调节阀技术解密——阀体

控制阀又称调节阀（Controlvalve），国标GB/T17213.1-2015对调节阀术语和总则进行了定义，调节阀是自动控制的终端控制元件，用于调节介质的流量、压力和液位。决定着过程控制是否及时有效和系统安全，在整个控制回路中较为重要。本文针对大多数厂家都生产的直行程调节阀技术进行探讨分析。

阀体
阀体是阀门主要部分，用于连接管道和实现流体通路，并可安置阀内件，接触各种介质并承受流体压力，应符合使用压力、温度、冲蚀、腐蚀条件等各方面要求，并根据工程实践、安装要求决定阀体结构、连接和材料等。

阀体一般采用铸造（包括压铸）、锻造（包括模锻）或棒状材料，从热加工到冷加工，对铸造毛坯、锻造料材、棒状型材进行车制加工成一定尺寸。

阀体型式

直行程控制阀型式多样，有应用*多的单座阀，还有双座阀、套筒（笼式）阀、角型阀、三通阀、隔膜阀以及管夹阀、角座阀（又称斜座阀、Y型阀）、滑板阀等。此外还有一些满足特殊工况或特殊用户要求的特殊设计阀体，如带热夹套的阀体、用夹具紧固易拆卸的分离阀体、高压角阀锻造阀体等。

直通单座阀（GLOBE）
阀体内只有一个阀座和阀芯
结构简单
密封效果好
流通能力差
不平衡力大
不适合高压差,大口径的场合

直通双座阀（GLOBE）
阀体内有两个阀座和密封面
流通能力大
不平衡力小
泄漏量大
切断效果差

套筒阀（CAGE）
阀体内部阀盖和阀座之间加一个开口套筒
阀体内部阀芯由套筒导向
阀芯上可开有平衡孔，减小不平衡力
套筒上开有窗口用于决定流量与流量特性
套筒阀可调比大,振动小,互换性好
可适用于大部分单双座阀的应用场合
泄漏量较单座大，不适用于有颗粒及较脏污介质

角形阀（ANGLE）
阀体内有一个阀座和密封面结构简单,密封效果好
阀体内不易存积污物,不易堵塞,具有自洁净功能
适用于控制高粘度介质,高压差，以及含有悬浮物和颗粒物的介质
容易发生阀芯振荡不稳定的现象

三通阀
三通阀有三个出入口与管道相连接，有合流，分流两种类型

公称通径
公称通径定义：阀门的流通孔径
公制（mm）
英制（inch）
一般的表示方式：DN

inch mm
” 15
” 20
1” 25
1-” 32
1-” 40
2” 50
2-” 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

阀门的尺寸通常用公称通径来表示
公称通径是仅供参考的圆整数，与加工尺寸仅呈不严格的关系
根据ANSI规格，所有调节阀的尺寸必须不小于管道的1/2
通常调节阀与管道的连接需要大小头，或者是带颈法兰
阀门的结构长度指阀门的端面与端面之间的长度

大小头
异径管（reducer）又称大小头。用于不通规格或不同材质的两种管道之间的连接或者阀门与管道的连接。按照形状的不同，分为同心大小头和偏心大小头两种。
使用大小头主要是用于节省成本。因为根据流量计算合适的调节阀口径比管道直径小，例如管道是DN100的，阀门计算CV选出来可能只要阀座DN65就好了，阀门厂家为了节省成本或投标的时候价格要比别人低，只要没有特殊的工艺要求（譬如不能有过大的压降）就可以用DN65X65口径的阀门，加个异径管。

公称压力
阀门属于压力管道元件，阀体承受着管道内介质压力，阀体设计必须满足相关的标准要求，要符合规定的公称压力或磅级并且每件阀体都要经过耐压试验。
公称压力定义：是指阀门在指定温度下所允许的工作压力。

国标（GB）、机械部标准（JB）、化工部标准（HG/HGJ）、德标（DIN）和ISO标准
表示方法：PN
单位：10-1MPa、bar
PN6、10、16、20、25、40、50、64、100、150、250、320、420

美标
表示方法：ANSICLASS
单位：Lb
ANSI150#、300#、400#、600#、800#、900#、1500#、2500#、4500#

日标：
表示方法：JIS
单位：K
JIS10K、20K、30K、40K……

特殊等级
相同温度下，同种材料能够承受比标准等级更高的压力
通过NDE检验
表面检验：磁性颗粒检验，液体渗透检验
立体检验：X射线检验，超声波检验
特殊等级的阀门只能是焊接连接

中间等级
标准等级或者特殊等级的线性插入，如：CL2890

限制等级
仅使用于阀门尺寸不大于2.5英寸的螺纹连接阀门或者焊接连接阀门
限制等级不需要NDE检验
相同温度下，同种材料能够承受比标准等级更高的压力
通常应用于高温高压的疏水阀

阀门和管道之间的连接形式

常用的连接方式：
– 对夹式(Wafer)
– 法兰式(Flange)
– 对焊式(ButtWelded)
– 承插焊式(SocketWelded)
– 螺纹连接(ScrewedBSPT/NPT)

法兰面

a)Flatface(FF)平面
b)Raisedface(RF)凸面
c)Ring-typejoint(RTJ)环槽式
d)Spigotandrecess承插式
e)Tongueandgrove榫槽式
f)‘O’ringsealO型圈
g)Lapjoint活套

法兰与管道的连接


a)Threaded螺纹
b)Parallelthreaded平行螺纹
c)Circlip卡簧
d)Weld-oncollar焊接挡圈
e)SlipOn(SO)松套
f)SocketWeld(SW)承插焊
g)ButtWeld(BW)对焊
h)Lapjoint活套

焊接
任何温度和压力下都不会出现泄漏，但是阀体下线困难。

对焊Buttweldconnection(BW)
– 整体性好
– 要求准确对齐
– 用于阀门尺寸不小于2.5inch的场合

承插焊Socketweldconnection(SW)
– 常用于阀门尺寸不大于2inch的场合
– 不推荐用于有害介质（缝隙腐蚀）
– 很难采用放射线进行检测

常用材料有碳钢,304L和316L不锈钢
– 良好的可焊性
– 无需进行焊后热处理

阀体端距
工业过程控制阀标准都对直行程阀体在给定公称通径和公称压力时的端面间距有明确规定，大多数法兰连接或对焊连接的控制阀符合标准化的端面间距。对于直通阀体的平面法兰和凸面法兰，尺寸从法兰端面到法兰端面（FTF）；

对于角型阀体的平面法兰和凸面法兰，尺寸从法兰中心线到法兰端面（CTF），这与一般的法兰标准表示方法相同，若是凸面法兰，则FTF、CTF尺寸内包含凸面。

单座阀直通和角型法兰端距可查IEC60534-3-1（GB/T17213.3），单座阀对焊式端距可查IEC60534-3-3（GB/T17213.12）,角行程阀法兰端距可查IEC60534-3-2（GB/T17213.11）。美标可查ANSI/ISA75.8.01至75.8.09，九个标准对不同阀型不同磅级的端距做了详尽的规定。

阀体流路
阀体结构中的流路设计涉及到对流体流动的影响，阀体内部结构形状（几何形状系数）影响到压力恢复系数FL。不同阀体因结构的差异，其压力恢复能力和压力恢复系数也不相同，关切流动阻力和压力损失的大小。阀体流路好，流动阻力小，压力恢复能力好一些；流路复杂，流动阻力大，摩擦损失大，压力恢复能力也差一些。压力恢复系数FL直接影响不可压缩液体是否阻塞紊流的计算、影响流体雷诺数的计算。是否阻塞紊流又与*大流量系数、空化气蚀、噪声有关。

压力恢复系数FL由厂商型式测试时确定出具体的数值，不同阀型不同开度都有具体的数值，这些自有数据一般情况下只存在于各厂商各自专用的控制阀计算软件中。若使用通用控制阀计算软件，选用IEC60534标准内推荐的阀型典型压力恢复系数FL数值进行计算时，得出的结果可能会与厂商计算数据、实际产品规格相差甚远。由于同样阀型不同厂商产品有其阀体流路的设计区别，造成具体阀型的压力恢复系数FL与标准推荐的典型值有所不同，再加上阀内件的不同设计，也就出现同类阀型同样公称通径相近流量系数情况下但是行程有较大区别的现象。
如DN50（NPS2）控制阀流量系数Cv基本在45左右，某品牌调节阀的行程为15mm，其它厂商多为20-25mm；DN80（NPS3）控制阀流量系数Cv基本在100左右，某品牌调节阀的行程仍为15mm，其它厂商多为30-40mm；单位行程的流量系数差异很大，阀的灵敏度差异较大，其中也有阀体流路设计的因素。

单座阀是低压力恢复阀型，阀体内为S形流路，压力恢复系数FL较大，在0.8到0.9之间，压力恢复能力低，其中流关型的控制阀要比流开型的同类阀的压力恢复系数FL要略小一些。如何使压力恢复系数FL降低一些，使压力恢复得好一些，改善阻塞流条件，让流通能力增加一些，是很多厂商的研发重点，也不断有阀体流路设计方面的改进和创新。

控制阀在过程控制中扮演重要角色，阀体直接与过程流路相接，保障各种介质流通并承受流体压力及适应工况要求，同时形状、结构和连接要满足用户需求。正确选择阀体型式、合理设计阀体流路、经济使用阀体材料是生产和定制控制阀的基本要求。