調(diào)節(jié)閥概述

1 調(diào)節(jié)閥的發(fā)展歷程
調(diào)節(jié)閥的發(fā)展自20世紀初始至今已有七、八十年的歷史，先后產(chǎn)生了十個大類的調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品、自力式閥和定位器等，其發(fā)展歷程如下：
20年代：原始的穩(wěn)定壓力用的調(diào)節(jié)閥問世。
30年代：以“V”型缺口的雙座閥和單座閥為代表產(chǎn)品問世。
40年代：出現(xiàn)定位器，調(diào)節(jié)閥新品種進一步產(chǎn)生，出現(xiàn)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(tǒng)。
60年代：在國內(nèi)對上述產(chǎn)品進行了系列化的改進設計和標準化、規(guī)范化后，國內(nèi)才才有了自己完整系列的產(chǎn)品。現(xiàn)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(chǎn)品仍然是六十年代水平的產(chǎn)品。這時，國外開始推出了第八種結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)閥——套筒閥。70年代：又一種新結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品——偏心旋轉(zhuǎn)閥問世（第九大類結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥品種）。這一時期套筒閥在國外被廣泛應用。70年代末，國內(nèi)聯(lián)合設計了套筒閥，使中國有了自己的套筒閥產(chǎn)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(diào)節(jié)閥技術，使套筒閥、偏心旋轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)閥又一重大進展是日本的Cv3000和精小型調(diào)節(jié)閥，它們在結(jié)構(gòu)方面，將單彈簧的氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)改為多彈簧式薄膜執(zhí)行機構(gòu)，閥的結(jié)構(gòu)只是改進，不是改變。它的突出特點是使調(diào)節(jié)閥的重量和高度下降30％，流量系數(shù)提高30％。90年代：90年代的重點是在可靠性、特殊疑難產(chǎn)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(jié)構(gòu)的產(chǎn)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(chǎn)品，故此，可由一種產(chǎn)品代替眾多功能上不齊全的產(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)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(chǎn)品的問世，使中國的調(diào)節(jié)閥技術和應用水平達到了九十年代末水平；它是對調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥的主流。
2 調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的作用與重要性
調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中是*的，它是組成工業(yè)自動化系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，被稱之為生產(chǎn)過程自動化的“手腳” 。如圖l-1所示氣動調(diào)節(jié)閥(又稱氣動執(zhí)行器)是以壓縮空氣為動力能源的一種自動執(zhí)行器。它具有結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、性能穩(wěn)定、價格低廉、維修方便、防火防爆等特點，不僅能與氣動調(diào)節(jié)儀表、氣動單元組合儀表配用，而且通過電－氣轉(zhuǎn)換器 圖1-1 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成或電－氣閥門定位器還能與電動調(diào)節(jié)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(yè)部門中。正由于調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡單，往往受不到重視，這是值得注意的。調(diào)節(jié)閥是直接安裝在工藝管道上，使用條件惡圖1-1 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成劣，如高溫高壓、深度冷凍、極毒、易燃、易爆、易滲透、易結(jié)晶、強腐蝕和高粘度等，它的好壞直接影響到系統(tǒng)的質(zhì)量。如果選型不當或維護不善，就會發(fā)生問題。例如，有的調(diào)節(jié)回路怎樣也穩(wěn)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(shù)特性閥芯或改變流向之后，調(diào)節(jié)品質(zhì)大有改善。又如，有些調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)持續(xù)振蕩，原因不在于調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥的泄漏將造成廠區(qū)污染，甚至造成事故等。因此，應重視調(diào)節(jié)閥的作用，加強維護和保養(yǎng)。
3 調(diào)節(jié)閥的使用功能
要正確使用調(diào)節(jié)閥，尤其是選擇調(diào)節(jié)閥，必須首先弄清楚調(diào)節(jié)閥的使用功能，做到有的放矢，方能選好所需的調(diào)節(jié)閥。
3.1 調(diào)節(jié)功能
顧名思義，調(diào)節(jié)閥的首要功能就是調(diào)節(jié)，其主要表現(xiàn)在五個方面：
1) 流量特性
流量特性是反映調(diào)節(jié)閥的開度與流量的變化關系，以適應不同的系統(tǒng)特性要求，如對流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應速度快需對數(shù)特性；對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應速度慢，需直線流量特性。流量特性反映了調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)。
2) 可調(diào)范圍R
可調(diào)范圍反映調(diào)節(jié)閥可控制的流量范圍，用R＝Qmax：Qmin之比表示。R越大，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥，R可達100～200。
3) 小開度工作性能
有些閥受到結(jié)構(gòu)的限制，小開度工作性能差，產(chǎn)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(diào)功能，即可滿足很小流量的調(diào)節(jié)，且工作又要求十分平衡，這類閥如V型球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、全功能超輕型調(diào)節(jié)閥。
4) 流量系數(shù)Kv
流量系數(shù)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(diào)節(jié)速度
滿足系統(tǒng)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(nèi)在的質(zhì)量。在閥的使用中，對國產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)類閥，泄漏量又小，允許壓差又大，這就是旋轉(zhuǎn)類閥使用越來越多的原因。3.4 防堵功能對不干凈介質(zhì)的調(diào)節(jié)或者即使是干凈介質(zhì)，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(diào)節(jié)。防堵性的是流路簡單的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)的腐蝕和沖蝕，以提高閥的使用壽命。閥的腐蝕是由介質(zhì)的化學性能引起的材質(zhì)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(zhì)、含顆粒的介質(zhì)和產(chǎn)生閃蒸被空化的介質(zhì)所致。解決的途徑是選用耐磨的材料，結(jié)構(gòu)上采用反汽蝕、反沖蝕的措施，對高壓閥、大壓差工作的調(diào)節(jié)閥、含顆粒介質(zhì)使用的調(diào)節(jié)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(zhì)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(zhì)是采用鍛件結(jié)構(gòu)；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(zhì)的強度降低，因此閥必須滿足介質(zhì)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(zhì)量且要求儀表化、輕型化、小型化。以往，人們對它不重視，現(xiàn)在正在改變。至目前，調(diào)節(jié)閥比較理想的外觀是電子式全功能超輕型調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥的功能優(yōu)劣比較
調(diào)節(jié)閥有十個大類，其九大功能具備的優(yōu)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(chǎn)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(chǎn)品，*功能有7個，切斷蝶閥會有更多的應用。故此，我們開發(fā)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(diào)節(jié)閥是*在九大功能上都為*功能的產(chǎn)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(guī)格的調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥標準與性能
5.1 調(diào)節(jié)閥新國標
氣動調(diào)節(jié)閥國標GB4213-84 《氣動調(diào)節(jié)閥通用技術條件》于1984年3月21日發(fā)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(jù)IEC標準，并結(jié)合我國具體情況而制定。原執(zhí)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(qū)；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(shù)；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(qū)、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(jù)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(guī)定為A、B……F，這6個等級，高F級以每分鐘氣泡數(shù)計。舊標準只有一個等級，高壓閥規(guī)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(shù)。其數(shù)值舊標準做了統(tǒng)一規(guī)定，新國標由制造廠自行定，更方便新產(chǎn)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(diào)節(jié)閥氣源和環(huán)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(diào)節(jié)閥，其氣源所含7 調(diào)節(jié)閥在使用中存在的主要問題調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動化儀表中使用問題多的產(chǎn)品，也是更新?lián)Q代慢的產(chǎn)品，幾十年一貫制，到現(xiàn)在，還是以五六十年代水平的產(chǎn)品―單座閥、雙座閥、套筒閥為主導產(chǎn)品(占70％左右)，可見，產(chǎn)品陳舊落后；另F方面，使用的問題也很突出。為了尋找調(diào)節(jié)閥的突破方向，在“九五”計劃的初期，筆者首先對調(diào)節(jié)閥進行了專門的問
卷調(diào)查，得到的結(jié)論是：
(1) 反映調(diào)節(jié)閥不象儀表、太笨重的占33.3％；
(2) 反映品種、規(guī)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(jīng)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(shù)小、調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(guī)格繁多：單座閥、雙座閥、套筒閥等產(chǎn)品加上壓力、溫度、特性等變型參數(shù)總計達10000多個規(guī)格，造成調(diào)節(jié)閥選型、工廠管理復雜化；
(3) 泄漏大：一是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)缺陷所致；二是沒有考慮密封的可靠性；三是執(zhí)行機構(gòu)推力不夠；
(4) 調(diào)節(jié)閥堵卡：閥的流路復雜，不干凈介質(zhì)必定造成堵卡。
歸納起來，從閥的結(jié)構(gòu)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(guī)格太多，給選型帶來了難度)。對調(diào)節(jié)閥使用中的問題分析、處理見第七篇。
8 九十年代調(diào)節(jié)閥的新發(fā)展
六十年代調(diào)節(jié)閥的發(fā)展，在國外主要是推出了套筒閥，在國內(nèi)主要是聯(lián)合設計了單座閥、雙座閥、角形閥等老產(chǎn)品；七十年代產(chǎn)生了偏心旋轉(zhuǎn)閥；八十年代主要是精小型調(diào)節(jié)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(zhì)的腐蝕問題、不干凈介質(zhì)的堵塞問題、超小流量的調(diào)節(jié)問題、0.2秒緊急動作等，但較長一段時間里，均沒有新的調(diào)節(jié)閥品種問世。直到1998年，華林公司推出了新一代產(chǎn)品——全功能超輕型調(diào)節(jié)閥，它主要針對調(diào)節(jié)閥使用存在的問題——調(diào)節(jié)閥功能不齊全、可靠性差、調(diào)節(jié)閥笨重，并對此進行立項逐一攻關的結(jié)果。它綜合了旋轉(zhuǎn)類調(diào)節(jié)閥的優(yōu)點而產(chǎn)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(chǎn)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(diào)節(jié)閥產(chǎn)生了重大突破，它使中國的調(diào)節(jié)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(chǎn)品，它必將取代老一代產(chǎn)品，成為下一世紀調(diào)節(jié)閥的應用主流。
9 調(diào)節(jié)閥三代產(chǎn)品的初步劃分從本世紀初到現(xiàn)在的七八十年的時間里，調(diào)節(jié)閥還處于*代產(chǎn)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(chǎn)品；②這代產(chǎn)品功能不齊全，不得不依靠擴充產(chǎn)品品種、變型來適應各種不同的場合，造成了品種規(guī)格繁多，對調(diào)節(jié)閥使用、計算、選型、調(diào)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(chǎn)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(chǎn)品，即以它代替*代的主導產(chǎn)品單座閥、雙座閥、套筒閥，成為第二代主導產(chǎn)品；②電子式電動全功能超輕型閥逐步取代傳統(tǒng)的因原執(zhí)行機構(gòu)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(chǎn)品的氣動閥使用為主變成以電子式電動閥為主，這代產(chǎn)品預計要10年時間(2000～2010年)。第三代產(chǎn)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(diào)節(jié)閥的品種以及對調(diào)節(jié)閥的使用要求進一步的簡化。
10 電動調(diào)節(jié)閥的應用前景
隨著電子產(chǎn)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(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，其突出的表現(xiàn)是：①可靠性*，可以在5-10年內(nèi)免維修；②重量大幅度下降，比老式的DKZ、DKJ的電動執(zhí)行機構(gòu)輕70％～80％；③外觀也得到了極大的改善；④性能提高、調(diào)整簡化、使用更加方便、簡單。值得一提的是，國內(nèi)的執(zhí)行機構(gòu)與之差距太大，仍處于六七十年代的水平。正由于電動執(zhí)行機構(gòu)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(diào)節(jié)閥，使得調(diào)節(jié)閥成為了真正意義上的第二代產(chǎn)品，到下世紀初，這種高可靠性電子式全功能超輕型調(diào)節(jié)閥必將逐步取代傳統(tǒng)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(jié)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(huán)節(jié)越多，可靠性差的因素增加)；
(3) 從經(jīng)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(xiàn)在一臺好的進口的電氣閥門定位器。

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