调节阀教程

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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，国内才才有了自己完整系列的产品。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” 。如图l-1所示

图1-1 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 图1-1 自动调节系统的构成或电－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、全功能超轻型调节阀，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、全功能超轻型阀，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(见图4-27)。 3.9 重量

在满足以上功能的情况下，其重量应越轻越好，以方便使用，如起吊、安装、维护等。 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。 (表1-1)

九大类产品/功能

单座阀

直 行 程

双座阀 套筒阀 角形阀 三通阀 隔膜阀 蝶阀

角 行 程

球阀 偏心旋转阀 全功能超轻 型调节阀

调节 切断 √ √ √ √ √ × √ √ √ √

0 × × 0 0 √ √ √ √ √

克服压差 × √ √ × × × × √ √ √

防堵 耐蚀 耐压 耐温 重量 外观 × × × 0 × √ √ √ √ √

√ 0 0 √ × 0 0 √ √ √

√ √ √ √ √ × √ √ √ √

√ √ √ √ √ × √ √ √ √

× × × × × × √ × × √

× × × × × × √ × × √

最佳功能数量

4 4 4 4 3 2 7 7 7 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。

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5 调节阀标准与性能 5.1 调节阀新国标

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/m，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 调节阀泄漏标准的细分 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，其具体规定见表1-2。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。

表1－2

泄漏等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ

L或G L或G L G L G G

1 1 1或2 1 1或2 1 1

5×10×阀额定容量，1/h 10×阀额定容量，1/h

试验介质

试验程序

最大阀座泄漏量

由用户与制造厂商定

5×10

×阀额定容量，1/h

10×阀额定容量，1/h

Ⅳ Ⅳ－S1

Ⅳ－S2

2×10×△P×D，1/h 1.8×10×△P×D，1/h

Ⅴ Ⅵ

L G

2 1

3×10×△P×（表1-3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。 (表1-3)

阀座直径 mm 25 40 50 65 80 100 150 200

mL/min 0.15 0.30 0.45 0.60 0.90 1.70 4.00 6.75

泄漏量

每分钟气泡数

1 2 3 4 6 11 27 45

250 300 350 400

11.1 16.0 21.6 28.4

- - - -

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。

表1－2中的额定容量按下面表1-4的公式计算： (表1-4)

介质/条件

液体

气体

表中： Q1———液体流量，m/h；

Qg———标准状态下的气体流量，m/h； Kv———额定流量系数； Pm ＝(P1+P2)/2 ，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；

ρ/ρ0相对密度（规定温度范围内的水ρ/ρ0 ＝1）。 6.2 美国的泄漏标准

美国ANSI B16.104-1976调节阀的泄漏量标准见表1-5。 (表1-5)

级别 Ⅱ级 Ⅲ级

最小泄漏量 0.5％额定Cv 0.1％额定Cv

试验介质 空气或水 空气或水

压力和温度

工作压差△P或50磅/英寸（3.5巴）压差，取

其中较小的一个值，温度10～52℃ 工作压差△P或50磅/英寸（3.5巴）压差，取

其中较小的一个值，温度10～52℃ 工作压差△P或50磅/英寸（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