化工仪表及自动化论文
控制阀又称调节阀，是工业过程控制中的主要执行单元仪表，通过接受调节控制单元阀是自控系统中的执行器，它的应用质量直接反应在系统的调节品质上。作为过程控制中的终端元件，人们对它的重要性较过去有了更新的认识。调节阀应用的好坏，除产品自身质量、用户是否正确安装、使用、维护外，正确地计算、选型十分重要。
关键字：控制阀，水处理，流量，发展。
1、控制阀在水处理中的发展方向的目的和意义
控制阀广泛应用于制造业领域，实现优化生产和降低成本的目的。长远来看，控制阀市场会保持适度的增长。水处理中一般采用流量控制阀，流量控制阀是一种采用高精度先导方式控制流量的多功能阀门。适用于配水管需控制流量和压力的管路中，保持预定流量不变，将过大流量限制在一个预定值，并将上游高压适当减低，即使主阀上游的压力发生变化，也不会影响主阀下游的流量。在现代化工厂的自动控制中，控制阀起着十分重要的作用，这些工厂的生产取决于流动着的液体和气体的正确分配和控制。这些控制无论是能量的交换、压力的降低或者是简单的容器加料，都需要某些最终控制元件去完成。最终控制元件可以认为是自动控制的“体力”。在调节器的低能量级和执行流动流体控制所需的高能级功能之间，最终控制元件完成了必要的功率放大作用，控制阀是最终控制元件的最广泛使用的型式。
2、控制阀在水处理中的发展方向在国内外的现状 从控制阀应用看，发展方向如下：
（1）小型执行机构：可降低成本，提高流通能力。
（2）套筒导向：采用套筒导向，有利于对中，有利于降低摩擦，有利于降噪，有利于流量特性的互换
（3）平衡式阀芯：为降低执行机构推力或推力矩，采用平衡式阀芯是重要的，它对系统的动态性能也有改善
（4）一体化阀芯和阀座：为克服双座阀密封性差的缺点，采用相同材质的一体化阀芯和阀座组成阀内件，将泄漏量和不平衡力同时减到最小 ．
（5）简单流路：流路简单，流阻减小，不仅可使阀两端压损下降，而且可降低成本。
（6）密封和摩擦：密封性能和摩擦性能是矛盾的两方面，控制阀设计中不仅要解决密封问题，对摩擦和寿命等性能指标也必须重视 因此，近年来，填料函和填料结构的研究得到重视，旋转型控制阀得到较广泛应用
（7）降低噪声：采用多种方式降低控制阀噪声，例如，采用降噪套筒和阀芯，采用多级阀芯，采用降噪限流板，采用扩展器等
（8）采用与管道同直径的控制阀和限制流通能力的阀内件：利于降低阀入口压力和出口流体流速，不需安装异径管等附加管件，有利于降低成本，通过更换流通能力大的阀内件，可扩展流通能力，通过选用限制流通能力阀内件可纠正计算口径过大的
错误
（9）在数字化信息化时代，将较多采用智能阀门定位器或通过数字控制器等实现非线性规律，补偿被控对象非线性，将较少选用控制阀流量特性来补偿被控对象非线性
（10）阀内件的材料随温度变化，因此，应考虑不同温度下热膨胀造成的影响，也要考虑在高温下耐压等级的变化等，应考虑材料的耐腐蚀性、抗疲劳性等性能。
2。1当前中国控制阀市场的概况
从厂商来看，国内外厂商竞争格局基本保持稳定，仍然稳居市场首位，本土厂商与国外优势品牌相比，仍然较弱，排名和业绩规模上未实现重大突破。虽然市场整体增长，但是厂商20xx年业绩表现不均衡，少数厂商积极的抢占市场份额，多数厂商业绩受市场或产能的困扰保持20xx年的水平。
从战略发展来看，国外厂商通常专注于这几个方面：实现本地化，完善营销服务体系，整合营销渠道，将中国公司打造成亚太区生产和技术服务的中心。国内厂商偏重于提高产能，走国产化道路，寻求产品和技术上的突破，力争企业快速发展。虽然当前控制阀行业整体增长放缓，但是出于对未来市场的看好，厂商实际上都在暗自积蓄力量，以便在未来行业快速发展时能够抢夺更多的市场份额
2。2 当前发展的不利因素
国际经济形势错综复杂，标普下调美国主权债务评级，包括中国在内的各资本市场近期大幅下挫，国内通胀和宏观调控压力进一步加大，实体经济有减速的迹象，控制阀应用于工业领域，市场状况受国家宏观经济状况影响较大，随着实体经济增速减缓，控制阀行业的市场需求和投资都承受一定的压力。
3、控制阀在水处理中的发展方向采用的路线和原理
3。1原理：控制阀用于调节介质的流量、压力和液位。根据调节部位信号，自动控制阀门的开度，从而达到介质流量、压力和液位的调节。调节阀分电动调节阀、气动调节阀和液动调节阀等。
3。2控制阀的发展方向主要为智能化、标准化、精小化、旋转化和安全化。
（1）智能化和标准化：
控制阀的智能化和标准化已经提到议事日程。智能化主要采用智能阀门定位器。智能化化表现在下列方面。
①控制阀的自诊断，运行状态的远程通信等智能功能，使控制阀的管理方便，故障诊断变得容易，也降低了对维护人员的技能要求。
②减少产品类型，简化生产流程。采用智能阀门定位器不仅可方便地改变控制阀的流量特性，也可提高控制系统的控制品质。因此，对控制阀流量特性的要求可简化及标准化（例如，仅生产线性特性控制阀）o用智能化功能模块实现与被控对象特性的匹配，使控制阀产品的类型和品种大大减少，使控制阀的制造过程得到简化，并在生产和市场中经受考验和认可。
③数字通信。数字通信将在控制阀中获得广泛应用，以HART通信协议为基础，一些控制阀的阀门定位器将输入信号和阀位信号在同一传输线实现；以现场总线技术为基础，控制阀与阀门定位器、PID控制功能模块结合，使控制功能在现场级实现，使危险分散，使控制更
及时、更迅速。
④智能阀门定位器。智能阀门定位器具有阀门定位器的所有功能，同时能够改善控制阀的动态和静态特性，提高控制阀的控制精度，因此，智能阀门定位器将在今后一段时间内成为重要的控制阀辅助设备被广泛应用。
（2）精小化
为降低控制阀的重量，便于运输、安装和维护，控制阀的精小化采用了下列措施。
①采用精小型执行机构。采用轻质材料，采用多组弹簧替代一组弹簧，降低执行机构高度，通常，精小型气动薄膜执行机构组成的控制阀比同类型气动薄膜执行机构组成的控制阀高度要降低约30％，重量降低约30％，而流通能力可提高约30％。
②改变流路结构。例如，将阀芯的移动改变为阀座的移动，将直线位移改变为角位移等，使控制阀体积缩小，重量减轻。
③采用电动执行机构。不仅可减少采用气动执行机构所需的气源装置和辅助设备，也可减少执行机构的重量。例如，Fisher公司的9000系列电动执行机构，其20型的高度小于330mm，使整个控制阀（带数字控制器和执行机构）质量降低到20～32kg。
（3）旋转化：
由于旋转类控制阀，例如球阀等，有相对体积较小、流路阻力较小、可调比较大、密封性较好、防堵性能较好、流通能力较大等优点，因此，在控制阀新品种中，旋转阀的比重增大。特别是大口径管道中，普遍采用球阀、蝶阀等类型控制阀，从国外近年的产品看，旋转阀应用的比例正逐年增长。
（4）安全化：
仪表控制系统的安全性已经得到各方面的重视，安全仪表系统（SIS）对控制阀的要求也越来越高，表现在以下几方面。
①对控制阀故障信息诊断和处理要求提高，不仅要对控制阀进行故障发生后的被动性维护，而且要进行故障发生前的预防性维护和预见性维护。因此，对组成控制阀的有关组件进行统计和分析，及时提出维护建议等变得更重要。
②对用于紧急停车系统或安全联锁系统的控制阀，提出及时、可靠、安全动作的要求。确保这些控制阀能够反应灵敏、准确。
③对用于危险场所的控制阀，应简化认证程序。例如，对本安应用的现场总线仪表，可简化为采用FISCO现场总线本质安全概念，使对本安产品的认证过程简化。
④与其他现场仪表的安全性类似，对控制阀的安全性，可采用隔爆技术＼防火技术、增安技术、本安技术、无火花技术等；对现场总线仪表，还可采用实体概念、本安概念、FISCO概念和非易燃（FINCO）概念等。
（5）节能：
降低能源消耗，提高能源利用率是控制阀的一个发展方向。主要有下列几个发展方向。 ①采用低压降比的控制阀。使控制阀在整个系统压降中占的比例减少，从而降低能耗，因此，设计低压降比的控制阀是发展方向之一；另一个发展方向是采用低阻抗控制阀，例如采用蝶阀、偏心旋转阀等。
②采用自力式控制阀。例如，直接采用阀后介质的压力组成自力式控制系统，用被控介质的能量实现阀后压力控制。
③采用电动执行机构的控制阀。气动执行机构在整个控制阀运行过程中都需要有一定的气压，虽然可采用消耗量小的放大器等，但日积月累，耗气量仍是巨大的。采用电动执行机构，在改变控制阀开度时，需要供电，在达到所需开度时就可不再供电，因此，从节能看，电动执行机构比气动执行机构有明显节能优点。
④采用压电控制阀。在智能电气阀门定位器中采用压电控制阀，只有当输出信号增加时才耗用气源。
⑤采用带平衡结构的阀芯，降低执行机构推力或推力矩，缩小膜头气室，降低能源需要。 ⑥采用变频调速技术代替控制阀。对高压降比的应用场合，如果能量消耗很大，可采用变频调速技术，采用变频器改变有关运转设备的转速，降低能源消耗。
（6）保护环境：
环境污染已经成为公害，控制阀对环境的污染主要有控制阀噪声和控制阀的泄漏。其中，控制阀噪声对环境的污染更是十分严重。
①降低控制阀噪声。研制各种降低控制阀噪声的方法，包括从控制阀流路设计到控制阀阀内件的设计，从噪声源的分析到降低噪声的措施等。主要有设计降噪控制阀和降噪控制阀阀内件；合理分配压降，使用外部降噪措施，例如，增加隔离、采用消声器等。
②降低控制阀的大气污染。控制阀的大气污染指控制阀的“跑”、“冒”、“滴”、“漏”，这些泄漏物不仅造成物料或产品的浪费，而且对大气环境造成污染，有时，还会造成人员的伤亡或设备爆炸等事故。因此，研制控制阀填料结构和填料类型、研制控制阀的密封等将是控制阀今后一个重要的研究课题。计算机科学、控制理论和自动化仪表等高新科学技术的发展推动了控制阀的发展，例如，现场总线控制阀和智能阀门定位器的研制、数字通信在控制阀的实现等。控制阀的发展也推动了其他科学技术的.发展，例如，对防腐蚀材料的研究、对削弱和降低噪声方法的研究、对流体动力学的研究等。随着现场总线技术的发展，控制阀也将开放、智能和更可靠，它将与度更高，控制的效果更明显，并为我国现代化建设发挥更重要的作用其他工业自动化仪表和计算机控制装置一起，使工业生产过程控制的功能更完善，控制的精。
4、 控制阀在水处理中的发展方向的重点和难点
4、1重点：控制阀在水处理中的主要重点在于流量的控制，如：一改常规节流阀使用孔板或纯机械的减小流域面积的原理，利用相关导阀，最大限度地减小能量在节流过程中的损失；控制灵敏度高，安全可靠，调试简便，延长使用寿命。
4、2难点：一般来说，改变控制阀阀芯与阀座间的流通截面积，便可控制流量。但实际上还有许多因素影响，例如在调节面积改变的同时还发生阀前后压差的变化，而这又将引起流量的变化。因此控制阀在水处理中的发展方向的难点就在于如何有效的优化控制阀的开度从而控制流量，实现优化生产和降低成本的目的，怎样能够更好的锁定流经阀门的水量，而不是针对阻力的平衡，解决系统的动态失调问题。
5、设计时间 第五周：确定论文题目，以及了解相关的资料。
第六周、第七周、第八周：查找资料，并进行整理和分类。
第十周：做论文。
6、结束语
尽管控制阀得到广泛的使用，调节系统中的其它单元大概都没有像它那样少的维护工作量。在许多系统中，控制阀经受的工作条件如温度、压力、腐蚀和污染都要比其它部件更为严重，然而，当它控制工艺流体的流动时，它必须令人满意地运行及最少的维修量。控制阀既有静态特性，又有动态特性，因而它影响整个控制回路成败。静态特性或增益项是阀的流量特性，它取决于阀门的尺寸、阀芯和阀座的组合结构、执行机构的类型、阀门定位器、阀前和阀后的压力以及流体的性质。控制阀由电动执行机构或气动执行机构和调节阀两部分组成。控制阀通常分为直通单座式调节阀和直通双座式调节阀两种，后者具有流通能力大、不平衡办小和操作稳定的特点，所以通常特别适用于大流量、高压降和泄漏少的场合。
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