调节阀课程.docx
《调节阀课程.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《调节阀课程.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
调节阀课程
第一部分调节阀综述
1.调节阀的发展历程
调节阀的发展自20世纪初始至今已有七、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，其发展历程如下：
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：
80年代初由于改革开放，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——解决了传统阀一系列不可靠性因素，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。
2.调节阀在系统中的作用与重要性
调节阀在调节系统中是必不可少的，它是组成工业自动化系统的重要环节，被称之
为生产过程自动化的“手脚”。
如下图1所示。
自动调节系统的构成
气动调节阀（又称气动执行器）是以压缩空气为动力能源的一种自动执行器.它具
有结构简单、动作可靠、性能稳定、价格低廉、维修方便、防火防爆等特点，不仅能与
气动调节仪表、气动单元组合仪表配用，而且通过电－气转换器或电－气阀门定位器还
能与电动调节仪表、电动单元组合仪表配套。
它广泛地应用于化工、石油、冶金、电站、
轻纺等工业部门中。
正由于调节阀结构简单，往往受不到重视，这是值得注意的。
调节阀是直接安装在
工艺管道上，使用条件恶劣，如高温高压、深度冷冻、极毒、易燃、易爆、易渗透、易
结晶、强腐蚀和高粘度等，它的好坏直接影响到系统的质量。
如果选型不当或维护不善，
就会发生问题。
例如，有的调节回路怎样也稳定不好，一直振荡，若在选择上作了改进，
将线性特性阀芯改为对数特性阀芯或改变流向之后，调节品质大有改善。
又如，有些调
节过程中出现持续振荡，原因不在于调节器的比例度的过大或过小，而是由于阀门填料
函的干摩擦太大，动作很不灵活。
再如，调节阀的泄漏将造成厂区污染，甚至造成事故
等。
因此，应重视调节阀的作用，加强维护和保养。
3.调节阀的使用功能
要正确使用调节阀,尤其是选择调节阀,必须首先弄清楚调节阀的使用功能,做到
有的放矢,方能选好所需的调节阀。
3.1调节功能
顾名思义，调节阀的首要功能就是调节，其主要表现在五个方面：
1）流量特性
流量特性是反映调节阀的开度与流量的变化关系，以适应不同的系统特性要求，如
对流量调节系统反应速度快需对数特性；对温度调节系统反应速度慢,需直线流量特
性.流量特性反映了调节阀的调节品质。
2）可调范围R
可调范围反映调节阀可控制的流量范围，用R＝Qmax：
Qmin之比表示。
R越大，调
节流量的范围越宽,性能指标就越好.通常阀的R＝30,好的阀,如V型球阀、全功能阀,R
可达100～200。
3）小开度工作性能
有些阀受到结构的限制,小开度工作性能差,产生启跳、振荡,R变得很小（即Qmin
很大），如双座阀、衬胶蝶阀。
好的阀小开度应有微调功能，即可满足很小流量的调节，
且工作又要求十分平衡，这类阀如V型球阀、偏心旋转阀、全功能超轻型调节阀。
4）流量系数Kv
流量系数表示通过流量的能力,同口径Kv值越大越好，尤其是球阀、蝶阀、全功能
阀,它们的Kv值是单座阀、双座阀、套筒阀的2～3倍。
5）调节速度
满足系统对阀动作的速度要求。
3.2切断功能
切断由阀的泄漏量指标来表示,切断通常指泄漏量小于0.001％,它反映阀的内在的
质量.在阀的使用中,对国产阀泄漏量大的呼声反映很大。
3.3克服压差功能
它通常用阀关闭时的允许压差来表示，允许压差越大，此功能也就越好。
如果考虑
不周到，阀芯就会被压差顶开，造成阀关不到位，泄漏量超标。
因此，保证阀切断就必
须克服阀关闭时的工作压差。
通常单密封阀的允许压差小，如单座阀、角形阀、隔膜阀、
三通阀；双密封的阀和转动类的阀的允许压差大，如双座阀、套筒阀、球阀、全功能超
轻型阀。
从泄漏量与克服压差两者上看：
单密封阀泄漏小但允许压差小；双密封阀泄漏
大，允许压差大；只有旋转类阀，泄漏量又小，允许压差又大，这就是旋转类阀使用越
来越多的原因。
3.4防堵功能
对不干净介质的调节或者即使是干净介质,管道中的焊渣等杂物都可能造成阀堵塞
或被卡住,因此要求阀应有较好的防堵功能,使之正常调节.防堵性最好的是流路最简单
的旋转类阀,如球阀、蝶阀、偏心阀、全功能超轻型阀;流路复杂的阀、上下衬套导向的
阀易造成堵卡,如单座阀、双座阀、套筒阀等.旋转类阀不只是防堵功能好,而且泄漏又
小,允许压差又大,因此它的使用将会越来越广泛。
3.5耐蚀功能
抵抗介质的腐蚀和冲蚀，以提高阀的使用寿命。
阀的腐蚀是由介质的化学性能引起
的材质腐蚀问题，通常选用耐腐蚀的材料来解决；冲蚀是由高速流动的介质、含颗粒的
介质和产生闪蒸被空化的介质所致。
解决的途径是选用耐磨的材料，结构上采用反汽蚀、
反冲蚀的措施,对高压阀、大压差工作的调节阀、含颗粒介质使用的调节阀需重点考虑
此问题。
3.6耐压功能
它反映阀的强度和安全指标，即介质不能通过密封处和阀体缺陷处向外渗漏。
出厂时通常用1.5倍公称压力作试验来检验。
对高压介质最好是采用锻件结构；铸铁阀的耐压强度是最低的,通常应选铸钢阀。
3.7耐温功能
满足不同温度条件下阀的强度和性能，温度的较大变化会使阀体材质的强度降低，因此阀必须满足介质的温度变化范围的要求，使阀在工作温度下有较好的强度和安全保证。
3.8外观
反映阀的外观质量且要求仪表化、轻型化、小型化。
以往,人们对它不重视,现在正在改变。
至目前,调节阀比较理想的外观是电子式全功能超轻型调节阀（见下图）。
4 十大类调节阀的功能优劣比较
调节阀有十个大类，其九大功能具备的优劣情况如何呢？
为了减少幅面，特汇总在下表中。
功能
调节
切断
克服压差
防堵
耐蚀
耐压
耐温
重量
外观
最佳数量
直行程
单座阀
√
0
×
×
√
√
√
×
×
4
双座阀
√
×
√
×
0
√
√
×
×
4
套筒阀
√
×
√
×
0
√
√
×
×
4
角形阀
√
0
×
0
√
√
√
×
×
4
三通阀
√
0
×
×
×
√
√
×
×
3
隔膜阀
×
√
×
√
0
×
×
×
×
2
角行程
蝶阀
√
√
×
√
0
√
√
√
√
7
球阀
√
√
√
√
√
√
√
×
×
7
偏心阀
√
√
√
√
√
√
√
×
×
7
全功能阀
√
√
√
√
√
√
√
√
√
9
符号说明：
“√”表示最佳；“0”表示基本可以；“×”表示差。
从上述比较表中我们可以看出：
（1）主导产品单座阀、双座阀、套筒阀的最佳功能仅有4个，故在使用中常出问题。
（2）蝶阀是较好的产品,最佳功能有7个,切断蝶阀会有更多的应用。
故此,我们开发了球面硬密封切断蝶阀,三偏心蝶阀等高性能蝶阀，弥补了普通蝶阀泄漏大的不足。
（3）全功能超轻型调节阀是唯一在九大功能上都为最佳功能的产品，故冠名为全功能。
由此特点,它使原来上百个品种、上千个系列、上万个规格的调节阀得到大大简化，使设计院选型更加简化;使工厂管理、维护、维修、备品备件等更加简化。
5 调节阀标准与性能
气动调节阀国标GB4213-84《气动调节阀通用技术条件》于1984年3月21日发布,于1985年1月1日实施。
本标准又于1992年进行了修改,修改后的标准代号为GB/T4213-92,于1993年10月实施。
该标准主要依据IEC国际标准,并结合我国具体情况而制定.原执行的部标自新国标实施之日起作废.
新旧标准比较，主要有以下不同：
（1）新国标增加了“寿命”指标,共计14个性能指标：
1基本误差；2回差；3死区；4始终点偏差；5额定行程偏差；6泄漏量；7填料函及其它连接处的密封性：
8气室的密封性；9耐压强度；10额定流量系数；11固有流量特性；12抗振动性；13动作寿命；14外观。
（2）新国标对基本误差、回差、死区、始终点偏差、额定行程偏差分为A、B、……H、这8个等级,以便根据不同阀满足不同功能的要求选择性能成本比最佳的指标等级。
旧标准针对每种阀而确定一个唯一对应的指标,缺乏灵活性。
（3）新国标对泄漏量规定为A、B……F，这6个等级，最高F级以每分钟气泡数计。
旧标准只有一个等级，高压阀规定泄漏量为0是不符合实际的。
（4）流量特性误差检验方法，新国标增加了按斜率法检验的方法。
（5）新国标将旧标准流通能力改称流量系数。
其数值旧标准做了统一规定,新国标由制造厂自行确定,更方便新产品设计定型。
（6）对基本误差、回差的测试点由旧标准分为10个测试点改为5个测试点。
（7）新国标对调节阀气源和环境温度的要求。
气源应为清洁、干燥的空气,不含有明显的腐蚀性气体、溶剂或其他液体.带定位器的调节阀,其气源所含固体微粒数量应少于0.1g/m3,且微粒直径应大于3μm,含油量应小于1ppm。
调节阀环境温度为-25～+55℃或－40～+70℃。
调节阀工作时应满足上述要求。
定位器气源不干净是造成定位器工作不正常的主要原因，占故障率的2/3以上，应特别注意这一点.
6.1 国标对泄漏量的规定GB/T4213-92的国标标准对泄漏规定了六个等级,其具体规定见下表.其中最低级别为Ⅰ级,不作具体要求;最高级别是Ⅵ级,即为气泡级.当泄漏量大于0.5％KV值时,可免于测试。
泄漏等级
试验介质
试验程序
最大阀座泄漏量
Ⅰ
由用户与制造厂商定
Ⅱ
L或G
1
5×10-3×阀额定容量，1/h
Ⅲ
L或G
1
10-3×阀额定容量，1/h
Ⅳ
L
1或2
10-4×阀额定容量，1/h
G
1
Ⅳ－S1
L
1或2
5×10-4×阀额定容量，1/h
G
1
Ⅳ－S2
G
1
2×10-4×△P×D，1/h
Ⅴ
L
2
1.8×10-7×△P×D，1/h
Ⅵ
G
1
3×10-3×△P×（下表规定的泄漏量）
注:
①△P以KPa为单位。
②D为阀座直径，以mm为单位。
③对于可压缩流体体积流量,绝对压力为101.325KPa和绝对温度为273K的标准状态下的测定值.
④试验程序“1”表示△P＝0.35MPa、介质为水；试验程序“2”表示△P等于工作压差、介质为水或气体。
阀座直径mm
泄漏量
mL/min
每分钟气泡数
25
40
50
65
80
100
150
200
250
300
350
400
0.15
0.30
0.45
0.60
0.90
1.70
4.00
6.75
11.1
16.0
21.6
28.4
1
2
3
4
6
11
27
45
－
－
－
－
注：
①每分钟气泡数是用外径6mm、壁厚1mm的管子垂直浸入水下5～10mm深度的条件下测得的，管端表面应光滑，无倒角和毛刺。
②如果阀座直径与表列值之一相差2mm以上，则泄漏系数可假设泄漏量与阀座直径的平方成正比的情况下通过类推法取得。
额定容量按计算公式
条件
△P＜
·P1
液体
气体
Qg＝4.73Kv
表中：
Q1———液体流量，m3/h
Qg——标准状态下的气体流量，m3/h
KV———额定流量系数
Pm＝
，KPa
P1——阀前绝对压力，KPa
P2——阀后绝对压力，KPa
△P——阀前后压差，KPa
t——试验介质温度，取20℃
G——气体比重，空气＝1
相对密度（规定温度范围内的水
＝1）
6.2美国的泄漏标准
美国ANSIB16·104-1976调节阀的泄漏量标准见下表。
级别
最小泄漏量
试验介质
压力和温度
Ⅱ级
0.5％额定Cv
空气或水
工作压差△P或50磅/英寸2（3.5巴）压差
取其中较小的一个值,温度10～52℃
Ⅲ级
0.1％额定Cv
空气或水
工作压差△P或50磅/英寸2（3.5巴）压差
取其中较小的一个值,温度10～52℃
Ⅳ级
0.01％额定Cv
空气或水
工作压差△P或50磅/英寸2（3.5巴）压差
取其中较小的一个值,温度10～52℃
Ⅴ级
5×10-12m3/秒/巴（压差）/mm
阀座直径（公制）
水
工作压差△P或50磅，温度10～52℃
Ⅵ级
阀座直径
汽泡/分
ml/分
空气或氮气
工作压差△P或50磅/英寸2（3.5巴）压差
取其中较小的一个值,温度10～52℃
3"
76
6
0.90
4"
102
27
1.70
6"
152
27
4.00
8"
203
45
6.3 泄漏标准的细分和定量概念
我们认为，上述标准划分还不够细腻，特别是Ⅳ级密封～Ⅴ级密封，其泄漏率由10-4突然跳跃到10-7，猛增1000倍。
为此，笔者认为应将泄漏标准与切断的关系进一步细分。
切断的等级与泄漏率见下表。
同时,为了有一个量的概念,现列举Kv＝100（双座阀DN100、单座阀DN80～100、套筒阀DN100、V型球阀DN50、全功能阀DN50时的Kv值100）时,试验△P＝0.35MPa、介质为水,每分钟在不同等级时的泄漏量（g/min）也列举在下表中。
切断等级
一般切断
较严密切断
严密切断
完全切断
10-4
10-5
10-6
10-7
10-8
微气泡级
Kv＝100、△P＝0.35MPa
介质为水，每分钟的泄漏量 克／分
310
31
3.1
0.31
0.031
标准中的Ⅵ级
数气泡
转化为：
滴水／分
4650
465
46
4.6
0.46
/
注：
lg≈15滴水
7 调节阀在使用中存在的主要问题
调节阀是工业自动化仪表中使用问题最多的产品,也是更新换代最慢的产品,几十年一贯制,到现在,还是以五六十年代水平的产品―单座阀、双座阀、套筒阀为主导产品（占70％左右）,可见,产品陈旧落后;另―方面,使用的问题也很突出.为了寻找调节阀的突破方向,在"九五"计划的初期,笔者首先对调节阀进行了专门的问卷调查,得到的结论是：
（1）反映调节阀不象仪表、太笨重的占33.3％；
（2）反映品种、规格繁多，选型复杂、工厂管理复杂、维护工作量大的占67.1％；
（3）反映泄漏大的占42.5％；
（4）反映经常堵卡、动作迟钝的占25.8％；
（5）反映寿命短的占13.7％；
（6）反映推力不够、阀关不严的占9.6％；
（7）反映流量系数小、调节范围小的占5.2％；
（8）反映阀外漏的占4.3％；
（9）反映振动、振荡、啸叫的占1.7％。
在对上述存在问题作进一步的归纳分析后，得出最突出的问题有四个：
（1）笨重:
回头看一下调节阀的重量,一台DN200的阀重700～800公斤,一台DN300的阀重900～1000公斤,对它们的运输、安装、维护都必须要用吊车才能够进行，用户对此反映极为强烈；
（2）品种规格繁多:
单座阀、双座阀、套筒阀等产品加上压力、温度、特性等变型参数总计达10000多个规格，造成调节阀选型、工厂管理复杂化；
（3）泄漏大：
一是产品结构缺陷所致;二是没有考虑密封的可靠性;三是执行机构推力不够
（4）调节阀堵卡：
阀的流路复杂，不干净介质必定造成堵卡。
归纳起来,从阀的结构上找原因,主要是片面地追求出厂性能,忽视了阀的可靠性;从使用上找原因,阀的选型不全面（也怪阀的品种规格太多,给选型带来了难度）。
对调节阀使用中的问题分析、处理见第七篇
8九十年代调节阀的新发展
六十年代调节阀的发展，在国外主要是推出了套筒阀，在国内主要是联合设计了单座阀、双座阀、角形阀等老产品；七十年代产生了偏心旋转阀；八十年代主要是精小型调节阀；九十年代主要是解决特殊疑难阀的使用问题，以往在使用上的老大难相继被解决，如高压阀的汽蚀问题、强腐蚀介质的腐蚀问题、不干净介质的堵塞问题、超小流量的调节问题、0.2秒紧急动作等,但较长一段时间里，均没有新的调节阀品种问世。
直到1998年，华林公司推出了新一代产品——全功能超轻型调节阀，它主要针对调节阀使用存在的问题——调节阀功能不齐全、可靠性差、调节阀笨重，并对此进行立项逐一攻关的结果。
它综合了旋转类调节阀的优点而产生的又一新品种，具有功能齐全（故称全功能）、重量轻（比单、双座阀、套筒阀等老产品轻70％～80％,比80年代的精小型阀还轻40％～50％，故称超轻型）、高可靠性的特点，对整个调节阀产生了重大突破,它使中国的调节阀水平大大地提高，并缩短了与国外的差距。
作为新的一代产品，它必将取代老一代产品，成为下一世纪调节阀的应用主流。
9调节阀三代产品的初步划分
从本世纪初到现在的七八十年的时间里，调节阀还处于第一代产品的水平上。
其特征是：
①以六、七十年代水平的单座阀、双座阀、套筒阀为主导产品；
②这代产品功能不齐全，不得不依靠扩充产品品种、变型来适应各种不同的场合，造成了品种规格繁多，对调节阀使用、计算、选型、调校、维护、备件等要求特别高；
③可靠性差，使用的问题多；
④十分笨重。
第二代产品将从可靠性、功能、重量上得到突破。
其特征是：
①全功能超轻型阀代替众多可靠性差、功能不齐全、又十分笨重的产品，即以它代替第一代的主导产品单座阀、双座阀、套筒阀，成为第二代主导产品；
②电子式电动全功能超轻型阀逐步取代传统的因原执行机构可靠性差，不得不采用的“气动阀+电气阀门定位器+气源”的组合方式，从第二代产品的气动阀使用为主变成以电子式电动阀为主，这代产品预计要10年时间（2000～2010年）。
第三代产品就是智能化。
在应用上的特点是：
①与计算机接口；
②可靠性更加提高，故障率进一步下降；
③调节阀的品种以及对调节阀的使用要求进一步的简化.
10电动调节阀的应用前景
随着电子产品不断进步，尤其是可靠性的进一步提高，使得九十年代国外电动执行机构产生了质的飞跃，其突出的表现是：
①可靠性极高，可以在5-10年内免维修；②重量大幅度下降，比老式的DKZ、DKJ的电动执行机构轻70％～80％；③外观也得到了极大的改善；④性能提高、调整简化、使用更加方便、简单。
值得一提的是，国内的执行机构与之差距太大，仍处于六七十年代的水平。
正由于电动执行机构的可靠性得到了根本上的解决，配上高可靠性的全功能超轻型调节阀，使得调节阀成为了真正意义上的第二代产品，到下世纪初，这种高可靠性电子式全功能超轻型调节阀必将逐步取代传统的“气动阀+电气阀门定位器+气源”的组合方式。
除上述高可靠、全功能、超轻型的特点外，还将带来如下好处：
（1）用电源既方便又节约，省去了建立气源站的一系列费用；
（2）用“气动阀+电气阀门定位器+气源”的复杂方式，它不只是增加了费用，反而带来了可靠性的下降（环节越多，可靠性差的因素增加）；
（3）从经济性上看，除省去气源站的费用外，还省去电气阀门定位器的费用：
现在一台好的进口的电气阀门定位器,通常在5000～6000元以上,更好的在8000～10000的价位上,而这个价位基本上可购回上述高可靠的电子式执行机构；
（4）环节减少了，相应减少了维修工作量。
第二部分调节阀部件的定义
执行机构弹簧（Actuaforspring）：
引起执行机构推杆移动的方向与膜片压力引起执行
机构推杆移动的方向相反的弹簧。
执行机构推杆（Actuaforstern）：
连在膜片板上的棒状伸出杆，可方便地与外部连接。
球（Ball）：
在球阀中的阀门截流件。
球阀（BallValve）：
利用一个可以旋转的球形截流件的调节阀，在球上开中心孔，V形
口或等高窗口，以获得各种各样的流量特性。
把该零件旋转到适当的位置．可以开、关
或控制流量。
波纹管密封上阀盖（BellowsSealBounet）；采用波纹管密封，以防止被控制的流体沿
着阀芯杆泄漏出来的上阀盖。
上阀盖（Bonnet）：
上阀盖组合件的主要部分，不包括密封装置。
上阀盖组合件（BonnetAssembly）：
包括阀芯杆移动穿过的零件和防止沿着阀杆上泄
漏出来的密封装置的组合件。
它通常用于安装执行机构。
由填料或波纹管构成防泄漏密
封。
一个上阀盖组合件可包括一个填料注油器组合件，它可带或不带隔断阀。
散热片或
伸长型上阀盖可以用来在阀体和密封装置之间保持一个温度差。
下法兰（BonnetFlange）：
该零件用于封闭开在上阀盖对面的阀体的接口。
做为三通
阀使用时，这可供连接附加的流路。
它可以包括一个导向衬套，然而做为三通阀时也可
以带一个阀座。
蝶阀（ButterflyValve）：
利用一个可以旋转的阀盘或阀板做阀门截流件的一种调节
阀。
套筒（Cage）：
为一个空心圆筒形
升级会员 