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控制閥的組成和分類(lèi)
控制閥的組成
控制閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分解為兩部分：力或力矩轉(zhuǎn)換部件和位移轉(zhuǎn)換部件。將控制器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制閥的推力或力矩的部件稱(chēng)為力或力矩轉(zhuǎn)換部件；將力或力矩轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)位移或角位移的部件稱(chēng)為位移轉(zhuǎn)換部件。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為閥芯和閥座之間流通面積的變化，改變操縱變量的數(shù)值。下圖是控制閥組成部分的框圖。
圖1控制閥的組成sypv |
執(zhí)行機(jī)構(gòu)有不同的類(lèi)型。按所使用能源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)三類(lèi)。氣動(dòng)類(lèi)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有歷史悠久、價(jià)格低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便和本質(zhì)安全性等特點(diǎn)，因此，應(yīng)用廣。電動(dòng)類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有可直接連接電動(dòng)儀表或計(jì)算機(jī)，不需要電氣轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，但價(jià)格貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用時(shí)需考慮防爆等問(wèn)題。液動(dòng)類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有推力(或推力矩)大的優(yōu)點(diǎn)，但裝置的體積大，流路復(fù)雜。通常，采用電液組合的方式應(yīng)用于要求大推力(力矩)的應(yīng)用場(chǎng)合。
按執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的移動(dòng)方向，申儀執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為正作用和反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)在輸入信號(hào)增加時(shí)，閥桿向外移動(dòng)。反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)在輸入信號(hào)增加時(shí)，閥桿向內(nèi)移動(dòng)。按執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出位移的類(lèi)型，執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)、角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)和多轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出直線(xiàn)位移。角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出角位移，角位移小于360°例如，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為90°或60°蝶閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。多轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)與角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)類(lèi)似，但轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移可以達(dá)多圈。
按執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成部件的類(lèi)型，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)、活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)、齒輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)、手動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。
按執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作方式，執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為連續(xù)、離散兩類(lèi)。連續(xù)類(lèi)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出是連續(xù)變化的位移信號(hào)。離散類(lèi)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出是開(kāi)關(guān)變化的位移信號(hào)。電磁閥是常用的電動(dòng)離散控制閥，安全放空閥也是常見(jiàn)的離散控制閥。
按執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝方式，執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為直裝式、側(cè)裝式。直裝式執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接安裝在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。側(cè)裝式執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的側(cè)面，它通過(guò)一個(gè)增力裝置來(lái)改變位移方向和作用力大小。
按執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出和輸入的動(dòng)作特性，執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為比例式、比例積分式等類(lèi)型。比例式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出與輸入信號(hào)之間成線(xiàn)性關(guān)系。比例積分式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出是輸入信號(hào)的比例和積分作用之和。
按執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入信號(hào)的類(lèi)型，執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為模擬式執(zhí)行機(jī)構(gòu)和數(shù)字式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。模擬式
執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收模擬信號(hào)，例如，20～100kPa的氣壓信號(hào)，4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)等。數(shù)字式執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收數(shù)字信號(hào)，通常是一串二進(jìn)制信號(hào)，用于開(kāi)閉相應(yīng)的數(shù)字閥。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用，接受現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)數(shù)字信號(hào)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)正得到廣泛應(yīng)用。
調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)也有不同的類(lèi)型。通常，將調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)稱(chēng)為閥。按結(jié)構(gòu)分類(lèi)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分為直通單座閥、直通雙座閥、三通閥、角形閥、高壓閥、隔膜閥、套筒閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、閘閥和蝶閥等。大多數(shù)普通的閥門(mén)可添加有關(guān)閥門(mén)附件，例如執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥門(mén)定位器、閥門(mén)位置檢測(cè)傳感器等。
按流量特性，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分為線(xiàn)性閥、等百分比閥和快開(kāi)閥等。
按閥芯的形式，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分為直行程和角行程閥芯等。直行程閥芯，分平板式、柱塞式、
窗口式、多級(jí)式和套筒式等。角行程閥芯分為偏心旋轉(zhuǎn)式、球式、V形切口式和蝶式等。
按調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上閥蓋的形式，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分為普通型、散熱或吸熱型、波紋管密封型、長(zhǎng)頸
型等。其中，散熱型調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)適用于高溫；吸熱型調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)適用于低溫；對(duì)于深度冷凍的應(yīng)
用，可采用長(zhǎng)頸型調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；波紋管密封型適用于有毒性、易揮發(fā)或貴重流體介質(zhì)的控制，可防止介質(zhì)外漏損耗和造成傷亡事故。
按流向的不同，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分為流開(kāi)和流關(guān)、中心向外和外部向中心等。流開(kāi)(flowopen)類(lèi)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中，在閥芯節(jié)流處流體流動(dòng)方向與閥門(mén)打開(kāi)的方向一致。流關(guān)(flowclose)類(lèi)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中，在閥芯節(jié)流處流體流動(dòng)方向與閥門(mén)關(guān)閉的方向一致。中心向外(out-ward)類(lèi)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中，流體從套筒的中心向外流動(dòng)。外部向中心(inward)類(lèi)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中，流體從套筒的外部向中心流動(dòng)。
按閥桿移動(dòng)時(shí)流通面積的變化不同，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分為正體閥和反體閥。正體閥的閥桿移人閥體時(shí)，流通面積減小，流量減少。反體閥的閥桿移人閥體時(shí)，流通面積增加，流量增加。
按閥芯的導(dǎo)向方式不同，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分為頂導(dǎo)向、頂?shù)讓?dǎo)向、閥桿導(dǎo)向、閥座導(dǎo)向和閥籠導(dǎo)向等。頂導(dǎo)向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的閥芯導(dǎo)向由上閥蓋或閥體內(nèi)一個(gè)導(dǎo)向軸完成；頂?shù)讓?dǎo)向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的閥芯由上、下閥蓋的導(dǎo)向軸同時(shí)定向；閥桿導(dǎo)向是閥蓋上一個(gè)導(dǎo)向軸與閥座環(huán)中心對(duì)中，軸套對(duì)閥桿進(jìn)行導(dǎo)向；閥座導(dǎo)向在小流量控制閥中使用，它通過(guò)閥座進(jìn)行導(dǎo)向；閥籠導(dǎo)向調(diào)節(jié)構(gòu)的閥芯與閥籠組成套筒結(jié)構(gòu)，在整個(gè)行程范圍內(nèi)，閥芯與閥籠內(nèi)表面接觸，在閥籠上有閥籠孔，閥芯移動(dòng)時(shí)改變閥籠孑L的流通面積。閥籠與閥蓋、閥座是自對(duì)中的，從而實(shí)現(xiàn)閥芯的導(dǎo)向。
按閥體是否分離，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分為整體閥和閥體分離閥。整體閥的閥體是一個(gè)整體；閥體
分離閥的閥體可以分離，便于拆卸和進(jìn)行內(nèi)部清洗，進(jìn)行內(nèi)部襯里的更換等。按閥體的材質(zhì)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分為鑄鐵閥、鑄鋼閥、黃銅閥、不銹鋼閥、熱塑料閥、鈦
閥等。
此外，按閥的應(yīng)用場(chǎng)合，還有一些特殊的閥門(mén)，例如低噪聲閥、隔膜閥、防空化閥、耐
蝕閥、蒸汽控制閥、降壓閥等。
除了執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)外，控制閥還可添加一些附件來(lái)配合控制閥的動(dòng)作，包括閥門(mén)定位器、手輪機(jī)構(gòu)、信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、閥位檢測(cè)、傳送裝置和自鎖裝置等，這些附件使控制閥
的功能更完善，使用更方便，應(yīng)用更靈活，性能更優(yōu)越。
控制閥的分類(lèi)
將控制閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組合，可組成各種類(lèi)型的控制閥。為了增強(qiáng)控制閥的功能，完善控制閥的性能，控制閥還可與一些控制閥附件組合，實(shí)現(xiàn)更高的控制精度，克服控制閥的死區(qū)等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)降級(jí)操作。下面介紹主要的控制閥類(lèi)型。
| (1)直通單座閥 如圖2所示，直通單座控制閥有一個(gè)閥芯和一個(gè)閥座。圖中，閥桿與閥芯連接，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作直線(xiàn)位移時(shí)，通過(guò)閥桿帶動(dòng)閥芯移動(dòng)。上蓋板用于壓緊填料，上閥蓋與閥體用螺栓連接，用于閥桿和閥芯的中心定位。閥座與上閥蓋一起，用于保證閥芯與閥座的中心定位，并在閥芯移動(dòng)時(shí)，改變流體的流通面積，從而改變操縱變量，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的功能。圖中的閥芯導(dǎo)向采用頂導(dǎo)向方式。一些直通單座閥采用頂?shù)讓?dǎo)向方式，提高導(dǎo)向精確度。一些小流量直通控制閥常采用閥座導(dǎo)向方式。直通單座控制閥只有一個(gè)閥芯和一個(gè)閥座，是一種常見(jiàn)的控制閥。其特點(diǎn)如下： 1.泄漏量小，容易實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的密封和切斷，例如，可采用金屬與金屬的硬密封，或金屬與聚四氟乙烯或其他復(fù)合材料的軟密封，標(biāo)準(zhǔn)泄漏量為0.0l％C(C是額定流量系數(shù))。 2.允許壓差小，例如，DNl00閥的允許壓差僅120kPa。 3.流通能力小，例如，DNl00的直通閥的流通能力僅為100。 4.由于流體介質(zhì)對(duì)閥芯的推力大，即不平衡力大，因此，在高壓差、大口徑的應(yīng)用場(chǎng)合，不宜采用這類(lèi)控制閥。 |
圖2 直通單座閥 |
| 近年來(lái)，閥籠結(jié)構(gòu)的直通控制閥由于其具有維護(hù)簡(jiǎn)單、改變閥座可改變閥門(mén)流量特性的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。為了降低閥芯所受到不平衡力的影響，可采用大推力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用直通雙座閥結(jié)構(gòu)，也可采用圖3所示平衡閥芯的閥籠式結(jié)構(gòu)。圖中，在閥芯上部和閥籠缸體之間采用石墨潤(rùn)滑的滑動(dòng)活塞環(huán)，用于閥芯與閥籠之間的密封。閥籠與上閥蓋之間也采用閥帽墊片、螺旋墊片等進(jìn)行密封，保證上游高壓流體不會(huì)進(jìn)入下游低壓腔內(nèi)。此外，流體經(jīng)閥芯頂部的平衡連接孔，同時(shí)作用在閥芯的底部和頂部，消除了大部分靜態(tài)不平衡力，并具有一定的阻尼作用，減小流體流動(dòng)引發(fā)的振動(dòng)等擾動(dòng)的影響。通常，平衡結(jié)構(gòu)的直通單座控制閥采用如圖3所示的外部向中心的流向。 (2)套筒閥 套筒閥又稱(chēng)籠式閥，它是閥內(nèi)件采用閥芯和閥籠(套筒)的控制閥。套筒可以是直通單座閥，也可以是雙座閥或角形閥等。套筒閥用閥籠內(nèi)表面導(dǎo)向，用閥籠節(jié)流幾滿(mǎn)足所需流量特性。套筒閥的特點(diǎn)如下。 |
圖3 籠式閥的結(jié)構(gòu) （套筒閥） |
1.安裝維護(hù)方便。閥座通過(guò)閥蓋緊壓在閥體上，不采用螺紋連接，安裝和維護(hù)方便。
2.流量特性更改方便。套筒閥中流體從套筒向外流出，稱(chēng)為中心向外流向，反之，稱(chēng)外部向中心流向。是外部向中心流向的直通套筒閥結(jié)構(gòu)圖。在套筒上對(duì)稱(chēng)地分布3、4或6個(gè)節(jié)流開(kāi)孔，節(jié)流開(kāi)孔形狀與所需流量特性有關(guān)，因此，可方便地更換套筒(節(jié)流開(kāi)的形狀)來(lái)改變控制閥的流量特性。
3.降噪和降低空化影口向。為降低控制閥噪聲，套筒和閥芯也可開(kāi)多個(gè)小孔，利用小孔
增加阻力，將速度頭轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，使噪聲降低。通常，套筒閥可降低噪聲10dB以上，因此，在需降噪場(chǎng)合被廣泛應(yīng)用。為降低控制閥噪聲，也可采用多級(jí)降壓方法，例如多級(jí)閥芯和套筒結(jié)構(gòu)。由于控制閥兩端的總壓降被分配到各級(jí)，使各級(jí)都不會(huì)造成流體發(fā)生閃蒸和空化，從而使控制閥的噪聲降低，并能夠削弱和防止閃蒸和空化造成的沖刷和磨損。套筒閥閥芯底部為平面，如發(fā)生汽蝕，氣泡破裂產(chǎn)生的沖擊不作用到閥芯，而被介質(zhì)自身吸收，因此，套筒閥的汽蝕影響小，使用壽命長(zhǎng)。
4.泄漏量較單座閥大，由于套筒與閥芯之間有石墨活塞環(huán)密封，長(zhǎng)期運(yùn)行后，密封環(huán)的磨損使套筒閥的泄漏量比單座閥大o
5.互換性和通用性強(qiáng)。更換不同套筒，可獲得不同流量系數(shù)和不同流量特性。
6.減小不平衡力影響。通常，套筒閥閥芯上開(kāi)有平衡孔，使閥芯上所受不平衡力大為減小，同時(shí)，它具有阻尼作用，對(duì)控制閥穩(wěn)定運(yùn)行有利。因此，這類(lèi)控制閥常用于壓差大、要求低噪聲的應(yīng)用場(chǎng)合。
| (3)直通雙座閥 如圖4所示。直通雙座控制閥有兩個(gè)閥芯和兩個(gè)閥座。流體從圖示的左側(cè)流人，經(jīng)兩個(gè)閥芯和閥座后，匯合到右側(cè)流出。由于上閥芯所受向上推力和下閥芯所受向下推力基本平衡，因此，整個(gè)閥芯所受不平衡力小。直通雙座閥的特點(diǎn)如下。 1.所受不平衡力小，允許的壓降大，例如，DNl00 雙座閥允許壓差280kPa。 2.流通能力大，與相同口徑的其他控制閥比較，雙座閥可流過(guò)更多流體，同口徑雙座閥流通能力比單座閥流通能力約大20％～50％。例如，DNl00雙座閥流通能力達(dá)160。因此，為獲得相同的流通能力，雙座閥可選用較小推力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 3.正體閥和反體閥的改裝方便。由于雙座閥采用頂?shù)纂p導(dǎo)向，因此，只需將閥芯和閥座反過(guò)來(lái)安裝就能將正體閥改為反體閥，反體閥改為正體閥，而不需要改選執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正作用或反作用類(lèi)型。圖4所示的雙座閥結(jié)構(gòu)只需將閥體反裝，并與閥桿連接即可完成。 4.泄漏量大。雙座閥的上、下閥芯不能同時(shí)保證關(guān)閉，因此，雙座閥的泄漏量較大，標(biāo)準(zhǔn)泄漏量為0．1％C。雙座閥的閥芯和閥座采用不同材料或者用于低溫或高溫場(chǎng)合時(shí)，由于材料線(xiàn)膨脹量不同，造成的泄漏量會(huì)更大。 |
圖4 雙座閥的結(jié)構(gòu) |
5.抗沖刷能力差。閥內(nèi)流路復(fù)雜，在高壓差應(yīng)用場(chǎng)合，受到高壓流體的沖刷較嚴(yán)重，并在高壓差時(shí)造成流體的閃蒸和空化，加重了對(duì)閥體的沖刷，因此，雙座閥不適用于高壓差的應(yīng)用場(chǎng)所。由于流路復(fù)雜，它也不適用于含纖維介質(zhì)和高黏度流體的控制。
由于帶平衡的套筒閥能夠消除大部分靜態(tài)不平衡力，雙座閥的優(yōu)點(diǎn)已不明顯，而它的泄漏量大的缺點(diǎn)更為顯現(xiàn)，因此，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中，原來(lái)采用雙座閥的場(chǎng)合，可用帶平衡結(jié)構(gòu)、的套筒閥代替，國(guó)外制造商也采用整體結(jié)構(gòu)的雙座直通閥來(lái)減小泄漏量的產(chǎn)品。
| (4)三通閥 三通閥按流體的作用方式分為合流閥和分流閥兩類(lèi)。合流閥有兩個(gè)人口，合流后從一個(gè)出口流出。分流閥有一個(gè)流體人口，經(jīng)分流成兩股流體從兩個(gè)出口流出。圖2—5是分流三通閥的結(jié)構(gòu)圖。合流三通閥的結(jié)構(gòu)與分流三通閥的結(jié)構(gòu)類(lèi)似。其特點(diǎn)如下。 1.三通閥有兩個(gè)閥芯和閥座，結(jié)構(gòu)與雙座閥類(lèi)似。但三通閥中，一個(gè)閥芯與閥座間的流通面積增加時(shí)，另一個(gè)閥芯與閥座間的流通面積減少。而雙座閥中，兩個(gè)閥芯和閥座間的流通面積是同時(shí)增加或減少的。 2.三通閥的氣開(kāi)和氣關(guān)只能通過(guò)選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正作用和反作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。雙座閥的氣開(kāi)和氣關(guān)的改變可直接將閥體或閥芯與閥座反裝米買(mǎi)現(xiàn)。 3.三通閥用于需要流體進(jìn)行配比的控制系統(tǒng)時(shí)，由于它代替一個(gè)氣開(kāi)控制閥和一個(gè)氣關(guān)控制閥，因此，可降低成本并減少安裝空間�！ �4.三通閥也用于旁路控制的場(chǎng)所，例如，一路流體通過(guò)換熱器換熱，另一路流體不進(jìn)行換熱。當(dāng)三通閥安裝在換熱器前時(shí)，采用分流三通閥；當(dāng)三通閥安裝在換熱器后時(shí)，采用合流三通閥。由于安裝在換熱器前的三通閥內(nèi)流過(guò)的流體有相同溫度，因此，泄漏量較小；安裝在換熱器后的三通閥內(nèi)流過(guò)的流體有不同的溫度，對(duì)閥芯和閥座的膨脹程度不同，因此，泄漏量較大。通常，兩股流體的溫度差不宜超過(guò)150℃。 |
圖5 分流三通閥 |
圖5所示三通閥采用閥籠結(jié)構(gòu)，帶平衡孔，采用閥籠導(dǎo)向。因此，可大大降低不平衡力。早期的三通閥采用圓筒薄壁窗口，用閥芯側(cè)面導(dǎo)向，雖然可減小不平衡力，但在一股流體接近關(guān)閉(流關(guān)流向)時(shí)，仍有較大的不平衡力，而且，隨閥門(mén)開(kāi)度的變化，不平衡力變化，采用圖示帶平衡孔的閥籠結(jié)構(gòu)，可使不平衡力消除，并有阻尼作用，有利于控制閥的穩(wěn)定運(yùn)行。
由于三通閥的泄漏量較大，在需要泄漏量小的應(yīng)用場(chǎng)合，可采用兩個(gè)控制閥(和二通接
管)進(jìn)行流體的分流，或合流，或進(jìn)行流體的配比控制。
| (5)角形閥：角形閥適用于要求直角連接的應(yīng)用場(chǎng)合，可節(jié)省一個(gè)直角彎管和安裝空間。由于流路比直通閥簡(jiǎn)單，因此，適用于高黏度、含懸浮物和顆粒的流體控制。 與直通閥的另一區(qū)別是角形閥只能單導(dǎo)向，因此，不能通過(guò)反裝閥芯實(shí)現(xiàn)氣開(kāi)或氣關(guān)作用方式的轉(zhuǎn)換，只能選用正作用或反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)作用方式的轉(zhuǎn)換。圖2—6是角形閥的結(jié)構(gòu)圖。角形閥的流體一般從底部流人，從閥側(cè)面流出。因此，流體中的懸浮物或顆粒不易在閥內(nèi)沉積，可避免結(jié)焦和堵塞，具有自?xún)裟芰�，便于維護(hù)和清洗，但對(duì)閥芯的沖刷較大。 采用側(cè)進(jìn)底出的流向，可改善對(duì)閥芯的沖刷損傷，但在小開(kāi)度時(shí)，由于是流關(guān)流向，容易發(fā)生根切現(xiàn)象，根切現(xiàn)象是小開(kāi)度時(shí)，由于流體流動(dòng)·造成不平衡力方向變化，使閥芯振蕩的不穩(wěn)定現(xiàn)象。為降低不平衡力和改善閥芯的沖刷，可采用圖示帶平衡孔的套筒式結(jié)構(gòu)。角形閥的流路阻力小，因此，可降低閥兩端壓降，具有一定的節(jié)能效果。 (6)高壓閥 高壓閥適用于高靜壓和高壓差的應(yīng)用場(chǎng)合。國(guó)內(nèi)高壓閥通常采用角形單座結(jié)構(gòu)，國(guó)外高壓閥也有采用整體鍛造結(jié)構(gòu)。 |
圖6 角形閥的結(jié)構(gòu) |
與角形閥的區(qū)別是高壓閥的上閥蓋與閥體整體鍛造，下閥蓋與閥體分離，而角形閥的上閥蓋與閥體分離，下閥蓋與閥體是整體結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2—6和圖2—7的區(qū)別。國(guó)內(nèi)高壓閥額定工作壓力可達(dá)32MPa，國(guó)外高壓閥額定工作壓力可達(dá)42MPao采用整體鍛造結(jié)構(gòu)時(shí)，與單座閥類(lèi)似，上閥蓋與填料腔是一個(gè)整體。圖2—7，是角形高壓閥的結(jié)構(gòu)圖。圖2—8是直通高壓閥的結(jié)構(gòu)圖。
為防止高壓差時(shí)流體閃蒸和空化使閥芯和閥座損傷，近年有多級(jí)降壓閥芯的高壓閥問(wèn)世。圖2—9顯示多級(jí)降壓高壓套筒閥結(jié)構(gòu)。通常，高壓控制閥公稱(chēng)通徑在DN40一DNl00，最大壓差小于16MPa時(shí)采用兩級(jí)降壓閥芯；公稱(chēng)通徑小于DN40，最大壓差小于32MPa時(shí)，
高壓控制閥采用，四級(jí)降壓閥芯。多級(jí)閥芯進(jìn)行降壓相當(dāng)于多個(gè)控制閥串聯(lián)連接，因此，不僅可大大節(jié)省安裝空間和降低成本，而且可大大降低控制閥噪聲。
在高壓差時(shí)，為減小不平衡力影響，通常采用平衡式結(jié)構(gòu)。平衡式結(jié)構(gòu)適用于柱塞形閥
芯，也適用于套筒形閥芯。
多級(jí)閥芯結(jié)構(gòu)采用第一級(jí)閥芯進(jìn)行關(guān)閉，與單座閥相當(dāng)，通常，泄漏等級(jí)為Ⅳ級(jí)。
(7)隔膜閥
隔膜閥由耐腐蝕的隔膜和內(nèi)襯耐腐蝕材質(zhì)的閥體組成，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性流體的切斷控制或節(jié)流控制。隔膜閥的流路有堰式和直通式兩種，堰式隔膜閥的閥體流路中有一個(gè)堰，當(dāng)隔膜壓緊到堰時(shí)，流體被阻斷。直通式隔膜閥的閥體內(nèi)是直通的，通過(guò)隔膜下移壓緊閥體來(lái)阻斷流體，由于閥體直通，因此阻斷流體和密封能力不如堰式隔膜閥。受隔膜和襯里材質(zhì)的影響，隔膜閥不能用于高溫和高壓等工況。一般工作壓力不大于1．6MPa，工作溫度不大于150℃。隔膜閥用隔膜將流體密封，因此，不需要填料，降低了死區(qū)限，避免了泄漏。但因隔膜的材質(zhì)特性，它的復(fù)現(xiàn)性不高，有較大回差。它的流量特性近似為快開(kāi)特性，即在60％行程內(nèi)呈現(xiàn)線(xiàn)性特性，超過(guò)60％行程后，流量變化很小。
常用的隔膜材料是橡膠和聚四氟乙烯等。
由于隔膜閥的流量特性(近似快開(kāi))差，控制精度低，可調(diào)范圍小，因此，國(guó)外已較少采用。隨著耐腐蝕材料研究的深入，國(guó)外多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合采用耐腐蝕材料做成閥芯、閥座和閥牛來(lái)改善控制閥的動(dòng)態(tài)性能，并使流量特性滿(mǎn)足控制要求。
隔膜閥的流動(dòng)阻力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被控介質(zhì)不會(huì)外泄，流通能力約是同樣通徑直通控制
閥的1．5倍，價(jià)格比耐腐蝕材料制造的控制閥要低，因此，國(guó)內(nèi)仍有一定市場(chǎng)。
(8)球閥
球閥是一類(lèi)旋轉(zhuǎn)閥，它將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移，并帶動(dòng)球狀．閥芯旋轉(zhuǎn)。球閥閥芯是一個(gè)帶孔的球，當(dāng)閥芯旋轉(zhuǎn)時(shí)，節(jié)流面積變化。根據(jù)孔的形狀，分為O形球閥和V形球閥兩類(lèi)。球閥流通能力大，流動(dòng)阻力小，既可用于流體的節(jié)流調(diào)節(jié)(連續(xù)控制)，也可用于流體的切斷控制(開(kāi)關(guān)控制)。通常，球閥的可調(diào)比大，約為同通徑控制閥的幾倍。球閥具有旋轉(zhuǎn)閥的切斷功能，因此，適用于含纖維、漿料和黏度大的流體控制。
O形球閥的孔是一個(gè)貫通全球的直孔，當(dāng)閥芯旋轉(zhuǎn)時(shí)，節(jié)流孔的面積變化，其特點(diǎn)
如下。
1.流量特性近似為快開(kāi)特性。因此，O形球閥常被用于作為含纖維、漿料或黏性流體
的切斷控制閥，其工作溫度不大于200℃，工作壓力不大于0．1MPa。
2.閥體對(duì)稱(chēng)，流體流向可任意，閥芯旋轉(zhuǎn)角從0°到90°可單向旋轉(zhuǎn)，也可雙向旋轉(zhuǎn)。
3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，可采用軟密封，因密封可靠，泄漏量很小，軟密封O形球閥(聚四氟乙烯閥座)可達(dá)氣泡級(jí)密封。
4.可調(diào)比高。通常，與活塞·式執(zhí)行機(jī)構(gòu)或全電子式執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合使用，可調(diào)比可達(dá)
100：l一500：1。
5.價(jià)格貴，遠(yuǎn)高于普通球閥。
| V形球閥是在球形閥芯上有V形切口的球閥，切口的形狀與控制閥的流量特性有關(guān)。 1.V形球閥的切口可使控制閥流量特性近似為等百分比流量特性。 2.隨閥軸旋轉(zhuǎn)，V形切口旋人閥體，球體與閥體中密封圈緊密接觸，因此可達(dá)到良好密封 3.流阻小，具有剪切功能，常被用于作為含纖維、漿料或黏性流體的節(jié)流控制閥。 4.流通能力大，流通能力可達(dá)同通徑其他控制閥的2倍。 5.可調(diào)比大，可達(dá)200：1～300：1。 6.適用于工作溫度在一40～450℃(2，工作壓力不大于6．4MPa的場(chǎng)合。 |
圖7 V形球閥結(jié)構(gòu)圖 |
(9)蝶閥
蝶閥又稱(chēng)翻板閥，它由閥體閥板、閥軸和密封填料、軸承等部分組成。按使用介質(zhì)的工作溫度和壓力，蝶閥分為常溫蝶閥(一20～450℃)、低溫蝶閥(一200～40℃)和高溫蝶閥(450～600℃和600～850℃)、高壓蝶閥等幾類(lèi)。按作用方式，蝶閥可分為調(diào)節(jié)型、切斷型和調(diào)節(jié)切斷型三類(lèi)。按閥板輪廓，蝶閥可分為傳統(tǒng)輪廓閥板蝶閥和動(dòng)態(tài)輪廓閥板蝶閥。蝶閥的特點(diǎn)如下。
1.流通能力大，可調(diào)比大，壓降小。蝶閥流阻小，可制造大口徑蝶閥。其流通能力大，約為同通徑其他控制閥的l.5～2倍。傳統(tǒng)輪廓閥板的蝶閥，其可調(diào)比為33：1，動(dòng)態(tài)輪廓閥板的蝶閥，其可調(diào)比達(dá)100：1。
2.流量特性在轉(zhuǎn)角0—70°(通常蝶閥轉(zhuǎn)角為0～60°)范圍內(nèi)近似為等百分比特性。超過(guò)規(guī)定轉(zhuǎn)角后，控制閥的運(yùn)行會(huì)不穩(wěn)定。
3.控制閥氣開(kāi)和氣關(guān)方式更換方便，只需要將蝶閥閥板回轉(zhuǎn)70°，并用鍵與閥軸的另一
鍵銷(xiāo)固定即可。蝶閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常采用正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
4.流路簡(jiǎn)單，流阻小，可用于大口徑、大流量、低壓差的應(yīng)用場(chǎng)合，適用于漿料懸浮物和顆粒介質(zhì)的流體控制。
5.可采用軟密封方法，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密的密封，用于核工業(yè)的有關(guān)應(yīng)用。
6.可采用涂覆或襯里的方法實(shí)現(xiàn)防腐蝕，用于有腐蝕性介質(zhì)流體的控制。
7.大口徑蝶閥，為獲得大輸出推力矩，可采用長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)或活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
8.體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低。
9.除了所用閥體和閥板的材料不同外，低溫蝶閥和高溫蝶閥的結(jié)構(gòu)與常溫蝶閥相同。低溫 蝶閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥體間有長(zhǎng)頸接管，與其他低溫控制閥類(lèi)似。高壓蝶閥的材質(zhì)采用鍛鋼，并采用低轉(zhuǎn)矩閥板，其他與常溫蝶閥類(lèi)似。
10.可通過(guò)閥板形狀的設(shè)計(jì)，改善流路阻力分配，降低所需推力矩。例如，采用動(dòng)態(tài)輪廓閥板，可在0—90°范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)等百分比流量特性。
(10)偏心旋轉(zhuǎn)閥 偏心旋轉(zhuǎn)閥又稱(chēng)為撓曲凸輪閥、偏心球塞控制閥。它有一個(gè)偏心旋轉(zhuǎn)
的閥芯，當(dāng)控制閥接近。關(guān)閉時(shí)，閥芯的彎曲臂產(chǎn)生撓曲變形，使閥芯的球面球塞與閥座緊密
接觸，因此密封性能很好。偏心旋轉(zhuǎn)閥的特點(diǎn)如下。
1.抗沖刷性強(qiáng)。閥體和閥蓋整體鑄造，工作溫度寬，在一40～450℃，工作壓力可10MPa。
2.磨損小，使用壽命長(zhǎng)。由于偏心球塞在打開(kāi)時(shí)，其與閥座環(huán)的接觸可減到最小，因此，因旋轉(zhuǎn)造成的磨損很小，它也降低了摩擦力，改善了控制閥動(dòng)態(tài)特性，延長(zhǎng)了控制閥使用壽命
3.可調(diào)比大。全腔型可達(dá)100：1；60％縮腔型可達(dá)60：1；40％縮腔型可達(dá)40：1。
4.密封性好。閥芯彎曲臂的撓曲變形使閥芯能緊壓閥座密封環(huán)，保證良好密封，標(biāo)準(zhǔn)
泄漏量小于0．01％℃。
5.流通能力大。流通能力可達(dá)同通徑雙座閥的1.2倍。
6.流量特性接近修正拋物線(xiàn)特性，在流體流向改變時(shí)不改變流量特性。
7.動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性好。只需要較小力矩就能夠嚴(yán)密關(guān)閉。流向改變時(shí)，流體對(duì)閥芯的作用力矩相互抵消，也沒(méi)有柱塞閥的根切現(xiàn)象，因此，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性比柱塞閥和蝶閥好。
8.可在閥體襯各種耐腐蝕或耐磨損的襯里材料，以適應(yīng)各種工作溫度和工作壓力條件下的運(yùn)行，也可適應(yīng)腐蝕性和含顆粒等流體的控制。
9.重量輕、體積小，安裝靈活，通用性強(qiáng)。
(11)閘閥 閘閥又稱(chēng)閘板閥。它由閘板、兩個(gè)密封板和閥桿等組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常為
長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)或活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。閘板可采用單閘板，也可采用雙閘板，閘閥常用于高黏度、含纖維的漿料等流體的控制。它具有流阻小、行程大、口徑大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適用于控制精度要求不高的大口徑、大流量、低壓差的應(yīng)用場(chǎng)合。
與蝶閥比較，閘閥具有較好的剪切能力，特別適合含纖維漿料的控制，例如造紙工業(yè)中紙漿的控制。由于密封面大，因此閘閥的泄漏量較大。另有一種類(lèi)似的閘閥，稱(chēng)為平行滑閥。它由兩塊平行滑塊上下移動(dòng)來(lái)控制流量，滑塊間的彈簧使滑塊緊壓滑軌，該類(lèi)閥具有很小流體阻力和優(yōu)良密封性能，標(biāo)準(zhǔn)泄漏量達(dá)0．00001％C以下。適用于緊急切斷或緊急開(kāi)啟的應(yīng)用場(chǎng)合。
(12)其他特殊用途控制閥 為特殊應(yīng)用，在上述控制閥的基礎(chǔ)上，如果上閥蓋加長(zhǎng)、添加散熱片可用于低溫和高溫；采用多個(gè)彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可減小整個(gè)控制閥的體積和重量；申儀為降低噪聲采用一系列降噪措施設(shè)計(jì)可組成低噪聲控制閥；此外，還有為便于維護(hù)和清洗采用閥體分離結(jié)構(gòu)的閥體分離閥；為聯(lián)鎖動(dòng)作的快速要求采用的快速切斷閥；為小流量控制設(shè)計(jì)的微小流量控制閥；為防止泄漏采用的波紋管密封的控制閥；為過(guò)熱蒸汽減溫和蒸汽透平旁路系統(tǒng)應(yīng)用的蒸汽控制閥等。