概述

調(diào)節(jié)閥是組成自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)。它廣泛使用于化工、石油、電力、冶金、建材、輕工等工業(yè)部門，以及近年來迅猛發(fā)展的樓宇控制、環(huán)保工程、城市煤氣等新的控制領(lǐng)域。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化水平的不斷提高,調(diào)節(jié)閥的品種、規(guī)格日益增長，調(diào)節(jié)工況也越來越復(fù)雜。在重視高效率、低消耗、高品質(zhì)的當(dāng)今時代，在工程設(shè)計中，調(diào)節(jié)閥的選型和計算是個關(guān)鍵問題，直接關(guān)系到自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量，工業(yè)生產(chǎn)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，因此必須給子足夠的重視。

調(diào)節(jié)閥的性能指標(biāo)

調(diào)節(jié)閥的性能指標(biāo)除了強(qiáng)度、密封、外觀等指標(biāo)外，還有它的特殊性能指標(biāo)，如流量系數(shù)、流量特性、可調(diào)比、控制精度等等。

(1)流量系數(shù)

流量系數(shù)表示流體流經(jīng)閥門產(chǎn)生單位壓力損失時流體的流量，是衡量閥門流通能力的指標(biāo)?？煞譃轭~定流量系數(shù)Kv和相對流量系數(shù)P。

額定流量系數(shù)Kv定義為調(diào)節(jié)閥兩端壓差為0.1MPa時，溫度5°C ~ 40°C的水每小時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的立方米數(shù)，以m/h表示。額定流量系數(shù)隨閥門尺寸、形式及結(jié)構(gòu)而變化，Kv值是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)，它反映調(diào)節(jié)閥通過流體的能力，也就是調(diào)節(jié)閥的容量。根據(jù)調(diào)節(jié)閥工況Kv值的計算，就可以確定選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。

相對流量系數(shù)定義為相對行程下的流量系數(shù)與額定流量系數(shù)之比。  通過計算閥門相對系數(shù)，對比閥門的流量特性曲線，可計算閥的相對開度。

(2)流量特性

調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥門的相對流量與相對位移之間的關(guān)系。通常來說，改變調(diào)節(jié)閥的閥芯與閥座之間的流通截面積，便可控制流量。但在實際工況中，由于多種因素的影響，通過閥門的流量可能隨壓降而變化。為了便于分析，設(shè)定閥的壓降不變，然后再引申到真實情況進(jìn)行分析，前者稱為固有流量特性，后者稱為工作流量特性。

固有流量特性主要有直線、等百分比、拋物線及快開特性。而直線和等百分比在實際運(yùn)用中更為常見。

直線流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對流量與閥芯相對位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。具有此特性的閥門在開度小時流量相對變化大，靈敏度高，不易控制，甚至發(fā)生振蕩;而在開度大時，流量相對變化值小，調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時。要克服這一擾動， 希望調(diào)節(jié)閥動作所引起的流量變化量要大-一些，否則變化的流量值較之原始流量小，使調(diào)節(jié)作用微弱，不夠靈敏，不利于系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此對一般調(diào)節(jié) 系統(tǒng)來說，希望在小負(fù)荷時，調(diào)節(jié)作用抑制一一些，大負(fù)荷時，調(diào)節(jié)作用加強(qiáng)些，這就靠調(diào)節(jié)閥的流量特性來補(bǔ)償，直線流量特性不能滿足這點(diǎn)要求，因此就產(chǎn)生了等百分比及其它流量特性。

等百分比流量特性的曲線斜率即放大系數(shù)是隨行程的增大而遞增的，在同樣的行程變化值下，流量小時，流量變化小;流量大時，流量變化大。因此，在小開度時，調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)小，調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和;在大開度時，放大系數(shù)大，調(diào)節(jié)靈敏有效，這樣有利于自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作。

在實際生產(chǎn)過程中，閥門的壓差總是變化的，這時流量特性稱為工作流量特性。因為調(diào)節(jié)閥往往和工藝設(shè)備、管道等串聯(lián)或并聯(lián)適用，流量因阻力損失的變化而變化，在實際工作中因閥門前后壓差的變化而使理想流量特性畸變成工作特性。

 (3)可調(diào)比

調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比就是調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量之比，可調(diào)比也被稱為可調(diào)范圍。需要注意的是，這里說的最小流量和泄漏量含義不同，最小流量是指可調(diào)流量的下限值，它一般為最大流量的2%~4%，而泄漏量是閥全關(guān)時泄漏的量，它僅為最大流量的0.1%~0.01%。

( 4)控制精度

調(diào)節(jié)閥的控制精度一般可分為基本誤差、回差、死區(qū)等。

基本誤差是指調(diào)節(jié)閥的實際上升、下降特性曲線與規(guī)定的特性曲線之間的最大偏差。用調(diào)節(jié)閥額定行程的百分?jǐn)?shù)表示。

回差為同一輸入信號上升和下降的兩相應(yīng)行程值間的最大差值。用調(diào)節(jié)閥額定行程的百分?jǐn)?shù)表示。

死區(qū)是輸入信號正、反方向的變化不致引起閥門流量有任何可察覺變化的有限區(qū)間。死區(qū)用調(diào)節(jié)閥輸入信號量程的百分?jǐn)?shù)表示。這里需要注意的是，我們在測試閥門死區(qū)的時候，一般對閥門流量的變化難以控制，我們可以從閥桿的升降(旋轉(zhuǎn))來作為流量變化的依據(jù)。

調(diào)節(jié)閥分類

調(diào)節(jié)閥按閥門結(jié)構(gòu)分類，常見的可分直通單座調(diào)節(jié)閥、套筒調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)蝶閥、V形球閥、活塞式調(diào)節(jié)閥，等等。

(1)單座調(diào)節(jié)閥是種常見的調(diào)節(jié)閥，它是由閥體、上閥蓋、閥座、壓套、導(dǎo)向套、閥芯、閥桿、填料、填料壓套、填料壓板等組成的。閥芯和閥桿連接在一起，連接方法可用緊配合銷釘固定或螺紋連接銷釘固定。閥體內(nèi)設(shè)有導(dǎo)向套，為閥芯移動起導(dǎo)向作用。

單座調(diào)節(jié)閥其主要特點(diǎn)有:

●泄漏量小，容易實現(xiàn)嚴(yán)格的密封和切斷，例如，可采用金屬與金屬的硬密封，或金屬與聚四氟乙烯及其他復(fù)合材料的軟密封;

●維修方便，閥座被壓套、導(dǎo)向套通過上閥蓋壓緊在閥體上，不像蝶閥、V形球閥那樣，閥座或閥座支撐圈是通過螺紋或螺釘壓緊在閥體上，因此拆裝非常方便，而且拆裝閥座時閥體可不從管道上卸下來;

●允許壓差小;

●流通能力小;

●由于流體介質(zhì)對閥芯的推力大，即不平衡力大，因此，在高壓差、大口徑的應(yīng)用場合，不宜采用直通單座閥。

(2)套筒調(diào)節(jié)閥是上世紀(jì)六十年代發(fā)展起來的新品種，它除了有單座調(diào)節(jié)閥維修方便等優(yōu)點(diǎn)外，在穩(wěn)定性、壽命、使用壓差等方面又優(yōu)于單座調(diào)節(jié)閥，因此它已成為調(diào)節(jié)閥的主流。它是由閥體、上閥蓋、閥座、套筒、套筒密封環(huán)、閥芯、閥桿、填料、填料壓套、填料壓板等組成的。閥芯和閥桿連接在一起，連接方法可用緊配合銷釘固定或螺紋連接銷釘固定。

套筒調(diào)節(jié)閥與單座調(diào)節(jié)閥相比，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

穩(wěn)定性好。由于套筒調(diào)節(jié)閥套筒上的平衡孔，可以減少介質(zhì)作用在閥芯上的不平衡力（其不平衡力面積約為閥桿的截面積）。同時，套筒與閥芯間導(dǎo)向面大，因此不易引起加之不平衡力變化較小，閥芯振動;

●互換性和通用性強(qiáng)，只要更換套筒，就可以得到不同的流量系數(shù)和不同的流量特性;

●許用壓差大，熱膨脹影響小，從平衡原理上看，帶平衡孔的套筒閥的不平衡力面積小，因此許用壓差大。又由于套筒、閥芯采用同-種材料制成，溫度變化引起的膨脹基本-一樣， 同時，套筒、閥芯形狀基本致，故熱膨脹影響小;

●使用壽命長，由于閥芯底部為平面，在產(chǎn)生氣蝕時，氣泡破裂產(chǎn)生的沖擊波作用在閥芯下面的空間內(nèi)，沖擊能量沒有作用在閥芯上而是被介質(zhì)自身吸收。而單座閥沖擊能量卻直接作用在其閥芯頭部，因此套筒調(diào)節(jié)閥氣蝕的破壞比單座閥小。另方面，套筒密封面與節(jié)流面(窗口)分開，介質(zhì)高速流動對密封面的沖刷也大為減少，所以套簡閥的使用壽命比單座閥長;

●噪音低，在產(chǎn)生閃蒸的情況下，由于套筒閥氣蝕破壞小，加之的振動也小于單座閥(因套筒與閥芯有較大較長的導(dǎo)向)，所以它比單座調(diào)節(jié)閥的噪音要低10分貝以上。

但因較單座調(diào)節(jié)閥多了-道套筒和閥芯之間的密封，無論這里采用高性能密封環(huán)還是碳纖維導(dǎo)向密封環(huán)，都有-一定的使用壽命限制,并且泄漏量也比單座調(diào)節(jié)閥要大。套筒和閥芯間留有一定的間隙，顆粒介質(zhì)容易進(jìn)入間隙，造成閥芯、套筒的拉傷、卡死，故套筒調(diào)節(jié)閥不適用在含顆粒介質(zhì)的場合。

(3)調(diào)節(jié)蝶閥(見圖3)又稱翻板閥，相當(dāng)于用-段管道來做閥體，中間蝶板節(jié)流，結(jié)構(gòu)簡單。它由閥體、蝶板、閥桿和填料等部件組成。與單座、套筒調(diào)節(jié)閥相比，其主要優(yōu)點(diǎn)有:結(jié)構(gòu)最簡單、體積最小、重量最輕，口徑和價格比小，特別適合大口徑;流路簡單，流阻小，流通能力大，能很好的利用節(jié)流的沖刷，防堵性能好，適合用在帶有懸浮物流體的場合。

調(diào)節(jié)蝶閥一般泄漏量較大，但也有高性能、低泄漏量的蝶閥結(jié)構(gòu)。它的流量特性在轉(zhuǎn)角20°~60°與等百分比特性相似，20°之前調(diào)節(jié)特性差，60以后轉(zhuǎn)矩增大，工作不穩(wěn)定，特性變差，所以調(diào)節(jié)閥蝶閥常在20° ~ 60°轉(zhuǎn)角范圍之內(nèi)使用。

      (4) V形球閥(見圖4)屬于固定球閥，也是單閥座密封球閥，它是由閥體成V形閥芯的扇形球體上有V形開口或瓶物線開口，兩邊支承在上下閥桿上用于V形球閥。隨著球的旋轉(zhuǎn)，開口面積不斷的發(fā)生改變，但開口面的形狀的終保持為三角形。當(dāng)V形口旋轉(zhuǎn)到閥化內(nèi)，球體和閥體中的密封圈緊密接觸V形開口的球體，也可以改良為U形開口，以增加流通能力，它的流量特性是改良的等百分比曲線。

與單座、套筒調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)蝶閥相比，其主要優(yōu)點(diǎn)為: V形口與閥座之間有剪切作用，可以切斷纖維狀的流體，如紙漿、纖維、含顆粒的介質(zhì)，關(guān)閉性能好;流通能力大，比同口徑的普通閥高兩倍;流量特性近似等百分比特性，可調(diào)比大，可高達(dá)300:1 (單座調(diào)節(jié)閥、套筒調(diào)節(jié)閥-一般為50:1,調(diào)節(jié)蝶閥-般為30;1 ) ;但V形球閥使用溫度、壓力的極限受到內(nèi)件材料的限制，也不適用于腐蝕性流體，其成本造價也比一般的閥門要高。

(5)活塞式調(diào)節(jié)閥活塞式調(diào)市閥的調(diào)節(jié)功能是靠生似于圓筒形的活塞在閥腔內(nèi)沿輔向移動實現(xiàn)的。閥門主要由閥體部件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，閥體部件包括:閥體、活塞、閥桿、導(dǎo)流罩、鼠籠筒、曲柄、連桿等，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可采用液動、電動等驅(qū)動方式。

活塞式調(diào)節(jié)閥的閥體由內(nèi)外兩層組成，流體從兩層之間的環(huán)形流道流過，閥門驅(qū)動采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，將閥桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為活塞的軸向位移。活塞在閥體內(nèi)圓筒里沿管路中心作軸向運(yùn)動，從而改變節(jié)流面積，以實現(xiàn)控制調(diào)節(jié)功能，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。

活塞式調(diào)節(jié)閥主要有以下方面的特點(diǎn):閥體為鑄造圓筒結(jié)構(gòu)，承壓性能好;閥體內(nèi)腔的流線型設(shè)計并設(shè)置導(dǎo)流罩，有效疏導(dǎo)流體;活塞設(shè)計為平衡式結(jié)構(gòu)，無前后壓差引起的不平衡力:流體在通過閥門的過程中順管道軸向向流動，而且流向基本不發(fā)生改變，有效減小流道流阻，增大閥門流通能力;無論活塞在何位置，閥腔內(nèi)的水流斷面始終為環(huán)狀，在出口處向軸心收縮，從而避免因節(jié)流而可能產(chǎn)生的空化對閥體和管道的破壞:鼠籠筒可布置不同的開窗結(jié)構(gòu)，滿足不同的流量調(diào)節(jié)特性。

調(diào)節(jié)閥控制精度

常見精度要求的調(diào)節(jié)閥標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 4213-2008《氣動調(diào)節(jié)閥》; GB/T 10869- 2008《電站調(diào)節(jié)閥》; JB/T7387- 2014《工業(yè)過程控制系統(tǒng)用電動控制閥》。

一般氣動調(diào)節(jié)閥的精度要求在1.5% ~ 2%之間，電動調(diào)節(jié)閥在1% ~ 2.5%之間。

近年來，用戶對調(diào)節(jié)閥的控制精度要求越來越高了，比如精度≤0.5%的要求。調(diào)節(jié)閥的控制精度除了和閥門的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，也和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有關(guān)系。

調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)影響控制精度的主要因素有執(zhí)行器內(nèi)的彈簧精度和控制閥門的定位器精度。電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)影響控制精度的主要因素有傳感器、比例閥(伺服閥)和控制箱。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)影響控制精度的主要因素有齒輪間隙、傳感器等。

現(xiàn)在國內(nèi)外電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)精度還是區(qū)別很大的，就調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)而言，國內(nèi)自主研發(fā)的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)精度般在2%左右，引進(jìn)國外技術(shù)的”般在1.5%左右，國外進(jìn)口品牌一般在1%左右。目前而言，市面上精度比較高的進(jìn)口電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如采用雙傳感器技術(shù)、直流無刷電機(jī)和簡單高效的齒輪傳動，可以保證控制精度≤0.1%。

電動調(diào)節(jié)閥的控制精度除了與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有關(guān)，與其額定行程亦有很大關(guān)系。某公司生產(chǎn)一臺DN25的電動單座調(diào)節(jié)閥時，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用的是某國內(nèi)一線的品牌，其樣本上寫著控制精度≤1%。后裝配調(diào)試時，按GB/T10869《電站調(diào)節(jié)閥》中要求對該閥門進(jìn)行額定行程偏差的測試，測試結(jié)果為3%，不符合協(xié)議要求。后將閥門與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)給該電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)廠家調(diào)試，調(diào)試結(jié)果也大致一樣。 后該廠家在澄清函中解釋，由于該閥門額定行程只有25mm,執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力絲桿和軸套間的螺紋間隙;軸套和內(nèi)部雙軸承之間的間隙;絲桿上止推棒與止推棒內(nèi)孔的間隙;還有閥桿與執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿的螺紋間隙，這些間隙加起來如果有1mm,那就占總行程的4%，針對小行程的調(diào)節(jié)閥， 該現(xiàn)象時有發(fā)生。 最后在原電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法滿足精度要求的情況下，在更換了高效齒輪傳動的進(jìn)口電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)之后，控制精度滿足1%的要求。

結(jié)束語

正確選用調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)控制平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵， 在控制過程中，需綜合考慮各 方面因素的影響。在保證工況的情況下，選擇最經(jīng)濟(jì)的閥門類型和最合適的控制方式才能使產(chǎn)品具有更強(qiáng)的市場競爭力。

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