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    調(diào)節(jié)閥技術(shù)解密——閥體

    2017-11-14 12:52:11  來源：“上海水興”ENG
    調(diào)節(jié)閥技術(shù)解密——閥體

    控制閥又稱調(diào)節(jié)閥（Control valve），國標(biāo)GB/T 17213.1-2015 對調(diào)節(jié)閥術(shù)語和總則進(jìn)行了定義，調(diào)節(jié)閥是自動控制的終端控制元件，用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力和液位。決定著過程控制是否及時有效和系統(tǒng)安全，在整個控制回路中較為重要。本文針對大多數(shù)廠家都生產(chǎn)的直行程調(diào)節(jié)閥技術(shù)進(jìn)行探討分析。
    閥     體   
    閥體是閥門主要部分，用于連接管道和實(shí)現(xiàn)流體通路，并可安置閥內(nèi)件，接觸各種介質(zhì)并承受流體壓力，應(yīng)符合使用壓力、溫度、沖蝕、腐蝕條件等各方面要求，并根據(jù)工程實(shí)踐、安裝要求決定閥體結(jié)構(gòu)、連接和材料等。

    閥體一般采用鑄造（包括壓鑄）、鍛造（包括模鍛）或棒狀材料，從熱加工到冷加工，對鑄造毛坯、鍛造料材、棒狀型材進(jìn)行車制加工成一定尺寸。
       閥 體 型 式   

    直行程控制閥型式多樣，有應(yīng)用*多的單座閥，還有雙座閥、套筒（籠式）閥、角型閥、三通閥、隔膜閥以及管夾閥、角座閥（又稱斜座閥、Y型閥）、滑板閥等。此外還有一些滿足特殊工況或特殊用戶要求的特殊設(shè)計(jì)閥體，如帶熱夾套的閥體、用夾具緊固易拆卸的分離閥體、高壓角閥鍛造閥體等。
    直通單座閥（GLOBE）
    閥體內(nèi)只有一個閥座和閥芯
    結(jié)構(gòu)簡單
    密封效果好
    流通能力差
    不平衡力大
    不適合高壓差,大口徑的場合
    直通雙座閥（GLOBE）
    閥體內(nèi)有兩個閥座和密封面
    流通能力大
    不平衡力小
    泄漏量大
    切斷效果差
    套筒閥（CAGE）
    閥體內(nèi)部閥蓋和閥座之間加一個開口套筒
    閥體內(nèi)部閥芯由套筒導(dǎo)向
    閥芯上可開有平衡孔，減小不平衡力
    套筒上開有窗口用于決定流量與流量特性
    套筒閥可調(diào)比大,振動小,互換性好
    可適用于大部分單雙座閥的應(yīng)用場合
    泄漏量較單座大，不適用于有顆粒及較臟污介質(zhì)
    角形閥（ANGLE）
    閥體內(nèi)有一個閥座和密封面結(jié)構(gòu)簡單,密封效果好
    閥體內(nèi)不易存積污物,不易堵塞, 具有自潔凈功能
    適用于控制高粘度介質(zhì),高壓差，以及含有懸浮物和顆粒物的介質(zhì)
    容易發(fā)生閥芯振蕩不穩(wěn)定的現(xiàn)象
    三通閥 
    三通閥有三個出入口與管道相連接，有合流，分流兩種類型

       公 稱 通 徑   
    公稱通徑定義：閥門的流通孔徑
    公制（mm）
    英制（inch）
    一般的表示方式：DN

    inch            mm
    ½”             15
    ¾”             20
    1”             25
    1-¼”           32
    1-½”           40
    2”             50
    2-½”           65
    3”             80
    4”             100
    5”             125
    6”             150
    8”             200
    10”            250
    12”            300
    14”            350
    16”            400
    18”            450
    20”            500
    24”            600
    28”            700

    閥門的尺寸通常用公稱通徑來表示
    公稱通徑是僅供參考的圓整數(shù)，與加工尺寸僅呈不嚴(yán)格的關(guān)系
    根據(jù)ANSI規(guī)格，所有調(diào)節(jié)閥的尺寸必須不小于管道的1/2
    通常調(diào)節(jié)閥與管道的連接需要大小頭，或者是帶頸法蘭
    閥門的結(jié)構(gòu)長度指閥門的端面與端面之間的長度
    大小頭
    異徑管（reducer）又稱大小頭。用于不通規(guī)格或不同材質(zhì)的兩種管道之間的連接或者閥門與管道的連接。按照形狀的不同，分為同心大小頭和偏心大小頭兩種。 
    使用大小頭主要是用于節(jié)省成本。因?yàn)楦鶕?jù)流量計(jì)算合適的調(diào)節(jié)閥口徑比管道直徑小，例如管道是DN100的，閥門計(jì)算CV選出來可能只要閥座DN65就好了，閥門廠家為了節(jié)省成本或投標(biāo)的時候價(jià)格要比別人低，只要沒有特殊的工藝要求（譬如不能有過大的壓降）就可以用DN65X65口徑的閥門，加個異徑管。
       公 稱 壓 力   
    閥門屬于壓力管道元件，閥體承受著管道內(nèi)介質(zhì)壓力，閥體設(shè)計(jì)必須滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求，要符合規(guī)定的公稱壓力或磅級并且每件閥體都要經(jīng)過耐壓試驗(yàn)。
    公稱壓力定義：是指閥門在指定溫度下所允許的工作壓力。

    國標(biāo)（GB）、機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)（JB）、化工部標(biāo)準(zhǔn)（HG/HGJ）、德標(biāo)（DIN）和ISO標(biāo)準(zhǔn)
    表示方法：PN
    單位：10-1MPa、bar
    PN6、10、16、20、25、40、50、64、100、150、250、320、420

    美標(biāo)
    表示方法：ANSI CLASS
    單位：Lb
    ANSI150#、300#、400#、600#、800#、900#、1500#、2500#、4500#

    日標(biāo)：
    表示方法：JIS
    單位：K
    JIS10K、20K、30K、40K……
    特殊等級
    相同溫度下，同種材料能夠承受比標(biāo)準(zhǔn)等級更高的壓力
    通過NDE檢驗(yàn)
    表面檢驗(yàn)：磁性顆粒檢驗(yàn)，液體滲透檢驗(yàn)
    立體檢驗(yàn)：X射線檢驗(yàn)，超聲波檢驗(yàn)
    特殊等級的閥門只能是焊接連接

    中間等級
    標(biāo)準(zhǔn)等級或者特殊等級的線性插入，如：CL2890

    限制等級
    僅使用于閥門尺寸不大于2.5英寸的螺紋連接閥門或者焊接連接閥門
    限制等級不需要NDE檢驗(yàn)
    相同溫度下，同種材料能夠承受比標(biāo)準(zhǔn)等級更高的壓力
    通常應(yīng)用于高溫高壓的疏水閥
       閥 門 和 管 道 之 間 的 連 接 形 式   

    常用的連接方式：
    – 對夾式 ( Wafer )
    – 法蘭式 ( Flange )
    – 對焊式 ( Butt Welded )
    – 承插焊式 ( Socket Welded )
    – 螺紋連接 ( Screwed BSPT/NPT )
    法蘭面

    a) Flat face (FF)  平面
    b) Raised face (RF)  凸面
    c) Ring-type joint (RTJ) 環(huán)槽式
    d) Spigot and recess  承插式
    e) Tongue and grove  榫槽式
    f) ‘O’ ring seal  O型圈
    g) Lap joint  活套

    法蘭與管道的連接


    a) Threaded  螺紋
    b) Parallel threaded 平行螺紋
    c) Circlip  卡簧
    d) Weld-on collar 焊接擋圈
    e) Slip On (SO)  松套
    f) Socket Weld (SW)  承插焊
    g) Butt Weld (BW) 對焊
    h) Lap joint  活套
    焊接
    任何溫度和壓力下都不會出現(xiàn)泄漏，但是閥體下線困難。

    對焊 Butt weld connection (BW)
     – 整體性好
    – 要求準(zhǔn)確對齊
    – 用于閥門尺寸不小于2.5 inch的場合

    承插焊Socket weld connection (SW)  
    – 常用于閥門尺寸不大于2 inch的場合
    – 不推薦用于有害介質(zhì)（縫隙腐蝕）
    – 很難采用放射線進(jìn)行檢測 

    常用材料有碳鋼, 304L 和 316L 不銹鋼
    – 良好的可焊性 
    – 無需進(jìn)行焊后熱處理 
       閥 體 端 距    
    工業(yè)過程控制閥標(biāo)準(zhǔn)都對直行程閥體在給定公稱通徑和公稱壓力時的端面間距有明確規(guī)定，大多數(shù)法蘭連接或?qū)高B接的控制閥符合標(biāo)準(zhǔn)化的端面間距。對于直通閥體的平面法蘭和凸面法蘭，尺寸從法蘭端面到法蘭端面（FTF）；

    對于角型閥體的平面法蘭和凸面法蘭，尺寸從法蘭中心線到法蘭端面（CTF），這與一般的法蘭標(biāo)準(zhǔn)表示方法相同，若是凸面法蘭，則FTF、CTF尺寸內(nèi)包含凸面。

    單座閥直通和角型法蘭端距可查IEC 60534-3-1（GB/T 17213.3），單座閥對焊式端距可查IEC 60534-3-3（GB/T 17213.12）,角行程閥法蘭端距可查IEC 60534-3-2（GB/T 17213.11）。美標(biāo)可查ANSI/ISA 75.8.01至75.8.09，九個標(biāo)準(zhǔn)對不同閥型不同磅級的端距做了詳盡的規(guī)定。
     
       閥 體 流 路    
    閥體結(jié)構(gòu)中的流路設(shè)計(jì)涉及到對流體流動的影響，閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀（幾何形狀系數(shù)）影響到壓力恢復(fù)系數(shù)FL。不同閥體因結(jié)構(gòu)的差異，其壓力恢復(fù)能力和壓力恢復(fù)系數(shù)也不相同，關(guān)切流動阻力和壓力損失的大小。閥體流路好，流動阻力小，壓力恢復(fù)能力好一些；流路復(fù)雜，流動阻力大，摩擦損失大，壓力恢復(fù)能力也差一些。壓力恢復(fù)系數(shù)FL直接影響不可壓縮液體是否阻塞紊流的計(jì)算、影響流體雷諾數(shù)的計(jì)算。是否阻塞紊流又與*大流量系數(shù)、空化氣蝕、噪聲有關(guān)。
     
    壓力恢復(fù)系數(shù)FL由廠商型式測試時確定出具體的數(shù)值，不同閥型不同開度都有具體的數(shù)值，這些自有數(shù)據(jù)一般情況下只存在于各廠商各自專用的控制閥計(jì)算軟件中。若使用通用控制閥計(jì)算軟件，選用IEC 60534標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)推薦的閥型典型壓力恢復(fù)系數(shù)FL數(shù)值進(jìn)行計(jì)算時，得出的結(jié)果可能會與廠商計(jì)算數(shù)據(jù)、實(shí)際產(chǎn)品規(guī)格相差甚遠(yuǎn)。由于同樣閥型不同廠商產(chǎn)品有其閥體流路的設(shè)計(jì)區(qū)別，造成具體閥型的壓力恢復(fù)系數(shù)FL與標(biāo)準(zhǔn)推薦的典型值有所不同，再加上閥內(nèi)件的不同設(shè)計(jì)，也就出現(xiàn)同類閥型同樣公稱通徑相近流量系數(shù)情況下但是行程有較大區(qū)別的現(xiàn)象。
    如DN50（NPS 2）控制閥流量系數(shù)Cv基本在45左右，某品牌調(diào)節(jié)閥的行程為15mm，其它廠商多為20-25mm；DN80（NPS 3）控制閥流量系數(shù)Cv基本在100左右，某品牌調(diào)節(jié)閥的行程仍為15mm，其它廠商多為30-40mm；單位行程的流量系數(shù)差異很大，閥的靈敏度差異較大，其中也有閥體流路設(shè)計(jì)的因素。
    單座閥是低壓力恢復(fù)閥型，閥體內(nèi)為S形流路，壓力恢復(fù)系數(shù)FL較大，在0.8到0.9之間，壓力恢復(fù)能力低，其中流關(guān)型的控制閥要比流開型的同類閥的壓力恢復(fù)系數(shù)FL要略小一些。如何使壓力恢復(fù)系數(shù)FL降低一些，使壓力恢復(fù)得好一些，改善阻塞流條件，讓流通能力增加一些，是很多廠商的研發(fā)重點(diǎn)，也不斷有閥體流路設(shè)計(jì)方面的改進(jìn)和創(chuàng)新。
     
    控制閥在過程控制中扮演重要角色，閥體直接與過程流路相接，保障各種介質(zhì)流通并承受流體壓力及適應(yīng)工況要求，同時形狀、結(jié)構(gòu)和連接要滿足用戶需求。正確選擇閥體型式、合理設(shè)計(jì)閥體流路、經(jīng)濟(jì)使用閥體材料是生產(chǎn)和定制控制閥的基本要求。
     
    壓力調(diào)節(jié)閥

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