阀门知识科普：调节阀的选型

调节阀是工业过程控制系统中的终端执行元件，工业过程连续生产自动控制系统中一般均需要用调节阀来控制过程生产中的各种工艺参数，来达到对流体的压力、温度、流量和液位等参数的调节，通常被人们称之为工业过程自动化生产中的"手和脚"。它的应用质量直接反应在系统的调节品质上。作为过程控制中的终端执行元件，人们对它的重要性较过去有了更深刻地认识。调节阀应用的好坏，除产品质量和用户是否正确安装、使用与维护外，正确地计算选型十分重要。由于计算选型的失误，造成系统运行不稳定，有的甚至无法投用的例子很多。所以，用户及系统设计人员要充分认识到调节阀在现场的重要性，必须对调节阀的选型引起足够的重视。

调节阀选型的一般原则是：在满足使用功能的前提下，所选的调节阀应结构简单、性能可靠、价格低廉、寿命长、维护方便等。下面着重介绍调节阀阀型的选择和和附件的选择。

1  调节阀阀型的选择

调节阀的分类方法很多，目前国内和国际上通常采用的一种分类方法是按结构、原理和作用划分，总共为9大类，即直通单座调节阀、直通双座调节阀、套筒调节阀、角形调节阀、三通调节阀、隔膜阀、蝶阀、球阀和偏心旋转阀，这九类产品是最基本、最普通的产品，通常也称为标准型产品，其它在此基础上结合实际应用改进而来的，称为特殊型产品。

1.1标准型调节阀的特点及正确选择

1.1.1直通单座调节阀

直通单座调节阀只有一个阀芯和一个阀座，容易实现严格的密封，可采用金属与金属的硬密封，或金属与聚四氟乙烯或其它复合材料的软密封，标准泄漏量为0.01%C（C是额定流量系数），允许压差小，流通能力小，比如DN100单座调节阀的允许压差仅120kPa，流通能力仅为100。流路复杂，结构简单，适用于泄漏要求严格、工作压差较小的干净介质的场合，但小规格的调节阀（DN1/2、3/4、20）亦可用于压差较大的场合，是应用最为广泛的调节阀之一，当进一步设计后，可作为切断阀使用。阀芯形状决定了流量特性，受冲刷后失去原有特性，更换阀芯可改变流量特性。但流体介质对阀芯的推力大，即不平衡力大，需配推力较大的执行机构，因此，在高压差、大口径的应用场合，不宜采用这类调节阀。选用此阀应特别注意压差校核，防止被顶开。

1.1.2直通双座调节阀

直通双座调节阀有两个阀芯和两个阀座，由于上阀芯所受向上推力和下阀芯所受向下推力基本平衡，因此，整个阀芯所受不平衡力小，允许压差大，比如DN100双座调节阀允许压差280kPa，流通能力大，与相同口径的其它调节阀相比，双座调节阀可流过更多流体，同口径双座调节阀流通能力比单座调节阀流通能力约大20%～50%。例如，DN100双座调节阀的流通能力达160。因此，为获得相同的流通能力，双座调节阀可选用较小推力的执行机构。双座调节阀采用顶底双导向，因此，正体阀和反体阀的改装方便，即只需将阀芯和阀座反过来安装就能将正体阀改为反体阀，或者将反体阀改为正体阀，而不需要改选执行机构的正作用或反作用类型。双座调节阀的上、下阀芯不能同时保证关闭，泄漏量较大，标准泄漏量为0.1%C（C是额定流量系数）；流路复杂，不适用于高压差的应用场合，因为在该种应用场合，阀受到高压流体的冲刷较为严重，并且容易形成闪蒸和空化，加重对阀体的冲刷，同样它也不适用于含纤维介质和高黏度流体的控制。

1.1.3套筒调节阀

套筒调节阀又称笼式阀，它的阀内件采用阀芯和阀笼（套筒），套筒可以是直通单座调节阀，也可以是双座调节阀或角形调节阀等：有单密封、双密封两种结构，前者相当于单座调节阀，适应于单座调节阀场合；后者相当于双座调节阀，适应于双座调节阀场合。除此之外，它还具有稳定性好、装卸方便、维护方便、有降低噪音和降低空化影响的特点，但价格比单、双座调节阀贵50%～200%，还需要专门的缠绕密封垫，它的应用也比较广泛，仅次于单、双座调节阀，但对于不干净介质和易结晶、结巴、结垢介质不应选用此阀。

1.1.4角形调节阀

角形调节阀是具有特殊阀体结构的单座调节阀，适用于特定的配管和流体场合，它是将直通的阀体改变为角形（相当于一个弯头）阀体，其节流、受力形式完全等同于单座调节阀。保留了单座调节阀泄漏小、许用压差小的特点。除此之外，由于其流路简单具有"自洁"性能，可适用于不干净介质，还可进一步改进为防堵角阀，适用于含有悬浮颗粒介质的工况场合，尤其在安装空间受限制的场合特别适用。

1.1.5三通调节阀

三通调节阀利用阀芯自身导向，更换气开、气关时必须更换执行机构，应注意的是它的气开、气关的含义与其它调节阀不一样，它的气开和气关必须要明确对哪一路而言，即水平位置还是垂直位置。它有三个通道，可代替两个直通单座调节阀用于分流和合流两组流及温差≤150℃的场合，当DN≤80mm时，合流阀可用于分流场合。

1.1.6隔膜调节阀

隔膜调节阀由耐腐蚀的隔膜和内衬耐腐蚀材质的阀体组成，流路简单，适应于不干净介质及弱腐蚀性介质的两位切断场合。它是最早的调节阀之一，由于具有近似快开的流量特性，调节品质较差，又受隔膜和衬里材质的影响，不能用于高温和高压等工况，一般工作压力≤1.6MPa，工作温度≤150℃，加之隔膜容易损坏、寿命短的缺点，现在使用的场合已不多。

1.1.7蝶阀

蝶阀相当于一段管道来做阀体，中央设阀板节流，是用于控制的最普通的旋转调节阀。适用于低压、中压或者极少数情况下用于高静压、大流量的场合，但压差有限制。其体积小、重量轻，比同口径的球形类调节阀轻4～10倍，口径与价格比小，特别适用于大口径的场合，且调节阀的口径越大，此特点越显著。一般当DN>300mm时，通常都由蝶阀来完成。

1.1.8球阀

球阀是一种成熟的老产品，有"O"形和"V"形球阀之分，流路最简单，流阻最小，损失最小，"自洁"性能。"O"形球阀是一种无阻力调节阀，同规格相比，额定流量系数最大，常用于大流量及不干净介质的场合；"V"形球阀提供近似对数流量特性，且可调比大，"V"形球芯与阀座相对旋动时产生剪切作用，尤其适用于高黏度、悬浮流、纸浆等不干净、含纤维介质的调节和切断。球阀的价格比较昂贵。

1.1.9偏心旋转阀

又称凸轮挠曲阀，它综合了球阀、蝶阀的长处，流路简单，"自洁"性能和调节性能好，适用于结晶、结巴及不干净介质的场合；阀体体积小、重量轻，可根据现场安装的位置不更换任何零件而灵活组装；额定流量系数大，比同口径的单座、双座调节阀大10%～30%，可调比大，可达100：1；阀座密封可靠，由于阀芯支撑臂的扰性作用以及阀芯球面偏心旋转运动减少了所要求的操作力矩，补偿了一些不对称性，在流开、流闭和高压差下都能稳定运行；比例调节时，需配定位器，可通过改变定位器中凸板位置，方便地得到直线或等百分比流量特性。

1.2特殊型调节阀的选择

为特殊应用，在上述调节阀的基础上，如果上阀盖加长、添加散热片可用于低温和高温场合；采用多个弹簧的执行机构可减小整个调节阀的体积和重量；为降低噪声采用一系列降噪措施设计可组成低噪声调节阀。此外，还有为便于维护和清洗采用阀体分离结构的阀体分离调节阀；为连锁动作的快速要求采用的快速切断调节阀；为小流量控制要求设计的小流量调节阀；为防止泄漏采用的波纹管密封调节阀等。这些特殊类型的调节阀都是为了满足特殊工艺生产过程或某一特定使用场合使用的专用阀，属于非标准的。它们具有工作条件复杂、使用要求高、生产批量小的特点，这些调节阀通常都是由标准类型产品针对使用要求演变、改进而来的。因此，首先应按非特殊性来确定其基本型式，然后再针对特殊性来确定相应的变形型式及材料等。

2  附件的选择

调节阀的附件主要有：阀门定位器、阀位开关、气动保位阀、气动继动器、电磁阀、空气过滤减压器、手轮机构、阀位传送器和转换器等。其中阀门定位器有电气阀门定位器和气动阀门定位器，主要用于改善调节阀的工作特性，实现正确定位，提高调节阀位置的线性度，减少调节信号的传递滞后，改变调节阀的流量特性，改变调节阀对信号压力的响应范围，实现分程控制和正确定位。它是调节阀最主要的附件之一，其好坏会直接影响到调节阀及调节系统的性能和品质。下面着重介绍选择阀门定位器时需要考虑的几种主要因素：

1）阀门定位器能否实现"分程"功能，即阀门定位器只对输入信号的某个范围有响应。若阀门定位器能实现该功能，就可根据实际需要用一个输入信号来控制两台或多台调节阀；

2）零点和量程的调校是否容易，标定是否独立，稳定性如何；

3）阀门定位器的精度如何。在理想工作状态下，对应某一输入信号，调节阀的内件（包括调节阀的阀芯、阀杆、阀座等）每次都应准确地定位在所需要的位置，而不管行程的方向或者调节阀的内件承受多大的负载；

4）阀门定位器的作用速度如何以及频率特性如何。因为阀门定位器可以不断比较输入信号和阀位，并根据它们之间的偏差调节其本身的输出。如果阀门定位器对这种偏差响应速度快，那么单位时间里介质的流动量就大，调节系统对设定点和负载变化的响应就愈快，即系统的误差愈小，控制品质也就愈佳。一般来说，频率特性愈高，即对频率响应的灵敏度愈高，控制性能就愈好。需要注意的是频率特性的评估应采取实验和理论相结合的方法，而非一味凭借理论，并且在评估时，实验方法必须稳定、科学，同时应将阀门定位器和执行机构合并起来一块考虑；

5）阀门定位器与调节阀组合以后，其定位分辨力变化如何。定位分辨力对调节系统的控制品质有非常明显的作用，因为分辨力越高，调节阀的定位就越接近理想值，因调节阀过调而造成的波动变化就可以得到有效抑制，从而最终达到限制被调节量周期性变化的目的。

6）阀门定位器的最大额定供气压力是否和执行机构的额定操作压力相匹配，安装和连接是否方便，维护量和维护程度如何，等等。

而除阀门定位器外，其它的几类附件相对来说比较简单，在此不需要重复。所有附件都起补充功能和保证调节阀正确运行的作用，在选择时要把握的原则是必要的增加，不必要的舍弃，否则只会提高控制系统的运行成本并降低可靠性。

3  结论

调节阀的正确选型是应用好调节阀的第一步，也是最关键的一步，选型的好坏直接影响到调节阀的使用效果，进而影响系统的调节品质。当然选型工作比较复杂，同时更是一门学问，需要在实际运用当中不断探索和总结。因此，我们有必要在调节阀的选型方面，在熟悉相关专业知识的前提下，掌握一定的方法和技巧，惟有如此，才能真正发挥其在工业过程自动化控制中"手和脚"的作用。