上海滬工閥門(mén)廠(chǎng)（集團）有限公司

現代化工企業(yè)，自動(dòng)化水平較高，在過(guò)程控制中，執行器的控制品質(zhì)與生產(chǎn)工況的穩定有著(zhù)密切的聯(lián)系，所以對執行器的選擇顯得格外重要，對于安全防爆要求比較高的化工企業(yè)，絕大多數執行器采用的是氣動(dòng)調節閥。

氣動(dòng)調節閥的選擇一般要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

（1）根據工藝條件，選擇合適的調節閥結構和類(lèi)型。

（2）根據工藝對象，選擇合適的流量特性。

（3）根據工藝參數，計算流量系數，選擇閥的口徑。

（4）根據工藝要求，選擇材料和輔助裝置。

下面針對以上 4 點(diǎn)加以論述。

1 調節閥的結構和類(lèi)型

氣動(dòng)調節閥是由氣動(dòng)執行機構和閥兩部分組成的，氣動(dòng)執行機構是接收輸入的氣源信號，產(chǎn)生相應的推力，使推桿發(fā)生位移，推動(dòng)閥門(mén)動(dòng)作；而閥是指與管路聯(lián)接的閥體組件部分，它接受執行機構的推桿推力，改變閥桿位移，從而改變閥門(mén)開(kāi)度，最終控制流體流量的變化。氣動(dòng)調節閥按其行程可分為直行程和角行程兩種，按其結構類(lèi)型分直通單座閥、直通雙座閥、高壓閥、角形閥、套筒閥、隔膜閥、蝶閥、偏心旋轉閥等。

其中直通閥比較常見(jiàn)，單座閥泄漏量較小，但閥前后壓差不能太大，而雙座閥正好與之相反。高壓閥適合于高靜壓和高壓差的介質(zhì)測量，但在高壓差情況下，流體對材料沖刷和氣蝕嚴重，一般要考慮閥芯和閥座的材質(zhì)，以提高其使用壽命。在高壓差、高黏度、含懸浮物和顆粒狀物質(zhì)流體的控制中可選用角形閥。隔膜閥更適用于強酸、強堿等強腐蝕性介質(zhì)的控制。蝶閥適用于大流量、低壓差的氣體介質(zhì)。套筒閥采用平衡型閥芯結構，具有低噪聲的特點(diǎn)，是應用較為廣泛的閥之一。

氣動(dòng)調節閥有氣開(kāi)與氣關(guān)兩種類(lèi)型。確定調節閥開(kāi)關(guān)方式的原則是：當信號壓力中斷時(shí)，應保證工藝設備和生產(chǎn)的安全。如果閥門(mén)在信號中斷后處于打開(kāi)位置，流體不中斷最安全，則選用氣關(guān)閥；如果閥門(mén)在信號壓力中斷后處于關(guān)閉位置，流體不通過(guò)最安全，則選用氣開(kāi)閥。如加熱爐的燃料氣或燃料油管路上的調節閥，應選用氣開(kāi)閥，當信號中斷后，閥自動(dòng)關(guān)閉，燃料被切斷，以免爐溫過(guò)高而發(fā)生事故；鍋爐進(jìn)水管路上的調節閥，應選用氣關(guān)閥，當信號中斷后，閥自動(dòng)打開(kāi)，仍然向鍋爐內送水，可以避免鍋爐燒干。

2 調節閥的流量特性

調節閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)閥的相對流量 Q 與閥芯相對行程（閥門(mén)的相對開(kāi)度）之間的函數關(guān)系：

Q=f(L)

當調節閥兩端壓差 △P 保持不變時(shí)，閥的流量特性稱(chēng)為固有流量特性。固有流量特性主要有直線(xiàn)、等百分比（對數）、拋物線(xiàn)和快開(kāi)等 4 種類(lèi)型，如圖 1 所示。

圖 1 閥的固有流量特性

在生產(chǎn)中閥的固有流量特性有直線(xiàn)、等百分比和快開(kāi) 3 種。拋物線(xiàn)特性介于直線(xiàn)和等百比之間，一般用等百特性來(lái)代替�？扉_(kāi)特性主要用于二位式控制。

在一般情況下，閥兩端壓差不可能永遠保持不變，這時(shí)閥的固有流量特性就會(huì )發(fā)生畸變，閥在實(shí)際工作條件下的特性稱(chēng)之為工作流量特性。這時(shí)在確定流量特性時(shí)要引人一個(gè)稱(chēng)為閥阻比的系數 S。

S=△P/Σ△P

Σ△P 為系統總壓差，是閥、全部工藝設備和管路系統上的各壓差之和。

從以下 3 個(gè)方面內容對閥的工作流量特性進(jìn)行分析：

（1）從控制系統的控制質(zhì)量方面分析對于一個(gè)簡(jiǎn)單的控制系統，它是由控制對象、變送器、調節器和調節閥幾個(gè)基本環(huán)節組成的，系統的總放大系數 K=K1K2K3K4K5。

K1~K5 分別表示變送器、調節器、執行機構、閥、控制對象的放大系數。在負荷變動(dòng)的情況下，要使控制系統能保持預定的控制指標，希望總放大系數在控制系統的整個(gè)操作范圍內保持不變。一般來(lái)說(shuō)，在一個(gè)確定的系統里，K1~K3 的系數是固定不變的，只有對象的放大系數 K5 隨負荷的變化而變化，為此選擇適當的流量特性來(lái)補償對象特性的變化，保證 K4K5 的乘積是個(gè)常數就保證了系統的總放大系數 K 是個(gè)穩定值。

（2）從工藝配管情況分析調節閥總是與管道、設備連在一起使用的，管道阻力的存在必然會(huì )使閥的工作特性與固有特性不同。所以，應根據對象的特性，選擇合適的工作特性，再根據配管情況選擇相應閥的固有流量特性�？紤]工藝配管情況時(shí)，可參照表 1 來(lái)選擇閥的固有特性。

從表 1 上看，當 S=1~0.6 時(shí)，所選固有流量特性和工作流量特性一致。當 S ＜ 0.3 時(shí)，特性曲線(xiàn)畸變嚴重不宜控制。

（3）從負荷變化情況分析直線(xiàn)特性調節閥在小開(kāi)度時(shí)流量相對變化量大，過(guò)于靈敏，容易引起振蕩，閥芯閥座易損壞，故在 S 值小、負荷變化幅度大的場(chǎng)合不宜采用。等百分比閥的放大系數隨閥門(mén)行程增大而增大，流量相對變化量恒定不變。

3 調節閥的口徑

調節閥口徑的確定是在計算閥流量系數 CV 的基礎上進(jìn)行的。流量系數的定義是指在閥門(mén)全開(kāi)條件下，閥兩端壓差 △P 為 100kPa，流體密度 ρ=1g/cm3 時(shí)，通過(guò)閥的流體體積流量為 Q(m3/h)，其節流公式為：

C 是一個(gè)比例系數，它與流量系數的關(guān)系是 m 倍，即 CV=mC。當流量特性為直線(xiàn)型時(shí) m=1.63，當流量特性為等百分比型時(shí) m=1.97。式（1）是當測量介質(zhì)為液體時(shí)的計算方法，當測量介質(zhì)為氣體時(shí)應考慮溫度和壓力對介質(zhì)體積的影響，其 C 值的計算分 2 種情況：當閥前后壓差 △P ＜ 0.5 倍的閥前壓力 P1，即 △P ＜ 0.5P1 時(shí)：

式（2）中 P2 為閥后壓力。

△P ≥ 0.5P1 時(shí)：

另外，當介質(zhì)為過(guò)熱蒸汽時(shí)，計算 C 值要考慮蒸汽的過(guò)熱度。確定完 CV 值以后，要對調節閥的開(kāi)度進(jìn)行驗算，要求最大流量時(shí)閥開(kāi)度 ≯ 90%，最小流量時(shí)開(kāi)度 ≮ 10%。在正常工況下，閥門(mén)開(kāi)度應在 15%~85% 之間。最后根據 CV 值確定調節閥口徑。

4 調節閥的材料和輔助裝置

調節閥的閥體一般選用鑄鐵材質(zhì)，其耐壓等級、使用溫度范圍、耐腐蝕等方面應不低于對工藝管道的要求，但在介質(zhì)為易燃易爆的流體時(shí)應作特殊考慮。閥芯、閥座材質(zhì)的選用應考慮到流體中是否有固體顆粒產(chǎn)生的磨損和氣蝕作用對閥內件的沖擊。一般對于非腐蝕性流體，常選用不銹鋼；對于腐蝕性較強的流體，可選用哈氏合金；對于沖擊、振動(dòng)、磨損嚴重的流體，可選用堆焊硬質(zhì)合金或噴涂材質(zhì)。另外當操作介質(zhì)溫度 ＞ 200℃ 時(shí)，要選擇帶散熱片的上閥蓋。

調節閥的輔助裝置主要有閥門(mén)定位器、電磁閥、回訊開(kāi)關(guān)、過(guò)濾減壓器、保位閥等。閥門(mén)定位器是調節閥的一個(gè)重要附件，常見(jiàn)的有氣動(dòng)閥門(mén)定位器和電氣閥門(mén)定位器 2 種。它主要用于：

1. 高壓差的場(chǎng)合；
2. 高壓、高溫或低溫介質(zhì)的場(chǎng)合；
3. 介質(zhì)中含有固體懸浮物或黏性流體的場(chǎng)合；
4. 調節閥口徑較大的場(chǎng)合；
5. 實(shí)現分程控制；
6. 改善調節閥的流量特性。

電磁閥的作用是快速地切斷和接通氣源，使閥處于完全通、斷的位置，多用于安全放空閥�；赜嶉_(kāi)關(guān)是需要在控制室實(shí)時(shí)監測到閥位的信號才選用的。保位閥的選擇是根據工藝狀況，當氣源切斷時(shí)，閥位要求保持在一定的位置上，但這種情況不多見(jiàn)。

5 結語(yǔ)

調節閥是自動(dòng)控制系統中一個(gè)重要的環(huán)節，若選擇計算不準確，使用維護不得當，將直接影響控制系統的控制質(zhì)量，甚至造成嚴重的生產(chǎn)事故。為此，對調節閥的正確選用、安裝和維修等各項工作都必須高度重視。

隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，對氣動(dòng)調節閥的要求越來(lái)越高，這些要求包括：新結構、新材料、高性能、與計算機通訊以及優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能等。因此，對新型調節閥的研究和學(xué)習是一項艱巨而重要的任務(wù)。