調節閥概述

1 調節閥的發展歷程
調節閥的發展自20世紀初始至今已有七、八十年的歷史，先后產生了十個大類的調節閥產品、自力式閥和定位器等，其發展歷程如下：
20年代：原始的穩定壓力用的調節閥問世。
30年代：以“V”型缺口的雙座閥和單座閥為代表產品問世。
40年代：出現定位器，調節閥新品種進一步產生，出現隔膜閥、角型閥、蝶閥、球閥等。
50年代：球閥得到較大的推廣使用，三通閥代替兩臺單座閥投入系統。
60年代：在國內對上述產品進行了系列化的改進設計和標準化、規范化后，國內才才有了自己完整系列的產品。現在我們還在大量使用的單座閥、雙座閥、角型閥、三通閥、隔膜閥、蝶閥、球閥，減壓閥，七種產品仍然是六十年代水平的產品。這時，國外開始推出了第八種結構調節閥——套筒閥。70年代：又一種新結構的產品——偏心旋轉閥問世（第九大類結構的調節閥品種）。這一時期套筒閥在國外被廣泛應用。70年代末，國內聯合設計了套筒閥，使中國有了自己的套筒閥產品系列。80年代：80年代初由于改革開放，中國成功引進了石化裝置和調節閥技術，使套筒閥、偏心旋轉閥得到了推廣使用，尤其是套筒閥，大有取代單、雙座閥之勢，其使用越來越廣。80年代末，調節閥又一重大進展是日本的Cv3000和精小型調節閥，它們在結構方面，將單彈簧的氣動薄膜執行機構改為多彈簧式薄膜執行機構，閥的結構只是改進，不是改變。它的突出特點是使調節閥的重量和高度下降30％，流量系數提高30％。90年代：90年代的重點是在可靠性、特殊疑難產品的攻關、改進、提高上。到了90年代末，由華林公司推出了第十種結構的產品——全功能超輕型閥。它突出的特點是在可靠性上、功能上和重量上的突破。功能上的突破——*具備全功能的產品，故此，可由一種產品代替眾多功能上不齊全的產品，使選型簡化、使用簡化、品種簡化；在重量上的突破——比主導產品單座閥、雙座閥、套筒閥輕70～80％，比精小型閥還輕40～50％；可靠性的突破——解決了傳統閥一系列不可靠性因素，如密封的可靠性、定位的可靠性、動作的可靠性等。該產品的問世，使中國的調節閥技術和應用水平達到了九十年代末水平；它是對調節閥的重大突破；尤其是電子式全功能超輕型閥，必將成為下世紀調節閥的主流。
2 調節閥在系統中的作用與重要性
調節閥在調節系統中是*的，它是組成工業自動化系統的重要環節，被稱之為生產過程自動化的“手腳” 。如圖l-1所示氣動調節閥(又稱氣動執行器)是以壓縮空氣為動力能源的一種自動執行器。它具有結構簡單、動作可靠、性能穩定、價格低廉、維修方便、防火防爆等特點，不僅能與氣動調節儀表、氣動單元組合儀表配用，而且通過電－氣轉換器 圖1-1 自動調節系統的構成或電－氣閥門定位器還能與電動調節儀表、電動單元組合儀配套。它廣泛地應用于化工、石油、冶金、電站、輕紡等工業部門中。正由于調節閥結構簡單，往往受不到重視，這是值得注意的。調節閥是直接安裝在工藝管道上，使用條件惡圖1-1 自動調節系統的構成劣，如高溫高壓、深度冷凍、極毒、易燃、易爆、易滲透、易結晶、強腐蝕和高粘度等，它的好壞直接影響到系統的質量。如果選型不當或維護不善，就會發生問題。例如，有的調節回路怎樣也穩定不好，一直振蕩，若在選擇上作了改進，將線性特性閥芯改為對數特性閥芯或改變流向之后，調節品質大有改善。又如，有些調節過程中出現持續振蕩，原因不在于調節器的比例度的過大或過小，而是由于閥門填料函的干摩擦太大，動作很不靈活。再如，調節閥的泄漏將造成廠區污染，甚至造成事故等。因此，應重視調節閥的作用，加強維護和保養。
3 調節閥的使用功能
要正確使用調節閥，尤其是選擇調節閥，必須首先弄清楚調節閥的使用功能，做到有的放矢，方能選好所需的調節閥。
3.1 調節功能
顧名思義，調節閥的首要功能就是調節，其主要表現在五個方面：
1) 流量特性
流量特性是反映調節閥的開度與流量的變化關系，以適應不同的系統特性要求，如對流量調節系統反應速度快需對數特性；對溫度調節系統反應速度慢，需直線流量特性。流量特性反映了調節閥的調節品質。
2) 可調范圍R
可調范圍反映調節閥可控制的流量范圍，用R＝Qmax：Qmin之比表示。R越大，調節流量的范圍越寬，性能指標就越好。通常閥的R＝30，好的閥，如V型球閥、全功能超輕型調節閥，R可達100～200。
3) 小開度工作性能
有些閥受到結構的限制，小開度工作性能差，產生啟跳、振蕩，R變得很小(即Qmin很大)，如雙閥、襯膠蝶閥。好的閥小開度應有微調功能，即可滿足很小流量的調節，且工作又要求十分平衡，這類閥如V型球閥、偏心旋轉閥、全功能超輕型調節閥。
4) 流量系數Kv
流量系數表示通過流量的能力，同口徑Kv值越大越好，尤其是球閥、蝶閥、全功能超輕型閥，它們的Kv值是單座閥、雙座閥、套筒閥的2～3倍。
5) 調節速度
滿足系統對閥動作的速度要求。
3.2 切斷功能
切斷由閥的泄漏量指標來表示，切斷通常指泄漏量小于0.001％，它反映閥的內在的質量。在閥的使用中，對國產閥泄漏量大的呼聲反映很大。
3.3 克服壓差功能
它通常用閥關閉時的允許壓差來表示，允許壓差越大，此功能也就越好。如果考慮不周到，閥芯就會被壓差頂開，造成閥關不到位，泄漏量超標。因此，保證閥切斷就必須克服閥關閉時的工作壓差。通常單密封閥的允許壓差小，如單座閥、角形閥、隔膜閥、三通閥；雙密封的閥和轉動類的閥的允許壓差大，如雙座閥、套筒閥、球閥、全功能超輕型閥。從泄漏量與克服壓差兩者上看：單密封閥泄漏小但允許壓差小；雙密封閥泄漏大，允許壓差大；只有旋轉類閥，泄漏量又小，允許壓差又大，這就是旋轉類閥使用越來越多的原因。3.4 防堵功能對不干凈介質的調節或者即使是干凈介質，管道中的焊渣等雜物都可能造成閥堵塞或被卡住，因此要求閥應有較好的防堵功能，使之正常調節。防堵性的是流路簡單的旋轉類閥，如球閥、蝶閥、偏心閥、全功能超輕型閥；流路復雜的閥、上下襯套導向的閥易造成堵卡，如單座閥、雙座閥、套筒閥等。旋轉類閥不只是防堵功能好，而且泄漏又小，允許壓差又大，因此它的使用將會越來越廣泛。
3.5 耐蝕功能
抵抗介質的腐蝕和沖蝕，以提高閥的使用壽命。閥的腐蝕是由介質的化學性能引起的材質腐蝕問題，通常選用耐腐蝕的材料來解決；沖蝕是由高速流動的介質、含顆粒的介質和產生閃蒸被空化的介質所致。解決的途徑是選用耐磨的材料，結構上采用反汽蝕、反沖蝕的措施，對高壓閥、大壓差工作的調節閥、含顆粒介質使用的調節閥需重點考慮此問題。
3.6 耐壓功能
它反映閥的強度和安全指標，即介質不能通過密封處和閥體缺陷處向外滲漏。出廠時通常用1.5倍公稱壓力作試驗來檢驗。對高壓介質是采用鍛件結構；鑄鐵閥的耐壓強度是低的，通常應選鑄鋼閥。
3.7 耐溫功能
滿足不同溫度條件下閥的強度和性能，溫度的較大變化會使閥體材質的強度降低，因此閥必須滿足介質的溫度變化范圍的要求，使閥在工作溫度下有較好的強度和安全保證。
3.8 外觀
反映閥的外觀質量且要求儀表化、輕型化、小型化。以往，人們對它不重視，現在正在改變。至目前，調節閥比較理想的外觀是電子式全功能超輕型調節閥(見圖4-27)。
3.9 重量
在滿足以上功能的情況下，其重量應越輕越好，以方便使用，如起吊、安裝、維護等。
4 類調節閥的功能優劣比較
調節閥有十個大類，其九大功能具備的優劣情況如何呢？為了減少幅面，特在下表中。從上述比較表中我們可以看出：
（1）主導產品單座閥、雙座閥、套筒閥的*功能僅有4個，故在使用中常出問題。
（2）蝶閥是較好的產品，*功能有7個，切斷蝶閥會有更多的應用。故此，我們開發了球面硬密封切斷蝶閥，三偏心蝶閥等高性能蝶閥，彌補了普通蝶閥泄漏大的不足。
（3）全功能超輕型調節閥是*在九大功能上都為*功能的產品，故冠名為全功能。由此特點，它使原來上百個品種、上千個系列、上萬個規格的調節閥得到大大簡化，使設計院選型更加簡化；使工廠管理、維護、維修、備品備件等更加簡化。
5 調節閥標準與性能
5.1 調節閥新國標
氣動調節閥國標GB4213-84 《氣動調節閥通用技術條件》于1984年3月21日發布，于1985年1月1日實施。本標準又于1992年進行了修改，修改后的標準代號為GB/T4213-92，于1993年10月實施。該標準主要依據IEC標準，并結合我國具體情況而制定。原執行的部標自新國標實施之日起作廢。新舊標準比較，主要有以下不同：
(1) 新國標增加了“壽命”指標，共計14個性能指標：1基本誤差；2回差；3死區；4始終點偏差；5額定行程偏差；6泄漏量；7填料函及其它連接處的密封性：8氣室的密封性；9耐壓強度；10額定流量系數；11固有流量特性；12抗振動性；13動作壽命；14外觀。
(2) 新國標對基本誤差、回差、死區、始終點偏差、額定行程偏差分為A、B、……H、這8個等級，以便根據不同閥滿足不同功能的要求選擇性能成本比*的指標等級。舊標準針對每種閥而確定一個*對的指標，缺乏靈活性。
(3) 新國標對泄漏量規定為A、B……F，這6個等級，高F級以每分鐘氣泡數計。舊標準只有一個等級，高壓閥規定泄漏量為0是不符合實際的。
(4) 流量特性誤差檢驗方法，新國標增加了按斜率法檢驗的方法。
(5) 新國標將舊標準流通能力改稱流量系數。其數值舊標準做了統一規定，新國標由制造廠自行定，更方便新產品設計定型。
(6) 對基本誤差、回差的測試點由舊標準分為10個測試點改為5個測試點。
(7) 新國標對調節閥氣源和環境溫度的要求。氣源應為清潔、干燥的空氣，不含有明顯的腐蝕性氣體、溶劑或其他液體。帶定位器的調節閥，其氣源所含7 調節閥在使用中存在的主要問題調節閥是工業自動化儀表中使用問題多的產品，也是更新換代慢的產品，幾十年一貫制，到現在，還是以五六十年代水平的產品―單座閥、雙座閥、套筒閥為主導產品(占70％左右)，可見，產品陳舊落后；另F方面，使用的問題也很突出。為了尋找調節閥的突破方向，在“九五”計劃的初期，筆者首先對調節閥進行了專門的問
卷調查，得到的結論是：
(1) 反映調節閥不象儀表、太笨重的占33.3％；
(2) 反映品種、規格繁多，選型復雜、工廠管理復雜、維護工作量大的占67.1％；
(3) 反映泄漏大的占42.5％；
(4) 反映經常堵卡、動作遲鈍的占25.8％；
(5) 反映壽命短的占13.7％；
(6) 反映推力不夠、閥關不嚴的占9.6％；
(7) 反映流量系數小、調節范圍小的占5.2％；
(8) 反映閥外漏的占4.3％；
(9) 反映振動、振蕩、嘯叫的占1.7％。

在對上述存在問題作進一步的歸納分析后，得出突出的問題有四個：
(1) 笨重：回頭看一下調節閥的重量，一臺DN200的閥重700～800公斤，一臺DN300的閥重900～100公斤，對它們的運輸、安裝、維護都必須要用吊車才能夠進行，用戶對此反映極為強烈；
(2) 品種規格繁多：單座閥、雙座閥、套筒閥等產品加上壓力、溫度、特性等變型參數總計達10000多個規格，造成調節閥選型、工廠管理復雜化；
(3) 泄漏大：一是產品結構缺陷所致；二是沒有考慮密封的可靠性；三是執行機構推力不夠；
(4) 調節閥堵卡：閥的流路復雜，不干凈介質必定造成堵卡。
歸納起來，從閥的結構上找原因，主要是片面地追求出廠性能，忽視了閥的可靠性；從使用上找原因，閥的選型不全面(也怪閥的品種規格太多，給選型帶來了難度)。對調節閥使用中的問題分析、處理見第七篇。
8 九十年代調節閥的新發展
六十年代調節閥的發展，在國外主要是推出了套筒閥，在國內主要是聯合設計了單座閥、雙座閥、角形閥等老產品；七十年代產生了偏心旋轉閥；八十年代主要是精小型調節閥；九十年代主要是解決特殊疑難閥的使用問題，以往在使用上的老大難相繼被解決，如高壓閥的汽蝕問題、強腐蝕介質的腐蝕問題、不干凈介質的堵塞問題、超小流量的調節問題、0.2秒緊急動作等，但較長一段時間里，均沒有新的調節閥品種問世。直到1998年，華林公司推出了新一代產品——全功能超輕型調節閥，它主要針對調節閥使用存在的問題——調節閥功能不齊全、可靠性差、調節閥笨重，并對此進行立項逐一攻關的結果。它綜合了旋轉類調節閥的優點而產生的又一新品種，具有功能齊全(故稱全功能)、重量輕(比單、雙座閥、套筒閥等老產品輕70％～80％，比80年代的精小型閥還輕40％～50％，故稱超輕型)、高可靠性的特點，對整個調節閥產生了重大突破，它使中國的調節閥水平大大地提高，并縮短了與國外的差距。作為新的一代產品，它必將取代老一代產品，成為下一世紀調節閥的應用主流。
9 調節閥三代產品的初步劃分從本世紀初到現在的七八十年的時間里，調節閥還處于*代產品的水平上。其特征是：①以六、七十年代水平的單座閥、雙座閥、套筒閥為主導產品；②這代產品功能不齊全，不得不依靠擴充產品品種、變型來適應各種不同的場合，造成了品種規格繁多，對調節閥使用、計算、選型、調校、維護、備件等要求特別高；③可靠性差，使用的問題多；④十分笨重。
第二代產品將從可靠性、功能、重量上得到突破。其特征是：①全功能超輕型閥代替眾多可靠性差、功能不齊全、又十分笨重的產品，即以它代替*代的主導產品單座閥、雙座閥、套筒閥，成為第二代主導產品；②電子式電動全功能超輕型閥逐步取代傳統的因原執行機構可靠性差，不得不采用的“氣動閥+電氣閥門定位器+氣源”的組合方式，從第二代產品的氣動閥使用為主變成以電子式電動閥為主，這代產品預計要10年時間(2000～2010年)。第三代產品就是智能化。在應用上的特點是：①與計算機接口；②可靠性更加提高，故障率進一步下降；③調節閥的品種以及對調節閥的使用要求進一步的簡化。
10 電動調節閥的應用前景
隨著電子產品不斷進步，尤其是可靠性的進一步提高，使得九十年代國外電動執行機構產生了質的飛躍，其突出的表現是：①可靠性*，可以在5-10年內免維修；②重量大幅度下降，比老式的DKZ、DKJ的電動執行機構輕70％～80％；③外觀也得到了極大的改善；④性能提高、調整簡化、使用更加方便、簡單。值得一提的是，國內的執行機構與之差距太大，仍處于六七十年代的水平。正由于電動執行機構的可靠性得到了根本上的解決，配上高可靠性的全功能超輕型調節閥，使得調節閥成為了真正意義上的第二代產品，到下世紀初，這種高可靠性電子式全功能超輕型調節閥必將逐步取代傳統的“氣動閥+電氣閥門定位器+氣源”的組合方式。除上述高可靠、全功能、超輕型的特點外，還將帶來如下好處：
(1) 用電源既方便又節約，省去了建立氣源站的一系列費用；
(2) 用“氣動閥+電氣閥門定位器+氣源”的復雜方式，它不只是增加了費用，反而帶來了可靠性的降(環節越多，可靠性差的因素增加)；
(3) 從經濟性上看，除省去氣源站的費用外，還省去電氣閥門定位器的費用：現在一臺好的進口的電氣閥門定位器。

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