趙永佳

【摘 要】控制閥又稱(chēng)調(diào)節(jié)閥，是工業(yè)過(guò)程控制中的主要執(zhí)行單元儀表，通過(guò)接受調(diào)節(jié)控制單元閥是自控系統(tǒng)中的執(zhí)行器，它的應(yīng)用質(zhì)量直接反應(yīng)在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)上。作為過(guò)程控制中的終端元件，人們對(duì)它的重要性較過(guò)去有了更新的認(rèn)識(shí)。調(diào)節(jié)閥應(yīng)用的好壞，除產(chǎn)品自身質(zhì)量、用戶(hù)是否正確安裝、使用、維護(hù)外，正確地計(jì)算、選型十分重要。

【關(guān)鍵詞】控制閥；水處理；流量；發(fā)展

1.控制閥在水處理中的發(fā)展方向的目的和意義

控制閥廣泛應(yīng)用于制造業(yè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)和降低成本的目的。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，控制閥市場(chǎng)會(huì)保持適度的增長(zhǎng)。水處理中一般采用流量控制閥，流量控制閥是一種采用高精度先導(dǎo)方式控制流量的多功能閥門(mén)。適用于配水管需控制流量和壓力的管路中，保持預(yù)定流量不變，將過(guò)大流量限制在一個(gè)預(yù)定值，并將上游高壓適當(dāng)減低，即使主閥上游的壓力發(fā)生變化，也不會(huì)影響主閥下游的流量。在現(xiàn)代化工廠的自動(dòng)控制中，控制閥起著十分重要的作用，這些工廠的生產(chǎn)取決于流動(dòng)著的液體和氣體的正確分配和控制。這些控制無(wú)論是能量的交換、壓力的降低或者是簡(jiǎn)單的容器加料，都需要某些最終控制元件去完成。最終控制元件可以認(rèn)為是自動(dòng)控制的“體力”。在調(diào)節(jié)器的低能量級(jí)和執(zhí)行流動(dòng)流體控制所需的高能級(jí)功能之間，最終控制元件完成了必要的功率放大作用，控制閥是最終控制元件的最廣泛使用的型式。

2.控制閥在水處理中的發(fā)展方向在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀

從控制閥應(yīng)用看，發(fā)展方向如下：

（1）小型執(zhí)行機(jī)構(gòu)：可降低成本，提高流通能力。

（2）套筒導(dǎo)向：采用套筒導(dǎo)向，有利于對(duì)中，有利于降低摩擦，有利于降噪，有利于流量特性的互換。

（3）平衡式閥芯：為降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力或推力矩，采用平衡式閥芯是重要的，它對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也有改善。

（4）一體化閥芯和閥座：為克服雙座閥密封性差的缺點(diǎn)，采用相同材質(zhì)的一體化閥芯和閥座組成閥內(nèi)件，將泄漏量和不平衡力同時(shí)減到最小。

（5）簡(jiǎn)單流路：流路簡(jiǎn)單，流阻減小，不僅可使閥兩端壓損下降，而且可降低成本。

（6）密封和摩擦：密封性能和摩擦性能是矛盾的兩方面，控制閥設(shè)計(jì)中不僅要解決密封問(wèn)題，對(duì)摩擦和壽命等性能指標(biāo)也必須重視 因此，近年來(lái)，填料函和填料結(jié)構(gòu)的研究得到重視，旋轉(zhuǎn)型控制閥得到較廣泛應(yīng)用。

（7）降低噪聲：采用多種方式降低控制閥噪聲，例如，采用降噪套筒和閥芯，采用多級(jí)閥芯，采用降噪限流板，采用擴(kuò)展器等。

（8）采用與管道同直徑的控制閥和限制流通能力的閥內(nèi)件：利于降低閥入口壓力和出口流體流速，不需安裝異徑管等附加管件，有利于降低成本，通過(guò)更換流通能力大的閥內(nèi)件，可擴(kuò)展流通能力，通過(guò)選用限制流通能力閥內(nèi)件可糾正計(jì)算口徑過(guò)大的錯(cuò)誤。

（9）在數(shù)字化信息化時(shí)代，將較多采用智能閥門(mén)定位器或通過(guò)數(shù)字控制器等實(shí)現(xiàn)非線性規(guī)律，補(bǔ)償被控對(duì)象非線性，將較少選用控制閥流量特性來(lái)補(bǔ)償被控對(duì)象非線性。

（10）閥內(nèi)件的材料隨溫度變化，因此，應(yīng)考慮不同溫度下熱膨脹造成的影響，也要考慮在高溫下耐壓等級(jí)的變化等，應(yīng)考慮材料的耐腐蝕性、抗疲勞性等性能。

2.1當(dāng)前中國(guó)控制閥市場(chǎng)的概況

2.2當(dāng)前發(fā)展的不利因素

3.控制閥在水處理中的發(fā)展方向采用的路線和原理

3.1原理：控制閥用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力和液位。根據(jù)調(diào)節(jié)部位信號(hào)，自動(dòng)控制閥門(mén)的開(kāi)度，從而達(dá)到介質(zhì)流量、壓力和液位的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥分電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。

3.2控制閥的發(fā)展方向主要為智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、精小化、旋轉(zhuǎn)化和安全化

3.2.1智能化和標(biāo)準(zhǔn)化

控制閥的智能化和標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)提到議事日程。智能化主要采用智能閥門(mén)定位器。智能化化表現(xiàn)在下列方面。

①控制閥的自診斷。

②減少產(chǎn)品類(lèi)型，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程。

③數(shù)字通信。

④智能閥門(mén)定位器。

3.2.2精小化

為降低控制閥的重量，便于運(yùn)輸、安裝和維護(hù)，控制閥的精小化采用了下列措施。

①采用精小型執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

②改變流路結(jié)構(gòu)。

③采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3.2.3旋轉(zhuǎn)化

由于旋轉(zhuǎn)類(lèi)控制閥，例如球閥等，有相對(duì)體積較小、流路阻力較小、可調(diào)比較大、密封性較好、防堵性能較好、流通能力較大等優(yōu)點(diǎn)，因此，在控制閥新品種中，旋轉(zhuǎn)閥的比重增大。特別是大口徑管道中，普遍采用球閥、蝶閥等類(lèi)型控制閥，從國(guó)外近年的產(chǎn)品看，旋轉(zhuǎn)閥應(yīng)用的比例正逐年增長(zhǎng)。

3.2.4安全化

儀表控制系統(tǒng)的安全性已經(jīng)得到各方面的重視，安全儀表系統(tǒng)（SIS）對(duì)控制閥的要求也越來(lái)越高，表現(xiàn)在以下幾方面。

①對(duì)控制閥故障信息診斷和處理要求提高，不僅要對(duì)控制閥進(jìn)行故障發(fā)生后的被動(dòng)性維護(hù)，而且要進(jìn)行故障發(fā)生前的預(yù)防性維護(hù)和預(yù)見(jiàn)性維護(hù)。因此，對(duì)組成控制閥的有關(guān)組件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，及時(shí)提出維護(hù)建議等變得更重要。

②對(duì)用于緊急停車(chē)系統(tǒng)或安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制閥，提出及時(shí)、可靠、安全動(dòng)作的要求。確保這些控制閥能夠反應(yīng)靈敏、準(zhǔn)確。

③對(duì)用于危險(xiǎn)場(chǎng)所的控制閥，應(yīng)簡(jiǎn)化認(rèn)證程序。例如，對(duì)本安應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，可簡(jiǎn)化為采用FISCO現(xiàn)場(chǎng)總線本質(zhì)安全概念，使對(duì)本安產(chǎn)品的認(rèn)證過(guò)程簡(jiǎn)化。

④與其他現(xiàn)場(chǎng)儀表的安全性類(lèi)似，對(duì)控制閥的安全性，可采用隔爆技術(shù)＼防火技術(shù)、增安技術(shù)、本安技術(shù)、無(wú)火花技術(shù)等；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，還可采用實(shí)體概念、本安概念、FISCO概念和非易燃（FINCO）概念等。

3.2.5節(jié)能

降低能源消耗，提高能源利用率是控制閥的一個(gè)發(fā)展方向。主要有下列幾個(gè)發(fā)展方向。

①采用低壓降比的控制閥。

②采用自力式控制閥。

③采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制閥。

④采用壓電控制閥。

⑤采用帶平衡結(jié)構(gòu)的閥芯，降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力或推力矩，縮小膜頭氣室，降低能源需要。

⑥采用變頻調(diào)速技術(shù)代替控制閥。

3.2.6保護(hù)環(huán)境

環(huán)境污染已經(jīng)成為公害，控制閥對(duì)環(huán)境的污染主要有控制閥噪聲和控制閥的泄漏。其中，控制閥噪聲對(duì)環(huán)境的污染更是十分嚴(yán)重。

①降低控制閥噪聲。

②降低控制閥的大氣污染。

4.控制閥在水處理中的發(fā)展方向的重點(diǎn)和難點(diǎn)

4.1重點(diǎn)

控制閥在水處理中的主要重點(diǎn)在于流量的控制，如：一改常規(guī)節(jié)流閥使用孔板或純機(jī)械的減小流域面積的原理，利用相關(guān)導(dǎo)閥，最大限度地減小能量在節(jié)流過(guò)程中的損失；控制靈敏度高，安全可靠，調(diào)試簡(jiǎn)便，延長(zhǎng)使用壽命。

4.2難點(diǎn)

一般來(lái)說(shuō)，改變控制閥閥芯與閥座間的流通截面積，便可控制流量。但實(shí)際上還有許多因素影響，例如在調(diào)節(jié)面積改變的同時(shí)還發(fā)生閥前后壓差的變化，而這又將引起流量的變化。因此控制閥在水處理中的發(fā)展方向的難點(diǎn)就在于如何有效的優(yōu)化控制閥的開(kāi)度從而控制流量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)和降低成本的目的，怎樣能夠更好的鎖定流經(jīng)閥門(mén)的水量，而不是針對(duì)阻力的平衡，解決系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)失調(diào)問(wèn)題。

5.結(jié)束語(yǔ)

盡管控制閥得到廣泛的使用，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的其它單元大概都沒(méi)有像它那樣少的維護(hù)工作量。在許多系統(tǒng)中，控制閥經(jīng)受的工作條件如溫度、壓力、腐蝕和污染都要比其它部件更為嚴(yán)重，然而，當(dāng)它控制工藝流體的流動(dòng)時(shí)，它必須令人滿(mǎn)意地運(yùn)行及最少的維修量?？刂崎y既有靜態(tài)特性，又有動(dòng)態(tài)特性，因而它影響整個(gè)控制回路成敗。靜態(tài)特性或增益項(xiàng)是閥的流量特性，它取決于閥門(mén)的尺寸、閥芯和閥座的組合結(jié)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類(lèi)型、閥門(mén)定位器、閥前和閥后的壓力以及流體的性質(zhì)?？刂崎y由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成?？刂崎y通常分為直通單座式調(diào)節(jié)閥和直通雙座式調(diào)節(jié)閥兩種，后者具有流通能力大、不平衡辦小和操作穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以通常特別適用于大流量、高壓降和泄漏少的場(chǎng)合。