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SMC控制閥細節分析之閥體,SMC調節閥使用方法
控制閥又稱調節閥（Controlvalve，國標GB/T17213.1-1998定義為控制閥），是自動控制的終端控制元件，決定著過程控制是否及時有效和系統安全，在整個控制回路中較為重要但又是長期以來技術比較薄弱的環節。
控制閥是一種根據用戶操作條件而量身定制的產品，國內外生產廠家眾多，造成控制閥品種多、規格多、參數多，質量參差不齊。不同廠家的同類型控制閥的設計差異、技術特點和應用情況如何是大家關注的問題。針對大多數廠家都能生產的直行程控制閥尤其是直通單座閥型，本文試對其閥體及其技術細節進行探討分析。
直行程控制閥閥體
閥體是閥門主要部分，用于連接管道和實現流體通路，并可安置閥內件，接觸各種介質并承受流體壓力，應符合使用壓力、溫度、沖蝕、腐蝕條件等各方面要求，并根據工程實踐、安裝要求決定閥體形狀、結構和連接。閥體型式、材料是其兩大要素。
對于直行程控制閥，是與直線位移的執行機構配合使用，其閥桿（閥芯）是上下位移動作，也稱為滑動閥桿閥（SlidingStemValve），在所有控制閥中是應用數量zui多的閥型，且大部分控制閥廠商都能生產，因而型號系列多、廠商參數雜、質量性能差異大。
直通單座是zui常見的直行程控制閥閥體，能夠應對大部分工況，可實現緊密關閉，結構相對簡單；其它類型閥體也有很多，主要是滿足特殊或特定的工況應用，結構也復雜一些。閥體一般采用鑄造（包括壓鑄）、鍛造（包括模鍛）或棒狀材料（參見圖1），從熱加工到冷加工，對鑄造毛坯、鍛造料材、棒狀型材進行車制加工成一定尺寸。閥體常見材料有鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼、鑄不銹鋼、鍛鋼、鍛不銹鋼、合金材料以及有色金屬、陶瓷、塑料等，選擇原則是滿足使用性能要求、有良好的工藝性和經濟性，要綜合考慮、用料合理恰當。
圖1直行程控制閥閥體
閥門屬于壓力管道元件，閥體承受著管道內介質壓力，閥體設計必須滿足相關的標準要求，要符合規定的公稱壓力或磅級并且每件閥體都要經過耐壓試驗。
閥體型式
直行程控制閥型式多樣，有應用zui多的單座閥，還有雙座閥、套筒（籠式）閥、角型閥、三通閥、隔膜閥以及管夾閥、角座閥（又稱斜座閥、Y型閥）、滑板閥等，這些閥體可參見圖2。此外還有一些滿足特殊工況或特殊用戶要求的特殊設計閥體，如帶熱夾套的閥體、用夾具緊固易拆卸的分離閥體、高壓角閥鍛造閥體
螺紋連接常用于小尺寸控制閥（通徑不大于DN50/NPS2）、內螺紋一般為G或NPT管螺紋，制造成本低一些，但在管道上安裝拆卸有些不便，而且不適用高溫工況。
法蘭連接是普遍選擇，適于控制閥的各種壓力范圍，使用溫度一般在800℃以下，具有各種尺寸。常見法蘭型式有平面（FF）、凸面（RF）和環形結合面（RTJ）。平面法蘭常用于低壓場合，法蘭面與墊片*接觸，螺栓緊固引起的法蘭應力較低。凸面法蘭經過精加工，上面有密封水線以保證密封性，可與各種材質墊片一起使用，工作壓力可達40MPa（400bar），工作溫度可達800℃。環形結合面法蘭用于高壓場合，外形相似凸面法蘭，在凸面處加工出U形環槽，采用斷面為橢圓形或八角形的透鏡墊片，當壓緊墊片時形成嚴密密封，在100MPa壓力下仍具有較好的密封性能，但不宜用在高溫場合。
焊接連接是將控制閥閥體直接焊接在管道上，采用套焊或對接焊，可實現嚴密密封，缺點是閥體材料必須是可焊接材料，一旦焊接就使日后拆卸困難。還有一種法蘭連接帶唇焊墊片的辦法，法蘭螺栓緊固和唇焊墊片焊接相結合，便于多次拆卸，常用在高真空管道。
閥體端距
工業過程控制閥標準都對直行程閥體在給定公稱通徑和公稱壓力時的端面間距有明確規定，大多數法蘭連接或對焊連接的控制閥符合標準化的端面間距。對于直通閥體的平面法蘭和凸面法蘭，尺寸從法蘭端面到法蘭端面（FTF）；對于角型閥體的平面法蘭和凸面法蘭，尺寸從法蘭中心線到法蘭端面（CTF），見圖6，這與一般的法蘭標準表示方法相同，若是凸面法蘭，則FTF、CTF尺寸內包含凸面。單座閥直通和角型法蘭端距可查IEC60534-3-1（GB/T17213.3），單座閥對焊式端距可查IEC60534-3-3（GB/T17213.12），角行程閥法蘭端距可查IEC60534-3-2（GB/T17213.11）。美標可查ANSI/ISA75.8.01至75.8.09，九個標準對不同閥型不同磅級的端距做了詳盡的規定。
圖6閥體法蘭間距
閥體流路
閥體結構中的流路設計涉及到對流體流動的影響，閥體內部結構形狀（幾何形狀系數）影響到壓力恢復系數FL。不同閥體因結構的差異，其壓力恢復能力和壓力恢復系數也不相同，關切流動阻力和壓力損失的大小。閥體流路好，流動阻力小，壓力恢復能力好一些；流路復雜，流動阻力大，摩擦損失大，壓力恢復能力也差一些。壓力恢復系數FL直接影響不可壓縮液體是否阻塞紊流的計算、影響流體雷諾數的計算。是否阻塞紊流又與zui大流量系數、空化氣蝕、噪聲有關。
壓力恢復系數FL由廠商型式測試時確定出具體的數值，不同閥型不同開度都有具體的數值，這些自有數據一般情況下只存在于各廠商各自的控制閥計算軟件中。若使用通用控制閥計算軟件，選用IEC60534標準內推薦的閥型典型壓力恢復系數FL數值進行計算時，得出的結果可能會與廠商計算數據、實際產品規格相差甚遠。由于同樣閥型不同廠商產品有其閥體流路的設計區別，造成具體閥型的壓力恢復系數FL與標準推薦的典型值有所不同，再加上閥內件的不同設計，也就出現同類閥型同樣公稱通徑相近流量系數情況下但是行程有較大區別的現象。如DN50（NPS2）控制閥流量系數Cv基本在45左右，SAMSON的3240系列的行程為15mm，其它廠商多為20-25mm；DN80（NPS3）控制閥流量系數Cv基本在100左右，SAMSON的3240系列的行程仍為15mm，其它廠商多為30-40mm；單位行程的流量系數差異很大，閥的靈敏度差異較大，其中也有閥體流路設計的因素。
單座閥是低壓力恢復閥型，閥體內為S形流路，壓力恢復系數FL較大，在0.8到0.9之間，壓力恢復能力低，其中流關型的控制閥要比流開型的同類閥的壓力恢復系數FL要略小一些。如何使壓力恢復系數FL降低一些，使壓力恢復得好一些，改善阻塞流條件，讓流通能力增加一些，是很多廠商的研發重點，也不斷有閥體流路設計方面的改進和創新。
如CV3000系列是國內普遍生產的閥型，技術已顯落后。CV3000Alphaplus系列是在CV3000系列基礎上應用新技術的優化改進，雖然還不是模塊化設計，但在整體性能上也有很大提升。CV3000Alphaplus系列對于閥體的流路采用流線型式，改進流路空間，并在流路中創新設置了一個水平尾翼，見圖7b（圖中舉例為流關型閥體流路）。對比圖7a的原CV3000閥體流路，可看到CV3000Alphaplus明顯改善了流體在閥體內流動過程中的紊亂狀態，zui終使流動阻力減少，從而降低了壓力恢復系數FL，增加了流通能力，測試結果也表明此改進可使流量系數得到明顯提升。這個改進簡單易行，國內控制閥制造廠紛紛仿效。
圖6CV3000系列的流路改進
結束語
控制閥在過程控制中扮演重要角色，閥體直接與過程流路相接，保障各種介質流通并承受流體壓力及適應工況要求，同時形狀、結構和連接要滿足用戶需求。正確選擇閥體型式、合理設計閥體流路、經濟使用閥體材料是生產和定制控制閥的基本要求，探討不同閥體細節特點，以整體優化出發，使工業過程控制閥能夠應用在各種工況以及滿足安全、環保要求。
SMC控制閥細節分析之閥體,SMC調節閥使用方法