調(diào)節(jié)閥構(gòu)造、類型、用途、優(yōu)劣以及作用

調(diào)節(jié)閥

國際電工委員會 IEC 對調(diào)節(jié)閥（國外稱控制閥 Control Valve）的定義為：“工業(yè)過程控制系統(tǒng)中由動力操作的裝置形成的終端元件，它包括一個閥體部件，內(nèi)部有一個改變過程流體流率的組件，閥體部件又與一個或多個執(zhí)行機構(gòu)相連。執(zhí)行機構(gòu)用來響應(yīng)控制元件送來的信號。”可見，調(diào)節(jié)閥是由執(zhí)行機構(gòu)和閥體部件兩部分組成，即：

調(diào)節(jié)閥＝執(zhí)行機構(gòu)+閥體部件+附件

其中，執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動裝置，它按信號壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿產(chǎn)生相應(yīng)的位移，從而帶動調(diào)節(jié)閥的閥芯動作；閥體部件是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部份，它直接與介質(zhì)接觸，通過執(zhí)行機構(gòu)推桿的位移，改變調(diào)節(jié)閥的節(jié)流面積，達到調(diào)節(jié)的目的。

調(diào)節(jié)閥按其能源方式不同主要分為氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥、液動調(diào)節(jié)閥三大類。它們的差別在于所配的執(zhí)行機構(gòu)上。前者配的是氣動執(zhí)行機構(gòu)，中間一種配的是電動執(zhí)行機構(gòu)，后者配的是液動執(zhí)行機構(gòu)。

氣動調(diào)節(jié)閥剖面結(jié)構(gòu)圖

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)中是必不可少的，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 下圖所示：

圖1-1 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成

調(diào)節(jié)閥的功能

1 、調(diào)節(jié)功能

　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(guān)系，以適應(yīng)不同的系統(tǒng)特性要求，如對流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應(yīng)速度快需對數(shù)特性；對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應(yīng)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(biāo)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)，如雙座閥、襯膠蝶閥。好的閥小開度應(yīng)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)Cv或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，它們的Cv/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。

2 、切斷功能

切斷功能由閥的泄漏量指標(biāo)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 、克服壓差功能

它通常用閥關(guān)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(guān)不到位，泄漏量超標(biāo)。因此，保證閥切斷就必須克服閥關(guān)閉時的工作壓差。

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(yīng)有較好的防堵功能，使之正常調(diào)節(jié)。防堵性好的是流路簡單的單座角閥和旋轉(zhuǎn)類閥，如球閥、蝶閥、偏心閥；流路復(fù)雜的閥、上下襯套導(dǎo)向的閥，迷宮式多級降壓閥易造成堵卡。

5、 耐蝕功能

抵抗介質(zhì)的腐蝕和沖蝕和氣蝕，以提高閥的使用壽命。閥的腐蝕是由介質(zhì)的化學(xué)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)所致。解決的途徑是選用耐磨的材料，如堆焊斯泰萊合金或碳化鎢。氣蝕則要在機構(gòu)結(jié)構(gòu)上采用反汽蝕措施，對高壓閥、大壓差工作的調(diào)節(jié)閥 要采用多級降壓的形式。

6 、耐壓功能

它反映閥的強度和安全指標(biāo)，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)好是采用鍛件結(jié)構(gòu)；鑄鐵閥的耐壓強度是低的，通常應(yīng)選鑄鋼閥。

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。

8 、外觀和重量

反映閥的外觀質(zhì)量且要求儀表化、輕型化、小型化。其重量應(yīng)越輕越好，以方便使用，如起吊、安裝、維護等。

各類調(diào)節(jié)閥的功能優(yōu)劣比較

符號說明：“√”表示佳；“0”表示基本可以；“×”表示差。

調(diào)節(jié)閥性能指標(biāo)

依據(jù)氣動調(diào)節(jié)閥的國標(biāo)：GB/T4213-92，共計14個性能指標(biāo)：

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。

對調(diào)節(jié)閥氣源和環(huán)境溫度的要求

氣源應(yīng)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，其氣源所含固體微粒數(shù)量應(yīng)少于0.1g/m，且微粒直徑應(yīng)大于3μm，含油量應(yīng)小于1ppm。

定位器氣源不干凈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，應(yīng)特別注意這一點。

調(diào)節(jié)閥環(huán)境溫度為-25～+55℃或－40～+70℃。

調(diào)節(jié)閥工作時應(yīng)滿足上述要求。

波紋管調(diào)節(jié)閥

有毒性、易揮發(fā)或貴重的流體不允許其泄漏時、高真空應(yīng)用時或按環(huán)保清新空氣要求（EPA、TA-Luft認證）時，以及核工業(yè)、石化等領(lǐng)域的特殊應(yīng)用時，不能用徑向環(huán)縫的填料密封，使用金屬波紋管密封來實現(xiàn)“零泄漏”要求。

控制閥波紋管密封是應(yīng)用波紋管組件，將其下端通常是焊接固定在閥桿上，上端固定在延長閥蓋上并被壓緊密封，為閥桿與閥內(nèi)的過程介質(zhì)之間提供一個可軸向變形的金屬隔離套，形成動密封，以實現(xiàn)閥桿處的“零泄漏”，而且閥桿提升動作無摩擦。輔助常規(guī)的閥桿填料后備被作為雙重保護，以防止萬一波紋管破裂或失效時產(chǎn)生外漏。一般都設(shè)計有泄漏檢查接口，必要時也可利用這個接口注入密封液/隔離液，也可以安裝泄漏開關(guān)/傳感器。

金屬波紋管（Metal bellows）是一種彈性、薄壁、有多個橫向波紋的管殼零件（以下簡稱波紋管），可制成單層或多層。

波紋管有三種制造方法：機械成形、液壓成形、焊接。 

用機械成形方法制造的波紋管，其波紋是在金屬薄壁管上用旋轉(zhuǎn)工具或模具單個波紋連續(xù)地加工成形，可根據(jù)需要制成單層或多層波紋管。管材一般選不銹鋼材料的冷拔薄壁管（無縫管）和用薄板卷焊成的薄壁管（焊縫管），這也是影響波紋管使用壽命和效果的重要因素。由軋制帶材、板材經(jīng)熔融焊接的薄壁管（焊縫管）制成的波紋管要明顯強于無縫薄管（無縫管）制成的波紋管，循環(huán)壽命有數(shù)量級之差。

應(yīng)用液壓成形方法制造的波紋管，是將金屬薄壁管裝在模具中，從其內(nèi)部施加液壓，同時軸向壓縮金 屬管而制造出波紋管。管材選用同于機械成形方法，也是選用冷拔薄壁管和用薄板卷焊成的薄壁管應(yīng)用焊接方法制造的波紋管，是將多個環(huán)形彈性金屬膜片的外邊緣和內(nèi)邊緣分別交替地焊接在一起制成波紋管。

對于機械成形的U型波紋管，每個波紋比焊接波紋管的單個旋圈要占用更多空間高度，在相同位移（行程）下要比焊接波紋管的長度大得多，約3倍左右，需要的延長閥蓋更長。但U型波紋不會像焊接波紋管那樣容易將工藝物料殘留在褶皺層內(nèi)，強度也大，耐壓力高，循環(huán)壽命也比較長。

在全行程，工作壓力和溫度下，焊接型波紋管密封的循環(huán)壽命為1萬次，額定循環(huán)壽命都在10萬次循環(huán)次數(shù)以上。

波紋管主要性能

1、剛度

波紋管的剛度是使波紋管產(chǎn)生單位位移所需要的力，按載荷與位移性質(zhì)不同可有軸向剛度、彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度等，在實際應(yīng)用中重要的是軸向剛度。對于軸向剛度，是反映波紋管靈敏度的一個參數(shù)，剛度越大靈敏度越差。軸向剛度也與波紋數(shù)成反比。

2、位移 

波紋管的位移是其壓緊位移和伸張位移之和，與其波紋數(shù)成正比（單波紋位移乘以波紋總數(shù)等于總位移），有大位移及允許位移兩種。大位移指波紋管在外壓力作用下，壓到波紋之間相互接觸時所能產(chǎn)生的大位移；

允許位移是指波紋管不產(chǎn)生規(guī)定塑性變形情況下所能達到的大位移。在正常使用條件下允許產(chǎn)生的工作位移一般是允許位移的40%-50%。

3、耐壓力 

耐壓力分受內(nèi)壓和外壓兩種形式，一般來講，同一波紋管在其它條件相同時，受外壓比受內(nèi)壓時的穩(wěn)定性要好，所以受外壓作用時的大耐壓力比受內(nèi)壓時高

4、循環(huán)壽命 

波紋管隨閥桿從全開到全關(guān)再到全開的移動過程稱之為一次循環(huán)，循環(huán)壽命是指波紋管在規(guī)定壓力、溫度和軸向行程下往復(fù)運動而不破壞大的循環(huán)次數(shù)。相同的波紋管的循環(huán)壽命是與其工作狀態(tài)、位移大小、循環(huán)頻次、壓力和溫度等有關(guān)。應(yīng)用中的外力強扭轉(zhuǎn)、超量位移和劃傷碰傷都嚴重影響循環(huán)壽命和密封效果。 

波紋管焊接在閥桿上并使其在自由松弛時為閥門行程的50%，使壓緊位移和伸張位移大體相等，可使循環(huán)壽命達到大點。大多數(shù)調(diào)節(jié)型控制閥的行程通常是在25%-75%之間的一個小范圍內(nèi)變化，是在波紋管松弛點附近產(chǎn)生較小位移，而不是全行程動作的整個工作位移，這也能顯著延長波紋管的使用壽命，即實際循環(huán)次數(shù)要比給出的額定循環(huán)壽命要長。

5、工作溫度

工作溫度也是影響波紋管壽命的主要因素之一，不同的波紋管有不同的適用溫度范圍，但即便在要求范圍內(nèi)，若越趨近于范圍上下限，越影響使用次數(shù)。

自力式調(diào)節(jié)閥

自力式控制閥無需外加動力源，只依靠被控流體的能量自行操作并保持被控變量恒定的閥。

1.  自力式調(diào)節(jié)閥又分為直接作用式和間接作用式兩種。

　1）直接作用式調(diào)節(jié)閥　直接作用式調(diào)節(jié)閥又稱為彈簧負載式調(diào)節(jié)閥，其結(jié)構(gòu)內(nèi)有彈性元件：如彈簧、波紋管、波紋管式的溫包等，利用彈性力 與反饋信號平衡的原理。（圖Ａ，Ｂ，Ｃ）

2）間接作用式調(diào)節(jié)閥　間接作用式調(diào)節(jié)閥，增加了一個指揮器（先導(dǎo)閥）它起到對反饋信號的放大作用然后通過執(zhí)行 機構(gòu)，驅(qū)動主閥閥瓣運動達到改變閥開度的目的。

軸流式自力式閥

氮封閥

自力式減壓閥的一種，特點就是閥后微正壓（ｍｂａｒ）。

減溫減壓器

分體式：結(jié)構(gòu)簡單維護方便，造價低，適用低溫低壓。   

一體式：結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，控制精度高，適用高溫高壓。