【正文】 1 調(diào)節(jié)閥的發(fā)展歷程 調(diào)節(jié)閥的發(fā)展自20世紀初始至今已有七、八十年的歷史，先后產(chǎn)生了十個大類的調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品、自力式閥和定位器等，其發(fā)展歷程如下：20年代：原始的穩(wěn)定壓力用的調(diào)節(jié)閥問世。30年代：以“V”型缺口的雙座閥和單座閥為代表產(chǎn)品問世。40年代：出現(xiàn)定位器，調(diào)節(jié)閥新品種進一步產(chǎn)生，出現(xiàn)隔膜閥、角型閥、蝶閥、球閥等。50年代：球閥得到較大的推廣使用，三通閥代替兩臺單座閥投入系統(tǒng)。60 年代：在國內(nèi)對上述產(chǎn)品進行了系列化的改進設計和標準化、規(guī)范化后，國內(nèi)才才有了自己完整系列的產(chǎn)品。現(xiàn)在我們還在大量使用的單座閥、雙座閥、角型閥、三 通閥、隔膜閥、蝶閥、球閥七種產(chǎn)品仍然是六十年代水平的產(chǎn)品。這時，國外開始推出了第八種結構調(diào)節(jié)閥——套筒閥。70年代：又一種新結構的產(chǎn)品——偏心旋轉(zhuǎn)閥問世（第九大類結構的調(diào)節(jié)閥品種）。這一時期套筒閥在國外被廣泛應用。70年代末，國內(nèi)聯(lián)合設計了套筒閥，使中國有了自己的套筒閥產(chǎn)品系列。80 年代：80年代初由于改革開放，中國成功引進了石化裝置和調(diào)節(jié)閥技術，使套筒閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥得到了推廣使用，尤其是套筒閥，大有取代單、雙座閥之勢，其使 用越來越廣。80年代末，調(diào)節(jié)閥又一重大進展是日本的Cv3000和精小型調(diào)節(jié)閥，它們在結構方面，將單彈簧的氣動薄膜執(zhí)行機構改為多彈簧式薄膜執(zhí)行機 構，閥的結構只是改進，不是改變。它的突出特點是使調(diào)節(jié)閥的重量和高度下降30％，流量系數(shù)提高30％。90年代：90年代的重點是在可 靠性、特殊疑難產(chǎn)品的攻關、改進、提高上。到了90年代末，由華林公司推出了第十種結構的產(chǎn)品——全功能超輕型閥。它突出的特點是在可靠性上、功能上和重 量上的突破。功能上的突破——唯一具備全功能的產(chǎn)品，故此，可由一種產(chǎn)品代替眾多功能上不齊全的產(chǎn)品，使選型簡化、使用簡化、品種簡化；在重量上的突破 ——比主導產(chǎn)品單座閥、雙座閥、套筒閥輕70～80％，比精小型閥還輕40～50％；可靠性的突破——解決了傳統(tǒng)閥一系列不可靠性因素，如密封的可靠性、 定位的可靠性、動作的可靠性等。該產(chǎn)品的問世，使中國的調(diào)節(jié)閥技術和應用水平達到了九十年代末先進水平；它是對調(diào)節(jié)閥的重大突破；尤其是電子式全功能超輕 型閥，必將成為下世紀調(diào)節(jié)閥的主流。2 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l1所示圖11 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構成氣動調(diào)節(jié)閥(又稱氣動執(zhí)行器)是以壓縮空氣為動力能源的一種自動執(zhí)行器。它具有結構簡單、動作 可靠、性能穩(wěn)定、價格低廉、維修方便、防火防爆等特點，不僅能與氣動調(diào)節(jié)儀表、氣動單元組合儀表配用，而且通過電－氣轉(zhuǎn)換器 圖11 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構成或電－氣閥門定位器還能與電動調(diào)節(jié)儀表、電動單元組合儀表配套。它廣泛地應用于化工、石油、冶金、電站、輕紡等工業(yè)部門中。 正由于調(diào)節(jié)閥結構簡單，往往受不到重視，這是值得注意的。調(diào)節(jié)閥是直接安裝在工藝管道上，使用條件惡劣，如高溫高壓、深度冷凍、極毒、易燃、易爆、易滲 透、易結晶、強腐蝕和高粘度等，它的好壞直接影響到系統(tǒng)的質(zhì)量。如果選型不當或維護不善，就會發(fā)生問題。例如，有的調(diào)節(jié)回路怎樣也穩(wěn)定不好，一直振蕩，若 在選擇上作了改進，將線性特性閥芯改為對數(shù)特性閥芯或改變流向之后，調(diào)節(jié)品質(zhì)大有改善。又如，有些調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)持續(xù)振蕩，原因不在于調(diào)節(jié)器的比例度的過 大或過小，而是由于閥門填料函的干摩擦太大，動作很不靈活。再如，調(diào)節(jié)閥的泄漏將造成廠區(qū)污染，甚至造成事故等。因此，應重視調(diào)節(jié)閥的作用，加強維護和保 養(yǎng)。3 調(diào)節(jié)閥的使用功能要正確使用調(diào)節(jié)閥，尤其是選擇調(diào)節(jié)閥，必須首先弄清楚調(diào)節(jié)閥的使用功能，做到有的放矢，方能選好所需的調(diào)節(jié)閥。 調(diào)節(jié)功能顧名思義，調(diào)節(jié)閥的首要功能就是調(diào)節(jié)，其主要表現(xiàn)在五個方面：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系，以適應不同的系統(tǒng)特性要求，如對流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應速度快需對數(shù)特性；對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應速度慢，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構的限制，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)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、全功能超輕型閥，它們的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。 切斷功能切斷由閥的泄漏量指標來表示，％，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。 克服壓差功能 它通常用閥關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，造成閥關不到位，泄漏量超標。因此，保證閥切斷 就必須克服閥關閉時的工作壓差。通常單密封閥的允許壓差小，如單座閥、角形閥、隔膜閥、三通閥；雙密封的閥和轉(zhuǎn)動類的閥的允許壓差大，如雙座閥、套筒閥、 球閥、全功能超輕型閥。從泄漏量與克服壓差兩者上看：單密封閥泄漏小但允許壓差??；雙密封閥泄漏大，允許壓差大；只有旋轉(zhuǎn)類閥，泄漏量又小，允許壓差又 大，這就是旋轉(zhuǎn)類閥使用越來越多的原因。 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，因此要求閥應有較好 的防堵功能，使之正常調(diào)節(jié)。防堵性最好的是流路最簡單的旋轉(zhuǎn)類閥，如球閥、蝶閥、偏心閥、全功能超輕型閥；流路復雜的閥、上下襯套導向的閥易造成堵卡，如 單座閥、雙座閥、套筒閥等。旋轉(zhuǎn)類閥不只是防堵功能好，而且泄漏又小，允許壓差又大，因此它的使用將會越來越廣泛。 耐蝕功能 抵抗介質(zhì)的腐蝕和沖蝕，以提高閥的使用壽命。閥的腐蝕是由介質(zhì)的化學性能引起的材質(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)和產(chǎn)生閃蒸被空化的介質(zhì)所致。解決的途徑是選用耐磨的材料，結構上采用反汽蝕、反沖蝕的措施，對高壓閥、大壓差工作的調(diào)節(jié)閥、含顆粒介質(zhì)使用的調(diào) 節(jié)閥需重點考慮此問題。 耐壓功能它反映閥的強度和安全指標，即介質(zhì)不能通過密封處和閥體缺陷處向外滲漏。對高壓介質(zhì)最好是采用鍛件結構；鑄鐵閥的耐壓強度是最低的，通常應選鑄鋼閥。 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。 外觀反映閥的外觀質(zhì)量且要求儀表化、輕型化、小型化。以往，人們對它不重視，現(xiàn)在正在改變。至目前，調(diào)節(jié)閥比較理想的外觀是電子式全功能超輕型調(diào)節(jié)閥(見圖427)。 重量在滿足以上功能的情況下，其重量應越輕越好，以方便使用，如起吊、安裝、維護等。4 十大類調(diào)節(jié)閥的功能優(yōu)劣比較調(diào)節(jié)閥有十個大類，其九大功能具備的優(yōu)劣情況如何呢？為了減少幅面，特匯總在下表中。(表11) 九大類產(chǎn)品/功能調(diào)節(jié)切斷克服壓差防堵耐蝕耐壓耐溫重量外觀最佳功能數(shù)量直行程單座閥√0√√√4雙座閥√√0√√4套筒閥√√0√√4角形閥√00√√√4三通閥√0√√3隔膜閥√√02角行程 蝶閥√√√0√√√√7球閥√√√√√√√7偏心旋轉(zhuǎn)閥√√√√√√√7全功能超輕型調(diào)節(jié)閥 √√√√√√√√√9符號說明：“√”表示最佳；“0”表示基本可以；“”表示差。從上述比較表中我們可以看出：（1）主導產(chǎn)品單座閥、雙座閥、套筒閥的最佳功能僅有4個，故在使用中常出問題。（2）蝶閥是較好的產(chǎn)品，最佳功能有7個，切斷蝶閥會有更多的應用。故此，我們開發(fā)了球面硬密封切斷蝶閥，三偏心蝶閥等高性能蝶閥，彌補了普通蝶閥泄漏大的不足。（3）全功能超輕型調(diào)節(jié)閥是唯一在九大功能上都為最佳功能的產(chǎn)品，故冠名為全功能。由此特點，它使原來上百個品種、上千個系列、上萬個規(guī)格的調(diào)節(jié)閥得到大大簡化，使設計院選型更加簡化；使工廠管理、維護、維修、備品備件等更加簡化。5 調(diào)節(jié)閥標準與性能 調(diào)節(jié)閥新國標 氣動調(diào)節(jié)閥國標GB421384 《氣動調(diào)節(jié)閥通用技術條件》于1984年3月21日發(fā)布，于1985年1月1日實施。本標準又于1992年進行了修改，修改后的標準代號為 GB/T421392，于1993年10月實施。該標準主要依據(jù)IEC國際標準，并結合我國具體情況而制定。原執(zhí)行的部標自新國標實施之日起作廢。新舊標準比較，主要有以下不同：(1) 新國標增加了“壽命”指標，共計14個性能指標：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。(2) 新國標對基本誤差、回差、死區(qū)、始終點偏差、額定行程偏差分為A、B、……H、這8個等級，以便根據(jù)不同閥滿足不同功能的要求選擇性能成本比最佳的指標等級。舊標準針對每種閥而確定一個唯一對應的指標，缺乏靈活性。(3) 新國標對泄漏量規(guī)定為A、B……F，這6個等級，最高F級以每分鐘氣泡數(shù)計。舊標準只有一個等級，高壓閥規(guī)定泄漏量為0是不符合實際的。(4) 流量特性誤差檢驗方法，新國標增加了按斜率法檢驗的方法。(5) 新國標將舊標準流通能力改稱流量系數(shù)。其數(shù)值舊標準做了統(tǒng)一規(guī)定，新國標由制造廠自行確定，更方便新產(chǎn)品設計定型。(6) 對基本誤差、回差的測試點由舊標準分為10個測試點改為5個測試點。(7) 新國標對調(diào)節(jié)閥氣源和環(huán)境溫度的要求。氣源應為清潔、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，且微粒直徑應大于3μm，含油量應小于1ppm。調(diào)節(jié)閥環(huán)境溫度為25～+55℃或－40～+70℃。調(diào)節(jié)閥工作時應滿足上述要求。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，應特別注意這一點。6 調(diào)節(jié)閥泄漏標準的細分 國標對泄漏量的規(guī)定GB/T421392的國標標準對泄漏規(guī)定了六個等級，其具體規(guī)定見表12。其中最低級別為Ⅰ級，不作具體要求；最高級別是Ⅵ級，即為氣泡級。％KV值時，可免于測試。 表1－2 泄漏等級試驗介質(zhì)試驗程序最大閥座泄漏量Ⅰ由用戶與制造廠商定ⅡL或G1510閥額定容量，1/hⅢL或G110閥額定容量，1/hⅣL1或210閥額定容量，1/hG1Ⅳ－S1L1或2510閥額定容量，1/hG1Ⅳ－S2G1210△PD，1/hⅤL210△PD，1/hⅥG1310△P（表13規(guī)定的泄漏量）注：①△P以KPa為單位。②D為閥座直徑，以mm為單位。③對于可壓縮流體體積流量。④試驗程序“1”表示△P＝、介質(zhì)為水；試驗程序“2”表示△P等于工作壓差、介質(zhì)為水或氣體。(表13) 閥座直徑mm 泄漏量mL/min每分鐘氣泡數(shù)251402503654806100111502720045250300350400注：①每分鐘氣泡數(shù)是用外徑6mm、壁厚1mm的管子垂直浸入水下5～10mm深度的條件下測得的，管端表面應光滑， 無倒角和毛刺。②如果閥座直徑與表列值之一相差2mm以上，則泄漏系數(shù)可假設泄漏量與閥座直徑的平方成正比的情況下通過 類推法取得。 表1－2中的額定容量按下面表14的公式計算： (表14) 介質(zhì)/條件液體氣體表中： Q1———液體流量，m/h；Qg———標準狀態(tài)下的氣體流量，m/h；Kv———額定流量系數(shù)；Pm ＝(P1+P2)/2 ，KPa；P1———閥前絕對壓力，KPa；P2———閥后絕對壓力，KPa；△P———閥前后壓差，KPa；t———試驗介質(zhì)溫度，取20℃；G———氣體比重，空氣＝1；ρ/ρ0相對密度（規(guī)定溫度范圍內(nèi)的水ρ/ρ0 ＝1）。 美國的泄漏標準美國ANSI 。(表15) 級別最小泄漏量試驗介質(zhì)壓力和溫度Ⅱ級％額定Cv空氣或水工作壓差△P或50磅/英寸（）壓差，取其中較小的一個值，溫度10～52℃Ⅲ級％額定Cv空氣或水工作壓差△P或50磅/英寸（）壓差，取其中較小的一個值，溫度10～52℃Ⅳ級％額定Cv空氣或水工作壓差△P或50磅/英寸（）壓差，取其中較小的一個值，溫度10～52℃Ⅴ級510 m/秒/巴（壓差）/mm(閥座直徑）（公制）水工作壓差△P或，溫度10～52℃Ⅵ級閥座直徑汽泡/分ml/分空氣或氮氣工作壓差△P或50磅/英寸（）壓差，取其中較小的一個值，溫度10～52℃(in)(mm)125138225136443766410227615227845 泄漏標準的細分和定量概念我們認為，上述標準劃分還不夠細膩，特別是Ⅳ級密封～Ⅴ級密封，其泄漏率由10突然跳躍到10， 猛增1000倍。為此，筆者認為應將泄漏標準與切斷的關系進一步細分。切斷的等級與泄漏率見表16。同時，為了有一個量的概念，現(xiàn)列舉Kv＝100（雙 座閥DN100、單座閥DN80～100、套筒閥DN100、V型球閥DN50、全功能超輕型閥DN50時的Kv值100）時，試驗△P＝ MPa、介質(zhì)為水，每分鐘在不同等級時的泄漏量（g/min）也