控制硬件电动动力驱动

蒸汽和冷凝水环的块6考虑了控制的实际方面，使块5中讨论的基本控制理论进入实践。

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，每一个都可以包含许多变体和特征。随着科技的进步，各个设备项目之间的界限及其定义变得越来越不清晰。例如，定位器，传统上调整阀门到其行程范围内的特定位置，现在可以:

• 直接从传感器获取输入并提供控制功能。
• 与计算机接口，以改变控制功能，并执行诊断程序。
• 修改阀门运动来改变控制阀的特性。
• 与工厂数字通信系统接口。

然而，为了清晰的在这一点上的缘故，设备的每个项目将分别审议。

控制阀门

虽然各种各样的阀类型的存在，则该文件将集中于那些最广泛应用于蒸汽和其他工业流体的自动控制。这些措施包括阀门类型
具有直线和旋转主轴运动。
线性类型包括截止阀和滑阀。
旋转类型包括球阀，蝶阀，旋塞阀及其变体。
要进行的第一选择是两端口和3端口阀之间。

• 双流道阀门“节流”(限制)通过它们的流体。
• 三端口阀门可以用来“混合”或“转移”通过它们的液体。

二通阀

截止阀

截止阀经常用于控制应用，因为它们适用于节流流量，并且可以很容易地赋予它们特定的“特性”，即阀门的开启与流量相关。
两种典型的截止阀类型如图6.1.1所示。耦合到阀轴上的执行器将提供阀的运动。

截止阀的主要组成部分是：

• 身体。
• 帽子。
• 阀座和阀塞，或阀内件。
• 阀杆（其连接至致动器）。

阀杆和阀盖之间的密封装置。

图6.1.2是单阀座双端口截止阀的示意图表示。在这种情况下，流体推动阀塞，并倾向于使阀塞离开阀座。

在阀，抵靠该阀必须关闭，被称为压差（ΔP）的上游压力（P1）和下游（P2）的差。最大压差抵靠一个阀可关闭将取决于大小和类型阀和致动器操作它的。
从广义上讲，执行机构所需的力可由式6.1.1确定。

在蒸汽系统中，通常假定最大压差等于上游的绝对压力。这样，当阀门关闭时，阀门下游可能会出现真空情况。在封闭的水系统中，压差是泵的最大压差。
如果一个更大的阀门，有更大的孔板，用来通过更大体积的介质，那么执行机构为了关闭阀门所必须产生的力也会增加。如果使用大型阀门必须通过非常大的能力，或者存在非常高的压差，就会达到无法提供足够的力来关闭传统的单阀座阀门的地步。在这种情况下，解决这个问题的传统方法是双座双端口阀门。
顾名思义，双阀座阀门在一个共同的主轴上有两个阀塞，具有两个阀座。不仅阀座可以保持较小(因为有两个阀座)，而且如图6.1.3所示，力是部分平衡的。这意味着，尽管压差试图使顶部阀塞离开阀座(就像单阀座阀一样)，但它也试图向下推并关闭下部阀塞。

然而，任何双阀座阀门都存在一个潜在的问题。由于制造公差和不同的膨胀系数，很少双阀座阀门能够保证良好的关闭气密性。

关闭紧密

控制阀泄漏是根据阀门在完全关闭时泄漏的量进行分类的。标准双阀座阀门的泄漏率最多为III级，(泄漏为全流量的0.1%)，这可能太大，使其不适用于某些应用场合。因此，由于通过两个端口的流道不同，当阀门打开时，力可能无法保持平衡。
各种国际标准存在控制阀是形式化泄漏率。下面的泄漏率从英国标准BS 5793第4部分（IEC 60534-4）拍摄。对于不平衡标准的单座阀，泄漏率通常是IV类，（全流量的0.01％），尽管它有可能获得V类，（1.8×10_5.X差分压力（bar）x座直径（mm）。一般来说，降低泄漏率越费用。

平衡单座阀

由于与双座阀相关的泄漏问题，需要紧密关闭时，应指定单个座椅阀门。用阀门尺寸关闭单个座椅灯阀所需的力量显着增加。一些阀门设计有平衡机构，以减少所需的闭合力，特别是在具有大差压的阀门上。在活塞平衡阀中，一些上游流体压力通过内径传递到阀塞上方的空间中，其用作压力平衡室。该腔室中所含的压力在阀塞上提供了一个下降的下游，如图6.1.4所示，平衡上游压力并辅助致动器施加的法力力，关闭阀门。

滑动阀门，主轴操作

滑阀通常有两种不同的设计;楔形闸板式和平行滑块式。这两种类型都非常适合隔离流体流动，因为它们提供了紧密的关闭，当开启时，通过它们的压降非常小。这两种类型都用作手动操作阀，但如果需要自动执行，通常选择平行滑阀，无论是隔离还是控制。典型的阀门如图6.1.5所示。

平行滑阀通过两个弹簧加载的滑动阀瓣(弹簧未显示)关闭，滑动阀瓣穿过流体的流动通道，流体压力确保下游阀瓣和阀座之间的紧密连接。大尺寸平行滑阀用于动力和工艺工业的主蒸汽和给料管道，用于隔离工厂的各部分。小口径平行滑轨也用于辅助蒸汽和水系统的控制，但主要是由于成本问题，这些任务通常使用执行机构球阀和活塞式阀门来完成。

旋转式阀门

旋转式阀门，通常被称为直角回转阀门，包括旋塞阀，球阀和蝶阀。所有需要以打开和关闭的旋转运动，并且可以容易地装配有致动器。

偏心旋塞阀

图6.1.6示出了一个典型的插头偏心阀。这些阀通常与插头主轴水平安装，如图所示，附加的致动器位于所述阀一起。
旋塞阀可能包括旋塞和执行器之间的连接，以提高杠杆和关闭力，以及特殊的定位器，将固有的阀门特性修改为更有用的等百分比特性(阀门特性在模块6.5中讨论)。

球阀

图6.1.7示出了由位于两个密封环之间的球形球，以简单的主体形式。球有一个允许液体通过的孔。当与管端对齐时，这给出了完全孔或几乎全孔流量，压降非常小。将球旋转到90°打开并关闭流动通道。专门用于控制目的的球阀具有特征的球或座椅，以提供可预测的流动模式。

球阀提供在温度与紧密关闭用于许多流体包括蒸汽控制到250℃（38巴克，饱和蒸汽）的经济手段。在该温度以上，特别座椅材料或金属 - 金属座是必要的，这可能是昂贵的。球阀很容易致动，并且通常用于远程隔离和控制。对于关键的控制应用，分段球和异形孔的球可用于提供不同的流动特性。

蝶阀

图6.1.8是蝶阀的简单示意图，它由在耳轴轴承中旋转的圆盘组成。在开启位置，阀瓣与管道壁平行，允许全部流体通过阀门。在关闭的位置，它对着阀座旋转，并垂直于管壁。

传统上，蝶阀被限制在较低的压力和温度，由于所使用的软座椅固有的局限性。目前，具有更高温度座椅或高品质，专门加工的金属对金属密封的阀门都可以克服这些缺点。标准蝶阀现在可用于简单的控制应用中，特别是在较大的尺寸和其中需要限制床。
特殊蝶阀可用于要求更高的任务。
流经蝶形阀的流体产生低的压力降，在该阀呈现小的阻力，以在打开时流动。然而，通常它们的压差极限比为截止阀更低。球阀除了相似，由于它们的不同的密封装置，它们可以针对比等效蝶形阀更高压力差进行操作。

选项

选择控制阀时，总有许多选项需要考虑。对于全球阀门，这些包括主轴压盖材料和腺体包装配置，该构造设计用于使阀门适用于较高温度或不同的流体。这些示例可以在图6.1.9的简单示意图中看到。值得注意的是，某些类型的腺体包装与阀门主轴产生比其他类型的摩擦更大。例如，传统的填料箱式包装将产生比PTFE弹簧装载的守卫型或波纹管密封型更大的摩擦。更大的摩擦需要更高的致动器力并且将增加随意运动的倾向。
弹簧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，但通过最好的阀杆密封机构提供最小的摩擦。如图6.1.9所示，波纹管密封阀通常在阀轴壳体顶部有另一组传统填料。这将作为最后的防御措施，防止任何机会通过主轴泄漏到大气中。

阀门也有不同的方式引导阀芯进入阀体内。一种常见的导向方法，如图6.1.10所示，是“双导向”方法，即主轴在其长度的顶部和底部都被导向。另一种类型是“引导插头”方法，其中插头可能由一个笼或框架引导。一些阀门可以采用孔眼桥塞，将桥塞导向和降噪结合起来。

用于自动控制的两流道阀概述

到目前为止，最广泛使用的蒸汽过程自动控制阀门类型和应用是全球阀门。它相对容易致力，它是多功能的，并且具有固有的特性，适合蒸汽的自动控制需求。
还应该说，双端口自动控制阀也用于液体系统，如低、中、高温热水系统和热油系统。液体系统具有一种内在的需要，需要在质量流动方面保持平衡。在许多情况下，设计的系统可以在不破坏配电网平衡的情况下使用双端口阀门。
然而，当在液体系统上不能使用双端口阀时，安装了三端口阀，其通过以转速或混合方式起作用，固有地在分配系统上保持平衡。

三端口阀门

根据阀门内的塞子和座椅布置，可以使用三端口阀用于混合或转移的服务。每个功能的简单定义如图6.1.11所示。

活塞阀

这种类型的阀门具有空心活塞，（图6.1.12），致动器上下移动，覆盖和相应地揭示双端口A.和B.．港口A.和端口B.具有相同的整个流体过渡区域，并且随时，两者的累积横截面积总是相等的。例如，如果端口A为30％，端口B.是70％的开放，反之亦然。这种类型的阀门固有平衡，由自行控制系统提供动力。注意：制造商之间的移植配置可能不同。

截止型三端口阀(也称为“提升和铺设”)

这里，致动器推动的盘或一对两个座位（图6.1.13）之间阀塞的，增加或减少通过端口A和B在相应的方式流动。

注:线形特性是通过对塞裙剖面来实现的(见图6.1.14)。

旋转鞋三端口阀

这种类型的阀门采用一个旋转的鞋，穿梭在端口面。图6.1.15中的示意图安排说明了大约80%的流体通过端口的混合应用A.和20％的港口B.， 100%通过港口出口ab．

使用三端口阀门

并不是所有的类型都可以同时用于混合和分流服务。图6.1.16显示了作为混合阀而用作分流阀的截止阀的错误应用。

通过阀口进入阀门的流量ab可以从两个出口中的任何一个出口离开吗A.或B.，或比例可能会离开。与港口A.开放和港口B.关闭时，系统的压力差将被施加到插塞的一侧。
当端口A.关闭、港口B.开启时，压差将作用于塞的另一侧。在某个中间塞位置，压差将发生逆转。这种压力的逆转可能导致阀塞移出位置，造成控制不良，并可能产生噪音，因为阀塞“振动”其阀座。
为了克服上设计成用于分流的插头类型的阀这一问题，一个不同的座椅构造时，如示于图6.1.17。这里，差分压力同等地在所有时间施加到两个阀塞的相同侧上。

在闭合电路中，根据系统设计，可以使用混合阀或分流阀，如图6.1.18和6.1.19所示。
在图6.1.18中，该阀被设计为一个混合阀，因为它有两个进口和一个出口。然而，当它被放置在负载的回程管道中时，它实际上起到了一个分流功能，因为它将热水从热交换器中分流出来。

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，可能在启动端口A.将完全开放，左舷B.完全关闭。从锅炉流出的水全部通过热交换器，并通过端口通过阀门ab和A.．当热负荷满足时，端口A.将完全关闭和港口B.全开，从锅炉流出的全部水绕过负载，通过端口通过阀门ab和B.．从这个意义上讲，水被从热交换器转移到热负荷的要求。
如图6.1.19所示，在管道中安装一个分流阀也可以达到同样的效果。