充执行机构的功能并使其成为一个完整的操作单元的装置。例子包括定1位1器、供气压力调节器、电磁阀和限位开关。 

执行机构：一个提供力或运动去打开或开关阀门的气动、液动或电动装置。

执行机构组件：一个包括所有相关附件使之成一个完整的操作单元的执行机构。

空程：提供给一种死区的通用名词。这种死区是当一个装置的输入改变方向时由于装置输入与输出之间的暂时中断引起的。一个机械连接的松弛或松动是空程的一个典型例子。

阀门流通能力：在规定条件下他通过一个阀门的流量。

闭环回路：一种过程元件的相互连接方式：有关过程变量的信息被连续不断地反馈给控制器的设定点，以连续地、自动地纠正过程变量。

控制器：一种通过使用某些既定的运算来调节控制变量的自动操作的装置。控制器的输入接受关于过程变量的状态的信息，然后提供一个相应的输出信号给终端控制元件。

控制回路：（见“闭环回路”。）

控制范围：控制阀能够把实际阀门增益保持在标准值0.5和0.2之间的阀门行程范围。

控制阀：（见“控制阀组件”。）

控制阀组件：包括通常安装在阀门上的所有部件：阀体组件、执行机构、定1位1器、调压器、转换器、限位开关等。
死区：改变方向但不致于引起输出信号的可以观察到的变化时，输入信号的可变化范围。死区是用来描述一种适用于任何装置的通用现象的名词。使用术语“死区”时，有必要把输入和输出区分开来，并确保测量死区的任何测试在全部负载条件下进行。死区典型地表示为百分比的输入量程。
时滞时间：从一个小的阶跃输入（通常0.25％-5％）起,系统没有响应被检测到的时间长短（Tｄ）。它从阶跃输入开始的时间起测试量，一直到被测试系统产生第一个能检测到的响应的时间为止。时滞时间可用于阀门组件或整个工艺过程。
阀板：带线性或旋转运动的、用来调节流量的阀内件元件，也可能阀芯 或截流元件。
等百分比特性：一种固有流量特性：额定行程的等量增加会理想地产生流量系数（Cv）的等百分比的改变。
终端控制元件：执行由控制器的输出决定的控制策略的装置。终端控制元件可以是一个减振器、一个变速驱动泵或一个开关式切换装置，但是过程控制工业里最常见的终端控制元件是控制阀组件。控制阀调节流动的流体，如气体、蒸汽、水或化学混合物，以补偿扰动并使得被控制的过程变量可能地靠近需要的设定点。
一阶：这个术语指的是一个装置的输入与输出之间的动态关系。一个一阶系统或装置只是一个能量储存装置。它的输入与输出之间的动态转换关系是由外部行为决定的。
摩擦力：趋向于阻止两个相互接触表面之间的相互运动的力。摩擦力是把两个表面压在一起的正压力和这两个表面的特性的函数。摩擦力有两种：静态摩擦力和动态摩擦力。静态摩擦力是在两个表面之间产生相对运动之前必须克服的力。一旦相对运动开始后，为了保持相对运动而必须克服的力就是动态摩擦力。移动或滑动摩擦，是口语，有时候用来描述动态摩擦力。粘住、滑擦、或“静摩擦”，也是口语，有时候用来描述静态摩擦力。静态摩擦力是阀门组件死区的主要原因之一。
增益：通用术语，可用于许多情况。在它最常见的含义里，增益是一个给定系统或装置的输出改变量相对于引起该输出改变量的输入改变量的比例。增益有两种：静态增益和动态增益。静态增益是输入与输出之间的增益关系，是系统或装置处于稳定状态时，输入能够一起输出改变的程度的指标。敏感性有时候用来说明静态增益。动态增益是时当系统处于运动或流动状态时的输入与输出之间的增益关系。动态增益是输入改变频率或比率的函数。
滞后：在一个校检循环里，相对于任何单个输入的输出值的最大差值，不包括由于死区引起的误差。
固有特性：在经过阀门的压力降恒定时，随着截流元件（阀门）从闭位置运动到额定行程的过程中流量系数与截流元件（阀板）行程之间的关系。
典型地，这些特殊性可以绘制在曲线图上，其水平轴用百分比行程表示，而垂直轴用百分比流量（或CV值）表示。由于阀门流量是阀门行程和通过阀门的压力降的函数，在恒定的压力降下进行流量特性测试提供了一种比较阀门特性类型的系统方法。用这种方法测得的典型的阀门特性有线性、等百分比和快开。
固有阀门增益：在恒定的压力条件下，通过阀门的流量改变量相对于阀门的行程改变量的比例。固有阀门增益是阀门结构的固有函数。它等于固有特性曲线在任意行程点上的斜率，也是阀门行程的函数。
安装特性：当通过阀门的压力降受到变化的过程条件的影响时随着截流元件（阀板）从关闭位置运动到额定行程的过程中流量与截流元件（阀板）行程之间的关系。（关系安装特殊性是如何确定的更多细节，请参阅第二章里的“阀门类型与特性化”。）
安装阀门增益：在实际过程条件下，通过阀门的流量改变量相对于阀门行程改变量的比例。安装阀门增益是当阀门安装在一个特定的系统里，且压力降允许根据总系统的指令而自然改变时产生的阀门增益关系。安装阀门增益等于安装特性曲线的斜率，也是阀门行程的函数。
I/P：电流-气压（I到P）的缩写。典型地用于输入转换器模块。
线性度：与两个变量有关的一条曲线与一条直线的接近程度。（线性度也指的是相同的直线作用于向上和向下两个方向。这样，上面所定义的死区典型地会被认为是一种非线性。）
线性特性：一种固有流量特性，可以用一条直线在流量系数（CV值）相对于额定行程的长方形图上表示出来。因此，行程的等量系数（CV）的等量增加。
回路：（见“闭环回路”。）
回路增益：所有回路元件被看作串联在回路里时的组合增益。有时候指的是开环增益，有时候必须清楚地说明指的是静态回路增益还是动态回路增益。
手动控制：（见“开环回路”。）
开环回路：这样一种情况：过程控制元件的连接被中断，这样，过程变量的信息不再反馈给控制器的设定点，所以对过程变量的纠正也不再进行。这种情况典型地是通过把控制器设置在手动操作状态来实现的。
填料：阀门组件的一个部件，用于防止阀门板或阀杆周围的泄漏。
定1位1器*：一个位置控制器（伺服机构），它在机械上被连接到终端控制元件或其执行机构的一个运动部件上，自动调整向执行机构的输出，以保持一个需要的与输入信号成比例的阀门位置。
过程：控制回路里除了控制器之外的所有组合元件。过程典型地包括控制阀组件、被控制的压力容器或交换器、以及传感器、泵和变送器。
过程增益：被控制的过程变量的改变量对于相应的控制器输出的改变量的比例。
过程偏差度：关于过程是如何被紧密地控制在设定点周围的一种精确的统计学测量。过程偏差度典型地以百分比定义为（2σ/m），式中m 是被测过程变量的设定点或平均值，σ是过程变量的标准方差。
快开特性*：一种固有流量特性：在截流元件很小的行程下可以获得很大的流量系数）。
放大器：一个作用类似于功率放大器的装置。它接受电气、气动或机械输入信号，并提供大流量的空气或液体输出给执行机构。放大器可以是定1位1器的一个内部元件或者一个单独的阀门附件。
分辨率：当输入不改变方向时用来产生一个检测到的输出变化所需要的最小可能的输入变化。分辨率典型地表示为百分比的输入量程。
响应时间：通常由一个包括时滞时间和时间常数的参数来测量。（见T63、时滞时间和时间常数。）用于控制阀时，它包括整个阀门组件。
二阶：一个术语，指的是一个装置的输入与输出之间的动态关系。一个二阶系统或装置有两个能量储存装置。它们能够在它们自己之间来回传输动态和潜在能量，这样就引入了震荡行为或超调的可能性。
传感器：一个测量过程变量值并一个相应的输出信号给变送器的装置。传感器可以是变送器的集成部件，也可以是一个单独的元件。
设定点：一个参考值，代表需要的被控制的过程变量值。
阀轴扭转：一种现象，指的是阀轴的一端扭转而另一端不扭转。这种现象典型地发生在执行机构由一根相对长的阀轴连接到阀门截流元件上的旋转式阀门上。当阀门的密封摩擦力把阀轴的一端保持在某一个位置时，执行机构一端的阀轴的旋转被阀轴的扭转所吸收，直到执行机构的输入传递出足够的力来克服这个摩擦力。
（阀门）口径计算：一种经过设计的系统方法，用来确保阀门在一系列的过程工况条件下有正确的流通能力。
时间常数：一个通常用于一阶元件的时间参数。它是从系统产生第一个相对于小阶跃输入（通常0.25％-5％）的能检测到的响应时起一直到系统输出达到63％的最终稳态值时测量得到的时间间隔。用于开放回路过程时，时间常数通常表示为ζ。用于闭和回路系统时，时间常数通常表示为λ。
变送器：一个测量过程变量值并提供一个相应的输出信号给控制器以跟设定点进行比较的装置。
行程：截流元件从关闭位置到一个中间或额定全开位置的运动。
行程指示器：一个指针和标尺，用来从外部表示截流元件的位置，典型地以行程或旋转角度的百分比为单位。
阀内件：调节被控制流体的阀门内部部件。
阀门：（见“控制阀组件”。）
流体增压器：一个独立的放大器通常称为流体增压器或简单地增压器，因为它增加或放大供应给执行机构的压缩空气量。（见“放大器”。）

控制阀的功能和特性术语

弹簧设定范围：控制阀执行机构弹簧调整范围，以平衡实际的过程力。

 

流通能力：在规定条件下通过阀门的额定流量。

 

间隙流：当截流元件没有座合时低于最小可控流量的那个流量。

 

膜片压力范围：膜片压力范围高低值之差。这可以认为是一种固有或安装特性。

 

双作用执行机构：在任意一个方向上都可以提供动力的执行机构。

 

动态补平衡力：由于过程流体压力的作用，在任何规定的开度下，在阀芯上产生的净力。

 

有效面积：在薄膜执行机构里，有效面积是有效地产生输出力的那部分膜片面积。膜片的有效面积可能会随着它的运动而改变，通常在行程的开始时为最大，而在行程的末尾时为最小。模压膜片比平板膜片有较小的有效面积改变，因此推荐使用模压膜片。

 

等百分比流量特性：（见“过程控制术语”。）

 

失气—关闭：这样一种状态：当驱动能源失去时，阀门截流元件移至关闭位置。

 

失气—打开：这样一种状态：当驱动能源失去时，阀门截流元件移至打开位置。

 

失气—安全：阀门及其执行机构的一种特性：在驱动能源供应中断时，会使得阀门截流元件移至全闭、全开、或留在上次的位置，任何一种位置都被认为是保护工艺过程必需的。失效—安全作用方式可能需要采用连接到执行机构上的辅助控制。

 

流量特性：当百分比额定行程从O变化到100％时，流经阀门的流量与百分比额定行程之间的关系。这个术语应该总是表述为固有流量特性或安装流量特性。

 

流量系数（Cv值）：一个与阀门的几何结构有关的、对于一个给定行程的常数（Cv值），可用来衡量流通能力。它在每平方英寸1磅的压力将下，每分钟流过阀门的60°F水的美国加仑数。

 

高压力恢复阀门：一种阀门结构，由于流线型的内部轮廓和最小的流体紊流，它会分散相对少的流体能量。因此，在阀门缩流断面下游的压力会恢复到入口压力的一个很高的百分比值。至流通式阀门，如旋转式球阀是典型的高压力恢复阀门。

固有膜片压力范围：阀体内压力为大气压时，作用于膜片以产生额定阀芯行程的压力高和低值。这个范围通常指的是弹簧设定值范围，因为当阀门被设定在该工作范围上时，这个范围将是阀门的动作范围。

 

固有流量特性：在经过阀门的压力降恒定时，随着阀门从关闭位置运动到额定行程，流量与截流元件行程的关系。

 

安装膜片压力范围：在阀体承受规定的工况下，作用于膜片以产生额定阀芯行程的压力高和低值。由于作用在截流元件上的力，固有膜片压力范围可能会不同于安装膜片压力范围。

 

安装流量特性:当经过阀门的压力降受到变化的过程工况影响时，随着阀门从关闭位置运动到额定行程，流量与截流元件之间的关系。

 

泄漏量：（见“阀座泄漏量”。）

 

线性流量特性：（见“过程控制术语”：“线性特性”。）

 

低压力恢复阀门：一种阀门结构，由于流体通道轮廓产生的紊流，它会分散很大一部分的流体能量。其结果是，在阀门缩流断面下游的压力会恢复到比带有更多流线型通道的阀门更小的一个入口压力百分比值。尽管每个阀门结构不尽相同，但是普通的直通阀通常有低的压力恢复能力。

 

修正的抛物线流量特性：一种流量特性，它在截流元件的低位行程处提供等百分比的特性，而在截流元件的高位行程处提供线性特性。

 

常关阀：（见“失气—关闭”。）

 

常开阀：（“见失去—打开”。）

 

向下推关闭结构：一种直通式阀门结构，它的截流元件位于执行机构和阀座环之间，这样执行机构推杆的推出会将截流元件移向阀座环，最后关闭阀门（图1-3）。该术语也可用于旋转式阀门结构。在旋转式阀门结构里，执行机构推杆的线性伸出会将球或阀板移向关闭位置。（也称为正作用。）

 

向下推打开结构:一种直通式阀门结构。它的阀座环位于执行机构和截流元件之间，这样执行机构推杆的推出会将截流元件从阀座上移开，因此打开阀门。该术语也可用于旋转式阀门结构。在旋转式阀门结构里，执行机构推杆的线性伸出会将球或阀板移向打开位置。（也称为反作用）。

 

快开流量特性：（见“过程控制术语”：“快开特性”。）

 

可调比：与指定的流量特性的偏差不超过规定的限制时，最大的流量系数（Cv值）之间的比例。当流量增加到100倍最小可控制流量时，一个100：1的可调比也可表示为最大与最小可控制流量之间的比例。

 

额定流量系数（Cv值）：额定行程下阀门的流量系数（Cv值）。

 

额定行程：阀门截流元件从关闭位置运动至额定全开位置的距离。额定全开位置是由制造商推荐的最大开度。

 

相对流量系数：指定行程时的流量系数（Cv值）与额定行程时的流量系数（Cv 值）之间的比例。

 

阀座泄漏量：当阀门在规定的压差和温度下处于全闭位置时，流经阀门的流体量。（ANSI泄漏等级，简述于第5章。）

 

弹簧系数：弹簧长度每单位改变时弹簧力的改变。在薄膜执行机构控制阀里，弹簧系数通常用英镑力/英寸压缩量来表示。

 

阀杆补平衡力：由于流体压力的作用，在任意位置的阀杆上产生的净力。

 

缩流断面：流速最大、流体静压力和截面积最小处的那部分流束。在一个控制阀里，缩流断面通常位于实际的物理限制的下游。

其它过程控制术语

与控制阀、仪表和附件有联系的人经常会碰到下面一些以前没有定义过的术语和名词。有些术语（用*表示）摘录自ISA标准：过程仪表术语，ISA51.1-1976。其它包括的术语也被广泛运用于整个控制阀工业。

 

ANSI：美国国家标准组织的缩写。

 

API：美国石油组织的缩写。

 

ASME：美国机械工程师学会的缩写。

 

ASTM：美国测试和材料学会的缩写。

 

自动控制系统*：一种不需要人工干预就能工作的控制系统。

 

Bode图：一幅转换函数的在对数基线上的对数幅度比例和相位角度值图。这是图形化表示频率响应数据的最常见形式。

 

校验曲线*：校验结果的图形化表示。一个装置的稳态输出表示为它的稳态输入的函数。该曲线通常以百分比的输出量程对百分比的输入量程的形式来表示。

 

校验循环*：在仪表的量程范围内，在上升然后下降的方向上，使用被测量变量的已知值，并记录响应的输出读数值。校验循环曲线可以通过先增加然后减小装置的输入而获得。它通常以百分比的输出量程对百分比的输入量程的行式来表示。它提供回差的一种测量。

 

间隙流量：当截流元件没有座合时，低于最小可控制流量的那个流量。

 

控制器：自动操作以调节被控变量的装置。

 

焓：一个热动态量，它是阀体的内部能量和其体积与压力之积的和:H=U+Pv。（也称为热容量）。

 

熵：在一个热动态系统里，不能转化为机械功的能量的理论量度。

 

反馈信号：测量直接的被控制变量而得到的返回信号。对于一个带定1位1器的控制阀，反馈信号通常是反馈给定1位1器的截流元件连接杆位置的机械指示。

 

FCI：流体控制组织的缩写。

 

频率响应特性：以幅度和相位表示的稳态正弦输入及其引起的基本正弦输出之间的频率依赖关系。输出的幅度和相位移动可以被看作输入测试频率的函数，并用来描述控制装置的动态行为。

 

硬度：金属抵抗塑性变形（通常以凹陷形式）的能力。塑料和橡胶的抵抗尖头刺入其表面的能力。

 

振荡：外部激励消失之后，仍然存在的一种具有明显幅度的振动。振荡有时候被称为循环或极限循环。振荡是在或接近稳定极限处工作的证据。在控制阀里，控制系统或阀门定1位1器的不稳定会引起执行机构加载压力的波动，振荡会随之而出现。

 

ISA：美国仪表学会的缩写。现在称为国际测量与控制学会。

仪表压力：有一个自动控制器提供的用来使阀门工作的输出压力。

 

加载压力：用来对气动执行机构进行定位的压力。这是实际作用在执行机构膜片或活塞上的压力。如果没有使用阀门定1位1器，加载压力可以是仪表压力。

 

NACE：用来代表美国腐蚀工程师协会。随着该组织的范围越来越国际化，这个名词已经改为国际NACE。NACE已经不再是一个缩写。

 

OSHA：职业安全和健康法令（美国）的缩写。

 

工作介质：这是指流体，通常为空气或气体，用来为阀门定1位1器和自动控制器的工作提供动力。

 

工作极限*：一个装置能够承受而不会导致工作特性永久性损害的工作条件范围。

 

范围：二个极限之间的区域，其间距可以被测量、接受、或传递，并用上下范围值来表示（如：3至15Psi;-4至212°F；-40至100°C）。

 

可重复性*：在全部行程范围内，沿着相同的方向，在相同的工作条件下，对于相同的输入值，一系列连续的输出测量值的接近程度。它通常是作为不可重复性来测量的，但以百分比量程来表示。它不包括回差（图1-15）。

 

敏感性：在达到稳定状态后，输出幅度的改变与引起该改变的输入改变之间的比例。

 

信号*：一个物理变量，它的一个或多个参数携带关于该信号所代表的另外一个变量的信息。

 

信号幅度排序（分程）：一种动作方式，其中有二个或更多个信号产生，或者有二个或更多个终端控制元件被一个输入信号驱动，每一个终端控制元件连续地、带或不带重叠对该输入信号的幅值作出响应（图1-15）。

 

量程：上下范围值的算术差（如：范围=0至150°F，量程=150°F；范围=3至15Psig,量程=12Psig）

 

气源压力：一个装置供气口处的压力。常用的控制阀气源压力值对于3于15Psig的弹簧设定范围为20Psig,对于6至30Psig 的弹簧设定范围为35Psig.

 

零误差*：当输入为低范围值时，一个装置在规定的使用条件下的误差。它通常表示为百分比的理想量程。