1上海自动化仪表有限公司自动化仪表七厂 上海崇明区 202150 2中国核电工程有限公司 北京市 100840
摘要：本文介绍了调节阀设计时应遵循的设计框架，按设计标准、设计参数、阀型、口径、压力等级、材料的选择、阀门与管道的连接方式、阀门法兰的密封面形式、阀门的流量特性、阀盖形式、填料、阀门的中法兰强度计算、阀门的关闭推力计算等几个方面。
关键词：调节阀 设计框架 计算方法
一、调节阀概述
（一）调节阀的发展历程
调节阀的发展已有很长的历史，先后产生了很多的调节阀产品，其发展历程如下：
20年代：自力式阀门。
30年代：双座阀和单座阀。
40年代：隔膜阀、角型阀、蝶阀、球阀等。
50年代：球阀得到较大的推广使用，三通阀代替两台单座阀投入系统。
60年代：在国内对上述产品进行了系列化的改进设计和标准化、规范化后，国内才有了自己完整系列的产品。现在我们还在大量使用的单座阀、双座阀、角型阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、球阀七种产品仍然是六十年代水平的产品。这时，国外开始推出了第八种结构调节阀—套筒阀。
70年代：又一种新结构的产品—偏心旋转阀问世。这一时期套筒阀在国外被广泛应用。70年代末，国内联合设计了套筒阀，使中国有了自己的套筒阀产品系列。
80 年代：80年代初随着自动化系统的不断发展，中国成功引进了石化装置和调节阀技术，使套筒阀、偏心旋转阀得到了推广使用，尤其是套筒阀，拥有单、双座阀的双重特点，其使用越来越广。80年代末，产生了精小型调节阀，多弹簧式薄膜执行机构替代了单弹簧的气动薄膜执行机构，阀的结构只是改进，不是改变。它的突出特点是使调节阀的重量和高度下降30％，流量系数提高30％。
90年代：90年代的重点是在可靠性、特殊疑难产品的攻关、改进、提高。
21世纪：能适用于严酷恶劣工况，抗高温高压差、超临界的调节阀成为主流。
（二）调节阀结构
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。执行机构是将控制信号转换成相应的动作来控制阀内截流件的位置或其他调节机构的装置。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。以压缩空气为动力源的调节阀称为气动调节阀，以电为动力源的调节阀则为电动调节阀。
二、调节阀的设计框架
（一）调节阀设计标准
调节阀设计常用的设计标准：
1、ASME B16.34 法兰、螺纹和焊接连接的阀门；
2、GB/T 4213-2008 气动调节阀；
3、ASME B16.10 阀门的面对面和端至端的尺寸；
4、ASME B16.5 管法兰和法兰管件；
5、ASME锅炉压力容器规范国际性规范第二卷材料A篇 D篇。
（二）调节阀设计参数
调节阀设计前必须要获取的工况参数：流体名称、流量、进口压力、出口压力、使用温度、管道尺寸、操作能源等。
（三）阀型的选择
根据不同的使用场合要选择不同的调节阀类型：
1、单座阀：主要用于泄漏要求小但压差较低的一般场合；
2、双座阀：主要用于压差较大，但对泄漏量要求不严的场合；
3、套筒阀：可适用于单、双座阀使用的场合，在DN25-200范围内可替代单、双座阀，是当前的主流阀型；
4、角阀：适用于高粘度、悬浮液、含颗粒的介质的调节；
5、角型高压阀：用于高静压、大压差、有气蚀空化的场合；
6、隔膜阀：用于强腐蚀介质、高粘度流体、纤维介质和要求切断的场合；
7、蝶阀：用于低压力、小压差、大流量、大口径、泄漏要求不严的场合，特别适用于浓浆软流体和含有悬浮颗粒的介质；
8、球阀：流量大，调节范围广，要求切断，特别适用于纤维、纸浆、含颗粒介质的调节；
9、偏心旋转阀：具有蝶阀和球阀的综合特点，并可用于这两种场合。
（四）调节阀口径计算
可根据调节阀流通能力计算公式[1]得出计算Cv值，再选用合适的额定Cv值，可对应初定一个口径。
（五）材料的选择
调节阀材料的选择，主要根据介质的温度、腐蚀性、气蚀、闪蒸、冲刷5个方面进行。
表1 典型介质的典型耐蚀合金材料的选择
.png)
（六）温度、压力等级与材料的关系
温度、压力等级与材料的关系见《ASME B16.34 法兰、螺纹和焊接连接的阀门》强制性附录Ⅶ。
（七）阀门壁厚的选择
阀体的壁厚计算公式见《ASME B16.34 法兰、螺纹和焊接连接的阀门》强制性附录Ⅵ，表3-A根据阀门的内径和压力等级给出了阀体的最小壁厚数值。
（八）上阀盖型式
根据系统最高温度选用标准型，延长型，热片型：
1、标准阀盖适用温度范围-17~200℃；
2、延长型阀盖适用温度范围-50~-18℃，201~427℃；
3、热片型阀盖适用温度范围428~566℃；
4、特殊介质选用波纹管型。
（九）填料的选择
调节阀常用的是四氟乙烯填料和柔性石墨填料。四氟乙烯填料摩擦小，但耐温差，寿命短；柔性石墨填料摩擦大，但耐温好，寿命长；高温下和带定位器的阀门建议选择柔性石墨填料。
（十）阀门法兰距的确定
标准参见ASME B16.10 《阀门的面对面和端至端的尺寸》。
（十一）阀门与管道的连接方式
阀门与管道连接方式有法兰连接、对焊连接，套焊连接和螺纹连接等，连接方式选择一般按现场情况而定。
（十二）阀门法兰的密封面形式
密封面形式有突面、平面、凹凸面、榫槽面和环连接面等。
（十三）流量特性的选择
直线流量特性的特点：
1、单位行程变化所引起的流量变化是相等的；
2、相对行程变化时，流量小时流量相对值变化大，流量大时流量相对值变化小；
3、直线流量特性阀门处于小开度时，调节作用太强，易产生振荡，处于大开度师，调节作用太弱，调节缓慢，不够灵敏。
等百分比流量特性的特点：
1、在同样的行程变化值下，流量小时，流量变化小。流量大时，流量变化大；
2、单位相对行程的变化所引起的相对流量变化的百分比是相等的；
4、等百分比流量特性阀门在小开度时，调节阀的放大系数小，调节平稳缓和；在大开度时，放大系数大，调节灵敏有效。
（十四）阀门的强度计算
阀门的强度计算有阀体最小壁厚校核、阀体的阀座安装台肩的强度校核、阀盖法兰螺栓强度计算[2]。
（十五）阀门关闭推力的计算
根据公式[3]计算出阀门关闭推力，可以选择合适的执行机构。
公式：
.png)
其中：F—推力，kgf；
1.2—放大系数；
Aus—不平衡面积，cm2；
△P—关闭压差，100kPa；
D—阀座直径，cm；
Y—密封比压，kgf/cm。
阀的泄漏等级为Ⅳ级时，密封比压取7kgf/cm；
泄漏等级为Ⅴ级时，密封比压取28kgf/cm。
三、结论
调节阀发展趋势是向着高温高压差发展的，所以对调节阀的设计要求也是越来越高。
参考文献：
[1]吴国熙.调节阀使用与维修[M].北京：化学工业出版社，1999
[2]杨源泉.阀门设计手册[M].北京：机械工业出版社，1992
[3]余善富.气动执行器[M].北京：机械工业出版社，1987