阀门计算选型与维护

阀门计算选型与维护第1页，共82页，2023年，2月20日，星期四导语

在现代化装置的自动化控制当中，调节阀起着十分重要的作用。这些装置的生产取决于流动着的液体和气体的控制。无论是流量、温度、压力、液面的调节都是靠最终的控制元件去完成。作为最终控制元件—调节阀可以认为是自动控制的“手脚”。调节阀的类型和结构型式繁多，在自动化生产中往往因各种各样的原因出现多种故障，而每一种故障的出现都会产生不同的后果，影响装置的正常运行，还可能造成不可挽回的损失。调节阀又称控制阀，它是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置。调节阀由执行机构和阀组成。执行机构起推动作用，而阀起调节流量的作用。调节阀是执行器的主要类型。执行机构是将控制信号转换成相应的动作来控制阀内节流件的位置。信号或驱动力可以为气动、电动、液动或这三者的任意组合。阀是调节阀的调节部分，它与介质直接接触，在执行机构的推动下，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而达到调节流量的目的。

第2页，共82页，2023年，2月20日，星期四第一部分概论第3页，共82页，2023年，2月20日，星期四

右图是一个典型的热交换器自动调节系统图。从图中可以看出，调节阀的信号来自于调节器，根据信号的变化直接改变

被调介质（蒸汽）的流量，即改变输入到热交换器的热量，使出口热水的温度保持在给定的温度值。这种典型的自动化控制系统主要有三个环节———检测（温度变送器）、控制（调节器）、执行（调节阀）三大部分。概论第4页，共82页，2023年，2月20日，星期四阀门自动阀驱动阀自力式阀止回阀手动阀气动阀电动阀液动阀电液动阀管道阀门的分类第5页，共82页，2023年，2月20日，星期四控制阀气动调节阀附件阀电动调节阀附件气动执行机构电动执行机构阀门定位器阀位传送器电气转换器手动机构三断保护薄膜执行机构活塞执行机构长行程执行机构滚动膜片执行机构比例式两位式直装式侧装式正作用反作用角行程直行程按调节型式按移动型式按阀芯型式按流量特性按阀盖型式调节型切断型调节切断型直行程角行程直线特性等百分比抛物线快开普通型散（吸）热型长颈型波纹管密封型平板型柱塞型套筒型多级降压型偏转型蝶型球型第6页，共82页，2023年，2月20日，星期四

（1）气动薄膜执行机构

气动薄膜执行机构分正作用和反作用两种形式，信号压力一般是20～100KPa,气源压力的最大值为500KPa.当执行机构信号压力增加时，推杆向下动作的叫正作用执行机构；当信号压力增加时，推杆向上动作的叫反作用执行机构。

这种执行机构的输出特性是比例式的，即输出位移与输入的气压信号成比例关系。

信号压力越大，在薄膜上产生的推力就越大，则与它平衡的弹簧反力也越大，即推杆的位移量越大，推杆的位移就是执行机构的直线输出位移，也称为行程。执行机构第7页，共82页，2023年，2月20日，星期四（2）气动活塞式执行机构

双作用气动活塞式执行机构，它的活塞随气缸两侧的压差而移动。气动活塞式执行机构的气缸允许操作压力可达700KPa,因为双作用气动活塞式执行机构不用克服弹簧的回复力，所以有很大的输出推力，特别适用于高静压、高压差的工艺条件。它的输出特性有比例式及两位式两种。所谓比例式是指输入的信号压力与推杆的行程成比例关系，这时它必须带有阀门定位器。而两位式是根据输入执行机构两侧的操作压力差来完成的。第8页，共82页，2023年，2月20日，星期四

（3）滚动膜片式执行机构

所谓滚动膜片式执行机构是当执行机构通入信号压力时，滚动膜片随压力的变化而产生位移，使活塞和推杆一起作往复运动。这种执行机构兼有薄膜执行机构和活塞式执行机构的优点。与薄膜执行机构相比，膜片有效面积相同时有更大的行程；若与活塞式执行机构相比，有摩擦力小、密封性好的优点。其主要用于偏心旋转阀。第9页，共82页，2023年，2月20日，星期四（4）侧装式气动执行机构

所谓气动侧装式执行机构也称为增力型执行机构，它的结构特点在于把执行机构的薄膜式膜头装在支架的侧面，采用杠杆传动把力矩放大，扩大执行机构的输出力。

第10页，共82页，2023年，2月20日，星期四（5）轻型气动执行机构

轻型气动执行机构也称为精小型气动执行机构，具有重量轻、高度小、结构紧凑、装校简便、动作可靠、输出力大、节约能源等特点。与薄膜执行机构相比，高度减少30％，重量也减轻30％。轻型气动多弹簧薄膜执行机构按作用方式也可以分正作用式和反作用式两种，在组成调节阀之后，按照开关方式则分为气关式和气开式两种，具有直行程与角行程两种结构形式。第11页，共82页，2023年，2月20日，星期四

（1）直通单座阀

直通单座阀是由阀盖、阀体、阀座、阀芯、阀杆、填料和压板等零部件组成的。这种阀门的阀体内只有一个阀芯和阀座，特点是泄漏量小，易于保证关闭，甚至完全切断。它的另一个特点是介质对阀芯推力大，即不平衡力大，特别是在高压差、大口径时更为严重，所以仅适用于低压差场合，否则应该适当选用推力大的执行机构或配以阀门定位器。

阀体部分第12页，共82页，2023年，2月20日，星期四（2）直通双座阀

直通双座阀阀体内有两个阀芯和阀座，它比同口径的单座阀能流过更多的介质，流通能力约大20％～25％。流体作用在上、下阀芯上的不平衡力可以互相抵消，所以不平衡力小，允许压差大。但因为上、下阀芯不容易保证同时关闭，所以泄漏量较大。另外，阀体的流路较复杂，在高压差流体中使用时，对阀体的冲刷及气蚀损坏较严重，不适用于高粘度介质和含纤维介质的调节。

第13页，共82页，2023年，2月20日，星期四（3）角型阀阀体为直角形结构，它流路简单，阻力小，适用于高压差、高粘度、含有悬浮物和颗粒状物质流体的调节，可以避免结焦、堵塞、也便于自净和清洗。角型阀一般使用于底进侧出的场合，但在高压差场合下，为了延长阀芯使用寿命，也可以采用侧进底出的场合。

第14页，共82页，2023年，2月20日，星期四

（4）套筒阀套筒阀也称为笼式阀，它的阀体与直通单座阀相似。阀内有一个圆柱形套筒，根据流通能力的大小要求，套筒的窗口可为不同数量，它利用套筒导向，阀芯可以在套筒中上下移动，由于这种移动改变了套筒的节流孔面积，形成了各种流量特性并实现流量的调节。由于套筒阀采用平衡型的阀芯结构，阀芯和套筒侧面导向，因此不平衡小，稳定性好，不易震荡，从而改善原有阀芯容易损坏的情况。这种调节阀允许的压差大，而且具有降低噪声的作用。

第15页，共82页，2023年，2月20日，星期四（5）偏心旋转阀

偏心旋转阀又称为凸轮挠曲阀，它的特点是阀芯与阀座闭合时，依靠柔臂的弹性变形，自动对中，密封性好，泄漏量少，流路简单，流阻小、比同样口径的其他阀门流通能力大，不平衡力小，允许压差大，可耐受较高的温度。此外，还具有结构简单，体积小，重量轻等特点。

第16页，共82页，2023年，2月20日，星期四

（6）蝶阀

蝶阀主要由阀体、阀板、阀杆和密封件等部件组成。蝶阀阻力损失小，结构紧凑，特别适用于低压差、大口径、大流量气体和带有悬浮物流体的场合，一般泄漏量较大；但也有高性能、低泄漏量的蝶阀结构，例如双偏心、三偏心蝶阀结构。蝶阀的流量特性在转角60°前与等百分比特性相似，60°以后转矩增大，特性变差，所以调节型蝶阀常在60°转角范围之内使用。第17页，共82页，2023年，2月20日，星期四（7）球阀

球阀按阀芯形式可分为O型球阀和V型球阀两种。球阀具有流通能力大、结构紧凑、密封性能好等特点。O型球阀的球体、阀杆只作旋转运动，开关转动球体，阀座始终紧密接触，具有极强的剪切能力。特别适用于纸浆、污水等含有纤维、颗粒的场合。密封有软、硬密封两种结构可选择，硬密封表面可硬化处理，适用于高温、高压、磨损、腐蚀等各种场合。

第18页，共82页，2023年，2月20日，星期四

V型球阀的球芯采用偏心结构，开关转动时所承受的摩擦力很小，阀门关闭时，V型偏心球芯产生一个偏心力，使球芯紧密压紧在阀座密封圈上，达到最佳的密封效果，因而泄漏量很小。V型球阀同时具有流通能力大，比同口径的阀门高两倍，可调比大，可高达300：1等特点。阀门打开时，球芯与阀座迅速分离，有效防止密封面磨损。密封有软、硬密封两种结构可选择，硬密封表面可硬化处理，适用于高温、高压、磨损、腐蚀等各种场合。

第19页，共82页，2023年，2月20日，星期四

1.上阀盖的结构形式

上阀盖是装在调节阀的执行机构与阀之间的部件，其中装有填料函，适用不同的工作温度和密封要求，上阀盖常见的结构形式有四种：（1）普通型：适用于常温场合，工作温度－20～＋200℃。〈2）散（吸）热型：适用于高温或低温场合，工作温度－60～＋450℃，散（吸）热片的作用是散掉高温流体传给调节阀的热量，或吸收外界传给调节阀的热量，以保证填料在允许的温度范围之内工作。普通型散（吸）热型上阀盖及其密封填料第20页，共82页，2023年，2月20日，星期四（3）长颈型：适用于深度冷冻的场合，工作温度－60～－250℃，结构上是在上阀盖增加了一段直颈，可以保护填料在允许的低温范围而不致冻结，颈的长短取决于温度的高低和阀口径的大小。（4）波纹管密封型：适用于有毒性、易挥发或贵重的流体，可以避免介质的外漏损耗，防止有毒、易爆介质外漏而发生危险和伤人事故。长颈型波纹管密封型第21页，共82页，2023年，2月20日，星期四

2·密封填料根据填料密封时的压力分布理论分析和各种填料设计的现场性能测试，得到下列压力方程：

Pr=Kpoexp｛－4K[μ1＋μ2（do／d1）／（do／d1）²－1］［s／d1］｝

式中Pr---填料的径向压力；

Po---作用在填料压盖的压力；

K---填料的应力比值；

d1---阀杆直径；

d2---填料函孔径；

s---填料长度（深度）；

μ1---填料与阀杆之间的动摩擦系数；

μ2---填料与压盖之间的静摩擦系数；第22页，共82页，2023年，2月20日，星期四

根据压力方程可以得到如下结论：（1）应提高阀杆表面和填料函孔腔表面精度、光洁度。因为径向压力Pr随着距压盖距离的增大而减小，摩擦越大，压力减衰越大。（2）合理选用阀杆直径及填料函孔径。从压力方程中，说明填料函孔径和阀杆直径的比值do／d1影响径向压力的大小。填料函孔径和阀杆直径的比值do／d1可以从图表中查出。（3）选用最合适的填料长度。从一般的经验来说，认为填料长度s的最佳值为s=1.5d1，填料并不是放得越多越好。（4）选用合适的材料。选择的材料必须具有抵抗温度变化的能力，有抗蠕变、抗松弛及抗氧化等能力。（5）填料函的设计要合理。最理想的是进行自动补偿，要有利于现场使用和维修。

3·填料的类型（1）聚四氟乙烯V形填料第23页，共82页，2023年，2月20日，星期四

填料结构制造成V型结构，它是用聚四氟乙烯粉末压制成型或用聚四氟乙烯棒料切制而成的。这种材料的摩擦系数小，有润滑作用，密封性好。缺点是耐温差，不能用于＋200℃以上的高温，也不能用于熔融状态的碱金属，以及高温的氟、氟化氢等介质。（2）石棉-聚四氟乙烯

把浸渍有聚四氟乙烯的石棉压制成环，使用时加入适当的润滑油或矿物脂，可用于高温、高压场合。

（3）石棉-石墨

可以用于高温、高压（35MPa、600℃）的场合。在用聚四氟乙烯烃蜡处理后，能用于强酸。

（4）石墨环是一种全石墨产品，具有密封性好、润滑性好、化学惰性强、耐腐蚀、耐高低温（－200～＋600℃）等优点，缺点是摩擦力比较大，不能用于一些强氧化剂，如浓硫酸、浓硝酸等介质。石墨环的结构有三种类型，即丝状石墨、片状石墨、弯片状石墨。第24页，共82页，2023年，2月20日，星期四

第二部分控制阀的计算第25页，共82页，2023年，2月20日，星期四

控制阀的计算包括：1.流通能力计算：根据已知的流体条件（最大流量、阀前阀后压差、流体密度等），计算出流量系数KV值。2.开度验算：选取调节阀口径后，要对计算KV値圆整，因此，要对开度验算。3.可调比验算：理想可调比和实际可调比有差别。4.噪声预估：出现阻塞流时，产生震动和噪声要进行噪声预估。5.关闭力的计算：对阀座承载压力能力进行计算。控制阀的计算第26页，共82页，2023年，2月20日，星期四

从控制阀的结构原理来看，控制阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。当流体流过调节阀时，由于阀芯、阀座所造成的流通面积的局部缩小，形成局部阻力，它使流体的压力和速度产生变化，见图。流体流过调节阀时产生能量损失，通常用阀前后的压差△P来表示阻力损失的大小。控制阀计算的理论基础第27页，共82页，2023年，2月20日，星期四综合上述三式可得调节阀的流量方程式为：若方程式中个参数采用下属单位：A—cm2P1、P2—100kPaρ—g/cm3Q—m3/h将式改写为：

该式即是控制阀实际应用的流量方程。可见，当调节阀口径一定，并且调节阀两端压差不变时，阻力系数减小，流量增大；所以，控制阀的工作原理就是按照信号的大小，通过改变阀芯行程来改变流通截面积，从而改变阻力系数而达到调节流量的目的。基本计算公式第28页，共82页，2023年，2月20日，星期四

如果调节阀前后的管道直径一致，流速相同，根据流体的能量守恒原理，不可压缩流体流经调节阀的能量损失为：式中：H—单位重量流体流过调节阀的能量损失；P1—调节阀阀前的压力；P2—调节阀阀后的压力；ρ—流体密度；g—重力加速度。v—流体的平均流速ξ—控制阀的阻力系数Q—流体的体积流量A—控制阀连接管的横截面积

如果调节阀的开度不变，流经调节阀的流体不可压缩，则流体的密度不变，那么，单位重量的流体的能量损失与流体的动能成正比，即：

流体在调节阀中的平均流速为：公式来源的推导第29页，共82页，2023年，2月20日，星期四

C称为流量系数，它与阀芯和阀座的结构、阀前阀后的压差、流体性质等因素有关。因此，它表示调节阀的流通能力。

为了便于用不同单位进行运算，可把上式改写成一个基型公式：式中N为各种不同单位制的系数

在采用国际单位制时，流量系数用Kv表示。

Kv的定义为：温度为5～40℃的水在100KPa压降下，1小时内流过阀的立方米数。

很多采用英寸制单位的国家用Cv表示流量系数。Cv的定义为：用40～60F°的水，保持阀门两端压差为1psi，阀门全开状态下每分钟流过的水的美加仑数流通能力的定义第30页，共82页，2023年，2月20日，星期四1kPa=0.001Mpa=0.001*145.034237=0.145034237Psi1m3/h=264.17gol/h=4.4028gpm（美加仑/分）

1kgf/cm2=0.098067MPa=735.56mmHg=0.96784atm=14.223Psi1Mpa=10.19716kgf/cm2=7500.624576mmHg=9.869221atm=145.034237Psi1atm=1.03229kgf/cm2=760.001653mmHg=0.101325MPa=14.695611Psi1Psi=0.070309kgf/cm2=0.006895MPa=51.716234mmHg=0.068048atm

Cv=1.167KvKv=0.865Cv流通能力（Kv与Cv）的换算第31页，共82页，2023年，2月20日，星期四

在建立流量系数的计算公式时，都是把流体假想为理想流体，根据理想的简单条件来推导公式，没有考虑到阀门结构对流动的影响，也就是说，只把调节阀模拟为简单的结构形式，只考虑到阀门前、后的压差，认为压差直接从P1降为P2。而实际上，当流体流过调节阀时，其压力变化情况如图所示。实际流体第32页，共82页，2023年，2月20日，星期四

根据流体的能量守恒定律可知，在阀芯、阀座节流口处由于节流作用而在附近的下游产生一个缩流，其流体速度最大，但静压最小。在远离缩流口处，随着阀内流通面积的增大，流体的流速减小，由于相互摩擦，部分动能转变成内能，大部分静压被恢复，形成了阀门压差△P。也就是说，流体在节流口处的压力急剧下降，并在节流通道中逐渐恢复，但已经不能恢复到阀前压力P1值。通过截流的压力变化第33页，共82页，2023年，2月20日，星期四

当介质为气体时，由于它具有可压缩性，当阀的压差达到某一临界值时，通过调节阀的流量将达到极限，这时，即使进一步增加压差，流量也不会再增加。但是当介质为液体时，由于它具有不可压缩性，一旦压差增大到足以引起液体气化，即产生闪蒸和空化作用时，也会出现极限的流量，这种极限流量称为阻塞流。由图可知，阻塞流产生于缩流口处及其下游。产生阻塞流时的压差为△PT。为了说明这一特性，可以用压力恢复系数FL来描述：阻塞流第34页，共82页，2023年，2月20日，星期四

所以，闪蒸和空化作用是一种两个阶段现象，第一阶段是液体内部形成气泡，即闪蒸阶段；第二阶段是这些气泡的破裂，即空化阶段。在产生空化作用时，在缩流口处的后面，由于压力恢复，升高的压力压缩气泡，达到临界尺寸的气泡开始变为椭圆形，接着，在上游表面开始变平，然后突然爆裂，所有的能量集中在破裂点上，产生极大的冲击力。图中显示就是一个在节流孔后产生空化作用的示意图。许多气泡集中在节流孔阀后，自然影响了流量的增加，产生了阻塞情况。因此，闪蒸和空化作用产生的前后计算公式必然不同。气蚀第35页，共82页，2023年，2月20日，星期四如图5-5所示，当压力为P1的液体流经节流孔时，流速突然急剧增加，而静压力骤然下降，当节流孔后压力P2达到或者低于该流体所在情况下的饱和蒸汽压PV时，部分液体成为气体，形成汽液两相共存的现象，这种现象称为闪蒸。如图5-6所示，产生闪蒸时，对阀芯等材质已开始有侵蚀破坏作用，而且影响液体计算公式的正确性，使计算复杂化。如果产生闪蒸之后，P2不是保持在饱和蒸汽压以下，在离开节流孔之后又急骤上升，这时气泡产生破裂并转化为液态，这个过程即为空化作用。闪蒸第36页，共82页，2023年，2月20日，星期四

FL值是调节阀内部结构几何形状的函数，它表示流体流经阀体缩流口之后动能变为静压的恢复能力。一般FL=0.5～0.98。FL越小，即压力恢复越大。

各种阀门因结构不同，其压力恢复能力和压力恢复系数也不相同。有的阀门流路好，流动阻力小，具有高压力恢复能力，这类阀门称为高压力恢复阀，例如球阀、蝶阀、角阀等。有的阀门流路复杂，流阻大，摩擦损失大，压力恢复能力差，则称为低压力恢复阀，如单座阀、双座阀等。在上图中可以看出，球阀的压差损失△PA小于单座阀的压差损失△PB。FL值的大小取决于调节阀的结构形状，通过试验可以测定各类典型阀门的FL值。计算时可参照后面表选用。压力恢复系数FL第37页，共82页，2023年，2月20日，星期四阀的类型阀芯形式流动方向FLXT单座阀柱塞型柱塞型套筒型套筒型流开流闭流开流闭0.900.800.900.800.720.550.750.70双座阀柱塞型任意0.850.70角形阀柱塞型柱塞型套筒型套筒型流开流闭流开流闭0.900.800.850.800.720.650.650.60球阀O形球阀（孔径为0.8d）V形球阀任意任意0.550.570.150.25偏旋阀柱塞型任意0.850.61蝶阀60°全开90°全开任意任意0.680.550.380.20常用FL值表第38页，共82页，2023年，2月20日，星期四

1.从前面的分析可知，阻塞流是指介质在流过调节阀时所达到的最大流量状态（即极限状态）。

2.在固定的入口条件下，阀前压力P1保持一定而逐步降低阀后压力P2时，流经调节阀的流量会增加到一个最大极限值，再继续降低P2，流量也不再增加，这个极限流量即为阻塞流。

3.阻塞流出现之后，流量与△P之间的关系已不再遵循公式的规律。

从图上可见，当按实际压差计算时Qmax要比阻塞流量Qmax大很多。因此，为了精确求得此时的Kv值，只能把开始产生阻塞流时的阀压降△PT作为计算用的压降。液体是不可压缩流体，它在产生阻塞流时Pvc值与液体介质的物理性质有关，即Pvc=Ff*PvPv———液体的饱和蒸汽压力；Ff———液体的临界压力比系数。

Ff是阻塞流条件下缩流口处临界压力Pc与阀入口温度下的液体饱和蒸汽压力Pv之比的函数。可以用图查出。也可以用公式求出阻塞流对计算的影响第39页，共82页，2023年，2月20日，星期四△P<FL2(PI-PVC)阻塞流判断公式PVC的计算Pvc=Ff*PvPv———液体的饱和蒸汽压力；

Ff———液体的临界压力比系数。

Ff是阻塞流条件下缩流口处压力Pc与阀入口温度下的液体饱和蒸汽压力Pv之比的函数。可以用图查出。或用公式计算阻塞流的判断第40页，共82页，2023年，2月20日，星期四当△P<FL2(PI-PVC)当△P≥FL2(PI-PVC)阻塞流判断公式当流体在流经阀门截流面后会产生流体的阻塞现象，造成流量受限，只有进行修正才可满足给定流量

进行修正后，Kv值较为修正前有了增大，可以获得更大的流量，满足给定流量Q---流过调节阀的体积流量m3/h△P---调节阀阀前、阀后的压差kPaρ---液体的密度g/cm3Pc---液体的临界压力Pv---液体的饱和蒸汽压力FL---阀门的压力恢复系数不可压缩流体计算公式第41页，共82页，2023年，2月20日，星期四第42页，共82页，2023年，2月20日，星期四泄露量第43页，共82页，2023年，2月20日，星期四控制阀的泄漏量是考核关闭性的指标。泄漏量国际标准FC：I70-2国家标准GB/T4213控制阀泄漏量标准第44页，共82页，2023年，2月20日，星期四

控制阀产生噪音的原因：控制阀产生噪音的类型有三种：机械噪声、液体动力噪声和气体动力噪声。1.机械噪声调节系统中，控制阀产生的机械噪声主要来自阀芯、阀杆和一些可以活动的零件。或者由于流体压力波动的影响，或者受到流体的冲击，或者由于套筒侧缘和阀体导向装置之间较大的间隙，都会导致零件的震动。2.液体动力噪声液体动力噪声是由于液体流过控制阀的节流孔而产生的。当液体流过控制阀的节流孔时，流通面积缩小，流速升高，压力下降，因而容易产生阻塞流，产生闪蒸和空化作用，这些情况都是诱发噪音的原因。3.气体动力噪声工业上遇到的控制阀噪声，大多数是气体动力噪声。气体动力噪声是气体或蒸汽流过节流孔而产生的。气体和蒸汽都是可压缩流体，一般来说，可压缩流体的流速都要高于不可压缩流体的流速，因此，可压缩流体流经控制阀产生的噪音是最严重的。

控制阀的噪音第45页，共82页，2023年，2月20日，星期四第三部分

控制阀的选型第46页，共82页，2023年，2月20日，星期四控制阀噪音的治理控制阀的噪音可以用声源处理法或声路处理法来进行治理。声源处理法就是采用各种低噪音阀设法防止或降低声源。实际上是改进结构。所谓声路处理就是把从声源到收听点的传播声路的噪声级降低下来。声路的处理可以采用多种方法，如外部处理或隔离，用低分贝扩散板或消音器，用吸声绝缘材料。第47页，共82页，2023年，2月20日，星期四控制阀的选择包括：

1.控制阀类型的选择2.控制阀作用方式的选择3.控制阀流量特性的选择4.控制阀口径的选择5.控制阀材料的选择6.控制阀压力等级的选择

一、执行机构的选择执行机构无论是何种类型，它的输出力都是用于克服负荷的有效力。而负荷主要是指不平衡力和不平衡力矩加上摩擦力、密封力、重量等有关的力作用。为了使控制阀能正常工作，配用的执行机构要能产生足够的输出力来克服各种阻力，保证高度的密封或阀门的开启。如果执行机构的输出力为F,它的力平衡方程式为：

控制阀的选择阀门类型的选择第48页，共82页，2023年，2月20日，星期四

F=Ft＋Fo＋Ff＋Fw

式中

Ft

—作用在阀芯上的不平衡力；

Fo

—阀全闭时的阀芯对阀座的密封所附加的压紧力；

Ff

—阀杆所受的摩擦力；Fw

—阀芯等各种活动部件的重量。气动薄膜式和活塞式执行机构的输出力：（1）气动薄膜式执行机构的输出力

±F=PAe－Cs（Lo＋l）式中P—信号压力,Pa：

Ae

—薄膜有效面积，㎡；

l

—推杆位移量，m；

Cs

—弹簧刚度，N／m；

Lo

—弹簧预紧量，m.

（2）气动活塞式执行机构的输出力

±F=π／4D²Poη式中

D

—活塞直径，m；

η—气缸效率（考虑到摩擦消耗，常取η=0.9）；

Po

—最大的工作压力，KPa。第49页，共82页，2023年，2月20日，星期四二、阀的选择在各种各样的工艺条件下，选择阀门时应该考虑的因素：

1.闪蒸和空化

（1）从压差上考虑，避免空化作用的产生。选择阀门时要选压力恢复系数小的阀门，例如球阀、蝶阀等。

（2）从材料上考虑，一般来说，材料越硬，抗蚀能力越强。可以采用热处理、堆焊或喷涂等方式进行硬化处理。

（

3）从结构上考虑，可设计特殊结构的阀芯、阀座，以避免气蚀的破坏作用。2.磨损

（1）流路要光滑流线型的阀体结构能防止颗粒的直接冲击，能避免涡流并减小磨损。

（2）采用坚硬的阀内件阀内件越硬，抗磨能力越大。阀内件的结构要有利于保护结合面。3.腐蚀阀门类型的选择应能适用于所用的腐蚀介质。可选用隔膜阀、加衬球阀、蝶阀等类型。

4.高温选择阀门时，要考虑采用具有高温强度的材料，所用材料不能因高温作用而粘结、塑变、蠕变。阀体结构可考虑有散热片，阀内件采用热硬性材料。

5.低温当温度低于－30℃时，问题在于保护阀杆填料不被冻结。在－30～－100℃的低温范围，要求材料不脆化，阀内件有足够的冲击强度。必须用特殊的手段保护阀门的热容量，使其免受冷却载荷的作用。第50页，共82页，2023年，2月20日，星期四

气动调节阀的作用方式气动执行机构有正、反两种作用方式，而阀也有正装和反装两种方式，因此，实现气动调节阀的气开、气关就有四种组合方式。选择作用方式主要是选择气开或气关。考虑的出发点主要有三个：（1）从工艺生产的安全角度考虑

考虑原则是信号压力中断时，应保证设备或操作人员的安全。如果阀门在信号压力中断时处于打开位置时危害性小，则应该选用气关式，反之则选用气开式。（2）从介质的特性上考虑如果介质为结晶的物料，要选用气关式，以防堵塞。如果冷流体介质温度太高，会结焦或分离，影响操作或损坏设备，这时调节阀就要选用气开式。

（3）从保证产品质量、经济损失最小的角度考虑在事故发生时，尽量减少原料及动力消耗，并要保证产品质量。

二、阀门作用方式的选择第51页，共82页，2023年，2月20日，星期四固有流量特性：指介质流过阀门的相对流量与相对行程的关系。流量特性分为：快开型、直线型、等百分比型和抛物线型

快开流量特性：开度较小时就有较大的流量，随开度的增大，很快达到最大流量，此后再增大开度，流量变化很小。等百分比流量特性：单位相对位移变化所引起的相对流量变化成正比。直线流量特性：相对流量与相对位移是直线关系单位位移变化所引起的流量变化成常数。三.控制阀特性的选择32134第52页，共82页，2023年，2月20日，星期四特性曲线第53页，共82页，2023年，2月20日，星期四从工艺提供有关参数到最后口径确定一般需要以下几个步骤：控制阀口径是根据工艺参数经计算得出1.计算流量的确定：根据现有的生产能力，设备负荷及介质的状况，决定计算的最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin。2.计算压差的确定：根据系统特点选定压差分配比S值，然后决定计算压差。3.KV值计算：根据已决定的计算流量，计算压差及其它有关参数，求出最大工作流量的KVmax。4.初步决定控制阀口径：根据已计算的KVmax，在所选用的产品系列中选取大于计算的KVmax值，并与其接近的一档KV值得出口径。5.开度验算：选择控制阀口径时，要对计算KV值进行圆整，因此。要进行开度验算6.实际可调比验算：一般实际可调比应大于10。计算采用公式法：IEC60534标准规定的计算方法（国际电工委员会标准）GB/T17213.2标准规定的计算方法（国家标准）四.控制阀口径的选择第54页，共82页，2023年，2月20日，星期四

根据流量和压差计算得到KV值，要按制造厂提供的各类调节阀的标准系列，选取调节阀的口径，考虑到选用时计算Kv值要圆整，因此，对工作时的阀门开度应该进行验算。一般最大流量时，调节阀的开度应在90%左右。最大开度过小，说明调节阀选得过大，调节阀经常在小开度下工作。可调比缩小，造成调节性能的下降和经济上的浪费。一般不希望最小开度小于10%，否则阀芯和阀座由于开度太小，受介质冲蚀严重，特性变坏，甚至失灵。不同的流量特性，其相对开度和相对流量的对应关系是不一样的。理想特性和工作特性又有差别。因此验算开度时，应按不同特性进行。一般情况下，等百分比流量特性调节阀的最大开度应在85%～90%，直线性流量特性调节阀的最大开度应在80%～85%。控制阀开度的验算第55页，共82页，2023年，2月20日，星期四开度计算公式第56页，共82页，2023年，2月20日，星期四

控制阀的可调比就是控制阀所能控制的最大流量和最小流量之比。可调比也称可调范围：R=Qmax/Qmin要注意：最小流量Qmin和泄漏量含义不同。最小流量是指可调流量的下限值，一般为最大流量的2%～4%而泄漏量是阀门全关时泄漏的量，它仅为最大流量0.1%～0.01%理想可调比：当控制阀上压差一定时，可调比称为理想可调比。它是由控制阀的结构决定的。一般控制阀的可调比为50，我国设计时取R=30。实际可调比：控制阀在工作时不是与管路系统串联就是与旁路阀并联，随着管路系统的变化或旁路阀的开启程度不同，控制阀的可调比也产生相应的变化。这时的可调比称为实际可调比，一般实际可调比应大于10。可调比的验算第57页，共82页，2023年，2月20日，星期四第58页，共82页，2023年，2月20日，星期四第59页，共82页，2023年，2月20日，星期四

控制阀材料的选择是十分重要的，因为控制阀直接与各种流体介质接触，从干净的空气到各种腐蚀性介质，以及到含有颗粒的多相流体，温度可以从-273℃到高温500℃以上，压力可以从真空到高压35MPa或更高。控制阀材料分为三类：用于承受压力的零部件材料（阀体、阀盖）选择材料的依据是压力、温度、腐蚀性、磨蚀等特性。用于阀内件的金属材料（阀芯、阀座、阀笼、阀杆、导向套等）这些零件的表面不能有损坏，不能有压痕、氧化、和塑变。选择材料的依据是耐磨性、耐腐性、耐温度变化性。各种非金属材料（弹性材料、塑料、橡胶、陶瓷等）主要用于调节阀执行机构的膜片、密封填料、垫片、并制作各种衬里。五.控制阀材质的选择第60页，共82页，2023年，2月20日，星期四承压零件材料铸钢材料：碳钢WCB（-29～+425℃）、低温钢LCB（-46～+354℃）、耐热钢

WC6、WC9（-29～+593℃）不锈钢材料：CF3（304L）、CF3M（316L）、CF8（304）、CF8M（316）

、17-4PH、

440C（9Cr18）、2Cr13（-196～+815℃常用温度650℃）耐腐蚀变化的合金钢：蒙乃尔、哈氏B、哈氏C、钛材聚四氟乙烯：PTFE、RPTFE（-180～+200℃）、丁晴橡胶（-20～+80℃）、氟橡胶（-20～+230℃）内件材料1.耐磨损性：采用密封面堆焊STL合金、等离子喷涂镍基、钴基合金、超音速喷涂WC、Cr-C提高表面硬度，增强耐磨性。2.耐温度变化性：在钢中如果含有镍、铜、铬等元素，就有抗低温的能力；如果含有钼、硅等元素，就有抗高温的能力；例如蒙乃尔合金、哈斯特莱合金，其使用温度都可以为-273～＋650℃。3.耐腐蚀性：对于腐蚀性非常强的酸类（如硫酸、磷酸等）要使用特殊合金，例如蒙乃尔、哈氏B、哈氏C、奥氏体不锈钢等。在高温的浓盐水及强酸中可以用钛调节阀。第61页，共82页，2023年，2月20日，星期四GB/T12224-2005钢制阀门一般要求ISO7005-1:1992PN20PN50PN63PN110ASMEB16.34a-1998Class150Class300Class600材料组别1.12.11.12.11.12.11.11.92.12.2

材料类别WCBCF8/CF3WCBCF8/CF3WCBCF8/CF3WCBWC6CF8/CF3CF8M/CF3M温度

°F°C分级表示的工作压力/Mpa100

2.01.95.25.06.56.310.410.510.110.1200931.81.74.74.25.95.29.510.58.48.74002041.41.44.43.55.64.38.99.77.07.26003151.01.03.83.04.83.77.78.56.16.37003710.80.83.73.04.73.77.58.06.06.18004270.60.62.92.83.63.55.87.15.66.08504540.50.41.92.82.33.43.76.85.55.99004820.32.73.36.35.55.89505100.22.63.24.55.45.410005380.12.22.83.04.54.9铸件1.1组WCBGB/T122291.9组WC6JB/T52632.1组CF8/CF32.2组CF8M/CF3MGB/T12230六.控制阀压力等级的选择第62页，共82页，2023年，2月20日，星期四ANSI（美标）15030060090015002500JIS（日标）10K20K40K63K110K

180K

PN①（国标）1.6MPa4.0MPa6.4/10MPa10/15MPa25MPa32/42MPaPN②（国标）20bar50bar110bar150bar260bar420bar注：1.ISAS75.15-1993

2.ISO7005-1:1992金属法兰-第一部分：钢法兰压力等级对照第63页，共82页，2023年，2月20日，星期四第四部分

控制阀维护第64页，共82页，2023年，2月20日，星期四序号故障产生原因消除方法1阀体磨蚀流体速度太快流体中有颗粒空化和闪蒸增大阀门流通口径，以降低流体速度阀体改为流线型结构，以减小流体的撞击阀体材料增加硬度改变阀内件结构，以降低流速避免空化作用，改用低压力恢复的阀门喷涂金属或非金属硬质材料2阀内件磨蚀流体速度太快流体中有颗粒空化和闪蒸增大阀门流通口径，以降低流体速度改用硬质材料阀内件改变阀内件结构，以降低流速避免空化作用，改用阀门或阀内件改用流线型结构，避免冲击

3阀芯、阀座之间泄漏阀芯、阀座表面有损伤（磨损、被腐蚀）执行机构作用力太小，无法有效密封阀芯、阀座车修后研磨调整执行机构和阀杆的连接位置，增大预紧力。控制阀常见故障及解决方法第65页，共82页，2023年，2月20日，星期四序号故障产生原因消除方法4阀座环和阀体之间泄漏拧紧力矩太小表面光洁度太差垫片规格材质不对阀体有疏松、气孔砂眼等铸造缺陷5.阀座螺纹被腐蚀、松动加大拧紧力矩重新加工，提高表面光洁度和加工精度选用规格、材质相符的垫片补焊修复阀体，或更换阀体补焊、车加工阀座螺纹或更换阀座5填料泄漏阀杆光洁度差阀杆弯曲，表面损伤填料压盖未压紧填料材质不对或结构松散填料层装得太高，高出填料函填料腐蚀、有松散现象填料压盖螺栓变形、损坏，无法有效压紧阀杆磨光，提高表面光洁度阀杆校正，消除弯曲及表面损伤，增加硬度重新拧紧填料压盖重选填料并更换填料安装填料时，减少填料高度改用性能好的填料修理更换压盖螺栓、螺母等，有效压紧填料第66页，共82页，2023年，2月20日，星期四序号故障产生原因消除方法6滑动磨损1.接触应力过大2.推杆与阀杆上下不对中3.阀杆、推杆的表面光洁度差4.材料选用不好、导向部分磨损严重消除或减小接触应力重新加工、修理重新磨光阀杆、推杆表面选择更好的导向件材料7上阀盖与阀体之间泄漏拧紧力矩小密封表面光洁度差螺栓底孔漏垫片有损伤、规格不对上阀盖或阀体密封面有损伤增大螺栓的拧紧力矩重新加工密表面，提高表面光洁度阀体钻孔时，避免钻透或补焊螺纹底孔更换规格正确、平整无损伤的垫片修复上阀盖或阀体密封面的损伤第67页，共82页，2023年，2月20日，星期四序号故障产生原因消除方法8阀杆连接脱开或折断力矩太大连接螺纹小或螺纹套松震动或不稳定销钉连接不好改用阀芯与阀杆为整体件或阀杆与阀芯焊接重新加工螺纹，更换阀杆或阀芯消除震动源销钉连接牢固9阀门没有动作气源压力不足阀门流向装反，受力过大使阀芯脱落阀杆抱死阀内件损坏、卡住阀芯在阀座中卡死导向部分烧结或被异物卡住调整气源压力按照阀门流向安装，维修更换阀芯维修或更换阀杆维修或更换阀内件维修或更换阀芯或阀座维修加工烧结部分，加大滑动间隙，清除阀内异物10阀门不能达到额定行程阀杆弯曲阀内件损坏流向安装错误填料摩擦力太大手动操作限位校正阀杆，维修或更换维修或更换阀内件按正确流向安装填料内加润滑油脂或调整填料压盖，使填料压紧适度调整手动限制，将其置于自动位置第68页，共82页，2023年，2月20日，星期四序号故障产生原因消除方法11阀门动作迟钝或有打梗现象填料摩擦力大或填料老化阀杆弯曲或表面光洁度差阀内件装配时位置不正上阀盖压紧螺栓压偏填料压盖压偏，摩擦阀杆表面弹簧性能达不到要求填料内加注润滑油脂或更换填料更换或校正阀杆，磨光阀杆表面，提高光洁度阀内件装配时，保证位置，不得有偏斜现象调整上阀盖压紧螺栓，使其水平压紧调整填料压盖处于水平位置，阀杆处于填料压盖内孔的中心位置调整或更换弹簧12阀门振动阀门旁路没有调整好流向装反管线太长，阀门没有支撑，附近有振动源导向部分间隙太大执行机构弹簧刚性差或执行机构小调整旁路按照正确流向安装，有效支撑固定阀门，消除或避开附近的振动源更换导向套更换弹簧或更换大的执行机构第69页，共82页，2023年，2月20日，星期四序号故障产生原因消除方法13流量控制差阀芯、阀座密封面有损伤套筒阀的套筒损坏套筒阀内平衡密封环或导向密封圈损坏阀内件受腐蚀损坏流向安装反阀腔内进入异物堵塞流量特性选择错误车修、研磨阀芯、阀座密封面维修或更换套筒更换平衡密封环或导向密封圈更换或维修阀内件按照正确流向安装清理流腔内异物堵塞，保证阀体流路畅通选用正确流量特性第70页，共82页，2023年，2月20日，星期四序号故障产生原因消除方法1卡滞限位块装错，传动机构无法传动手动与自动切换手柄未切换或切换未到位传动件损坏严重超行程，导致传动键损坏变形传动箱内腐蚀或异物堵塞、卡住压差或管道压力过大，不平衡力矩太大管道夹持太紧，摩擦力太大法兰垫片不规则，调节阀转动时垫片卡住阀球或蝶板球阀的球体表面被摩擦损伤，转动时阻碍加大球阀的密封阀座损坏，阻碍转动调整限位块，使之与传动机构正确安装调整手动-自动切换手柄使之切换到位解体检查，维修或更换损坏传动件解体检查，维修或更换损坏零部件解体检查，取出异物，清洗和维修损坏零部件更换力矩更大的执行机构调整管道夹持力度更换标准法兰垫片解体检查，修复研磨球体表面或更换球体解体检查，更换密封阀座角行程阀门常见故障原因及解决方法第71页，共82页，2023年，2月20日，星期四序号故障产生原因消除方法1阀座泄露介质中的杂物损坏阀座阀座上的O型圈损坏介质温度过高损坏阀座驱动装置关闭的位置不当5.球体、阀座磨损，有拉伤痕迹6.阀座弹簧腐蚀、断裂无弹性清理杂物，修复或更换阀座解体检查，更换O型圈更换阀座调整驱动装置关闭的位置研磨球体、阀座或更换球体、阀座解体检查，更换弹簧2

阀门两端面泄露管道法兰垫片损坏阀门法兰压紧不均匀或螺栓未压紧更换密封垫片调整法兰螺栓压紧程度硬密封球阀常见故障原因及解决方法第72页，共82页，2023年，2月20日，星期四序号故障产生原因消除方法3阀门动作突然停止阀座接触面有杂物球阀的球体硬化层剥落卡住球体气动执行机构的气源压力不足拆解清洗阀座，重新装配，或更换阀座维修或更换球体补充气源压力至正常压力4齿轮箱齿轮损坏操作者过扭矩操作设计的材料有缺陷运输过程中损坏按照操作说明书进行操作检查材料的适用性，更换合适材料更换损坏件并作好记录5气缸执行器压力不足1.气缸中没有按规定的压力供给1.检查气源压力、风管、气源接头、减压阀、电磁阀等工作是否正常，有损坏的进行维修或更换6

球阀中间法兰泄漏1.阀体拼缝垫片薄，未压实2.拼缝螺栓松动3.拼缝止口拼缝面腐蚀或损坏1.更换拼缝垫片2.上紧中间法兰螺栓3.车修拼缝止口平面第73页，共82页，2023年，2月20日，星期四控制阀维修控制阀的维修通常分两类:预防性维修：包括安装时采取的预防性措施、巡回检查时采取的预防性措施和临时性维修。故障维修：当阀出现故障、调节阀的性能不能满足工艺控制要求时进行的修理。第74页，共82页，2023年，2月20日，星期四也称计划性维修，指在出现故障之前的预防性措施，也可理解为安装前的预防和日常性维护保养。主要包括两个部分：1.安装前要注意的问题2.当阀投入使用后应注意的日常维护预防性维修第75页，共82页，2023年，2月20日，星期四安装前注意的问题管道冲洗装置安装或修理工作结束后，在调节阀安装之前应进行管道冲洗，清除遗留在管道