|
概述 调节阀（英文：control valve）国外称为：控制阀，国内习惯称为：调节阀。
用于调节工业自动化过程控制领域中的介质流量、压力、温度、液位等工艺参数。根据自动化系统中的控制信号，自动调节阀门的开度，从而实现介质流量、压力、温度和液位的调节。
调节阀的发展历程
调节阀的发展自20世纪初始至今已有八十年的历史，先后产生了十个大类的调节阀产品、自力式阀和定位器等，调节阀和控制阀的发展历程如下：
20年代：原始的稳定压力用的调节阀问世。
30年代：以“V”型缺口的双座阀和单座阀为代表产品V型调节球阀问世。
40年代：出现定位器，调节阀新品种进一步产生，出现隔膜阀、角型阀、蝶阀、球阀等。
50年代：球阀得到较大的推广使用，三通阀代替两台单座阀投入系统。
60年代：在国内对上述产品进行了系列化的改进设计和标准化、规范化后，国内才才有了完整系列产品。现在我们还在大量使用的单座阀、双座阀、角型阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、球阀七种产品仍然是六十年代水平的产品。这时，国外开始推出了第八种结构调节阀——套筒阀。
70年代：又一种新结构的产品——偏心旋转阀问世（第九大类结构的调节阀品种）。这一时期套筒阀在国外被广泛应用。70年代末，国内联合设计了套筒阀，使中国有了自己的套筒阀产品系列。
80年代：改革开放期间，中国成功引进了石化装置和调节阀技术，使套筒阀、偏心旋转阀得到了推广使用,尤其是套筒阀,大有取代单、双座阀之势,其使用越来越广。80年代末,调节阀又一重大进展是日本的Cv3000和精小型调节阀，它们在结构方面，将单弹簧的气动薄膜执行机构改为多弹簧式薄膜执行机构，阀的结构只是改进，不是改变。它的突出特点是使调节阀的重量和高度下降30%，流量系数提高30%。
90年代：90年代的调节阀重点是在可靠性、特殊疑难产品的攻关、改进、提高上。到了90年代末，由华林公司推出了第十种结构的产品——全功能超轻型阀。它突出的特点是在可靠性上、功能上和重量上的突破。功能上的突破——唯一具备全功能的产品，故此，可由一种产品代替众多功能上不齐全的产品，使选型简化、使用简化、品种简化；在重量上的突破——比主导产品单座阀、双座阀、套筒阀轻70～80％，比精小型阀还轻40～50％；可靠性的突破——解决了传统调节阀等各种不可靠性因素，如密封的可靠性、定位的可靠性、动作的可靠性等。该产品的问世，使中国的调节阀技术和应用水平达到了九十年代末先进水平；它是对调节阀的重大突破；尤其是电子式全功能超轻型阀，必将成为下世纪调节阀的主流。
调节阀结构组成
调节阀通常由电动执行机构或气动执行机构与阀体两部分共同组成。直行程主要有直通单座式和直通双座式两种，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。角行程主要有：V型电动调节球阀、电动蝶阀、通风调节阀、偏心蝶阀等。
调节阀种类
按用途和作用、主要参数、压力、介质工作温度、特殊用途（即特殊、专用阀）、驱动能源、结构等方式进行了分类，其中最常用的分类法是按结构将调节阀分为九个大类，6种为直行程，3种为角行程。
按用途和作用分类
a.两位阀：主要用于关闭或接通介质；
b.调节阀：主要用于调节系统。选阀时，需要确定调节阀的流量特性；
c.分流阀：用于分配或混合介质；
d.切断阀：通常指泄漏率小于十万分之一的阀。
按主要参数分类
1 按压力分类
(1)真空阀：工作压力低于标准大气压；
(2)低压阀：公称压力PN≤1.6MPa；
(3)中压阀：PN2.5～6.4MPa；
(4)高压阀：PNl0.0～80.OMPa，通常为PN22、PN32；
(5)超高压阀：PN≥IOOMPa。
2 按介质工作温度分类
(1)高温阀：t＞450℃；
(2)中温阀：220℃≤t≤450℃；
(3)常温阀：－40℃≤t≤220℃；④低温阀：－200℃≤t≤－40℃。
常用分类法
这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，是目前国内、国际最常用的分类方法。一般分为九个大类：
直行程气动调节阀
(1)单座调节阀；
(2)双座调节阀；
(3)套筒调节阀；
(4)角形调节阀；
(5)三通调节阀；
(6)隔膜阀；
(7)蝶阀；
(8)球阀；
(9)偏心旋转阀。前6种为直行程，后三种为角行程。
这九种产品亦是最基本的产品，也称为普通产品、基型产品或标准产品。各种各样的特殊产品、专用产品都是在这九类产品的基础上改进变型出来的。
按主要特殊用途来分（即特殊、专用阀）
(1)软密封切断阀；
(2)硬密封切断阀；
(3)耐磨调节阀；
(4)耐腐蚀调节阀；
(5)全四氟耐蚀调节阀
(6)全耐蚀合金调节阀；
(7)紧急动作切断或放空阀；
(8)防堵调节阀；
(9)耐蚀防堵切断阀；
(10)保温夹套阀；
(11)大压降切断阀；
(12)小流量调节阀；
(13)大口径调节阀；
(14)大可调比调节阀；
(15)低S节能调节阀；
(16)低噪音阀；
(17)精小型调节阀；
(18)衬里（橡胶、四氟、陶瓷）调节阀；
(19)水处理专用球阀；
(20)烧碱专用阀；
(21)磷铵专用阀；
(22)氯气调节阀；
(23)波纹管密封阀……
按驱动能源分类
(1)气动调节阀；
(2)电动调节阀；
(3)液动调节阀。
调节阀CV值（流量系数）
流通能力Cv值（流量系数）是调节阀选型的主要参数之一，调节阀的流通能力的定义为：当调节阀全开时，阀两端压差为0.1MPa，流体密度为1g/cm3时，每小时流径调节阀的流量数，称为流通能力，也称流量系数，以Cv表示，单位为t/h，液体的Cv值按下式计算。
根据流通能力Cv值大小查表，就可以确定调节阀的公称通径DN。
调节阀流量特性
调节阀的流量特性，是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经调节阀的相对流量与它的开度之间关系。调节阀的流量特性有线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。三种注量特性的意义如下：
（1）等百分比特性（对数）
等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的。所以它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。
（2）线性特性（线性）
线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。流量大时，流量相对值变化小，流量小时，则流量相对值变化大。
（3）抛物线特性
流量按行程的二方成比例变化，大体具有线性和等百分比特性的中间特性。
从上述三种特性的分析可以看出，就其调节性能上讲，以等百分比特性为最优，其调节稳定，调节性能好。而抛物线特性又比线性特性的调节性能好，可根据使用场合的要求不同，挑选其中任何一种流量特性。
调节阀应用
在现代化工厂的自动控制中，调节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。
调节阀是最终控制元件的最广泛使用的型式。其他的最终控制元件包括计量泵、调节挡板和百叶窗式挡板(一种蝶阀的变型)、可变斜度的风扇叶片、电流调节装置以及不同于阀门的电动机定位装置。
尽管调节阀得到广泛的使用，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，调节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。
调节阀在管道中起可变阻力的作用。它改变工艺流体的紊流度或者在层流情况下提供一个压力降，压力降是由改变阀门阻力或“摩擦”所引起的。这一压力降低过程通常称为“节流”。对于气体，它接近于等温绝热状态，偏差取决于气体的非理想程度(焦耳一汤姆逊效应)。在液体的情况下，压力则为紊流或粘滞摩擦所消耗，这两种情况都把压力转化为热能，导致温度略为升高。
常见的控制回路包括三个主要部分，第一部分是敏感元件，它通常是一个变送器。它是一个能够用来测量被调工艺参数的装置，这类参数如压力、液位或温度。变送器的输出被送到调节仪表——调节器，它确定并测量给定值或期望值与工艺参数的实际值之间的偏差，一个接一个地把校正信号送出给最终控制元件——调节阀。阀门改变了流体的流量，使工艺参数达到了期望值。
在气动调节系统中，调节器输出的气动信号可以直接驱动弹簧一薄膜式执行机构或者活塞式执行机构，使阀门动作。在这种情况下，确定阀位所需的能量是由压缩空气提供的，压缩空气应当在室外的设备中加以干燥，以防止冻结，并应净化和过滤。
当一个气动调节阀和电动调节器配套使用时，可采用电一气阀门定位器或电一气转换器。压缩空气的供气系统可以和用于全气动的调节系统一样来考虑。
在调节理论的术语中，调节阀既有静态特性，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。第5章中将详细地介绍这些内容。
动态特性是由执行机构或阀门定位器一执行机构组合决定的。对于较慢的生产过程，如温度控制或液位控制，阀的动态特性在可控性方面一般不是限制因素。对于较快的系统，如液体的流量控制，调节阀可能有明显的滞后，在回路的可控性方面一定要有所考虑。一般只有控制系统的专家才需要关心调节阀的动态持性，关于应用阀门定位器的正规考虑如第9章中所讨论的，将满足大多数调节阀装置的需要。
自动调节阀的历史可追溯到自力式调压阀，它包括一个带有重物杆的球形阀，重物用来平衡阀芯力，从而得到某种程度的调节，另一种早期的自力式调压阌的形式是压力平衡式调压阀。工艺过程的压力用管线接到弹簧薄膜调压阀的薄膜气室上。无论是减压阀、阀后压力式调压阀或是差压调压阀都笔够从这种基型阀门的变更而制造出来。
气动变送器和调节器的出现，就必然地导致气动词节阀的应用。它们本质上是减压阀或阀后压力式调压阀，改用仪表压缩空气来代替工艺过程的流体。现在许多生产减压阀的公司已经发展成为调节阀制造厂。调节阀的应用从数量上和复杂性方面继续不断地得到发展，许多阀门的阀体和附件的改进可以用来解决各种各样的问题。本手册的意图是使工程们熟悉调节阀的结纸醉金迷和因素，帮助仪表工程师在应用中选用最好的阀体、执行机构和附件。
调节阀属于控制阀系列，主要作用是调节介质的压力、流量、温度等等参数，是工艺环路中最终的控制元件。调节阀按行程特点可分为：直行程和角行程。直行程包括：单座阀、双座阀、套筒阀、角形阀、三通阀、隔膜阀；角行程包括：蝶阀、球阀、偏心旋转阀、全功能超轻型调节阀。调节阀按驱动方式可分为：气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀；按调节形式可分为：调节型、切断型、调节切断型；按流量特性可分为：线性、等百分比、抛物线、快开。调节阀适用于空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品等介质。
调节阀计算公式
调节阀的流量系数Kv，是调节阀的重要参数，它反映调节阀通过流体的能力，也就是调节阀的容量。根据调节阀流量系数Kv的计算，就可以确定选择调节阀的口径。为了正确选择调节阀的口径，必须正确计算出调节阀的额定流量系数Kv值。调节阀额定流量系数Kv的定义是：在规定条件下，即阀的两端压差为10Pa，流体的密度为lg/cm，额定行程时流经调节阀以m/h或t/h的流量数。
1． 一般液体的Kv值计算
a． 非阻塞流
判别式：△P＜FL（P1－FFPV）
计算公式：Kv＝10QL
式中： FL－压力恢复系数，见附表
FF－流体临界压力比系数，FF＝0.96－0.28
PV－阀入口温度下，介质的饱和蒸汽压（绝对压力），kPa
PC－流体热力学临界压力（绝对压力），kPa
QL－液体流量m/h
ρ－液体密度g/cm
P1－阀前压力（绝对压力）kPa
P2－阀后压力（绝对压力）kPa
b． 阻塞流
判别式：△P≥FL（P1－FFPV）
计算公式：Kv＝10QL
式中：各字符含义及单位同前
2． 气体的Kv值计算
a． 一般气体
当P2＞0.5P1时
当P2≤0.5P1时
式中： Qg－标准状态下气体流量Nm/h
Pm-(P1+P2)/2(P1、P2为绝对压力)kPa
△P＝P1－P2
G －气体比重（空气G＝1）
t －气体温度℃
b．高压气体（PN＞10MPa）
当P2＞0.5P1时
当P2≤0.5P1时
式中：Z-气体压缩系数，可查GB/T 2624-81《流量测量节流装置的设计安装和使用》
3． 低雷诺数修正（高粘度液体KV值的计算）
液体粘度过高或流速过低时，由于雷诺数下降，改变了流经调节阀流体的流动状态，在Rev<2300时流体处于低速层流，这样按原来公式计算出的KV值，误差较大，必须进行修正。此时计算公式应为：
式中：Φ―粘度修正系数，由Rev查FR－Rev曲线求得；QL－液体流量 m/h
对于单座阀、套筒阀、角阀等只有一个流路的阀
对于双座阀、蝶阀等具有二个平行流路的阀
式中：Kv′―不考虑粘度修正时计算的流量系
ν ―流体运动粘度mm/s
FR －Rev关系曲线
FR-Rev关系图
4． 水蒸气的Kv值的计算
a． 饱和蒸汽
当P2＞0.5P1时
当P2≤0.5P1时
式中：G―蒸汽流量kg/h，P1、P2含义及单位同前，K－蒸汽修正系数，部分蒸汽的K值如下：水蒸汽：K＝19.4；氨蒸汽：K＝25；氟里昂11：K＝68.5；甲烷、乙烯蒸汽：K＝37；丙烷、丙烯蒸汽：K＝41.5；丁烷、异丁烷蒸汽：K＝43.5。
b． 过热水蒸汽
当P2＞0.5P1时
当P2≤0.5P1时
式中：△t―水蒸汽过热度℃，Gs、P1、P2含义及单位同前。
调节阀常见故障处理方法
1）清洗法
管路中的焊渣、铁锈、渣子等在节流口、导向部位、下阀盖平衡孔内造成堵塞或卡住使阀芯曲面、导向面产生拉伤和划痕、密封面上产生压痕等。这经常发生于新投运系统和大修后投运初期。这是最常见的故障。遇此情况，必须卸开进行清洗，除掉渣物，如密封面受到损伤还应研磨；同时将底塞打开，以冲掉从平衡孔掉入下阀盖内的渣物，并对管路进行冲洗。投运前，让调节阀全开，介质流动一段时间后再纳入正常运行。
2）外接冲刷法
对一些易沉淀、含有固体颗粒的介质采用普通阀调节时，经常在节流口、导向处堵塞，可在下阀盖底塞处外接冲刷气体和蒸汽。当阀产生堵塞或卡住时，打开外接的气体或蒸气阀门，即可在不动调节阀的情况下完成冲洗工作，使阀正常运行。
3）安装管道过滤器法
对小口径的调节阀，尤其是超小流量调节阀，其节流间隙特小，介质中不能有一点点渣物。遇此情况堵塞，最好在阀前管道上安装一个过滤器，以保证介质顺利通过。带定位器使用的调节阀，定位器工作不正常，其气路节流口堵塞是最常见的故障。因此，带定位器工作时，必须处理好气源，通常采用的办法是在定位器前气源管线上安装空气过滤减压阀。
4）增大节流间隙法
如介质中的固体颗粒或管道中被冲刷掉的焊渣和锈物等因过不了节流口造成堵塞、卡住等故障，可改用节流间隙大的节流件—节流面积为开窗、开口类的阀芯、套筒，因其节流面积集中而不是圆周分布的，故障就能很容易地被排除。如果是单、双座阀就可将柱塞形阀芯改为“V”形口的阀芯，或改成套筒阀等。例如某化工厂有一台双座阀经常卡住，推荐改用套筒阀后，问题马上得到解决。
5）介质冲刷法
利用介质自身的冲刷能量，冲刷和带走易沉淀、易堵塞的东西，从而提高阀的防堵功能。常见的方法有：①改作流闭型使用；②采用流线型阀体；③将节流口置于冲刷最厉害处，采用此法要注意提高节流件材料的耐冲蚀能力。
6）直通改为角形法
直通为倒S流动，流路复杂，上、下容腔死区多，为介质的沉淀提供了地方。角形连接，介质犹如流过90弯头，冲刷性能好，死区小，易设计成流线形。因此，使用直通的调节阀产生轻微堵塞时可改成角形阀使℃用。
密封性能差的解决方法（5种方法）
1）研磨法
细的研磨，消除痕迹，减小或消除密封间隙，提高密封面的光洁度，以提高密封性能。
2）利用不平衡力增加密封比压法
执行机构对阀芯产生的密封压力一定,不平衡力对阀芯产生顶开趋势时,阀芯的密封力为两力相减,反之,对阀芯产生压闭趋势,阀芯的密封力为两力相加，这样就大大地增加了密封比压,密封效果可以比前者提高5～10倍以上.一般dg≥20的单密封类阀为前一种情况,通常为流开型,若认为密封效果不满意时,改为流闭型,密封性能将成倍增加.尤其是两位型的切断调节阀,一般均应按流闭型使用。
3）提高执行机构密封力法
提高执行机构对阀芯的密封力，也是保证阀关闭，增加密封比压，提高密封性能的常见方法。常用的方法有：
①移动弹簧工作范围；
②改用小刚度弹簧；
③增加附件，如带定位器；
④增加气源压力；
⑤改用具有更大推力的执行机构。
4）采用单密封、软密封法
对双密封使用的调节阀,可改用单密封,通常可提高10倍以上的密封效果,若不平衡力较大,应增加相应措施,对硬密封的阀可改用软密封,又可提高10倍以上密封效果。
5）改用密封性能好的阀
在不得已的情况下,可考虑改用具有更好的密封性能的阀.如将普通蝶阀改用椭圆蝶阀,进而还可改用切断型蝶阀、偏心旋转阀、球阀和为之专门设计的切断阀。
调节阀外泄的解决方法（6种方法）
1）增加密封油脂法
对未使用密封油脂的阀，可考虑增加密封油脂来提高阀杆密封性能。
2）增加填料法
为提高填料对阀杆的密封性能，可采用增加填料的方法。通常是采用双层、多层混合填料形式，单纯增加数量，如将3片增到5片，效果并不明显。
3）更换石墨填料法
大量使用的四氟填料，因其工作温度在－20～+200范围内，当温度在上、下限，变化较大时，其密封性便明显下降，老化快，寿命短。柔性石墨填料可克服这些缺点且使用寿命长。因而有的工厂全部将四氟填料改为石墨填料，甚至新购回的调节阀也将其中的四氟填料换成石墨填料后使用。但使用石墨填料的回差大，初时有的还产生爬行现象，对此必须有所考虑。℃
4）改变流向，置P2在阀杆端法
当△P较大,P1又较大时,密封P1显然比密封P2困难.因此,可采取改变流向的方法,将P1在阀杆端改为P2在阀杆端,这对压力高、压差大的阀是较有效的.如波纹管阀就通常应考虑密封P2。
5）采用透镜垫密封法
对于上、下盖的密封,阀座与上、下阀体的密封.若为平面密封,在高温高压下,密封性差,引起外泄,可以改用透镜垫密封,能得到满意的效果。
6）更换密封垫片
至今,大部分密封垫片仍采用石棉板,在高温下,密封性能较差,寿命也短,引起外泄。遇到这种情况,可改用缠绕垫片,“O”形环等,现在许多厂已采用。
调节阀振动的解决方法
1）增加刚度法
对振荡和轻微振动，可增大刚度来消除或减弱，如选用大刚度的弹簧，改用活塞执行机构等办法都是可行的。
2）增加阻尼法
增加阻尼即增加对振动的摩擦，如套筒阀的阀塞可采用“O”形圈密封，采用具有较大摩擦力的石墨填料等，这对消除或减弱轻微的振动还是有一定作用的。
3）增大导向尺寸，减小配合间隙法
轴塞形阀一般导向尺寸都较小,所有阀配合间隙一般都较大,有0.4～lmm,这对产生机械振动是有帮助.因此,在发生轻微的机械振动时,可通过增大导向尺寸,减小配合间隙来削弱振动。
4）改变节流件形状，消除共振法
因调节阀的所谓振源发生在高速流动、压力急剧变化的节流口，改变节流件的形状即可改变振源频率，在共振不强烈时比较容易解决。具体办法是将在振动开度范围内阀芯曲面车削0.5～1.0mm。如某厂家属区附近安装了一台自力式压力调节阀，因共振产生啸叫影响职工休息，我们将阀芯曲面车掉0.5mm后，共振啸叫声消失。
|
