概述

調(diào)節(jié)閥是組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個(gè)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(dòng)化水平的不斷提高,調(diào)節(jié)閥的品種、規(guī)格日益增長(zhǎng)，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(shí)代，在工程設(shè)計(jì)中，調(diào)節(jié)閥的選型和計(jì)算是個(gè)關(guān)鍵問題，直接關(guān)系到自動(dòng)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(shí)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(duì)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(shí)，溫度5°C ~ 40°C的水每小時(shí)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(jì)算，就可以確定選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。

相對(duì)流量系數(shù)定義為相對(duì)行程下的流量系數(shù)與額定流量系數(shù)之比。  通過計(jì)算閥門相對(duì)系數(shù)，對(duì)比閥門的流量特性曲線，可計(jì)算閥的相對(duì)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(duì)流量與相對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)流量與閥芯相對(duì)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(shí)流量相對(duì)變化大，靈敏度高，不易控制，甚至發(fā)生振蕩;而在開度大時(shí)，流量相對(duì)變化值小，調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時(shí)。要克服這一擾動(dòng)， 希望調(diào)節(jié)閥動(dòng)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(duì)一般調(diào)節(jié) 系統(tǒng)來說，希望在小負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)作用抑制一一些，大負(fù)荷時(shí)，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(shí)，流量變化小;流量大時(shí)，流量變化大。因此，在小開度時(shí)，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(shí)，放大系數(shù)大，調(diào)節(jié)靈敏有效，這樣有利于自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，閥門的壓差總是變化的，這時(shí)流量特性稱為工作流量特性。因?yàn)檎{(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(shí)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(shí)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(shí)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(hào)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(hào)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(hào)量程的百分?jǐn)?shù)表示。這里需要注意的是，我們?cè)跍y(cè)試閥門死區(qū)的時(shí)候，一般對(duì)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(dòng)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(shí)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(shí)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(duì)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(chǎng)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(shí)，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(dòng);

●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(shí)，套筒、閥芯形狀基本致，故熱膨脹影響小;

●使用壽命長(zhǎng)，由于閥芯底部為平面，在產(chǎn)生氣蝕時(shí)，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(dòng)對(duì)密封面的沖刷也大為減少，所以套簡(jiǎn)閥的使用壽命比單座閥長(zhǎng);

●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(dòng)也小于單座閥(因套筒與閥芯有較大較長(zhǎng)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(chǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)單、體積最小、重量最輕，口徑和價(jià)格比小，特別適合大口徑;流路簡(jiǎn)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(chǎng)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(jià)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(dòng)實(shí)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(dòng)、電動(dòng)等驅(qū)動(dòng)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(dòng)采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，將閥桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)，從而改變節(jié)流面積，以實(shí)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(jì)并設(shè)置導(dǎo)流罩，有效疏導(dǎo)流體;活塞設(shè)計(jì)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(dòng)，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(duì)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(dòng)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(dòng)控制閥》。

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

近年來，用戶對(duì)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

氣動(dòng)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(dòng)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(guó)內(nèi)外電動(dòng)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)而言，國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)精度般在2%左右，引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的”般在1.5%左右，國(guó)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(dòng)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(jiǎn)單高效的齒輪傳動(dòng)，可以保證控制精度≤0.1%。

電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制精度除了與電動(dòng)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(tái)DN25的電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用的是某國(guó)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(shí)，按GB/T10869《電站調(diào)節(jié)閥》中要求對(duì)該閥門進(jìn)行額定行程偏差的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為3%，不符合協(xié)議要求。后將閥門與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)給該電動(dòng)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(duì)小行程的調(diào)節(jié)閥， 該現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。 最后在原電動(dòng)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(dòng)的進(jìn)口電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之后，控制精度滿足1%的要求。

結(jié)束語(yǔ)

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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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