控制閥（Control valve，國標(biāo)GB/T 17213.1-1998定義為控制閥，國內(nèi)舊稱調(diào)節(jié)閥）是終端控制元件，決定著過程控制是否及時有效，在整個控制回路中較為重要但又是長期以來技術(shù)比較薄弱的環(huán)節(jié)�？刂崎y的生產(chǎn)廠家眾多，造成控制閥品種多、規(guī)格多、參數(shù)多，質(zhì)量參差不齊。不同廠家的同類型控制閥的設(shè)計差異、技術(shù)特點和應(yīng)用情況如何？是筆者近期關(guān)注的問題。

    筆者自70年代初從事引進(jìn)裝置國外自控儀表工作以來，一直側(cè)重現(xiàn)場儀表的使用和DCS組態(tài)、PLC編程以及參與項目工程，而對控制閥有些認(rèn)識不足。近來整理多年的工作筆記及材料，也開始對控制閥做一些探討�，F(xiàn)以部分知名品牌控制閥為例，著重對目前在用量、多數(shù)廠家都在生產(chǎn)的單座閥做一些細(xì)節(jié)分析。本文針對不太為人關(guān)注的控制閥行程問題進(jìn)行探討。

    閥門行程是值得分析的技術(shù)細(xì)節(jié)

    終端控制元件的控制閥，在工業(yè)過程中是局部阻力可以改變的節(jié)流元件和耗能設(shè)備，其*基本功能是調(diào)節(jié)功能，體現(xiàn)在流量系數(shù)及可調(diào)范圍和流量特性。流量系數(shù)是表示在一定條件下的控制閥流通能力，有Kv和英制Cv；流量特性是指閥門的相對開度（閥門行程）與流過閥門的相對流量的關(guān)系，與閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)、閥門前后壓差有關(guān)，理想流量特性有有線性、等百分比和快開等。

    對于流量系數(shù)和流量特性，大家都非常關(guān)注，而閥門行程似乎只是控制閥的一個簡單指標(biāo)。在表1中列出了部分廠家控制閥的閥門行程及流量系數(shù)，并從中尋找可探討的細(xì)節(jié)問題。

    從表1中可以看到列舉的不同廠家7種型號控制閥在相同公稱通徑相近流量系數(shù)的情況下，閥門行程卻有較大不同。以DN50（NPS 2）控制閥為例，流量系數(shù)Cv基本在45左右，而行程卻從15mm到25mm不同；DN80（NPS 3）控制閥的差異更明顯，流量系數(shù)Cv基本在100左右，而行程卻從15mm到40mm不同。這種情況說明什么？

    首先，流量系數(shù)即流通能力在標(biāo)準(zhǔn)情況下由閥芯閥座間流通截面積決定；其次，閥桿直線運動使閥從全關(guān)到開即流通截面積從零到與閥桿直行程為一定特性的對應(yīng)關(guān)系。那么，閥門行程短卻達(dá)到較大的流量系數(shù)，就意味著單位閥桿行程的流通截面積變化大，就意味著閥芯的設(shè)計和加工要求高、難度大，也可以說在相同流量系數(shù)、相同閥門精度要求下的閥門行程短的控制閥，其技術(shù)含量高；若移動相同行程，其流量系數(shù)即流通能力大。SAMSON 3241型控制閥的閥芯在Cv=12以上的均采用V-port型式，3V開口，流體流動狀態(tài)好，還有著較好的壓力恢復(fù)系數(shù)FL值和臨界壓差比XT， H/D2性能更好，所以得到DN80（NPS 3）口徑、15mm行程有Cv=95的良好表現(xiàn)。
這也說明，即便是*普通*常見的產(chǎn)品，都有創(chuàng)新改進(jìn)的課題。

    這是從閥桿行程的細(xì)節(jié)分析中認(rèn)識到的控制閥設(shè)計和制造技術(shù)問題。

    閥門行程涉及控制閥的整體優(yōu)化和使用壽命

    閥門行程短給控制閥制造廠帶來閥芯設(shè)計、制造加工的很大難度，那為什么要這樣設(shè)計呢？答案是閥門行程短有助于控制閥的整體優(yōu)化以及使用壽命，也是控制閥精小化的發(fā)展趨勢。

    1.控制閥所配置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)要適應(yīng)閥門的行程。對于氣動薄膜執(zhí)行器，閥門行程越大，其波紋膜片（或平膜片）位移量越大、彈簧壓縮位移越大，造成的非線性就越大。大的位移量也影響膜片的使用壽命。閥門行程小，氣動執(zhí)行器膜片位移小、彈簧壓縮位移小，膜室尺寸/容積相應(yīng)縮小，膜片延長了使用次數(shù)，也改善了非線性和加快響應(yīng)時間。

    2.由于閥芯由關(guān)到開直線位移趨小，閥體設(shè)計也對內(nèi)部尺寸、流路等進(jìn)行優(yōu)化，使閥體整體性能提升。

    3.據(jù)國外擁有金屬波紋管的某知名品牌廠家對15mm行程的金屬波紋管進(jìn)行壓縮伸張位移的耐用試驗表明：在9mm全行程動作時使用壽命為160 萬次、在10mm全行程動作時使用壽命為120萬次、在12mm全行程動作時使用壽命為60萬次，而在15mm全行程動作時使用壽命就下降到40萬次以下。由此可見，閥門行程大小對于閥桿密封用的金屬波紋管使用壽命影響非常大。

    4.在滿足流量系數(shù)的前提下，閥門行程短要求創(chuàng)新技術(shù)的閥內(nèi)件設(shè)計和高精度的機(jī)加工能力，這也是國外知名品牌控制閥廠家長期領(lǐng)軍控制閥產(chǎn)品的關(guān)鍵，也是國內(nèi)控制閥廠家產(chǎn)品技術(shù)、質(zhì)量的差距。

    結(jié)語

    細(xì)節(jié)決定成敗。以整體優(yōu)化為出發(fā)點，多個考慮細(xì)致、創(chuàng)新技術(shù)、功能優(yōu)化、質(zhì)量可靠的細(xì)節(jié)就能組成應(yīng)用方便、靈活、安全、用戶易于接受并滿意的好產(chǎn)品。 

    閥門行程短有助于控制閥的整體優(yōu)化以及使用壽命，也是控制閥精小化的發(fā)展趨勢。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司