阀门手册--介绍各种阀门的机械特性及构造

《阀门手册》

阀门手册本书全面、系统地介绍了阀门的基础知识、阀门种类和阀门应用等方面的内容。具体内容包括：阀门介绍、阀门选用准则、手动阀门、控制阀、手动控制器和执行机构、灵活阀门及定位器、确定阀门尺寸、确定执行机构尺寸和常见阀门问题等。

阀门手册本书可以作为阀门使用和维修人员以及设备管理和工程技术人员的工具书。也可作为阀门设计人员和从事压力容器、管道设计人员的参考书。

阀门的定义

按定义，阀门是专门设计成的机械器件用以直流、启动、停止、混合或调节工艺流体的流量、压力或温度。阀门能设计成处理液体或气体的运行。按阀门的设计、功能和应用的特征，它的类型、尺寸和压力等级有很多种类。最小的工业阀门重量可小到 1 lb(0.45kg)，可舒适地放于人的手中。而最大的可重到10t（9070kg）以上，高度达到24ft(601m)以上。工业过程阀门能用于管线尺寸由0.5m[公称直径（DN15）]到超过48in(DN1200)。不过超过90%以上的阀门用于工艺系统上是安装在4in(DN100)或较小尺寸的管线上。阀门压力能够用于由负压到超过1300psi(7bar).工艺阀门尺寸的如何变化实例如图1.1所示。 今天现有阀门的淋浴已由简单的水龙头发展到备有信息处理机的控制阀，该信息处理机提供工艺过程的单环路控制。今天最常用的类型是闸阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、止回阀、泄压阀和截止阀。

阀门能由许多种材料制造，大多数阀门是由钢、铁、塑料、黄铜、青铜或大量的特殊合金制造的。

第二节 根据功能的阀门分类 1、按介质的功能设计的特征； 2、双位式阀门（开－关阀门）； 3、止回阀； 4、节流阀；

5、控制环路中的末控制元件等； 按介质的功能和设计的特征

阀门可分为三类：双位式（开-关式）阀门，它具有控制物流闭合和允许其通过的功能；止回阀，它只允许物流向一个方向穿流；节流阀，它可在全开到全馆的任一点上调节物流。按功能给阀门定义的一个混乱情况是特殊的阀门设计，注入截止阀、闸阀、旋塞阀、球阀、蝶阀和胶管形阀门可符合一个、二个或所有三类分类。例如，旋塞阀可用于开-关双向操作，或增加执行机构，可用作节流控制阀。另一种例子是球形阀体，根据其内部设计可以是开-关双位阀、止回阀或节流阀。因此当将特殊阀体类型和特殊分类视为等同时，用户应小心。 双位式阀门（开-关阀门）

有时值的是隔断阀，双位阀是用于气动或停止通过工艺过程的介质流动。通常双位式阀门包括闸阀、旋塞阀、球阀、泄压阀和缸底阀（图1.2）。大多数双位式

是手工操作，不过增加一个执行机构它可自动操作（图1.3）。 双位式阀门通常用于物流必需环绕一个区域内改变方向，在该区域内尽享维护或在此处供人们必需防护潜在的安全危害。他们对混合无聊亦有用途，即当在预先确定的适当时时间内大量物流被混合且不要求准确计量。安全管理系统也要求自动的双位式阀门，当紧急情况发生时立即关闭系统。

泄压阀是自身执行的双位式阀门，仅当超过预先设定压力时阀门打开（图1.4）。该种阀门分为两类：泄压阀和安全阀。泄压阀是用于防护液体操作过量增压的；安全阀是用于气体操作，此处系统过量增压存在着安全和工艺过程危害并必需放空。 止回阀

止回阀仅允许流体在预期的方向流动。此设计是这样的，即在相仿方向的任何流动或压力被机械地其产生。所有的单向阀都是止回阀（图1.5）。

止回阀用于防止流体的返流，返流会损坏设备和扰乱工艺过程。但泵或压缩机停工时，这种阀门特别有用于防护液体运行的泵或气体运行的压缩机产生返流。止回阀也应用于具有不同压力且必需保持分开的工艺系统。 节流阀

节流阀是用于调整运行中的流量、温度或压力的。这些阀门可在阀门形成之内任何位置活动并固定在该位置，包括全开或全馆位置。因此，它也能起双位阀的作用。不过，许多节流阀设计是备有手操作的手轮和拉杆，有些是备有执行机构或执行机构系统，以提供较大的推力、调位能力以及自动控制（图1.6）。

压力调节器是节流阀，它改变阀的位置以保持下游生产的恒压（图1.7）。如下游生产压力升高，调节器略微关闭以降低压力。如果下游生产压力下降，调节器打开以增加压力。

节流阀家族的一部分为自动控制阀，有时简称为控制阀，是一个秒撒胡阀门的术语，它改变流动条件以满足工艺要求。这些飞永远备有执行机构以达到自动控制。执行机构设计成接收一个命令信号并利用外部动力源（空气、电或液压）转换到一具体阀门位置，以符合具体时间的功能要求。 控制环路中的末控制元件

控制阀是最常用的末控制元件。术语末控制元件指的是高功能设备，它需要提供动力和准确度，去控制流动介质达到预期的运行条件。另外一些控制元件包括计量泵、百叶窗、阻尼器、变节距风叶电流控制设施。

作为末控制元件，控制阀是控制环路的一部分，它通常除控制阀外尚由其他两元件组成：传感元件和操纵器。传感元件测量具体工艺条件，如流体压力、液位或温度。传感元件利用传送器将带有工艺条件信息的信号传送到操纵器或较大的分配控制系统。操纵器接受自传感器传来的输入，并与设定点或与工艺部位所需预期值进行比较。比较设定点的实际输入，操纵器经过传送一个信号到末控制元件（大概不会是控制阀）对工艺做出任何必要的修正。阀门按照由操纵器送出的信号做出变化，该操纵器是由传感元件进行测量和验证的。图1.8表示一个常见的

环路图表，它利用流量（FT）、压力（PT）和温度（TT）传送器及控制阀和操纵器连接。

第三节 阀门的应用分类 1、阀门应用分类介绍； 2、通用工况阀门； 3、特殊工况阀门； 3、严重工况阀门； 通用工况阀门

通用工况阀门是那些为多数普通操作设计的阀门，其具有低的额定压力，在美国国家标准协会（ANSI）的150级到600级（管径在DN16到DN100）之间，中等额定温度在-50～650℉（-46～343摄氏度）之间，飞腐蚀性介质和普通压降而不会导致气穴和闪蒸。通用工况阀门设计有一定程度的互换性和适应

性以使它们在较广泛的工况中应用。阀体材料被规定为碳钢和不锈钢。图1.9表示两个通用工况阀门的图例，一个为手工操作阀，一个为自动阀。 特殊工况阀门

特殊工况阀门是定做制造的阀门，它是为正常工艺运行意外的单一应用而设计的。由于其奇特的设计和制造，它只能在有关特定工况的参数和运行条件下才可操作。该方面通常用于处理一个需要的温度、高度或在复试的介质中。图1.10表示一控制阀，其设计具有轻刮式阀体和陶瓷阀芯以处理磨损的矿物工况包括砂颗粒及高压空气。

严重工况阀门

严重工况阀门，该严重工况阀门具有特殊特性以处理挥发性物质，注入高压力降导致严重气穴、闪蒸、堵塞或高噪音等级。该种阀可在截止阀上设计很好的阀芯。或特殊阀盘；或在旋转阀中涉及特殊球以减少或防止运行中的影响。此外，操作工狂或工艺运行科要求设置特殊执行机构以克服工艺过程之力。图1.11表示一个严重工况阀门，它可处理1100℉（593℃）液体钙，它具有多

级阀芯以处理高压力降，其阀盖带有特殊冷却翘片。电动液压执行机构能够产生200000LB（8600N）的推力。

第四节 按运动分类

某些用户将阀门按阀门机械运动分类。直线运动阀（通常也叫直线阀），它具有一个华东阀杆以推动一个闭合元件到开启或关闭位置（闭合元件是指内部阀门设施用来打开、关闭或调整流量）。闸阀、截止阀、胶管阀、对开阀体阀、三通阀和角阀等都属于此类阀门。直线阀由于设计简单、容易维护和较其他运动分类的阀门有更多的尺寸、压力等级和设计选择，所以它们是目前已有方面中的最通用型式。

另一方面，选准运动阀（也叫做旋转阀）使用闭合元件在1/4转角或45°范围内，打开或堵塞流道。旋转阀通常较其类似的直线阀的尺寸小和重

量轻。它们被在一定的压力降下工作，易于产生气穴和闪蒸现象。但是旋转阀的设计已经成熟，它们已客服这些原有的，显著正被加速应用。 第五节 阀门开口尺寸分类 1、全通径阀门； 2、缩径阀门； 全通径阀门

在工艺系统，大多数阀门是设计成通过使闭合元件的流动通道或面积小于管线内径，而将其流量到某个范围。另一方面，某些闸阀或球阀可设计成其内部流动通道有足够尺寸使物流通过而无明显的。这种阀叫做全通径阀门，因为其内部流到等于入口的全面积。

全通径阀门主要用于开-关和断路工况，此处物流必须停止或专项。全开口阀门也允许在管线内使用“猪”。“猪”是自驱动的（或流动驱动）机构，以净化管线内部和出去任何工艺聚集物或铁锈。 缩径阀门

另一方面，缩口阀门是闭合元件节制流量的阀门。闭合元件的开口的流动面积小于管线内镜的面积。例如，直线截止阀的发作或旋塞阀的套筒通道具有与阀门进口和出口内镜相同的流动面积。此种节流当物流通过闭合元件时，可使阀门产生压力降，当物流通过节流区后可使部分压力恢复。

缩口阀门主要目的是通过减流或通过截流以控制流量，它等于调节封闭元件使阀门在某一开度上提供不同的物流量。 第六节 常用管线术语 1、管道术语介绍；

2、公称管道尺寸和公称直径对照表； 3、ANSI压力等级和公称压力对照表； 管线术语介绍

因为阀门工业和过程工业的优良企业一道，被北美过去50年以上的开发及公司的出现所推动，阀门的管线属于严重地被英制烯烃所影响。英制烯烃使用磅每平方因村（psi）表示压力，用公称管子存储（NPS）表示阀门和管线尺寸[管线内径横断的尺寸（英寸）]。这些属于在美国今日仍在使用，它是以美国国家标准协会（ANSI）所建立的术语为根据的。

美国以外的地方，阀门和管线的术语是建立在国际单位系统（米制系统）基础上的，它是由国际标准组织（ISO）创立的，按照米制烯烃基本计量单位是米，而距离则为米的倍数（例如千米），或是米的相同单位（厘米，毫米）。

典型米制阀门计量除厘米意外，压力则以千帕（kPa）(或bar)。ISO标准以公称直径（DN）表示管径，压力等级则以工程压力（PN）表示，表1.1和表1.2提供了ANSI和ISO标准快速参考。

公称管道尺寸和公称直径对照表

表1.1 公称管子尺寸和公称直径 公称管子尺寸公称管子尺寸公称直径（DN ）/mm 公称直径（DN ）/mm （NPS）/in （NPS）/in 0.25 6 8.0 200 0.5 15 10.0 250 0.75 20 12.0 300 1.0 25 14.0 350 1.25 32 16.0 400 1.5 40 18.0 450 2.0 50 20.0 500 2.5 65 24.0 600 3.0 80 36.0 900 4.0 100 42.0 1000 6.0 150 48.0 1200 ANSI压力等级和公称压力对照表 表1.2 ANSI压力等级和公称压力 ANSI压力等级/psi 公称压力（PN）/bar ANSI压力等级/psi 公称压力（PN）/bar 150 16 1500 250 300 40 2500 400 600 100 4500 700 900 160 注：PN是ANSI压力等级近似，在两个标准之间不应用准确的对比关系。PN和D/N（德国工业标准）的压力-温度等级对比不同于ANSI的压力-温度等级。 第二章 阀门选型准则 第一节 阀门系数； 第二节 流动特性； 第三节 阀门关闭要求； 第四节 阀体端面连接； 第五节 阀门压力等级； 第六节 面对面准则； 第七节 阀体材料选择； 第八节 阀门垫片选择；

第九节 阀门填料选择； 第一节 阀门系数 1、阀门系数介绍； 2、阀门Cv定义及公式； 阀门系数介绍

通常测定阀门的方法是阀门系数（C ）它也被称为流动系数。当为特殊工况选择阀门时，使用阀门系数确定阀门尺寸，该阀门可在工艺流体稳定的控制下，能够通过所需要的流量。阀门制造商通常公布各种类型阀门的C 数据，它是近似数值，并能按照管线结构或发作制造而变动上调10%。

如一个阀门不能正确计算C ，通常将削弱在两个方面之一的阀门性能：如果C 对所需要的工艺而言太小，则阀门本身或阀内的阀芯尺寸不够，会使工艺系统流量不够。此外，因为阀门的截流会导致上游压力增加，并在阀门导致上游或其他上游设备损坏之前产生高的背压。尺寸不够的C 也会产生阀内的较高阻力降，它将导致空穴现象或闪蒸。

如果C 计算值比系统需要的过高，通常选用一个大的超过尺寸的阀门。显然，一个大尺寸阀门的造价、尺寸及重量是主要的缺点。除此之外，如果阀门是节流操作，控制问题明显会发生。天内广场闭合元件，如选赛或阀盘，正位于阀座之外，它有可能产生高压力降和较快流速而产生气穴现象及闪蒸，或阀芯零件的磨损。此外，如果闭合元件在阀座上闭合而操作器又不能控制在该位置，它将被吸入阀座。这种现象被称为溶缸闭锁效应。 阀门Cv定义公式

阀门一个C 的定义为一个美国加仑（3.78公升）的水灾60℉（16℃）时流经一个开口（如阀门），在一分钟内产生一个psi（0.1bar）的压力降。由美国仪表协会（ANSI/ISA标准S75.01）规定的简化C 计算公式是：

C =物流×m

C 的计算逐步过程见第七章。 第二节 流动特性 1、流动特性介绍； 2、等百分比流动特性； 3、直线流动特性； 4、快开流动特性；

5、确定安装流动特性；

6、流动特性例A（无管线效应）； 7、流动特性例B（有管线效应）； 8、选择正确的流动特性； 9、幅度变化范围； 阀门流动特性介绍

每一个节流阀都有其流动特性，它描述阀门系数C 和阀门形成之间的关系。换言之，当阀门打开时，作为选择阀门设计的关键因素——流动特性允许一定流量在阀门形成的特定百分数内通过。此种特性允许阀门在可判断的情况下控制流量。这在使用节流阀时是很重要的。

通过节流阀的流率不仅受到阀门流动特性影响，而且也受到阀门压力将的影响。一个阀门特性在具有变动压力将的系统内工作，与相同阀门流动特性在恒定压力降的工况下工作，是有很大差别的。当不考虑管线影响，阀门在恒定压力降操作时，流动特性被认为是固有流动特性。但是如果考虑阀门和管线二者的影响，流动特性将改变其理想曲线，并被称为安装流动特性。通常，一系统必须经整体考虑来确定安装流动特性，它将在第2.2.5节中进一步讨论。某定旋转阀，注入蝶阀和球阀，轻易的变更。为此，旋转控制阀在截留的工况下，利用一个带有执行机构定位器的可表示特性的凸轮来改变固有流动特性，或利用改变闭合机构，如V形缺口球阀以改变固有流动特性。1/4转的旋塞阀和球阀能通过改变算塞阀的开口以改变流动特性（图2.1）。另一方面，线性阀流动特性通常是由发信的设计确定，即通过笼式阀芯内的孔的尺寸和形状（图2.2）或阀芯头的形状（图2.3）来确定。

三种常用的流动特性是：等百分比式、直线式、快开式。三种流动特性的理想曲线列于图2.4。但是此三种曲线的固有流动特性会受阀体类型和设计以及管线因素的影响。

阀门等百分比流动特性

在三种常见流动特性中，在节流阀上最频繁地使用的是等百分比流动特性。关于固有等百分比流动特性，其流率在形成开始处是最小的，而在形成的末端处则增加到较大的数量。这在行程的前半部分给闭合元件提供了准确而又有两的控制，而在此处是较难维持其控制的，这是因为闭合元件更易于被工艺过程之力的影响。另一方面，等百分比特性可在形成后半部分提高容量，而允许阀门通过所需的流量。对特定的阀门，等百分比特性在湘成的前半部分可引起改良的幅度变化范围和较佳的可重复性及分辨能力。

Q0——最小可控制流率 n——常数

虽然阀门本身流动特性是等百分比的，但安装流动特性是接近于直线流动特性。这就是通常工艺系统压力降大雨通过阀门压力降的理由。图2.5表示一个等百分比特性的两条流动曲线；固有流动特性和考虑管线影响的安装流动特性。附加的管线影响有一种倾向使流动特性自理想等百分比特性远离到固有直线特性。

直线流动特性

固有直线流动特性是指不管阀门的位置如何，在阀门行程的单位流动上产生相等的变化。直线流动特性经常是在那些主要压力降使通过阀门时产生的工艺系统中应用。在很大程度上，直线流动特性与百分比特性相比，直线流动特性可在全部的行程上提供较佳的流量。

直线流动特性的数字公式是：

Q=kL dQ/dL=k 式中 Q——流率

L——阀门行程 k——比例常数

图2.6表示固有直线流动特性，以及安装特性（考虑管线效应）。由图可看出，管线效应有一种将直线流动特性推向快开特性的倾向。

快开流动特性

快开流动特性差不多仅仅用于开-关工况，当阀门开始打开时，会立即产生最大流量（图2.7）。由于快开特性的极端特征，其固有和安装特性是相似的。

确定安装流动特性

如前所述，当阀门安装在工艺系统时，固有流动特性会明显地改变。当考虑系统管线的效应时，等百分比特性向直线特性移动，而线性特性向快开特性移动。以下两例安装的工况：一个无管线效应，另一个则考虑管线效应。 流动特性例A（无管线效应） 图2.8表示已工艺系统的图标，包括一个离心泵和一个阀门，它是用来维持下游的压力为80psi或5.5bar。为了说明图2.9，给出泵的出口压力（psi）和流量的关系（gal/min）。

在此例中，管线的损失假设是极少的，而要求的最大流量是200 gal/min

（757L/min）。如图2.9， 在200 gal/min情况下，泵的出口压力P1在阀门之前为100psi（6.9bar），则下游则要求为80psi（5.5bar）（换言之，压力降为20psi或1.4bar）。利用C 的确定公式（2.1.2节）决定在此工况的C 为：

C =Q =200 =45

假设C =45是最大C ’的流量（个别值是目前可以估计的）。与要求的C 值和最大C 的百分数一样，这个数值必须控制工艺工程。这些流量数据列于表2.1中。

利用等百分比和直线特性的定义，安装特性利用据图2.10找出的表2.1的数据，可将安装特性绘于图中，此图用图解法解释了在固有流动特性上的安装效应。直线特性由理想直线远离到快开特性。另一方面，等百分比特性移动到理想的直线。

此例中，二者特性将具有好的节流控制。

流动特性例B（有管线效应）

为了进一步说明，例A简化成一个恒定的下游压力及仅由泵特性影响的压力降。在例B中，工况改变成利用阀门节流下游压力，如图2.11所示。注意此恒定下游压力（80psi或5.5bar）在通过节流后应保持恒定不变。

表2.1 流量C ’和泵压（无管线损失） 流量泵出口压力经过阀门最大Cv的百分要求的Cv Q(gal/min) P1/psig △p/psi 值 50 170 90 5.2 11 100 150 70 12 27 150 125 45 22 49 200 100 20 45* 100 注：*最大Cv 由于节流，压力降必须在阀门和区中分配。对于此例，在200gal/min（7.57L/min）的流量下，通过阀门的压力降要求为4psi（0.3bar）。利用Cv公式，阀的最大Cv为：

C =Q =200 =100

按照平方根定律（Q=R ），通过阀门节流区的压力降有一些变化。因此，

使用泵的特性，通过阀门的可用降力降势能被估计的，如表2.2所示。如2.12根据表2.2所列数据给出安装直线和安装等百分比特性。注意，节流区的管线损失已将安装等百分比特性修正为固有直线特性。依次安装直线特性已变成固有快开特性。由于管线损失的影响，使用直线特性将产生一个在行程开始提升时有很小变化的高灵敏系统。另一方面，在应用等百分比特性将产生在全部行程上的不变的灵敏度。

选择正确的流动特性 当选用节流阀时，必须在直线特性和等百分比特性之间进行选择。应用两个通则可简化此选择。首先，如果大部分压力降是通过阀门产生的且上游压力不变，直线特性将提供较好的控制。但是考虑目前工艺系统的复杂性，这种系统是很少的。当系统上安装有变扬程流量计时，亦可推荐直线特性。其次。如果管线和下游设备对系统产生明显的阻力，应选用等百分比特性。这就是今天大多数系统常用的情况，即过半数的节流阀具有等百分比性。等百分比特性也可用于低流量时高压力降和高流量时低压力降的工况。因为要使限定数据可用，作为防护措施而使阀门尺寸过大时，等百分比特性将提供最大的控制范围。

表2.3、2.4、2.5、2.6给出了比较具体的推荐，它是根据系统的液位、压力控制、流量控制以及系统的其他情况而定的。不管流动特性如何，在很大程度上今天的可控制测量仪器能向节流阀提供满意的信号调节器。不过，如有时要求手动控制，则修正流动特性，能使该变动很容易的得到。

表2.2 流量、Cv和泵压（无管线损失） 流量泵出口压力通过节流区通过阀门最大值Cv的要求的Cv Q(gal/min) P1/psig △PR △P 百分数 50 170 1 5 5 100 150 4 66 12 12

150 100 注：*最大Cv 125 100 9 16 36 4 25 100* 25 100 表2.3液位系统推荐的流动特性 恒定阀门压力降 推荐固有流动特性 恒定△P 直线式 负荷增加时，△P降低 直线式 最大负荷的△P＞20%最小负荷的△P 负荷增加时，△P降低 等百分比式 最大负荷时△P＜20%最小负荷的△P 负荷增加时，△P增加 直线式 最大负荷时△P＜200%最小负荷的△P 负荷增加时，△P增加 快开式 最大负荷的△P＞200%最小负荷的△P 表2.4 压力控制系统推荐的流动特性 用途 推荐的固有流动特性 液体工艺过程 等百分比式 气体工艺过程，小容积，控制阀和负荷阀之间管线小于等百分比式 10ft（3m） 气体工艺过程，大容积（工艺过程具有接收器、分配系统及超过公称管线溶剂100ft的传送管线），负荷增加直线式 时，△P降低，最大负荷的△P＞20%最小负荷时△P 气体工艺过程，大容积，负荷增加时，△P降低，最大等百分比式 负荷时△P＜20%最小负荷的△P 表2.5 流量控制系统推荐的流动特性 阀门处当负荷增去调节器的流量测阀门和控制元件间宽范围流量给定加，△P变化很大量信号 的位置 值 的流量窄范围 流量比例 串联 直线式 等百分比式 旁路* 直线式 等百分比式 流量平方比例 串联 直线式 等百分比式 旁路* 等百分比式 等百分比式 注： *当阀门关闭时，计量元件的流量增加。

表2.6 其他系统推荐的流动特性 用途 推荐的固有流动特性 三通阀或用作为三通阀的两通阀（如使用特性定位器，它直线式 必须经阀门制造厂校验） 气体压缩机循环控制阀 直线式 恒定压力降工况 直线式

温度控制，此处控制阀△P＞50%系统△P 等百分比式 pH值控制，此处控制阀△P＜50%系统△P 等百分比式 pH值控制，此处控制阀△P＞50%系统△P 直线式 幅度变化范围 幅度变化范围是跟流量和流动特性有关的术语，它的定义是最大流量和控制阀在接受来自调节器的信号后产生的最小流量间的比值。今天的控制阀工况要求有一定程度的高幅度变化范围，它要求阀门由最大到最小流量控制流量。控制阀的幅度变化范围受到三个因素影响：第一个因素是阀门的几何形状（例如截止阀内的旋塞和阀座），由于设计及阀体和调节元件的形状使它有一固有的幅度变化范围。有时只要阀门的灵敏度不受影响可改变形状以改善幅度变化范围。灵敏度的定义是由于调节元件给定变化（与预先的位置相比较）所产生的流动面积开孔的具体变化。讨论当调节元件几乎关闭时的小流量，例如旋塞和阀盖关闭到阀座，由于具有的小间隙造成的超灵敏度可能是个问题。

第二个因素，阀座泄漏也会影响幅度变化范围。过度阀座泄漏，当阀提高阀座时会导致不稳定，特别是与由固定器或笼罩固定就位的浮动夹持式阀座相比，没有搭接的螺纹拧入式的阀座。

幅度变化范围也受阀的启动或执行机构的影响，这是第三个因素。某些执行机构在接近关闭时极可能比其他执行机构不灵活。例如当选定风动弹簧鼓膜执行机构时，节流阀在阀门关闭的5%范围内是很少准确的，这主要是由于定位弹簧、滞后、鼓膜的变动面积（当执行机构变动位置时）和压力降本身影响所致。另一方面，弹簧圆筒执行机构供应活塞两侧空气压力，该压力可提供在小于阀门提升1%之内的控制，以及高到10倍可比较的鼓膜执行机构的韧性系数。于是，配备有弹簧圆筒执行机构的节流阀将比配备鼓膜执行机构的相同阀门有较高的幅度变化范围。

考虑阀门几何形状及执行机构的影响，幅度变化范围可以用简单方法计算。例如一个阀 门在低于5%行程下不准确，则幅度变化范围为20：1( 100％除以5％)。作为通用的节流阀，V形缺口球阀的通用定则,它们有最高的幅度变化范围(高到200：1)，随后为偏心旋塞阀 (100：1)，截止阀(50：1)和蝶阀(20 :1)。通常具有最高幅度变化范围的阀门当调整元件接近关闭时，具有低的灵敏度；但当阀门打开时其灵敏度增加。因为等百分比流动特性当阀门打开时加速提高灵敏度，它经常被用于节流工况。间隙流动术语习惯上是指发生在阀门幅度变化范围较低端和实际关闭位置之间的任何流动。

ISA标准S75.11（控制阀的固有流动特性和幅度变化范围)制定幅度变化范围、灵敏度和偏离极限的准则。 第三节 关闭要求 1、阀门关闭标准； 2、阀门关闭分类；

3、典型阀座负荷与ANSI关闭等级关系； 阀门关闭要求

工业标准曾制订有关工艺流体通过阀座或密封的允许泄漏量的规定。通常本标准应用于节流阀，但也可应用于其他类型阀门。特别是ANSI标准70-2-1976（1982年再肯定）提供了六类关闭大纲。 阀门关闭分类

关闭类别由实验流体（通常为水或空气）通过阀门的百分数来确定，它也作为阀门额定容量的要素。必须考虑预定的压力、温度及时间极限。关闭分类的范围由ANSI Ⅰ级，此处阀门不要求严密关闭，到ANSI Ⅵ级，此处必须完全关闭或近乎鼓泡密闭。下面简单叙述每一种关闭类别及每一种的最大泄漏率。

当用户和阀门制造商对阀门泄漏要求达成协议时，ANSI Ⅰ级关闭是不需要试验的开放式类别。ANSI Ⅱ级关闭是0.5%额定阀门容量并使用双开口阀座或压力平衡阀芯，此处采用金属活塞环和金属对金属阀座表面。ANSI Ⅲ 级关闭是0.1%额定阀门容量并使用和ANSIⅡ级关闭相同的阀门形式，但它是被用于需要改善关闭的工况。ANSI Ⅳ级关闭是座面为金属对金属的单座阀工业标准，它要求最大允许阀座泄漏量为0.01%的额定阀门容量。为使金属对金属阀座达到这种较高的等级，由手动操纵器或执行机械作用在表面的负荷必须达到一定水平。表2.7列出了金属和软阀座表面Ⅳ级、Ⅴ级和Ⅵ级的典型所需阀座负荷。

ANSI Ⅴ级和Ⅵ级两者都是为节流阀研制的，此处关闭是主要焦点。ANSI关闭的定义为0.0005cm2/min每英寸锐孔直径每psi的压差，Ⅴ级是惟一仅有的类别，此处允许的阀门泄漏时按照锐孔直径和压差（压力降）变化的。此类别是需要用于这些工况，即此处节流阀或控制阀被用作为隔断阀，它要求漫长周期的延缓关闭以组织高压降。它用于带有金属或软的阀座表面或带有要求阀座极其严密的压力平衡阀芯的单座阀门。

ANSI Ⅵ级关闭通常被称为鼓泡严密关闭，并带有金属对合成橡胶软阀座表面（例如将合成橡胶嵌入阀座或旋塞头内），虽然阀座负荷非常高，但使用金属对金属阀座仍可获得Ⅵ级关闭（如表2.7）。Ⅵ级与压差无关，但应考虑每分钟的厘米泄漏和阀座锐孔直径的关系。这就意味着大阀座直径的阀门应用于低压降的工况下能有比V级要求较低的泄漏。图2.13表示V级和VI级的关系，V级考虑了压差，VI级则无压差。

典型阀座负荷与ANSI关闭等级关系

表2.7 典型阀座负荷与ANSI关闭等级关系 阀座表面 ANSI关闭等级 阀门尺寸 所需阀座负荷（直线阀座力） 0.5～4in 50lb/in 金属 Ⅳ级 DN15～100 60J 6in及以上 75lb/in 金属 Ⅳ级 DN150及以上 91J 0.5～4in 100lb/in 金属 Ⅳ级的1% DN15～100 121J 6in及以上 150lb/in 金属 Ⅳ级的1% DN150及以上 181J 0.5～4in 250lb/in 金属 Ⅴ级 DN15～100 303J 6～10in 400lb/in 金属 Ⅴ级 DN150`250 484J

金属 金属 软 软 软 软 Ⅳ级 Ⅳ级 Ⅴ级 Ⅴ级 Ⅳ级 Ⅳ级 0.5～4in DN15～100 6～10in DN150～250 0.5～4in DN15～100 6in及以上 DN150及以上 0.5～4in DN15～100 6in及以上 DN150及以上 250lb/in 303J 400lb/in 484J 50lb/in 60J 100lb/in 121J 50lb/in 60J 100lb/in 121J 第四节 阀门阀体的端面连接 1、端面连接介绍； 2、螺纹端面连接； 3、法兰端面连接； 4、焊接端面连接； 5、其他端面连接

阀门端面连接介绍

许多种不同的端面连接被采用以便阀门被连接到系统的管线。大多数情况下，阀门的端面接头设计成与管线接头匹配。在理想的情况下，阀门与管线之间的端面街头和材料应是相同的。然而，并不永远是这种情况。

通常的惯例是小于2in（DN50）的小尺寸阀门可使用螺纹连接（图2.14），而2in（DN50）及较大尺寸的阀门则用法兰连接（图2.15）。炼油工业使用的标准要考虑暂时的排出物对泄漏的影响。某些工艺系统中，暂时的排出物或过程泄漏不是个问题（例如水系统），将使用螺纹连接到4in（DN100）的阀门上。 大多数工艺系统要求阀门两端的连接形式相同。在某些工况下，例如放空口和排液口的阀门，上游开口一端要求类型连接，而在下游开口一端则为不同类型的连接。

螺纹端面连接 如上所述，螺纹连接用于较小尺寸如1.5in（DN40）及以下。阀门小于1in（DN25）的端面连接标准为螺纹连接。如果泄漏无关紧要，螺纹连接可以用到4in（DN100）的阀门。

阀门端面连接设计成内部国家管线螺纹（NPT），而配合的管线端面则使用外部国家管线螺纹（NPT），因为泄漏和压力等级所限，螺纹连接仅使用到ANSI600级。同时螺纹连接不应使用于有腐蚀的工艺过程，因为螺纹会损坏或拧不下来。

国家管线螺纹式最常见的螺纹接头。一个例外就是消防管理系统，它要求使用国家软管螺纹（NHT），它的匹配接头则由消防部门使用。另外一种在工艺系统中常见的是普通3/4in公园软管螺纹（GHT）。螺纹既可刀削也可现场套扣，特别是使用精细的模具。套扣的螺纹没有尖锐的边角（由机加工生产的），但在螺纹尖端较为粗糙。

当较小尺寸阀门使用螺纹连接时，因其尺寸较小重量较轻而容易安装，这点很重要，因为管线和阀门必须转动以完成连接。在某些情况下，管件将需要管线绝缘带或绝缘剂以保证严密的密封。

因为螺纹设计要求少的机械切削，并且是大多阀门制造厂所常见之事，所以它是技术规定中花费最少的。

法兰端面连接

阀门大于2in（DN50）时通常要求使用法兰。法兰比罗文链接容易安装，这是因为法兰面与管线相配并用螺纹连在一起，而管线和阀门不需要任何转动。法兰克用于大多数温度范围，由绝对零度到1500℉（815℃）。当温度增加，某些在高压上。

用法兰面之间的垫片连接时，拧紧法兰螺栓产生之力，被用来密封接头。法兰见ANSI标准B16.5（或API或近似标准），它提出平面密封面，凸台式密封面的高度和直径，标准孔的模式及平接接头的必须尺寸，例如榫和槽、凹面或凸面的设计。法兰是按照工作条件，材料要求，最大操作温度及压力而确定等级的。虽然法兰的主要优点是阀门能很容易地自管线上卸掉，但法兰易遭受热扭转和振动。如果温度循环很显著，可考虑用焊接连接作为代替方案。

现有法兰类型：整体法兰，如其名称所示，是阀体整体的一部分。对整体法兰，其法兰孔可是机加工而成或是铸入阀体铸件之上。整体法兰是常用的，因为它已是许多阀门制造商的标准并已经在最早的设计中使用。另一方面，可分离式法兰已是端面连接设计中相对新的一种。可分离式法兰式用的法兰套在阀体端部毂盘上，并用半圆环安装就位。

整体法兰可具有平面密封面（图2.16），它允许在两个匹配法兰及法兰垫片之间的全面接触。平面密封面法兰在低压工况及黄酮和铸铁阀上经常使用。因为法兰式相互之间全面接触，设计中当螺栓拧紧时要使法兰应力及可能的法兰弯曲减少到最小。法兰面必须完全平整以使在整个法兰上产生相等的密封。当采用平面法兰，应采用大直径的垫片（与法兰面相同）以保证密封。

另一种常见法兰面是凸台式密封面（参见图2.15），它是一个圆形面积将两个法兰分开。凸台式密封面内径与管线阀门开口内镜相同，而其外径则小于螺栓孔圆直径。ANSI标准要求凸台式密封面高度，在尺寸为ANSI600级（PN100）一下时为0.06in（1.5mm），而在尺寸为ANSI600级（PN100）以上时为0.25in（6mm）。凸台式密封面隔开法兰本身，尽管当螺栓拧紧时会产生一些法兰应力，但仍要防止任何别的法兰对法兰的接触，因为它会使垫片压力降低。当使用简单的平板垫片时密封面可谓光华的平面。凸台式密封面可加工成许多同心圆的槽，它能保持垫片就位（防止喷出）并保持较佳的密封效果。ANSI250级铁阀门及所有钢阀门的法兰型式是由规定的。推荐采用600psi（400bar）和温度1500℉（815℃）。 环槽密封面（也是RTJ）是图态势密封面的改进型（图2.17）。一个和阀门开口同心圆的U形槽加工到密封面上，软的金属垫片（通常为蒙耐尔或软铁，但其他软金属亦可选用）插入槽内，当法兰拧紧时点片被嵌入就位。RTJ法兰规定用于高压工况，压力可到1500psi（1000bar）——尽管它不是高温工况。

如上所述，可分离式法兰（图2.18）是整体法兰现在采用的一个便宜的，活动的代替方案。因为法兰不会被工艺物料浸湿，它可由碳钢制造并以涂料防护大气腐蚀，因为降低了需要使用不锈钢或合金钢的造价。可分离式法兰被制造成在阀体毂套上滑动。现场拧紧法兰，两个半圆环插入阀体的槽内，其作用如同机械止动。当法兰螺栓拧紧，法兰锁住圆环，保持阀体准确就位。虽然碳钢是最常见和便宜的可分离法兰的选用材料，但在高温高压工况下，需选用不锈钢法兰。当处理管线安装中心不正时，可分离式法兰胜过整体法兰的最大优点是其活动范围。如果上游管线法兰已固定就位，且与下游管线法兰对中不准，这将妨碍整体法兰阀门的安装，除非将法兰和阀门孔型调整以使孔对正。另一方面，对可分离式法兰而言，两端的任何一个阀门法兰能轻微旋转以补偿对位不正。法兰修正对位不正的能力允许阀门在不同位置上旋转和固定（特别是空间有矛盾时）。 可分离式法兰能设计成在纸的压力等级上互换。它的额定等级为ANSI150-600级（PN16-PN100）及4in（DN100）及以下尺寸的阀门。对ANSI150-300级（PN16-PN40）在阀门尺寸和6in和8in（DN150和DN200）也可用可分离式法兰。可分离式法兰亦可用于ANSI150级（PN16）和尺寸大于10in（DN250）的阀门。

虽然可分离式法兰的制造便宜和较为方便，但其一个缺点是如果法兰螺栓没有适当拧紧，阀门可能因为中立或过大管线振动而旋转，尤其是当阀门顶部有重的执行机构或其他工件之时。

焊接端面连接

由于环境、安全、卫生或效率等原因要求零泄漏，管线可焊到阀门上，作为一个整体结构。许多用户坚持在ANSI900级（PN160）或更高的压力工况下需要一个永久性的端面连接，尤其是在高温工况下。在动力厂几乎所有蒸汽和水的管线要求端面焊接链接。两个最常用的焊接接头是套焊和搭焊连接。

在尺寸为2in或更小的接头，在高压高温的流体中使用套焊（图2.19）。阀门套焊的制造是在阀门本体端面上镗一预定深度的孔（按ANSI标准B16.11）。然后将管线插入镗孔中，再在管线外经和阀体端面间进行焊接。套焊接头的焊接标准是依照地区或ANSI规范（B31.1或B31.3）指定的管线焊接规程。

对于3in（DN80）或更大的较大阀门，在高温高压工况规定使用对焊端面连接。对焊包括一个唇边，它和管线上近似的唇边对接在一起。随后管线和阀门的两个唇边用单边或双边的斜角造成对焊接头，在此接头内填满焊透的焊缝。某些较小的工业阀门在设计上课使用J形坡口或U形坡口。这些坡口难于制作但易于用射线检验。大多数对焊断面按照ANSI标准B16.25的规定，它要求壁厚厚到7/8in（22min）的破口为37.5°角。如果壁厚超过7/8in，则规定为37.5°和10°的复合对焊坡口。

用户也可按照特殊的技术规程设计特殊对接焊坡口。例如，有时动力工业要求使用背垫环，它必须列入对焊技术规程中。插入背垫环以保证管线和阀门适当对正。对于对焊和搭焊接头必须考虑阀门和管线的材料兼容以保证合适的焊接机阀门和管线的匹配。因为碳合金及高铬钢有空气硬化倾向，应避免这些（或热处理）情况产生。

非金属阀门，最常见的是塑料，则具有其他型式的端面链接。小的塑料阀可制造成管箍端面连接。小的塑料阀可制造成管箍端面连接，用以将塑料阀门连接成塑料管上。阀门每一端头上备有外部螺母，它可拧入管线形成整体连接。在负压操作下，小的塑料阀或金属阀可以配有O形环接头。

由聚氯乙烯（PVC）和绿化聚氯乙烯制造的阀门，用近似于套焊的凹凸面插入结构，此外并用能溶解的胶结剂将两块融合在一起。另外一种融合塑料管和阀门的方法是热熔合，即用外部加热源融化塑料并使两部分熔在一起。 铁阀门使用对开夹紧管箍与管线链接，该对开夹紧管箍能与切削在阀门及管线端部的槽相配合。不锈钢能清洗的阀门可使用特殊的夹紧接头，它可以定期自系统拆卸并进行清洗（图2.21）。

某些旋转阀位无法兰连接，它的旋转设计师在阀体上有一个短的，位于两上管线法兰之间的面对面，此面对面可用螺栓连接一起。此种结构使用简单平板垫片将两个法兰拧紧。阀体盘外径与管线端面凸起的平面外径相匹配。应该考虑热膨胀，当较长的螺栓伸长或缩短时，会导致相应的泄漏或压碎垫片。使用一个能够控制压缩的弹性垫片可以校正热影响。但此种设计仅推荐用于不考虑防火安全之处。在火灾中热膨胀会导致螺栓膨胀，而造成工艺过程泄漏，此泄漏给火灾供应燃料。

第五节 阀门的压力等级 1、阀门压力等级介绍； 2、阀门标准等级； 3、阀门特殊等级； 4、阀门中间等级；

阀门压力等级介绍

当阀门控制一定范围的内压高到一定值时，它就叫阀门额定压力。阀门的额定压力愈高，壁厚愈厚，所以阀门部件不会破坏。额定压力也受工作温度影响，工艺过程温度愈高，阀体部件所能承受的压力愈低（图2.22），用ANSI标准B16.34确定压力-温度关系，以及可应用的壁厚及端面连接。了解常用的压力等级变化范围及额定压力是重要的，特别是阀门的压力等级可设计成标准等级、特殊等级及中间等级。

阀门标准等级

最常见的压力等级标准是ANSI B16.34， 它规定六个标准等级：150级、300级、600级、900级、1500级和2500级（见表1.2，为正常压力规定）。这些等级应用于NPT螺纹、法兰、对焊机套焊的端面连接。 阀门特殊等级

当无损检验符合带有对接端面连接的阀门要求时，特殊等级是可行的。ANSI标准 B16.34允许对接阀门升级到ANSI特殊等级15级、300级、600 级、900级、 1500级、2500级和4500级。 阀门中间等级

对于带有对接端部连接的阀门，ANSI标准也允许使用中间额定等级，例如ANSI中间3300级。使用特殊等级需增加工程时间，但可使特殊操作的阀门缩小尺寸，降低重量和造价。例如一个碳钢阀门要在6500psi（450bar）和300℉（150℃）下使用。通常，如果选用惯用的标准或特殊压力等级，阀门将使用ANSI特殊等级4500级额定压力，它将增加阀门的尺寸、造价和重量。但是如果选用ANSI中间等级3300级，则可使用一个较小的阀门。有一点应注意到，除非阀门制造商能设计中间等级，否则，特殊设计及铸模等将增加阀门造价。新工程增加的造价应和现有较大阀门的造价对比。

ANSI中间等级也可设计压力等级大于特殊等级4500级，不过不应与ANSI中间等级6600级和6600psi（450bar）的压力变化范围混淆。6600级最大压力为13200psi或910bar。 第六节 阀门面对面准则 1、阀门面对面介绍； 2、阀门常用面对面标准；

阀门面对面介绍

位于阀门与管线配合的表面到对应端表面之间的尺寸叫面对面尺寸。不管其端面连接型式为何（螺纹、法兰或焊接）。这个物理尺寸永远是由表面对表面的测量决定的。

大多数阀门的面对面是由工业标准确定的。不过某些习惯设计，例如Y形体阀门是由制造商或设计场地条件所限而确定的。在某些情况下，用户工艺系统设计可以确定一个特殊的面对面。在此种情况下，面对面的财产依然考虑是阀门面的表面。

阀门常用面对面标准

通常用于整个工艺过程工业的几个面对面阀门的标准列于表2.8。这些标准已被下列组织纳入：美国国家标准组织（ANSI），美国仪表协会（ISA），美国机械工程师协会（ASME），英国标准学会（BSI）和阀门及配件工业制造商标准化协会。

表2.8 常用面对面标准 标准 阀门类型 额定压力 150～600（在150级、300ANSI/ISA 截止阀 级和600级间阀门是可互S75.03 换的） ANSI/ISA 法兰式截止阀 125、150、250、300、600 S75.04 ANSI/ISA 无法兰截止阀 150、300、600 S75.04 ANSI/ISA S 法兰夹持或软管阀 所有等级

75.08 ANSI/ISA S75.12 ANSI/ISA S75.14 ANSI/ISA S75.15 ANSI B16.10 套焊和罗文端截止阀 对焊截止阀 对焊截止阀 150、300、600、900.1500、2500 4500 150、300、600、900、1500、2500 铁（铁类）、闸阀、旋塞阀及截所有等级 止阀 用于石油、石油化工及伴生工业BS2080 所有等级 的钢阀 MSS SP-67 蝶阀 所有等级 MSS SP-88 鼓膜阀 所有等级 不锈钢阀门（闸阀、截止阀、角MSS SP-42 所有等级 阀及单向阀） 第七节 阀体材料选择 1、阀体材料介绍； 2、阀体材料温度极限； 3、阀体材料标准；

4、常用阀体和阀盖ASTM材料；

阀体材料介绍

正常惯例要求控制阀用户规定阀体材料，特别是特殊工况或严重工况用阀。许多常见工况的阀门被规定使用普通基本材料，例如碳钢和不锈钢。大多数情况下，要求的阀体材料是与管线材料相同，主要是碳钢、不锈钢、铬钼钢（通常叫铬钼）。 碳钢或许是阀门使用的最主要的通用材料。总值，它是非腐蚀流体的理想材料。碳钢也广泛用于整齐和冷凝操作。它较优的高温性能可在高到800℉（425℃）下连续工作，甚至可在高达1000℉（535℃）或更高的高温工况。它的造价比提高略高，但较其他的钢合金便宜。 铬钼钢是个好材料，其性能位于碳钢和不锈钢之间。它较碳钢能耐较高的压力和温度，使它能进行处理高压蒸汽和冲洗冷凝的操作。它的强度胜过碳钢并几乎与不锈钢相同，但铬钼钢耐腐蚀性不如不锈钢。 特殊合金被规定用于特殊工况或严重工况的阀门。例如选用哈氏合金B和C或钛，以避免和流体不协调，如高酸性流体。另外的情况下，可选用蒙纳尔或青铜用于纯氧工况，此处因安全原因选用打火花的材料是危险的。

表2.9列出若干常用阀门材料及其温度。阀体是由铸造、锻造或棒料制成，或可由管线三通和法兰制造。由于制造商采用的工艺和较大的批量生产，制造费用是最低的。对特殊材料和/或较高额定压力则需要短见，录入ANSI1500级（PN250）、2500级（PN400）或4500级（PN700）。对于输送危险性流通而不能使用铸造或锻造阀体时，或结构整体性需要时，则要用棒料制造阀体。对大的

角阀需要制造的阀体。作为一个通则，阀盖或阀盖帽（用来密封阀体部件顶部部分）要用和阀体相同的材料制造。虽然大多数使用棒料代替铸造来制造。通则的一个例外是抵压铬钼阀门，它在阀门尺寸为6in（DN150）或更小时，经常要用不锈钢阀盖。 阀体材料温度极限

表2.9 阀体材料温度极限 材料 上限/℉ 上限/℉ 下限/℉ 下限/℉ 铸铁 410 210 -20 -5 软铁 650 345 -20 -5 碳钢*(Grade WCB) 1000 535 -20 -5 碳钢（Grade WCB） 650 345 -20 -10 碳钼 850 455 -20 -5 1-1/4Cr-1/2Mo(Grade Wc6) 1000 535 -20 --5 2-1/4Cr-1/2Mo(Grade Wc9) 1050 565 -20 -5 5Cr-1/2Mo (Grade C5) 1100 595 -20 -5 9Cr-1Mo (Grade C9) 1100 595 -20 -5 Type 304 (Grade CF8) 1500 815 -425 -220 Type 347(Grade CF8C) 1500 815 -425 -220 Type 316 (Grade CF8M) 1500 815 -425 -220 3-1/2Ni(Grade LC3) 650 345 -150 -65 铝 400 205 -325 -160 青铜 550 285 -325 -160 因康镍合金600 1200 650 -325 -160 蒙钠尔400 900 480 -325 -160 哈代合金B 700 370 -325 -160 哈代合金C 1000 535 -325 -160 钛 600 315 N/A N/A 镍 500 260 -325 -160 合金20 300 150 -50 -10 *长期处于775℉（415℃）温度之下，碳钢中的炭素相克转化为使魔。查对现用的规范中的各种材料的最大温度范围。其他具体数据见ANSI B16.34。 阀体材料温度极限

表2.9 阀体材料温度极限 材料 上限/℉ 上限/℉ 下限/℉ 下限/℉ 铸铁 410 210 -20 -5 软铁 650 345 -20 -5 碳钢*(Grade WCB) 1000 535 -20 -5 碳钢（Grade WCB） 650 345 -20 -10 碳钼 850 455 -20 -5 1-1/4Cr-1/2Mo(Grade Wc6) 1000 535 -20 --5 2-1/4Cr-1/2Mo(Grade Wc9) 1050 565 -20 -5 5Cr-1/2Mo (Grade C5) 1100 595 -20 -5 9Cr-1Mo (Grade C9) 1100 595 -20 -5 Type 304 (Grade CF8) 1500 815 -425 -220

Type 347(Grade CF8C) 1500 815 -425 -220 Type 316 (Grade CF8M) 1500 815 -425 -220 3-1/2Ni(Grade LC3) 650 345 -150 -65 铝 400 205 -325 -160 青铜 550 285 -325 -160 因康镍合金600 1200 650 -325 -160 蒙钠尔400 900 480 -325 -160 哈代合金B 700 370 -325 -160 哈代合金C 1000 535 -325 -160 钛 600 315 N/A N/A 镍 500 260 -325 -160 合金20 300 150 -50 -10 *长期处于775℉（415℃）温度之下，碳钢中的炭素相克转化为使魔。查对现用的规范中的各种材料的最大温度范围。其他具体数据见ANSI B16.34。 常用阀体和阀盖ASTM材料

ASTM规范不想包括所有的已知材料，但包括用于已知工况的所有常用材料。因为年年有若干新材料出现，ASTM有规程可允许新材料交付验收，有时甚至在ASTM正式验收之前，只要严格遵守程序是允许使用的。表2. 第八节 阀门垫片选择 1、垫片介绍； 2、平面垫片； 3、缠绕垫片； 4、金属O型环垫片； 5、金属C型环垫片； 6、金属弹簧自增强环； 7、金属U行环垫片；

阀门垫片介绍

垫片为可压延的材料，它可能是软的或是硬的。垫片被插入两个密封面之间以防止街头的泄漏。它被防御两个不见之间的压力，就地将垫片牢固压紧。作为一个通则，为避免损伤零件盒产生适当密封，垫片必须是比部件本身较软的组成物。 根据温度、压力或工艺流体性质，垫片由各种不同材料制成。有些垫片要求有回弹性或自增能性以适应温度或应力的变化，此变化要求垫片相应的膨胀和收缩。其他垫片，当用于较稳定或苛刻的工况时应由较硬材料制成（例如软的金属），它提供严密的密封，但不是自增能性的，并且已经压缩就不能再次使用。

阀上使用垫片有三个目的。第一，如前所述，垫片在封闭机件周围防治泄漏。例如，垫片用于密封线性阀门里面的阀体和阀座之间的街头，以防止由阀门上游侧到下游侧的泄漏；没有垫片，流体将通过阀芯泄漏。其次，垫片用于防治流体向

大气泄漏。例如，对开发提法们和顶部进入阀门在可拆卸接头处要有点偏。第三，要求垫片适应内部机件的功能，该机见指的是分开的流体室，例如压力平衡阀芯。虽然，垫片有效操作的能力依靠正确的阀座负荷，此负荷根据垫片形式、自由高度、壁厚、材料和槽（台阶）深度的不同，在很大范围内变化。通常，阀门制造商提供连接螺栓转矩说明书以保证垫片适合的阀座负荷。该转矩要求常见的问题是：如果没有转矩搬手，对操作人员就可能产生螺栓过紧现象，这样就压坏垫片结构，而真的产生了一个泄漏通道。另一方面，某些阀门为防止压环垫片，在两个配合零件间设置金属对金属的定位件，它可确保在不同转矩搬手时适当的阀座压缩力。当两个零件已被拧紧，则得到一个金属度金属的连接，而保证了 高度及垫片的压紧力。当金属对金属连接已获得时，它能很容易地通过搬手感觉到。 垫片有许多不同类型，最常见的是平面垫片、缠绕垫片、金属O形环垫片、金属C形环垫片、金属弹簧自增能垫片和金属U形环垫片。某些操作中，垫片被包以橡胶或塑料材料以改善垫片的自增能能力和垫片的耐腐蚀性。为满足密封，台阶或槽的表面必须足够地光滑和平整，理想的表面应加工到125-150μinRMS（均方根值）（3.2～12.5μm）。

这些垫片类型的通用技术说明见表2.11

表2.11 典型垫片技术说明书 最高温度最低温度最大压力类型 垫片材料 /(℉/℃) /(℉/℃) /(psi/bar) 6000~1000psi 平板 纯PTFE 350/175 -200/-130 415~70bar 6000~500psi 平板 增强PTFE 450/230 -200/-130 415~35bar 6000~500psi 平板 CTFE 200/95 -423/-250 415~35bar 6000~500psi 平板 FEP 400/205 -423/-250 415~35bar 6000~500psi 缠绕 无石墨垫片 1500/815 -20/-30 415~35bar 6250psi 缠绕 304SS/石棉 750/400 -20/-30 430bar 6250psi 缠绕 316SS/石棉 1000/0 -20/-30 430bar 6250psi 缠绕 316SS/PTFE 350/176 -200/-130 430bar 6000~500psi 缠绕 316SS/石墨 1500/815 -423/-250 415~35bar 1500psi 空心O形环 因康镍 1500/815 -20/-30 1035bar 注：PTFE——聚四氟乙烯 CTFE——氯三氟乙烯 FEP——氟化乙烯高聚物 平面垫片

在不同的垫片类型中，最简单和便宜的是平面垫片。如其名称所属，垫片加工成一个简单的外径，内径和一定的高度（图2.24）。一般来说，由于垫片的弹性和塑性变形，垫片很容易适应接头金属不规则表面。

平板垫片最适宜用于温度和压力不苛刻的普通操作。平板垫片可由工程塑料制造，录入聚四氟乙烯（PTFE）、氯三氟乙烯（CTFE）或软金属（例如紫铜、银、软贴、铅或黄铜）。某些金属平板垫片可用于高温操作，例如镍[1400℉(760℃)]蒙耐尔[（1500℉（815℃）]或因康镍合金[2000℉(1095℃)]。 缠绕垫片

缠绕垫片是全用途中间造价的垫片，它由交替的金属层和非金属材料层缠绕在一起而成（图2.24）。缠绕金属带通常是V形，并用填充材料在缠绕带之间。缠绕垫片兼备带有软金属缠绕片的平板垫片的弹性，并增加了强度以防止在高温高压工况下可能的垫片漏气。缠绕垫片强度随所选用的材料而变。强度也由缠绕片的数量而定：缠绕片的数目愈多，垫片所能承受的压力愈大。当缠绕垫片被压缩，倘若有效地眯缝但垫片表面不平时，则垫片会被压坏。当压缩时因金属带回变形，缠绕垫片永远不能再次使用。 作为一个通则，缠绕垫片永远不能用于软的阀座或软的密封部位；此处的关闭机构，例如旋塞或盘，其对应的是一个非金属表面。所需压缩缠绕垫片之力是经过软的阀座（密封）衬套传递，此衬套较垫片更易于压缩。这样，软衬套可能在缠绕垫片全部被压缩之前被挤出。不幸的是，这种结局通常是衬套被毁或阀门泄漏。 过去，高温缠绕垫片所用的填充料曾是石棉板。但是，由于材料引起的有争议的健康和法律方面的问题，许多阀门制造商，特别是北美的商人，表示不将它作为标准的选择方案。在这些地方，较新的（和较安全的）填充材料已被开发和使用，如陶瓷纤维板。采用这种填充料的垫片，曾被熟知的术语称为失眠垫片（AFG），它能在大多数高温工况下代替点片中的石棉。它的高温密封性能与含有石墨的缠绕垫片性能很相似。暂且不谈安全和法律的争议，石棉垫片经常被用户指定，尤其是在动力发电工业。如上评论的石棉缠绕垫片主要用于高温工况。它典型地使用在不锈钢、碳钢和铬钼钢的阀门上。出去石棉之外，常用的填充材料包括聚四氟乙烯、石墨、云母或陶瓷板。

石墨缠绕垫片用于在高温工况下苛操作的阀门。根据工艺流体，金属缠绕件可使用316不锈钢或因康镍合金。

根据工艺流体及金属缠绕件和填充材料的相互作用，缠绕垫片也可定做。除前面所述之外，缠绕件可由以下材料制造：304、316、347或321不锈钢，蒙耐尔，镍，钛，合金20，因康镍，碳钢，哈代合金B，哈代合金C-276，磷青铜，铜，金或铂。

金属O型环垫片

对于一场苛刻的操作，金属O形环视多功能的和用于广泛的操作工况。代替平板垫片设计，某些金属垫片设计成金属O形环，它的形状为圆形管并在端部焊接一起。虽然大多数形状为圆形（图2.25），但也可定做成飞圆形或不规则形状。像大多数特殊零件一样，金属O形环比平板或缠绕垫片贵。金属O形环的空心特性使垫片在螺栓或卡子拧紧时特别有效。环的内部体积在一定的高温低压工况下被压缩。使用金属O形环的主要优点是适应配合垫片表面的能力，尽管表面上有较少平度和同心度的偏差。和缠绕垫片一样，金属O形环垫片一经压缩就不能再次应用并必须每次拆卸进行更换。

金属C型环垫片

金属C型环垫片由其奇特的形状而成为它的特征，它是内部直径带有槽面的C形环垫片（图2.26）。它的形状可使垫片为自增强。虽然它较其他垫片的费用为贵，但金属C型环垫片对于要求低阀座负荷和高回弹的工况是理想的。 金属弹簧自增强环

与金属C形环垫片某些方面相似，金属弹簧自增强环视C形环垫片内加入弹簧（图2.27），结合两种元件产生高自增强密封。该种垫片要求较高的荷载。因为较大的负荷增加了回弹性，此垫片提供更为坚实的密封。因为较昂贵，金属弹簧自增强环规定仅在操作条件变动很大时使用。由于严格的尺寸，例如有关的街头及可变工况的变化，金属弹簧自增强环能在温度和压力变化且维持密封时，使垫片膨胀或收缩。 金属U行环垫片

金属U形环垫片式为高压（到12000psi或828bar工作压力）和高温（到1600℉或871℃）工况设计的，此处密封的可靠性是很重要的。U形环（图2.28）设计成U形的内侧面对压力侧或当用于负压时则面对负压面，需借助压力（或负压）辅助垫片功能。因为垫片的扩口端必须保持和尚表面及下表面的稳定接触，这些表面的不平度偏差必须很小，且必须完全平行。

第九节 阀门填料选择 1、阀门填料介绍； 2、阀门填料形状；

3、填料材料需要考虑的事项； 4、聚四氟乙烯填料； 5、石棉和无石棉填料； 6、石墨填料；

7、全氟合成橡胶填料； 8、填料的温度压力极限； 9、填料润滑剂；

任何软的材料嵌入阀盖（现行阀或某些1/4转阀）或阀体（蝶阀或某些球形阀）内，用以密封阀的闭合元件的杆或轴的叫做填料。通常使用填料压环或导向盘由压盖法兰提供的压缩力将填料保持就位。填料压环是一金属环用来夹持阀帽及阀

帽盖内的填料，以及使填料处于均匀状态。填料压环设置在手动开-管或低性能的节流阀中。导向盘用于节流阀以保持闭合元件的轴或阀杆与法提的正确对正，不过上部导向盘也可视为填料压盖，它能保持填料就位并传递来自压盖法兰作用于填料之力。压盖法兰是一个后的椭圆形或矩形的零件，它用螺栓与阀体连接，并将导向盘和填料压环夸痢在自压盖法兰孔伸出的阀杆和轴的两侧。当螺栓拧紧，压盖法兰通过填料压环或上导向盘传送轴向负荷到填料上，并压缩填料直到对阀杆或轴及阀帽孔内侧产生密封。阀帽孔氏用来说明防治填料的阀体及发毛的深孔面积的一个术语。填料、导向盘、定距块等被叫做填料盒。

填料以一系列环形物上市，包括预成型、正方形的或编织的。预成型填料是由填料制造厂生产的特殊形状的填料，例如V形。正方形填料，如其各所指，是正方形的，并在股（不破）的环内成形。编织材料是由特性中弹性材料制成的合股绳，它和带状物相似并切割成所需尺寸。单独的环可成组的一起放入旋转阀内，（图2.29）或分别放入通常位于线性阀内的上部和下部填料座中（图2.30）。在图形旋转运动和直线运动之间的差别，说明了两种不同的设计。因为旋塞阀杆的直线运动将某些戒指上推到填料盒，故需要一个下部填料座用以擦去阀杆上的流体或任何流体中的悬浮颗粒。换言之，下部填料座改变了流体状态以使填料盒上部填料得到合适的密封。上部填料座正常位于原理旋塞阀杆的污染部分而避免与流体介质接触，使得上部填料座得到合适的密封。旋塞阀因为它的圆形运动，所以不需要底部填料座去擦流体。 此外，某些设计在填料盒上留有公差以便使用动载荷。动载荷是由一个机械设施用以对填料施加恒定压力而补偿填料的固结，该固结是由于磨损、冷动力、塑性变形或挤出而导致填料体积的缩减。在大多数情况下，当固结产生，填料盒将泄漏，压盖法兰螺栓不需进一步拧紧以密封泄漏。使用一系列的潘形态和，其动荷载避免了当天了固结时经常在此拧紧填料。随着严格的短暂放射标准的出现，动载荷已变成流行的方案。

根据它们的材料，当压力作用时填料产生不同的变形。因为所有填料材料均有一定程度的流化倾向，所施加的轴向负荷时，径向负荷在填料中间部分最大，此处亦产生最大的密封。在所有的密封材料中，软填料材料，如聚四氟乙烯材料，提供理想的情况如图2.31所示。

另一方面，软硬的填料，如石墨填料，则不同，最大径向力提供的密封离填料导向盘较近于填料中部。这种情况是因为填料和发干之间的摩擦产生了一个与导向盘的向下力相反的向上轴向力，它可用将石墨填料与导向盘分离的方法解决。因为阀杆、轴或填料合壁的表面任何偏差，将是一个潜在的泄漏通道，故对所有填料推荐一个精加工的表面。通常，阀杆和轴精加工到8～4RMS，阀帽壁为32～16μin RMS。

阀杆和轴的队中也是填料盒密封性能的关键因素。如果发干弯曲（小直径阀杆内在的问题）或与不适应的导向盘不同心，则填料径向压缩不相等而造成泄漏通道。对旋转阀，转矩经常能使一些封闭元件

（如蝶形盘或偏心旋塞）与轴发生轻微不同心儿产生泄漏通道。显然，这种形式和导向盘严密的公差配合是维持阀杆及轴同心的关键。

阀帽和阀体的填料盒应设计成能容纳很大变化的各种形状的填料。通常的形状是V形环的（图2.23），它用一系列带有羽痕边缘的V形环借助阀杆或轴的绩效摩擦力提供一个字调节的优良密封。用户应注意，这个设计要求尚不填料座密封，而下部填料座擦洗阀杆。两个填料座用填料定距环分开。这个设计要求特别光滑的发毛或阀体孔（高到4μin RMS）。如果阀杆、轴或孔被挂上、刻伤或其他损伤，则可能产生泄漏。成双的V形环设计与基本V形环设计相似，但下部填料座

更多的V形环（图2.33）使上部和下部填料座二者有相同数量的V形环。理论上，一些用户本着“少许的好”就是大量的较好：想法更换以代替上下成对，但它不太可能密封。来自亚盖法兰的额外轴向符合必须施压以压紧附加的V形环，这是密封更为困难。此外，成双V形环密封较难保持在长周期中不漏。其他用户使用带有套环的成双V形环，它是一个特殊的带孔定距环，并在定距环中部的外部直径上切口。套环切取一部分的目的是提供一个泄漏流体自由循环的空间。一个检漏设施连接到填料盒中心区域，用以预报下部填料破坏以及如果泄漏移动超过上不填料盒时的潜在和进一步填料泄漏。套环可使注入填料盒内的润滑剂循环。图2.34为典型的成双V形环和套环图。

正方形和编制填料被用于标准型和成双型填料结构（图2.35）。在应用正方形石墨填料的情况下，经常在成双填料结构上使用一个特殊的加油器（图2.36）以便于把润滑剂注入到石墨填料。润滑剂保持石墨的松软和柔韧而为阀杆提供了光滑的行程。组合的正方形和编制填料用于石墨填料结构，它正常地用于高温操作。因为模压成型固体石墨环视特别的耐磨材料，且产生大的阀杆摩擦，故在上部填料座仅用一个或两个。编制石墨环通常用于底部擦拭器座。正方形和编织填料两者均可用于标准型或成双型结构（图2.37和图2.38）。 当工艺流体是负压或低于大气压力，需要特殊填料结构。由于它们优良的密封能力，V形环被用于负压密封结构（图2.39）。如果工艺过程永远处于负压，则尚不填了座和下部填料座两者的V形环填料均将填料人字纹反向放置。如果工艺压力在不同时间内由负压变为正压，应使用成双V形环填料（图2.40），此处上部填料座是反向的，而底部填料座仍保持正常情况。

通常在填料盒内需要一个负压密封，此时与工艺过程的压力无关。在这种情况下，成双V形环填料结构亦可应用。也可用清洗以造成和监测负压。随着精确的短暂辐射的出现，使用特殊填料材料的几种结构已被设计。

填料材料需要考虑的事项

因为阀门的应用范围变化很大，填料材料必须能够承受温度大范围的变化，以及耐得住与流体介质的接触，并能产生最小的阀杆或轴的摩擦。用于苛刻温度条件下的填料材料，其设计必须牺牲其他方面的性能，例如石墨是流行的高温填料，但当不增加阀杆或轴在抑制性能点的摩擦，则很难获得密封。 作为通则，填料材料对一般的工况是较便宜的，但对较高温度和压力的工况或腐蚀介质的工况则变得越来越贵。理想的填料材料是：能在高温和压力工况之内操作，具有小的发干或轴的摩擦，用很少材料保持密封且能承受住“挤出”。当加于填料材料（特别是较软的材料）之力过度压缩填料盒，因而填料变形并发现可供泄漏之通道则发生“挤出”，它可上到阀杆和下入阀体之内

（图2.41）。上密封环（有时叫抗挤出环）是一个由较硬的、不易弯曲的材料制成的限定公差的环，它被放入填料盒顶部用以传递来自压盖法兰螺栓的轴向力到填料。但上密封环也必须足够软以便于填料形成密封。在大多数情况下，上密封环被安装在聚四氟乙烯填料的两端，并在环和填料盒以及阀杆和轴之间提供恰当的配合。为防止冷物流通过上密封环被挤出，此时当配合是重要的。如果环太大，将使阀门的金属表面增加附加的摩擦力，以及组织全部轴向力向填料传递。如果环太小，将发生挤出。制造上密封环的材料应能在有热循环或高的压缩比时已能保持它的形状。

聚四氟乙烯填料

纯聚四氟乙烯填料（简称PTFE）是常用而且便宜的填料材料并典型地用于V形环设计。V形环设计中结合PTFE的弹性和压力自增能特点，仅需小的压缩力就可产生长期稳定的密封。它的光滑表面是为光滑的行程和小的打开力所用，此力是阀门提升和行程开始之力。PTFE只有很小的摩擦，通常磨损不是主要的。因为它对许多工艺戒指不起化学作用，它能用于许多通用工况。PTFE也可作编织

填料使用。PTFE的主要缺点是它的温度范围受到。因为它的热膨胀10倍于钢的热膨胀，PTFE特别容易在热循环中损坏，这将导致填料损耗和较短的寿命。当PTFE被工艺过程加热，它在全部可能利用的空间内膨胀，这将导致被挤出。当温度下降，填料回复到原始的体积，减少了基础的损失量。由于这个减少，较小的力施加于阀帽壁或阀杆或轴上，并可能发生泄漏。有时仅仅一个温度循环就能导致泄漏。当热循环存在时，经常推荐动负荷（9.9.5节）以供PTFE连续密封只用；但是，最终经过若干次热循环后，填料体积将缩小，由动负荷提供之力将不足以密封填料。因为PTFE很容易在填料被几次压缩或使用动负荷时发生。它亦能发生在小的压缩力作用之下。从而使填料的最终填料面积与进一步压缩的填料面积不相适应。在这点上，惟一的办法是更换填料。当PTFE冷流动时，将设置上密封环和抗挤出环，它将延缓此过程。另一方案是减少填料的压缩里，此压缩力将导致泄漏机会的增加。PTFE的另一缺点是不宜用于原子能的检验阀，因为材料很快会被损坏。填充聚四氟乙烯近似于纯PTFE，虽然它的成分中含有一些玻璃和炭素，但它能提供一个叫刚硬的不易压实的V形环；另外它比纯PTFE弹性较小，它的密封能力需要较大的压缩力，但使用不够安全。用户结合两种材料的优点通常交错的使用纯PTFE环和填充PTFE环。 石棉和无石棉填料 过去，石棉材料被用作为一种有效的高温填料并具有良好的密封能力。但是最近用户由于诉讼以及卫生和安全关系，已经减少对失眠填料的关注和使用。石棉内有钩形纤维，它能被吸入肺部。该种吸入会导致呼吸道疾病，因此在北美规定不准使用失眠。但是在北美之外的某些工业领域，石棉仍普遍被应用。为响应北美地区工艺过程工业的远离石棉，而待用的填料叫吴失眠填料（简化为AFP）已被开发。AFP使用许多石棉代用品（如陶瓷纤维板），正常地用于高温工况下。 石墨填料

作为石棉的作用品，石墨材料及其他碳基填料被规定用于高温工况。通常被认为是较贵填料之一的石墨填料可制成或者是模压成型环或者未编织环。

模压成型环是由石墨带制成的，它先被缠绕然后按照规定压力放在模具内压制。石墨成型的压力小于密封填料盒之压缩环所需的压缩力。不是在石墨环成型时而是在压缩里下安装时，石墨环达到它的设计密度。（接近90～100lb/ft3或1440～1600kg/m3）.。图2.42表示石墨密度与压缩力之间的关系。这个压缩力不是不变的，因为模压成型会在一定范围内回弹，尽管它相对不如PTFE的回弹能力。 编织石墨是将小的始末带缠绕在一起而产生的，它比模压成型石墨更柔韧。当它作为密封填料时，其所对阀杆或轴的仿形是很合适的，这将导致阀杆摩擦阻碍阀杆或轴的自由活动。因为这个问题，编织石墨不能用于密封，因此倒不如说其作用像在模压成型环两端的一个抗挤出环。但是需要大的压缩力时，这将导致一个问题，因为编制石墨有抓牢阀杆或轴的倾向，并可能阻止将负荷传递到模压成型环。从而，编织石墨导致产生较大的摩擦，因为没有足够的负荷达到模压成型环的基本密封，迟早会发生泄漏。与编织石墨有关的另一问题是当压缩里超过4000psi（275bar）时，它有被破坏的倾

向，石墨填料有高密度和低密度两种组合物。在很大程度上，高密度石墨更加坚固并能保持较长时间的密封，但同时也会产生极大的摩擦，浙江导致阀杆或轴过早的磨损。同时它也会妨碍阀杆或轴自由行动。另一方面，低密度石墨较软并便于较光滑的行程，但必须经常再次拧紧。石墨具有许多优点，并能在一个很广泛范围的热循环中保持稳定。因为它的热膨胀几乎与钢相同，在热循环之中，它不会被挤出或丧失密封。石墨是防火的，这点在重视火灾扩延的化工和石油炼制工业是很重要的。石墨也是抗辐射的，因此经常被推荐用于核工业操作。它在大多数工艺流体中应用而不起化学作用，但强氧化剂除外。因为石墨仅用压缩力铁盒，它不用粘结材料。此粘结材料与极端温度或某些化学药剂接触时会污染。

使用石墨的主要缺点是：当全部压缩以产生有效密封时，它有附着于阀杆或轴之上的倾向而导致不平稳的阀的运动和运动部件的过早磨损。因为直线阀的旋塞阀杆可能不与石墨经常接触，与旋塞阀先比较它的磨损较慢，对旋塞阀来说，其阀杆部分经常保持与填料接触，对旋塞阀来说，其阀杆部分经常保持与填料接触，使轴的摩擦无法解除，并产生较快的磨损。在一些情况中，当需要大的压缩时，

石墨可使轴因过磨损而咬住，浙江导致填料破损和可能发生泄漏。石墨填料的另一个主要问题是它特容易破碎，并在不正确处理时容易被破坏。此外，如果石墨环过度压缩，它们会被压坏，并在较小的石墨片开始被挤出时丧失全部密封功能。这是一个特殊的问题，因为需要大的压缩力去处置某些流体压力以及使始末变形去填补填料和填料盒壁、阀杆或轴之间的任何间隙和空穴。如果不能得到精确的力矩搬手，则存在过度压缩填料的考验。 但需要大的压缩力士，如果压缩不完全均匀则可能发生另外一个问题，阀杆或轴可能变成不对中并产生新的泄漏通道。因为这个原因，使用较大直径的阀杆或轴可避免任何形式的弯曲或偏移中心的运动。这种弯曲或偏中心运动是娇小直径的阀杆或轴所固有的。 全氟合成橡胶填料

最近为消除短暂辐射而开发的另一种填料是全氟合成橡胶填料（简写为PFE）。PFE比PTFE有较佳的温度范围和抗化学剂腐蚀的性能。作为一个通用的填料，PFE惟一缺点是价格昂贵。 填料的温度压力极限

由于在接近工艺之处，填料材料会受到流体的温度和压力的影响。显然，当温度上升较软填料材料将变得更为流化。并易于从填料盒中挤出。高压也会导致挤出。因此高温和高压的组合会极大地加速挤出。

表2.12提供各种填料材料以及标准长度阀帽和增大长度阀帽的温度计先比较。增大长度的阀帽温度极限永远较高，因为它较长而且填料放置于远离流体温度之处。图2.43～图2.45提供了通用填料的压力温度极限。

表2.12 常用填料的温度极限 阀门压力范围填料材料 标准长度阀帽 增大长度阀帽 （ANSI/PN） 150~600 -20~450℉ -150~600℉ 16~100 -30~230℃ -100~315℃ 聚四氟乙烯 900`2500 -20~450℉ -150~700℉ 160~400 -30~230℃ -100~370℃ 150~600 -20~500℉ -150~600℉ 16~100 -30~260℃ -100~315℃ 编织聚四氟乙烯 900~2500 -20~500℉ -150~700℉ 160~400 -30~260℃ -100~370℃ 150~600 -20~500℉ -150~600℉ 玻璃填充聚四氟16~100 -30~260℃ -100~315℃ 乙烯 900`2500 -20~700℉ -150~700℉ 160~400 -30~260℃ -100~370℃ 150~600 -20~750℉ -20~2000℉ 16~100 -30~400℃ -30~650℃ 无石棉料 900`2500 -20~800℉ -20~1200℉ 160~400 -30~425℃ -30~650℃ 150~600 --20~750℉ -20~1500℉ 16~100 -30~400℃ -30~815℃ 石墨 900`2500 -20~800℉ -20~1500℉ 160~400 -30~425℃ -30~815℃

全氟合成橡胶 全氟合成橡胶（带垫环） 150~600 16~100 900`2500 160~400 150~600 16~100 900`2500 160~400 -20~450℉ -30~230℃ -20~450℉ -30~230℃ -20~550℉ -30~290℃ -20~550℉ -30~290℃ -20~600℉ -30~315℃ -20~700℉ -30~370℃ -20~700℉ -30~370℃ -20~800℉ -30~425℃ 注：（1）ANSI B 16.34压定承受材料可使用的压力/温度的极限。（2）必须使用合适的阀体和阀帽材料。（3）石墨材料在氧化介质（例如空气）中不应高于800℉（424℃）中使用。

填料润滑剂

填料盒经常装备有一个套环和龙头以便注入润滑剂和帮助将阀杆摩擦降低到最小值。润滑剂有很多种。最后的润滑剂是能减少阀杆或轴的摩擦而不增加填料盒泄漏机会的那种。润滑剂不应与工艺流体起作用也不携带污物或其他特殊物质，且在苛刻的温度中必须保持其特性。

最通用的阀杆润滑剂是硅润滑脂，它在温度达到500℉（260℃）时工作得很好，但是在温度高于500℉（260℃）时会产生泄漏。大多数设计，在发毛直接安装一个润滑器。旋转润滑器上的螺丝将润滑剂注入阀帽。对高压工况需要一个隔离阀以减少压力通过润滑器溢出的机会。对某些材料例如石墨润滑更容易被吸收，使材料更加柔韧和改善密封性能。

润滑剂的使用有一些。润滑剂不推荐用于氧的操作或其他依然的介质操作，因为石油基润滑剂能够和介质反应。当天了处于高压缩下，注入外加润滑剂可能很困难，但不是不可能。因此需要拆卸填料盒。用大力将润滑剂注入到高压缩填料盒内，损伤填料造泄漏通道。 第三章 手动阀门 第一节 手动阀门的介绍 第二节 手动旋塞阀 第三节 手动球阀 第四节 手动蝶阀 第五节 手动截止阀 第六节 手动闸阀 第七节 手动胶管阀 第八节 手动隔膜阀； 第一节 手动阀门的介绍 1、手动阀门定义； 2、手动阀门类型

手动阀门定义

按定义，手动阀门是通过手动操纵器（例如首轮或手杆）进行操作，它主要用于停止或启动流动（隔断阀或开-关阀），但是有些设计能被用于基本节流。用于开-关公狂下最佳的手动阀门是那些阀门：它们视流动在通过阀体时为直线运动，该阀体设备压力降很少或不存在压力降的全面积闭合元件。通常如果手动阀门用于启动或停止流动（如开-关阀门）和将手动操作器放在中间行程位置，则部分流动可视为节流阀。但是某些在中间形成位置的开-关设计是无助于缓和流动条件甚至造成湍动和空穴。即使一个手动开-关阀门被用于截留条件，如果它不是

工艺环路的一部分，也不能视为是控制阀。工艺环路要求某些类型的自身启动，以及自控制设施到阀门的输入和位置反馈。用于控制流量的手动控制阀是那些阀门：它们能在阀座开口面积和封闭元件行程之间提供确定的流动特性——固有的或其他。

出去开-关和节流动能之外，手动阀门也用于通过三通或四通设计结构使流动转变方向或合并。 手动阀门类型

根据设计和用途的不同，手动阀门同城被分为四种类型。手动阀门第一种类型是旋转阀，它包括使用闭合元件为1/4旋转的那些阀门。旋转阀门具有直接通过阀体和没有任何指教旋转的闭合元件之间的流动通道。旋转阀门家族中最常见的通用设计师旋塞阀、球阀和蝶阀形阀门。它们大多数常用于管-开及全流动操作。在某些应用中他们能用于节流控制以及改变方向和合并流动的操作。总值，因为旋转阀是便宜的和通用的，今天它们是最通用的用于工艺过程工业的手动阀门。作为一个通则，除蝶阀以外的旋转阀在大致情节的操作中运行良好，是因为闭合元件的旋转在关闭阀门时有分隔颗粒的倾向。

第二种类型是制动阀，其定义如同手动阀设计，它是直线运动。由与管线中心线相垂直的圆形闭合元件组成。这些手动阀使用一个截体使流动在闭合元件之上或之下通过直角旋转。如果阀门使用角形的阀体，则自直角处继续流动。如果阀门具有直线通过的阀体的设计，则在流动被改编为与进口方向相同的闭合元件之后，需要另外一个直角旋转。在这种类型中两个最常见的是截止阀和活塞手动阀。因为这些阀门的执教旋转，制动阀比其他设计产生更大的压力降。这样在手动阀门之中，它们最频繁地用于截留控制和改变方向的操作，但它们也经常用于简单的开-闭操作。由于制动阀的设计，在必和远见和阀座之间捕获的固体颗粒会导致泄漏，因此制动阀适宜于清洁的工况。

第三种类型是华东阀门，它是用一个平坦的垂直米和远见切断物流的手动阀门。与旋转阀相同但和制动阀不同，华东阀门有一个直线通过物流的阀体。如同制动阀门一样，它是一个由阀壁到阀壁的平坦闭合元件，由其全开位置（在物流层意外）向下滑动到物流曾之内，其作用像挡板一样。闸阀和活塞阀均被认为是滑动阀门。尽管华东密封结构在不需要准确定位的地方能够粗略地控制物流，但它最好是用于开-闭操作。因为滑动阀门发作位于阀体底部，颗粒会妨碍全部开关，因此滑动阀门通常用于无淤桨工况。 第四种类型是挠性阀门，它是带有弹性体闭合元件和使物流直线通过的阀体组成的阀门。总之，这种结构近似于滑动阀门结构，尽管其闭合元件高度地推向弹性体或橡胶垫圈直到碰到阀体底部或另一弹性体垫圈的其他一端，而真正地关闭流体。交管阀和鼓膜阀被视为挠性手动阀门，它被典型地用于开-关操作，此处重要的是严密关闭（ANSI Ⅳ级）。或用于带有淤桨或填满颗粒的操作。 第二节 手动旋塞阀

1、手动旋塞阀介绍

2、手动旋塞阀设计

3、手动旋塞阀操作

手动旋塞阀介绍 按定义，旋塞阀式一个1/4旋转的手动阀门，它使用一个圆柱形或圆锥形的旋塞使直线通过的流动流过阀体（图3.1）。旋塞上有一个直线通过的开口。作为全开口结构，此开口的面积和阀门进口和出口的面积相同旋塞阀能被用于开-关和节流两种操作。旋塞阀最初设计是代替闸阀，因为与闸阀相比较，旋塞阀借助于其1/4旋转动作能很容易地打开或关闭流动。因此某些旋塞阀的结构是按照闸阀技术说明书建造的。

尽管存在某些较高压力和较高温度的设计，但旋塞阀通常用于抵压力和低温度操作。用于腐蚀性化学药剂工况时，此结构的阀体抑郁使用诸如聚四氟乙烯材料衬里。它们也是开-关中等节流和改变方向操作的理想阀门。它们被用于气体、液体、无磨损性淤桨、负压、食品工艺和制药工业。磨损性和胶黏性的流体可用特殊设计处理。根据端部链接要求，旋塞阀通常用刀的尺寸可大到18in（DN450）和低压等级[ANSI150级和300级（Pn16和PN40）]。 手动旋塞阀设计

常用的旋塞阀设计是直线通过，两个路线操作（入口和出口），且闭合元件位于阀体中部。闭合元件（旋塞或套筒）通过阀体顶部入口可进入阀体，并用阀盖帽（有时叫顶部帽）密封。大多数阀体配有整体法兰，但也畅游使用螺纹连接的端头。在入口直角处另设第三个开口的典型三通阀也是常见的。根据阀的安装以及阀的位置，三通的闭合元件是用于转变方向和合并物流。图3.2表示六种三通的物流布置图。

旋塞阀面对面的标准通常是按照ANSI标准B16.10中的长和短两种型式。但是许多制作商已经选用用于闸阀的尺寸。不仅这个标准能交加地复合旋塞阀的设计数据，并且在现有的工艺操作中也可使用1/4旋转的旋塞阀代替闸阀。阀芯可以是圆柱形的，在提供阀体壁和阀芯之间的牢固密封中不存在某些问题。密封是重要的，所以不会发生沿着闭合元件外侧直径的国度泄漏。它也为阀门顶部工件提供密封。为提供一个充分的密封通常使用三种方法：在发新和阀体之间使用圆柱形套筒，在阀芯和阀体之间使用O形环和注入有延性的密封胶。对圆柱形套筒来说，拧紧顶部共建能对套筒和阀芯施加压力。带有O形环的压力配合也可提供一个合适的密封。但密封剂的设计提出了当阀门经过几次冲程的活动后密封剂逐渐腐蚀的维护问题。在某些高温操作中，在阀门每一次冲程之后需要再次注入密封剂。密封阀芯和阀体的最好方法之一是使用圆锥形阀芯，它被楔入塑料或其他非金套筒中。当阀盖帽已被拧紧，由拧紧阀盖帽所产生的轴向力将圆锥形发信推入较软的套筒之内，而提供一个严密的密封。套筒的内径有个光滑的表面有助于对阀芯外表面间的物流密封。套筒外表面有一系列凸条以利于套筒在法提保持其位置。

典型的套筒是由半刚性的弹性体（如PTFE或其他塑料）制成。因为金属表面在塑料表面上滑动时摩擦很小，圆锥阀芯是带有硬铬表面的不锈钢或碳钢制成。 阀芯可设计成具有各种各样流动面积、形状和功能的流动出入空。常用的开口设计可允许在最大流动面积时产生很小的压力将。阀芯的形状也可赋予节流操作的特征。某些圆柱形阀芯具有相同形状的全面积开口作为流动通道，它也允许清晰猪通道。由某些旋塞阀门制造厂可以获得能防止颗粒堵塞和堆积的自清洁开口的阀门。其他阀芯具有多空的结构，以防止和减少产生空穴的损害。圆柱形阀芯流动开口的典型形状是长方形或圆形开口以引导物流。

如前所述，许多密封设计用于防治通过闭合元件的流体泄漏：如润滑剂、O形环及套筒。总值今天使用的最常见的方法是套筒和圆锥形阀芯，它不仅提供一个通过闭合元件的密封，同时也和顶部工件密封机构连同工作以组织大气通过顶部工件泄漏。大多数用于抵押低温操作下的旋塞阀，顶部工件的主要密封式套筒本身，它在法提和套筒之间以及套筒和阀芯之间密封。顶部工件时使用金属推力卡圈和一个阀芯杆四周密封的弹性体鼓膜设施。膜起一个弹簧作用，它有助于对旋塞试驾恒定的推力以维持全密封。膜外侧部分的作用也如垫片，以密封阀体和阀盖帽之间的缝隙。某些旋塞阀，特别是用于高温高压操作并使用填料盒的那些，能有效地眯缝阀杆，但要求一个阀盖法兰以向填料施加压力。当已使用填料则一般是不需要膜的，但在阀体和阀盖帽之间需要点片以代替它。

用于某些腐蚀性化学药剂的操作时（例如盐酸、硫酸、废酸以及盐水），旋塞阀体全部内衬PTFE，以及在阀芯上敷以相似的镀层。其他先死得衬里材料包括聚乙二烯（PVDF）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、聚乙烯和聚丙烯。衬里的旋塞阀可在阀杆处两重密封以防止向大气泄漏，以及在阀体本身外表面敷以耐腐蚀的覆层，保护阀体以抗工艺滴漏。正如大多数耐腐蚀材料一样，衬里是完全不起化学作用和密封的。衬里阀的一个缺点是塑料对塑料密封所需的扭矩比钢对钢密封所需的扭矩大。为保证旋塞阀1/4旋转行程不被超过或不足，采用了一个止动环设施。止动环设计成安装在旋塞顶部的平板上并和旋塞杆一起旋转。止动环的一部分设计成带有1/4旋转通道，它与阀盖帽、压盖法兰处上的固定键相交。当阀芯运动，固定键使止动环和阀芯不在1/4旋转范围以外运动。

手动旋塞阀操作

当阀芯的开口和阀门入口及出口在一直线上，物流可不受约束地连续通过阀门，但在通过阀芯口的缩减的面积时产生压力降，但是对于全面积圆柱形阀芯这个压力降很小。当手操纵旋转到整个1/4旋转位置（90°），同时阀芯的边缘也通过密封设施（套筒或润滑剂等）旋转，而使阀芯的开口被旋转到垂直物流的位置。当达到全部1/4旋转，则开口完全与物流垂直，此时就完全关闭。在节流情况下，阀芯位于中间位置，阀芯产生两次压力降。当阀芯旋转到离开全开口位置，入口的流动面积被缩小并在此处产生压力降。物流然后移动入阀芯内测全开口面积内，在此处逢生压力复原，随之在出口处又产生一次节流。通过阀芯对套筒或其他密封机构的压缩，流经阀座的泄漏被阻止，而填料或卡环鼓膜组合件也阻止了阀杆的泄漏。

要求转变流动方向的三通阀布置，物流自入口进入并经阀芯移动，而引导物流到一个或其他两个出口。当阀芯转动90°，则物流转变到其他出口。在中间位置时，则物流被登分转向素有两个开口。当发信转动半圈（180°）以代替典型的1/4旋转动作。

对于较大尺寸的旋塞阀[3in（DN80）或更大]要求破坏密封之扭矩可以有些过量。这是由于阀芯和密封设施之间接触面较大以及任何不利的操作条件（例如高的工艺压力、苛刻的温度、腐蚀沉积物等）所造成的。在这种情况下，典型的是用齿轮操作手轮代替手杆，可明显地减少所需扭矩。表3.1表示典型旋塞阀的手杆或齿轮操作的手轮所需的转矩值，用户应注意这些数字是转动阀芯的扭矩值，而不是表示较高的破坏密封的扭矩。

表3.1 手动旋塞阀的平均运行扭矩 阀门尺寸 旋塞杆处旋转扭矩 齿轮操作旋转扭矩 0.5in 3.0ft·lbs

DN15 0.75 in DN20 1.0 in DN25 1.5 in DN40 2.0 in DN50 3.0 in DN80 4.0 in DN100 6.0 in DN150 8.0 in DN200 10 in DN250 12 in DN300 14 in DN350 16 in DN400 18 in DN450 第三节 手动球阀 1. 手动球阀介绍 2. 手动球阀设计 3. 手动球阀操作

4.0J 3.0 ft·lbs 4.0 J 7.0 ft·lbs 9.4 J 8.0 ft·lbs 10.8 J 13.0 ft·lbs 17.5 J 19.0 ft·lbs 25.6 J .0 ft·lbs 72.9 J 140.0 ft·lbs 1.0 J 306.0 ft·lbs 416.0 J 580.0 ft·lbs 783.0 J 610.0 ft·lbs 827.0 J 610.0 ft·lbs 827.0 J 1170.0 ft·lbs 1587.0 J 1170.0 ft·lbs 1587.0 J 5.0 ft·lbs 6.7 J 8.0 ft·lbs 10.8 J 16.0 ft·lbs 21.6 J 35.0 ft·lbs 47.3 J 16.0 ft·lbs 21.6 J 16.0 ft·lbs 21.6 J 18.0 ft·lbs 24.4 J 18.0 ft·lbs 24.4 J 手动球阀介绍

与旋塞阀相比，手动球阀是一个1/4旋转、直线通过物流的阀，他用圆形闭合元件匹配圆形弹性体阀座以使阀座应力均匀。球有一个物流通过的开口并安装在两侧。常见的手动球阀结构如图3.4所示。因为手动球阀的结构与它的自动化阀门（球形控制阀）略有不同，其设计与球形控制阀有关。

手动球阀最佳用于开-关操作以及要求低准度的中等节流工况。在静的高压力降节流工况，球的进口将在一个长时间内不进动并与密封偏移，速度将导致冷流动进入开口，而在球的出口边缘和变形的弹性体之间产生干扰。当手动阀门自动化后，这种情况会被改正，因为球的运动更加频繁地响应变化位置的信号。球阀也

用于液体和气体两者的操作，但是这种操作本质上必须是无磨损的，它们也可用于负压和低温操作。

由于球阀微磨损的旋转运动，用于残渣或工艺带有颗粒的操作是理想的，因为球的开口在关闭时有分离或剪断颗粒的倾向。经常，长而薄的颗粒能在球的周边堵塞和围住，导致高维护状态。

当球阀用于高腐蚀性化学药剂工况，例如盐酸、硫酸、废酸或酸盐水等，球和阀体湿的表面要全部衬以聚四氟乙烯（它是惰性的和不渗漏的）。

手动球阀典型地用于尺寸大于12in（DN300）和ANSI150级到600级的压力等级。

手动球阀设计

手动球阀特征为物流无阻碍的直线通过型，产生的阻力降极少。阀体形状可以是各种各样的，但最常见的是剖开型阀体（参见图3.4），侧面进口的整体阀体（图3.5）或顶部入口的整体阀体（图3.6）。阀体设计的确定因素是在阀体内部安装球体的复杂性。剖开型阀体的拆卸和再装配式最容易的，但它呢能存在带有附加接头的问题，此接头可受管线影响以及存在另一个潜在的泄漏通道。球阀的面对面尺寸按ANSI标准B16.10规定，但某些压力等级或制造商专门设计的，可采用闸阀面对面标准。面对面尺寸一般采用短的模式（ANSI 150级）或长的模式（较高的压力等级）。最常用的手动球阀断面连接时整体法兰连接。

根据内部阀体设计，球体本身可以为圆形也可以为圆锥形。球体的物流通过口，自发提入口处开始缩小面积，约为近似于75%阀体入口全面积。当需要较小压力降时，例如用于开-关操作，或使用清洗较以清刷管线内径或防止管线内的节流流动，则可使用全面积开口。与旋塞阀的阀杆为阀芯整体的一部分不同，手动球阀的球体和阀杆是分开的。球体顶部带有机加工或铸造成的键槽，一机加工的键打入此键槽和阀杆底部的配合处。虽然球阀的开口正常为全面积的或缩小面积的

圆形流动通道，但也可采用有特征的球体（图3.7），它带有球状入口以提供正确的物流到位的流动特性关系。为消灭死点也可用C形球体（图3.8）。

当两个圆形阀座固定在球体上游和下游两侧时，通常叫做双阀座。双阀座设计成要适应球体密封表面。在中等压力降和使用弹性体阀座材料时，双阀座球阀是可以得到吹泡严密的关闭。几种其他阀座布置体不与阀杆固定，并允许通过键槽有某些自由运动。对于浮球，上游的流体压力通过推动球体朝向候补或下游阀座而有助于密封。另一种阀座结构涉及浮动阀座，此处球体被固定（叫做耳轴固定球体）在两个支点，工艺压力将上游阀座推向球体密封表面。此阀座也可在组装过程中，使用具有弹簧作用阀座被预加应力。在阀体安装之后，此结构向耳轴安装球体连续施加压力，同时顶部工件也向整个闭合元件施加负荷。

大多数阀座是由PTFE制造的，它提供色的吹泡严密的密封和包括大多数常用工况的温度范围。丁钠橡胶-N和尼龙材料也被采用，但可能被压力范围和工艺相容性所。对较高温度可采用金属阀座和碳基材料，但通常泄漏率较高。 对球阀结构，其阀杆通常用一个填料压紧盖和压盖法兰对填料环施加压力而密封的。对于剖开阀体和两侧入口的阀体，阀杆是通过阀体安装的，而填料安装在阀体上方。因为用键固定了槽，球体能被转动，因此键和槽与流动通道平行，并允许球体自侧端进口及阀杆与杆键相关。 对于顶部进入的球阀，它使用耳轴安装球体和弹簧负荷阀座，其球体既可是整体的，也可是下立柱分离的，该立柱位于阀体底部。阀座放置于球体两侧并整体放入阀体。由阀盖帽、填料盒、压盖法兰及的阀杆组成的顶部工件安装在球体的上方。当拧紧阀盖帽螺栓时，其产生的压力压向阀座。阀盖帽和阀体之间的连接点用垫片密封。

除去PTFE之外，衬里亦可采用PVDF、PVDC、聚乙烯和聚丙烯。由于工况的腐蚀特性，衬里的球阀在其阀体外表面上应涂以耐腐蚀性涂层。虽然衬里阀门比正常的阀门的费用较贵，但它们比采用耐腐蚀金属的阀门则明显地便宜。衬里阀的一个缺点是塑料对塑料密封提供的挤出扭矩较高于金属对弹性体的密封。 为保证1/4旋转运动不会超出或不足阀的行程，使用了止动环。止动环机构使搬手或手杆仅能旋转90°。 手动球阀操作 在正常操作下，当球体开口打开时与出口成一直线，则物流无阻碍地连续通过阀门，如果使用权开口球体将产生很小的压力降。显然地，当使用缩减开口的球体时则压力降增加。当手动操纵器平行于管线时，球体的流动通道和阀体流动通道成一直线，使全部物流通过闭合元件。当手动操纵器旋转到闭合位置，球体开口边缘通过阀座旋转而开始运动到开口垂直物流。当达到全部1/4旋转时，开口与物流完全垂直而切断物流。

在节流操作时，球体位于中间位置，物流经过阀门时，要经历两重阻力降（和旋塞阀相似）。进口开口的流动面积 阀芯旋转到远离全开位置而缩减，并在此点产生压力降。物流然后运动到阀芯内部的全开口面积，在此处压力复原。随之出口处又产生一节流。

使用能表示特征的球体时，它能提供具体物流所到的位置。当球体通过阀座由全开启位置旋转到闭合位置，在某一点上可见开口打开的与物流接触的具体数值，直到全开位置时到达100%。 第四节 手动蝶阀 1. 手动蝶阀介绍 2. 手动蝶阀设计 3. 手动蝶阀操作

手动蝶阀介绍

手动蝶阀是1/4旋转（0°到90°）的旋转运动阀，它使用一圆盘作为闭合元件。当在全开位置时，圆盘和管线平行并伸入管线内。

手动蝶阀分为两类，同心蝶阀应用于开-关操作，它具有与法提中心成一直线的简单圆盘。通常，同心蝶阀具有与阀体中心线偏移的一个圆盘。当蝶阀自动化时，优先选用通信蝶阀，因为在关闭前圆盘不与阀座接触，这样就预防了阀座因自动化节流而不断地转换位置造成过早的磨损。在大多数设计中，简单的同心蝶阀用于精密的开关操作，但在节流工况中使用，其自动控制不如为节流控制专门设计的蝶形机构那样好。因为蝶阀最初是为阻断工况而开发的，通信蝶阀具有交叉的幅度变化范围和对阀座不适当的关闭，电脑节流蝶阀的修正设计可使物流在全部行程中得到较佳的控制。蝶阀有天生的高的压力复原因素，它用于预报发生在收缩断面和阀门出口之间的压力复原。蝶阀的复原压力降能力受到薄片型阀体的形状、阀门最大流量以及对出现气穴及截留的操作能力的影响。总值，因为蝶阀高的压力复原能力，它用于低压工况是很优越的。 因为蝶阀的高压力复还，使用蝶阀的最大缺点是它被用于低压力降操作。因为高压力降容易出现气穴和节流。故闪蒸与蝶阀无关。当某些特殊抗气穴机构已被使用去处理气穴时，用户通常有限选用其他阀型，此种阀型引用内部抗空穴机构。

蝶阀用于开-关和流动控制操作。常用的工况应用包括液体和气体两种，以及真空、颗粒和粉末、稀浆、食品工业和制药工业。

因为受转动机构的，蝶阀尺寸在2in（DN50）及以上。因为侧向负荷作用于盘上，高性能蝶阀的最大尺寸可达36in（DN（DN900）。手动机构到ANSI150级（PN16），但某些制造商可提供ANSI300级和600级。 手动蝶阀设计

与旋塞阀及球阀相比较，蝶阀阀体的面对面尺寸很窄。蝶阀阀体的连接面是齿形的，一边使用法兰垫片和管线安装。在许多情况下，允许使用双头螺栓将阀体安装在两个管线法兰之间。双头螺栓仅允许一定的螺栓长度，因为工艺本身的热膨胀以及外部火源等原因可导致泄漏。蝶阀阀体能是两种型式之一。膜片型阀体，有时叫做无法兰阀体（图3.9），它是具有很小面对面尺寸的平的阀体，该尺寸等于两倍需要的壁厚加上填料盒的宽度。在此尺寸之内，阀盘位于关闭位置，阀座必须与阀体流动部分相吻合。薄片型阀体通常多用于较小的尺寸，12in（DN300）

或更小。

法兰型阀体（图3.10）用于较大的蝶阀[14in（DN350）或更大]，它的面对面尺寸较大且更易于因膨胀而泄露。通常，法兰型阀体用于高温或易发生火灾的工况，此处是可能发生热膨胀的。法兰型在法提上带有与管线法兰标准相匹配的整体法兰，在法兰之间有螺栓和螺母的内部空间。

如图3.11所示，凸耳式阀体带有与管线法兰规格相同螺孔的整体法兰。每个孔自相反方向攻出螺纹。此种结构可将阀体放于两个法兰之间，一个双头螺栓自管线法兰穿入，并拧入阀体整体法兰。当双头螺栓已确认拧入正题伐阑厚，用落幕拧紧以保证整体法兰连接。当较小阀门尺寸不能使用两个整体法兰时，凸耳式阀体用于直通螺栓不会发生危险的工况，例如热膨胀。 蝶阀内径与管线内径几乎相等，它允许较高的流率和直通流动。蝶阀的封闭元件叫盘体，盘体外径和阀座内径相配合。盘体可以为圆而扁平的原件，它用锥形销或相似连接安装i旋转轴上。当轴旋转时，盘体在0°位置处关闭而在90°位置处全部打开。当轴安装在盘体准确的中心线处时，他被称为同心盘体（图3.12）。对于同心盘体，盘体和轴的中心在阀内是准确地对中的，无论在任何位置，盘体一部分永远保持与阀座接触。在0°处关闭，阀座表面与盘体彼此全部解除。在其他任何位置，阀座表面与盘体边缘在两点接触。因为此种经常的接触，通信盘体阀座有一较大的磨损倾向，特别是在各种类型的节流工况。在节流过程中，要求蝶阀呢呢个控制在中间行程处的小范围的运动，因为在此接触点能导致磨损。在节流过程中，虽然这种磨损不明显，但当阀门关闭时，在此两点将会泄漏。为克服阀座表面间经常的接触问题，蝶阀制造商开发了偏心凸轮盘体结构（图3.13）。此种结构可使盘体和阀座在关闭时全部接触，但当阀门打开时盘体自阀座升起，而避免了任何不必要的接触。此种结构允许轴和盘体中心有轻微偏移，并离开阀的中心（图3.14）。当阀门打开时，盘体脱离阀座凸轮型阀座，因为阀座的磨损最小。

阀座与阀体沿着阀体流动全部面积密切合并安装在阀体的一端。如果阀座使用高聚合物，它叫软阀座。如果使用挠性金属，它叫做金属阀座。阀座安装在阀体的短不，并用阀座保持架使其久违，即是使用螺钉或压紧配合使保持架和阀座安装就位。阀座保持架就位后，保持架的面和阀体的面呈一直线，但某些阀座保持架会略微地伸出阀体的面，并在阀体与管线安装时使垫片承受最后的压缩。

轴是由盘体两侧的紧密配合导座（也叫做轴承）支持，该轴承安装在轴孔内以防止轴和盘体的运动，经常在盘体两侧的盘体和轴之间设置推力垫圈以保持盘体牢固地与阀座同心。

某些同心阀的阀体内衬橡胶或弹性体，衬里的目的有两点：首先，它使阀体远离工艺介质，特别是腐蚀性或含有颗粒（如砂子）的工况，它将腐蚀金属表面。其次，当盘体处于关闭位置，衬里的作用也像软阀座一样。

保持橡胶或弹性体就为的方法可用下述三个方法之一：第一，利用管线法兰连接，将衬里夹持就位。第二，也可是引用榫和槽结构将衬里保持就位，此处橡胶衬里为U形，而在阀体内径处则加工成T形，使两个零件互锁。第三种办法就是剖开阀体结构，它是在两个半个阀体之间设有夹层衬里，并用螺栓连载一起。所有三

种结构可使臣李在用旧后容易拆卸。橡胶或弹性体衬里的阀门是配有近似材料涂层的金属盘体。当阀门关闭时，橡胶对橡胶的阀座在低压力降和中等温度工况下，使关闭很严密。

在较高的压力和温度工况下，同心蝶阀使用许多不同的有回弹性阀座结构。某些结构使用泊松效应，它指的是一个概念，即是如果在一侧有较大压力使O形环、软金属或弹性体处于密封状态，则较软的材料在压力下将变形。当产生变形后，材料被压力推向接触表面而被密封（图3.15）。对于泊松效应，压力愈大，密封愈严。

另一种常用有回弹性的阀座结构是使用机械预加荷载效应，它使盘体座的表面轻微过盈于阀座表面。当盘体运动进入阀座时，由于压力作用在盘体上，阀座形体产生变形，而使弹性体密封了金属表面（图3.16）。当使用软阀座时，因为阀座的作用同垫片一样，所以在法提和保持架之间不需要点片以阻止泄漏。 金属阀座使用于高温（400℉或205℃以上）。利用放于软阀座正常插入的空间垫片，将金属阀座正常插入的空间垫片，将金属阀座整体插入阀座保持架。在某些设计中，软阀座和金属阀座两者均可用于串级连接，在软阀座发生破坏的情况下，金属阀座能作为后备保险件（图3.17）。当蝶阀用于安全防火的工况时，则优先选用串级连接的阀座。

阀体含有与用于旋塞阀和球阀上的填料盒相似的填料盒。填料盒具有一个精加工的孔，其深度足以容纳几个填料环。正常情况下它所需要的全部零件为填料和填料压盖。用压盖法兰及螺栓压缩填料。穿过阀体的轴孔通常是自两端加工。一个插入物或法兰盖用于封闭其对应的填料盒上的开孔。在阀体填料盒一侧，应设置安装孔以备常用的旋转手杆或齿轮操纵器。

常用的旋转手杆、齿轮操纵器和执行系统详见第五章。

手动蝶阀操作

在蝶阀内，物流自进口运动到出口，而妨碍流动的仅是阀盘本身。不像闸阀和截止阀结构，其闭合元件可运动到离开物流，但是蝶阀阀盘位于流动曾中间甚至在打开的位置时，也会使物流产生某些湍流。当物流达到阀盘时湍流发生并临时分为两个物流。在阀盘后面物流重新会合时则发生湍流漩涡。为抵消一个可能的问题，阀盘设计成带有平缓角度及光华和完整的表面。设计的变更使物流通过阀盘时不产生显著的涡流。 在关闭阀门时，手动操纵器是在旋转运动状态下旋转，周克在0°（全关）和90°（全开）之间的任何点上旋转。在节流状态下，当阀盘关闭接近阀座时，全部物流压力和速度根据流动方向作用在阀盘的前侧和后侧。一般来说，蝶阀的主要缺点是当阀盘接近阀座时，其控制稳定性差。因为蝶阀调量的幅度变化范围很低（20：1），行程的最后5%（关闭）由于其不稳定性而不好采用。 当阀盘与阀座接触时，会产生某些变形，这种变形使弹性体或带金属阀座的金属带的回弹力对着阀盘支座表面并产生密封。 当阀门打开时，轴的旋转运动导致阀盘运动并远离支座表面。由于在关闭位置处，机械力及压力作用于阀盘上，在手动操纵器推动阀盘打开时，必须产生某些数量的打开扭矩。需要最大打开扭矩的蝶形阀，其设计师需要很大的操纵器推力去关闭和密封阀门。这就是为何某些制造商采用流动压力去促使其密封的原因——实际上所需的打开扭矩较少。

当阀门连续打开，阀盘是出于几乎平衡的状态。当一侧流动被时，另一侧则被流动力增加推力。如果阀盘两侧是相等的，阀盘可达到平衡状态，但是，阀的两侧是不相等的，通常轴是位于一侧，而另一侧则较为平坦，浙江产生失去平衡的状态。这样，流动方向具有既推阀盘打开，又有拉它关闭的倾向。当阀盘的轴部分是面向出口侧时，工艺流动倾向于打开阀门；当阀盘的轴部分是面向入口侧时，流动倾向于关闭阀门。

由于蝶阀设计所限，蝶阀与截止阀不同，蝶阀不能被容易地设计成具有特殊的流动特性。因此用户必须使用蝶阀的固有流动特性（实质上是抛物线）。 第五节 手动截止阀 1. 手动截止阀介绍 2. 手动截止阀设计 3. 手动截止阀操作

手动截止阀介绍

如图3.18所示，手动截止阀是直线运动阀，其特征为具有一个较长的面对面尺寸的阀体和足够长的通道以保证流动平稳地通过阀门而没有急速的转变。它被用于开-关和节流两种工况。最常用的笔和元件是单阀座结构，该结构是在直线的型式下操作并位于阀体中部单阀座布置：一个直线运动的旋塞移动到阀座造成低流量或关闭，或运动到远离阀座以造成高流量。根据它的结构，截止阀和某些1/4旋转阀门一样，它不被限定在一个固有的流动特性，旋塞形状的结构可设计出特殊流动性。

虽然手动操纵的截止阀的总造价和尺寸因素较高，但在应用中它比其他手动阀较为多能。手动截止阀能用于气体和液体两种操作，但此操作应是相对的清洁，以避免颗粒梗塞阀座和产生不必要的泄漏。常用的手动截止阀的工况包括开-关和流量控制、频繁的行程、真空和宽的温度极限。虽然截止阀阀体设计能够耐高压登记（高到ANSI2500级或PN400）但因手操纵器的推力所限，手动截止阀经常用于低压工况。高压工况需使用齿轮操纵器。手动手轮在使用最大的可以使用的手操纵器时，其压力在9000～1300LB（40～60kN），进团某些结构，诸如不旋转的旋塞和由滚动轴承支撑的阀杆螺母，可能超过此极限。截止阀通过增加阀体壁厚和使用较重级的法兰、螺栓和内部零件等手段，可设计成能耐较高压力等级。手动截止阀的尺寸是由0.5in到48in（DN6到DN1200）。

大多数截止阀设计特点是顶部进入到阀芯（旋塞和阀座）。这种设计通过拆除阀帽法兰和阀帽法兰螺栓，将作为一个整体组合件的顶部工件，阀帽及旋塞等内部零件叫容易移去。与旋转运动的手动阀门不同，带有顶部进入口的截止阀体当内件维修时能够在线操作。因为蒸汽操作要求阀门要焊到管线上，所以带有顶部进入口的截止阀在动力工业中优先选用。截止阀的最大缺点是重量明显地大于可对

比的旋塞阀，并且造价很高。在尺寸方面它不如旋塞阀紧凑。

手动截止阀设计

截止阀阀体是阀的主要承压部件，并且容纳闭合元件。截止阀内的流动通道被设计成具有光华的圆弧内壁而没有尖锐的角和尖棱，这样可提供一个不产生异常湍流及噪音的平稳工艺流动。流动通道本身必须具有恒定的面积以避免产生任何附加的压力损失和过高的流速。截止阀具有较宽的两个端部连接，因此阀体可使用与几乎每一种的端部连接，尽管为适应无法兰结构其面对面尺寸太长（螺栓连接两个管线法兰之间的阀体，这在旋塞阀中是常见的）。对截止阀来说，不匹配的端部连接也是可以的。

截止阀的阀芯是大于准确位置的一个闭合元件（因为节流阀大于恰好打开或关闭的位置，但是倒不如说阀芯是调节元件，它使阀门按照流动特性（它可以是等百分比型、直线型或快开型）和阀的位置改变流率。典型的阀芯是由两个关键零件组成：阀芯，它是调节元件的凸模部分；阀座环，它是凹模部分。阀芯插入阀座环的部分叫做阀芯头，而通过截止阀顶部伸出的部分叫做阀芯杆。在阀芯杆的顶部上车有丝扣以便于手轮机构相配合。单发座芯的主要优点是其严密关闭的可能性（在某些情况下，可达到优于阀门最大流量的0.01%）。这种情况是由于手动操纵器的力直接作用在支座表面造成的。

在手动截止阀中，可使用两种尺寸的阀芯：全阀芯，它是最常用的并涉及到阀座环的面积，该面积在截止阀特殊尺寸内科通过最大流量。另一方面，当希望阀门节流到较该尺寸阀门的额定流量为少时，则使用缩径阀芯。如果使用全阀芯，必须在小的增量情况下对阀座节流关闭，但这是用手操纵器难于获得的。有限的办法是使用小的阀座直径和相匹配的旋塞，它叫做缩径阀芯。

阀帽是顶部工件的一个重要元件，并作为承压零件为阀体提供了帽或盖。一旦它被安装在阀体上，它被阀帽或阀体的垫片所密封。它也用填料盒密封阀芯杆，填料盒包括一系列的填料环、压盖或导向盖、填料间隔套以及抗挤出换，用以防治

工艺介质向大气的少量泄漏。安装在填料盒上面的是压紧法兰，它用螺栓与阀帽顶部连接。当压盖法兰螺栓已拧紧，填料被压缩并密封阀杆和阀帽孔。

保持阀芯头与阀座环对中，对于严密关闭是重要的。为维持这种对中，可使用两种导向机构之一：双顶部阀杆导向器或阀座导向器。双顶部阀杆导向器使用两个闭合配件在填料盒两端进行导向以保持阀芯和阀座环通信（图3.19）。这些导向器可整体地由与旋塞相容的金属制成，以避免金属面擦伤，亦可使用硬弹性体或石墨衬套。两个导向器的结构应尽可能地远离以避免由工艺流体作用在阀芯头所造成的侧向运动。导向器、阀帽孔和执行阀杆必须保持在关闭时的容许偏差内以维持一个配合，此配合将造成平稳直线运动而无约束和溅出的液体。

另外一种常用手动截止阀的导向型式是阀座导向结构。此处阀芯杆是由一个上导向器支撑（它的作用如同填料压盖）。阀芯头延伸部分的外部直径，作为第二个导向表面，对阀座进行导向（图3.20）。这意味着下部导向器表面留在物流层之内，所以工艺介质比较情节。阀芯头的靠下部分具有开孔，该开孔在阀座开启过程中使物流运动通过阀芯头到达阀座。改变这些开孔的尺寸和形状就会影响到缩减流量和流动特性。因为伤到想起和下到想起之间的长度位于最大长度，因此由于工艺物流造车的那个的侧向旋塞运动不是一个问题，而且这种类型的导向器所要求的容许偏差，不像双顶部发干到想起要求的那样严格。这种结构降低了操作中的阀芯任何振动机会。当阀芯和阀座由相同材料制成时，在长期或频繁的操作中可能发生金属表面磨损。高温可导致热膨胀和抱牢。

阀芯的金属支座表面设计成与阀座环的金属支座表面相互匹配，但其接触角度略有不同。正常情况下，阀芯具有一个比阀座环锥度较大的角度。这种环形的不相匹配了保证了一个窄点的接触，使全部操作器的轴向力仅仅传递到阀座的一部分，因为得到了金属对金属接触的最严密关闭的可能性。在大多数结构中，手动截止阀的发作环是用螺纹拧入阀座的。有时在有限的空间内要求用工具旋转阀座环。对于带螺纹的阀座，在阀芯头支座表面和阀座环之间严格的对中要求，必须有精研工艺（此处是将研磨材料屠宰阀座表面）。然后将阀芯放在阀座上并旋转知道获得全面接触。尽管概念简单，但带螺纹的阀座也有某些缺点：首先，在腐蚀或苛刻的工况下，螺纹会被腐蚀，使得拆卸困难。第二，在阀芯和发作之间的对中找正时，需附加的研磨步骤以得到所需要的阀门关闭。第三，在存在振动情

况时，阀座环在关闭位置处不能被旋塞保持就位，是因为阀座环最终可能松动并通过阀座垫片产生泄漏或阀座表面不对中。

某些截止阀要求鼓泡严密关闭，这用金属对金属密封是达不到的。为完成这些，在阀座环中嵌入软弹性体。在这种情况下，阀座环视两部分结构，即在两个半边之间嵌入弹性体（图3.21）。金属旋塞表面压向阀座环软支座表面，如阀芯和阀座环表面是同心的，就能得到双重严密的关闭。某些制造商 阀芯内嵌入弹性体以得到相同效果（图3.22）。

手动截止阀操作

大多数截止阀使用T形阀体，可使阀门安装在直通的管线上。物流通过入口进入阀的中心（阀芯位于此处）。在这里流动方向转变90°然后通过阀座，随后又一个90°转笔而流出阀门。

截止阀的流动方向由制造商或操作工况而定，但是大多数工况，流动方向几乎永远位于阀芯之下，将阀芯对着流动方向防治，它有恒定的阻力但是足以克服的。对于阀芯下流动，阀门相对地容易关闭而且流体压力和流量变化很少。此外，阀芯下流动由于流动推动阀芯底部而容易开启。

手动截止阀可以调节或百分比型、直线型或快开型流动特性。如2.2节详细解释那样，流动特性决定阀门某一位置的预期柳绿（用流动系数Cv表示）。这样对某一流动特性，用户可通过手动手轮的直线位置而确定六氯。如果阀芯头位于节流位置（位于全开合全关之间），物流由于压力降而向阀座的流动开口处运动。在节流位置，阀芯头略微伸入到阀座环，在给定的流动特性的某一特殊位置上提供相应的流动。当退回并远离发作，可达到较大的流量。如果进一步伸向阀座则形成较小的流量。当物流通过阀座运动时，流体压力减小而速度增加。流体进入截止阀较低部分后，流动面积再次加大，压力回复而流速下降。 当流体进入阀座或阀的阀芯面积时，一个重要的设计考虑问题是阀体的工作台面积在理想状态下，物流沿着阀芯和阀座自由循环，使物流能够由每一个方向进入阀座。如果在任何一个面积中工作台面积过窄（例如在旋塞的背端），速度可能增加，而导致噪音和腐蚀，或下游产生湍流。此处有不等的力作用在阀芯头，如果阀芯头未被阀座所导向，可导致阀芯头的轻微挠曲。 当截止阀关闭时，手轮的轴向力作用于旋塞。阀芯表面的力对阀座环的轻微不匹配的角度施加压力，而不允许任何物流通过闭合元件。在全开位置，整个阀座面积对物流打开以便流动。

依靠端面街头垫片的静密封将工艺物流保留在阀体和阀帽内[如果使用法兰或O形环节头（RTJ）]。阀帽填料盒的动密封防治了五六通过旋塞华东杆的泄漏。根据用户的关闭要求，物流可以或不可以通过调节关闭元件本身泄漏。 第六节 手动闸阀 1. 手动闸阀介绍 2. 手动闸阀设计 3. 手动闸阀操作

手动闸阀介绍

闸阀是一个直线运动的手动阀门，它典型地具有一个垂直于工艺物流的平板闭合元件，即它华东进入物流层而关闭。总之，闸阀结构的简单化和它大量用于通用和低压力工况，使它成为今天使用的最普遍的阀门之一。闸阀的结构主要用于开-关操作，此处阀门操作是不频繁的。在很大程度上，它能用于液体和气体两者操作。它是专门为夹带固体、颗粒和粉末的稀桨及冷冻或真空操作设计的。作为开-关隔断阀，它可以是管线清晰猪的通道。与其他手动阀门相比较，闸阀的造价相对便宜并易于维护及拆卸。当使用金属阀座时，闸阀本质上是防火安全的并经常被规定用于防火安全操作。

使用闸阀有许多，闸阀不能很好的控制节流操作，是因为它具有不相适应的控制特性。因此它像隔断阀一样大多情况下用于简单的开-关操作。对于特别高的压力降，它也难于打开或关闭，对某些工况的严密关闭也是难于达到的。

此外，对于工艺戒指夹带有固体，她们可能被堵塞。因为它是众所周知的长行程，它比其他手动阀门打开的行程要长。

通常，闸阀取两种结构之一：即平行式和楔形式。平行式闸阀（图3.23）用平的圆形闸板作为闭合元件，它位于平行阀座之间（即上游阀座和下游阀座）。为得到所需要的关闭，阀座和盘形闸板二者是自由浮动的，可使上游压力密封阀座及盘形闸板，以防止任何不必要的泄漏。在某些结构中，阀座是弹簧自增强的，它是由弹性体向盘形闸板支座表面施加恒定压力而导致的。在很大程度上，平行式闸阀的应用限于低压力降和低压力工况，此处严密的关闭不是一个重要的前提。

某些为特殊工况使用的平行式闸阀的变种已被设计：刀型闸阀（图3.24），在闸板底部有尖锐 的边缘以剪切颗粒或其他夹带固体以及分离稀桨。直通导管式闸阀（图3.25）有一个带有等于闸阀全面积流动通道的圆形开孔的长方形闭合元件，分别是开孔时打开物流或挡板时关闭物流。直通式闸阀结构，使闸

板支座表面与闸板总是保持接触，全面积开孔也允许使用清晰猪去擦洗 管线内径。

闸阀的第二种类型是楔型闸阀（图3.26），它具有两个倾斜的阀座和一个略微不匹配的闸板，使得在较高的压力下亦能得到严密的关闭。倾斜的阀座设计成渝垂直平面呈5°～10°角度，而倾斜的闸板可设计成为封闭的，但倾斜角度不够精确。当阀座和咋办的倾斜角度略微不匹配时，阀座和闸板二者可设计成具有相同的自由运动，以使其支座表面在手动执行机构所施之力作用下能够相 互一致。

这些是由浮动阀座和牢固的闸板（或叫挠性闸板或楔形闸板）使支座表面具有挠曲而完成的（图3.27）。同样安装在牢固闸板上的压力自增强弹性体垫片也能产生严密密封（图3.28）。

闸阀常用尺寸为2～12in（DN50到DN300），压力为ANSI150级，有时较大尺寸的闸阀是定做设计的。 手动闸阀设计

闸板通过阀杆附于手动操作器上，闸板阀杆既可是固定于闸板上的（升杆式），也可是罗文连接在闸板上的（暗杆式）。固定于咋办的阀杆不与手动操纵器一起旋转，但与闸板保持相对静止（图3.29）。当手轮被旋转时，位于填料盒以上的螺纹，自物流层拉回闸板，而使阀杆螺纹部分提升到手轮椅上。对于带有螺纹的闸板阀杆，阀杆螺纹拧入闸板本身。手轮旋转时，将闸板螺纹拧入到闸板导致闸板提升离开物流层（图3.30）。闸板阀杆与闸板不是一个整体，它是使用一个T形卡圈派和安装到闸板T形槽中。此T形槽平行于物流层，但在某些设计中也可与物流层垂直。

对于平行式闸阀和楔形闸阀，螺纹驱动的手动操纵器下降或上升闸板而进入到物流层以上并远离流层。大多数设计要求闸板提升到五六层以上并进入阀帽的空腔内但是某些设计允许闸板深入到下部的阀体空腔内。

阀体本身是一个直线通过并具有特殊面对面尺寸的结构（ANSI标准B16.34）。大多数情况下，阀体设计为法兰端部连接，但有时也提供对焊、套焊和罗文等端部连接。对简单的楔形闸阀，一个整体的阀座表面可直接在法提内部机加工。可分开式的楔形阀座可通过阀体顶部开口进行安装。上游和下游平行式闸板支座是浮动结构，并在阀体和阀板之间保持就位，它也可以看作是闸板的导向器。 对楔形闸板，在阀体壁和闸板之间有槽-肋组合件的导向。在某些情况下，有一个肋配合一个闸板上相匹配的槽，或阀体上有槽配合一个闸板上向匹配的槽。虽然槽是机加工的，肋是铸造加工的，但它仅提供简单的九位（足以防治闸板和阀座使之就位）。在此之后，操作器之力使支座表面密封在一起，并阻止在导向过程中任何阀体和闸板之间的泄漏。

阀盖帽不仅提供了到闸板的顶部进入孔，同时也封闭了填料盒，它密封了闸板阀杆

手动闸阀操作

在打开位置，物流运动进入阀门入口，它继续通过流动可通行的球状阀体，而产生最小的压力降（如果有的话），这是因为大多数闸阀具有全面积阀座和被用于简单的开-关隔断工况。任何压力将的产生都是由阀座、阀体导向或空腔的几何形状而定的。在打开位置，楔形闸板或平行闸板是位于阀体上部空膛内的阀座以上的，并远离流动层。对导管平行闸板，当闸板位于打开位置，闸板的流动开口暴露在全部流量之中。 当阀门被关闭，手动操纵器即使操纵器本身（升杆阀杆）旋转或旋转进入闸板（暗杆或阀杆）。在两种任一的情况下，闸板开始向下移动而进入物流层。因为闸阀是在低压力或低压力降的工况下操作，所以闸板进入流动层时仅遇到中等的阻力。

当闸阀关闭，上游产生压力时，平行式闸板开始隔断物流。对于平行闸板结构，上游压力作用在浮动阀座上，将阀座推向闸板支座表面并产生必需的密封。在楔形闸板结构中，当楔形闸板到达阀座时，由手动操纵器所施的推力将闸板推向阀座。如3.6.2节所述，楔形闸板和阀座有某些回弹性和在支座表面之间有不匹配的角度，当外加推力作用时，楔形闸板被推入阀座而造成严密的关闭。

平行闸阀需要较小的推力去关闭，但在打开时，因为上游压力推向浮动阀座，它必须克服一个较大的打开治理，特别是某些时候阀门曾经处于关闭状态。一旦物

流打开而通过阀座流动并产生速度后，上游压力减少，闸板很容易地华东到全开位置而没有收到来自物流的更多阻力。 另一方面，楔形阀由于不匹配的支座表面和楔形咋办打开之力所需较少，且楔形闸板在开启阀门时具有相互排斥的倾向，此种作用也被楔形咋办自回弹性所加强。当操纵器的推理变成反向，阀门开始打开，闸板和阀座和容易地分开而没收到物流的干扰或协助。

对大多数工况，除非流率很小，保持闸板在节流位置（行程中间位置）会导致闸板的颤动以及振动和不必要的磨损。因为处于行程中间位置，闸阀产生附加的物流湍动，故它们正常情况下不用于节流工况。 第七节 手动胶管阀 1. 手动胶管阀介绍 2. 手动胶管阀设计 3. 手动胶管阀操作

手动胶管阀介绍

胶管阀式任意个具有弹性体阀体的发头，此弹性体阀能通过一个机构或工艺流体压力而被推在一起，或称为“压紧”（图3.31）。在大多数情况下，弹性体阀体是一个简单的沉在整个流动通道内部以及法兰的完整衬套。衬套使所有运动部件和物流层隔绝，这样未与流体接触的部件就可由较便宜的材料，例如碳钢制造。因为物流全部被衬套所包容，所以此类阀又增加了不需要填料盒的效益。

当胶管阀衬套密封时，其密封是大面积的，而对其他大多数则是一个简单的密封点。由于此种特点，大的物件或散粒能够容纳在阀的密封面积内，而仍保持密封。为此原因，胶管阀能理想地用于含颗粒流体或稀桨，例如食品工业、含砂水系统，污水处理、非工艺过程水、颗粒物流等。由于与弹性体衬套有关的回弹性，使衬套有效地抗拒了由于固体颗粒通过而造成的磨损。同时根据衬套的材料选用，胶管特别能够很好地适应那些会腐蚀金属表面的介质。

胶管阀的主要是由于弹性体衬套的温度及压力所限，它只能用于较低压力操作。因为普通衬套材料（聚四氟乙烯、氯丁橡胶、丁钠橡胶-N和碳氟橡胶）也涉及到橡胶软管，用于胶管阀的橡胶软管的压力等级代替了普通阀门的压力等级。虽然弹性体压力等级是低的，但经使用特殊衬套或阀体结构可提高这些压力。例如，使用在橡胶内带有金属网的橡胶衬套，或沿衬套周围注入一种外部流体（压力下）以抵消操作物流的压力而增加了压力。 另一种是当阀门在打开位置，如果工艺系统内的压力向真空移动或产生高的压力降时，除非衬套实际上是安装在闭合元件之外，则衬套会被压坏。胶管阀在脉动物流中工作亦差，是因为衬套经常膨胀或收缩而导致过早的损坏。当胶管阀用于液体操作时，液体必须有某些流体运动，由于衬套的大面积密封面积使得流体位移。此外液体的不可压缩的本性能使衬套产生附加应变和导致衬套破裂。 对于直线通过而不受干扰的物流，胶管阀的压力降很小或没有，能理想地用于开-关操作。因为它们经常用于低压操作，所以它们很容易地节流并在知道最后50%行程处提供好的流量控制。这是由于衬套的光滑内壁及回弹性而在知道最小50%行程前不产生明显的压力降。因此，某些用于节流的胶管阀设计成在最大开口位于50%处，以避免使用全部行程无效的一半。

对于非常磨蚀的工况（特别对于尖锐的颗粒），推荐准则是不要再接近阀门关闭处进行节流，因为散粒能够刻蚀衬套而产生能导致潜在撕裂的沟槽。衬套的另一积极方面是它的光滑器壁和平稳定流动转向产生最小的湍流或管线振动。回弹性的衬套也能很容易地获得过跑严密的关闭。

大多数的胶管阀是经过注入带压力的空气或其他液体或使用手动操纵器等方法进行操作。它们也可以自动化而用作为控制阀。胶管阀常见尺寸为2～12in（DN50到DN300）及ANSI150级（PN16）。 手动胶管阀设计

常见的胶管阀的两种结构是开式阀体和封闭式阀体。开式阀体胶管阀没有金属阀体外壳，而是依靠一个金属骨架的结构。骨架结构由两个横杆紧固在金属法兰支架上。金属法兰支架设计成两个半个，以便橡胶衬套在安装过程中放于法兰支架中间（图3.32）。顶部和底部支架用于连接横杆或分半的法兰使之成为一个结构单元。顶部支架上带有螺纹以便于手轮阀杆上的螺纹相匹配。阀杆有一个自由运动的接头连接到运动的闭合元件上，它叫做压缩器。它直接位于衬套之上，当手轮旋转时，压缩器向下运动，并向下部支架处挤压衬套。

开式阀体结构比较简单，不需要昂贵的金属铸件，并易于检验衬套的鼓胀、泄漏、撕裂或其他事故。这种结构的主要缺点是衬套暴露在外不环境下的不良影响，它会缩短衬套寿命。

封闭式胶管阀具有大多数流动通过的截止阀的外表（图3.33及图3.34）。但定阀不是一个真正的阀体而宁可说它是一个衬套保护外壳。封闭的机构近似于开式阀体胶管阀的设计，不同之处是压缩器是完全封闭在衬套之上的阀体内部。阀体可设计成用以整体杆铸入外壳底部，并垂直于物流层，其作用像静态的封闭干。另一种设计没有此整体铸造干，使用叫做堰的部件，它将衬套的全部压力压向外套底部而关闭阀门。考虑到衬套的每一个组装件，外套是沿着物流通道中心线剖开成两半个，并用螺栓连接到一起。在阀体底部的半个剖开体上没有排水孔，它可作为信号孔以提示衬套已破坏。

采用封闭式阀体胶管阀的优点是一个外部流体或压力能够通过圆锥形接头引入到外壳内，以协助衬套保持在打开或关闭之处。例如，如果工艺设计到真空，则衬套外边的外壳内部面积可以降压成真空，这可以防止在打开阀门时，衬套被压坏。在某些工况下，外加的空气压力导入外壳以有助于关闭。 胶管阀因为不需要填料盒故其手动手轮操纵器已被简化。采用一个带螺纹的阀帽和带螺纹的阀杆（与手轮连接），在阀门操作时用以调节压缩器的高度。 另一种常见胶管阀的结构是压力辅助胶管阀。它使用外界压力关闭阀门（代替手动操纵器）。此种结构（图3.35）具有一个和封闭式阀体胶管阀相似的阀体，但没有封闭的机构和操纵器。流体室通过圆锥形接头导入外壳内部（衬套外部）。当导入流体的压力超过工艺流体的压力时，衬套关闭并保持关闭状态知道系统压力增加或是导入流体的压力降低。此种结构非常便宜，故它仅限用于开-关操作。因为改变下游压力将自动改变阀的位置，而需重新设定导入流体的压力，故在节流操作中是困难的。

手动胶管阀操作

一般来说，胶管阀操作时很简单的，旋转手轮使压缩器下降，并使衬套上壁向静止的下壁移动，此衬套下壁是由外壳底部或支架底部支撑的。在节流状态，手动操纵器旋转到所需的流量时保持在该位置。而开-关状态，手动操纵器旋转到闭合机构将衬套上壁压向衬套下壁，此衬套下壁是由精致的下部杆件或外壳底部支

撑。在手动操纵器的较大推力作用下两个壁的表面密封更加严密。当胶管阀打开时，此手动操纵器的旋转作用反向，压缩器被提起，当它移动回复到原来自然位置时，衬套被打开。当开孔增大时，工艺介质压力向闭合元件方向推动衬套，当闭合元件提升时，将扩大流动面积，最终在全开位置处，衬套已经达到它的全开面积的容量。

第八节 手动隔膜阀 1. 手动隔膜阀介绍 2. 手动隔膜阀设计 3. 手动隔膜阀的操作

手动隔膜阀介绍 与夹紧阀有关的是，隔膜阀使用合成橡胶隔膜在阀体内代替衬套以将流动物流和闭合元件分开（图3.36）。当压缩时，隔膜被推向阀体底部以提供气泡严密的关闭。

隔膜阀的优点近似于夹紧阀。其闭合元件不被工艺介质所湿润，因此在腐蚀性工艺介质中能够使用较便宜的材料制造。流动物流是直线通过或近似于直线通过，且产生晓得压力降， 使它成为理想的开关操作，并避免了产生紊流。隔膜阀也可作节流操作，然而在靠近阀体底部维持一个节流位置时，有时小颗粒会在隔膜或阀体底部切成槽口而导致腐蚀。因为隔膜式位于承压阀体内，隔膜阀能够比夹紧阀处置稍高的压力，但是总的压力及温度额定范围是依赖于材料的人性或隔膜的增强。阀体流动到（例如增加一个堰）与隔膜韧性量有关。隔膜阀另一有点是如果隔膜失效，阀体能容纳浅漏的物流，而好与夹紧阀外壳。

隔膜阀的应用条件近似于夹紧阀。隔膜的回弹使它沿着流体中的颗粒而密封，并使它在稀桨、工艺材料或含有固体的流体中能理想地操作。 与夹紧阀想比较，隔膜阀的主要缺点是阀体的费用高于夹紧阀的外壳，因为阀体材料是必须与工艺物流想配套的。同时当隔膜有倾向去阻止隔膜自工艺介质处回弹，阀体能被腐蚀使得开关更为困难。

根据设计，隔膜阀比夹紧阀用于更大的尺寸，一般可大道14in（DN350），但是某些特殊设计能高达20in(DN 500).由于衬套的压力，隔膜阀压力几乎永远额定在ANSI150级（PN16）。 手动隔膜阀设计

隔膜阀的两种典型结构是直线通过结构和堰式结构。堰式隔膜阀和直线通过式隔膜阀的结构，出去阀体和隔膜以外，其他部分结构相似。如图3.37所示，阀体上有一突起的唇部，它向上抬起而与隔膜相遇，因而可以使用较小的隔膜。阀体是自排液式，因而它被理想地用于施皮工艺操作。因为隔膜可以由较强的材料制造，故阀体也能用于高压工况。隔膜的弹性不足以用于长的形成。较强的和加强的隔膜也是的堰式结构用于真空操作。另一方面，直线通过隔膜阀，其阀体的底壁几乎与物流平行，使得物流不受阻碍地通过阀门而无大的干扰（图3.38）。隔膜的弹性使它可移动到阀体底部。隔膜上面是压缩器，一个圆形零件其形状颇像阀体的流动通道，它连接到手轮杆上。隔膜安装在压缩器底部以保证隔膜在全开位置能被提起而远离物流。压缩器是不与介质接触的阀门零件，手轮机构是位于与阀体用螺栓连接的阀帽内。隔膜本身被用作阀体和阀盖帽之间的垫片，用以防止向大气泄漏。

手动隔膜阀的操作

手动隔膜阀的操作很近似于胶管阀的操作。旋转手轮使压缩器下降，开始向阀体底壁推动隔膜。在节流状态，手动操纵器旋转到所需的流量处置后并停留在该处。在开-关状态，手动操纵器旋转压缩器下降到将隔膜推向阀体底部壁。在手动操作器更大的推力作用下，并达到最大的压力时，两个表面则达到严密的密封。当

隔膜阀打开时，手动操纵器的旋转作用则相反，提升压缩器并使隔膜自阀体底部壁上离开。当开口增加，工艺压力保持衬套推向压缩器，当闭合元件提升后扩大了流动面积。最终，全开位置，压缩器完全收缩到阀盖帽内部，隔膜远离物流。在此点阀门达到它的 第四章 控制阀 第一节 控制阀的介绍 第二节 包括截止控制阀 第三节 蝶形控制阀 第四节 球形控制阀 第五节 偏心旋塞控制阀

第一节 控制阀介绍 历年来，在节流阀和控制阀之间的定义存在着混淆。有时两个名词之间互换使用，因为两者均有相似的目的，即是在全开和全关之间的任何位置处调节物流。在很大程度上，节流阀是一任意阀，它的封闭元件有两个目的：不仅是打开或隔断物流，而且也沿着阀门行程运动到任何位置时调节工艺流量、温度或压力。使用术语封闭元件不足以秒速节流阀的这个部件，因此为了区分的目的，用术语调节元件来描述阀门的能够节流控制的任何部件。节流阀的设计师产生压力降以降低直线压力、流量和温度。节流阀的内部通道结构是控制压力降，而开关阀的结构是允许直线通过物流而不明显地产生压力降。因为节流阀的目的是降低工艺流量，幅度变化范围是一个决定性的问题。阀门的阀芯 几乎永远小于管线或阀门物流通道的尺寸。使用权面积尺寸的阀门在一个近似尺寸的管线上，如不使用阀门全部行程，将具有较差的可控制性。节流阀必须具有某些类型的机械设施，它使用由人工、弹簧、空气压力或液压流体提供的动力以协助定位。某些手工操作的开-关阀能够适应和被用于节流工况。压力调节阀也可被认为是节流阀，由于调节元件的位置变化以维持下游压力的稳定。

按定义，控制阀（即通常所说的自动控制阀）是个调节阀，但它几乎永远北邮各种类型的执行机构或执行机构系统，此系统被设计成在控制环络中工作。如1.2.5节所述，控制阀是工艺环路中最重的控制元件，工艺环路由传感机构、控制器及最终控制元件组成。控制环路中所包括的食物就是控制阀和其他节流阀区分的特征。手动操作阀和压力调节器能用于节流操作，而控制阀则不能，它们的区别是：控制阀是个节流阀，但不是所有的节流阀都是控制阀。在某些情况下，手动操作阀在增设了执行机构系统后可以转变为控制阀，并可安装在控制环路中。这样根据定义的判断，它已变成了控制阀。

控制阀被认为有两个主要的组合件：即阀体组合件和执行机构组合件（或执行机构系统）。本章主要集中在阀体组合件的操作、设计、安装和维护。

总值，控制阀分为四个类型：截止阀、蝶阀、球阀和偏心旋塞阀。这四种类型阀门的变种可导致许许多多不同的可应用的结构，大部分最常用的结构将纳入本章。每种结构有其特殊的应用、特点、优点和缺点。虽然某些控制阀较其他阀门

有较广的应用工况，但控制阀并不能使用所有的工况，并且每个结构都应检验以发现降低造价的最佳解决方法。 第二节 截止控制阀

1. 截止控制阀介绍； 2. 截止控制阀设计； 3. 截止控制阀操作； 4. 截止控制阀阀芯变异； 5. 截止控制阀阀体变异

截止控制阀介绍

所有控制阀中，直线运动截止阀（或叫升杆式截止阀）是最常见的，这是由于它的结构简单、多用途的操作、维护容易和能适应广大范围的压力和温度。截止阀是在工艺过程工业中最常见的控制阀，但是随着高性能旋转阀的出现，其需要量不是很大。旋转阀在相同尺寸下造价较低，包装较小。在低压等级（到ANSI600级或PN100）时，尺寸范围由0.5～42in（DN12到DN100）；在ANSI900级到2500级（PN160到PN400）尺寸为1～24in；在ANSI4500级（PN700）时，尺寸为1～12in。 按定义，截止阀是一个直线运动阀，其特征在于一个带有长的面对面尺寸的阀体，此阀体能提供光滑平稳的流动通道。最常见的调节元件是单阀座结构，它是以直线方式操作并位于阀体中部。但阀座结构使用旋塞阀不布置，即在低流量时阀芯运动到阀座之内，而在高流量时阀芯运动而远离阀座。但阀座的代替物是双阀座。 截止控制阀的优点很多，因此它普遍地受到欢迎。总之，截止阀十分通用，并能在很大范围的工况下应用。在不超过压力和温度的相同的阀可以用于许许多多的不同工况（此处工艺不要求特殊合金用以抗腐蚀）。此多功能适应性减少了备件库存量的维护培训。它的简单直线运动结构 其他类型阀门有较大范围的改进。由于直线运动，由执行机构或执行系统产生的力直接传递到调节元件，因此调节元件的能量损失很少。另一方面，旋转阀虽然损失一些传送能量但是精确，这是因为与直线运动到旋转运动联动有关“死区”（观察轴运动的所需的输入变化量）。因此之故，截止阀有高的特性曲线的能力，并应用于必须遵守该特性曲线的工况。

使用截止控制阀的主要优点是它能承受工艺的极端条件。它能在极端的高压力降下工作，可处理数千磅的压差（或数百公斤每平方厘米）。截止阀的设计可通过增加阀体壁厚和使用较高负荷的法兰、螺栓和内部零件，就能承受较高的压力级别。通过延长到阀盖或阀体的距离，使顶部工件（执行机构、定位器、输送管线和其他配件）远离工艺介质温度，则可适应苛刻的温度。

截止阀的主要优点是它的流动特性设计在阀芯中或调节元件本身，而不像蝶阀那样，仅有一个固有的流动特性。

大多数带有单一阀座的截止控制阀是顶部进入阀芯的（旋塞、阀座和外壳或支持架）。利用写去阀帽法兰和阀帽法兰螺栓，拆去作为一个装配件的顶部工件，阀帽和旋塞则很容易地进入阀门而操作阀芯。不想旋转阀那样，截止阀在内建维修期间可以保持在线，因此截止阀在动中优先选用，因为蒸汽操作要求阀门旱灾管线上。

如前所述，截止阀主要缺点是在相同尺寸下它比旋转阀尺寸较大、较贵且造价较为昂贵。它也存在地震问题，是由于它的较大的高度，当发生地震或管线振动时，会导致顶部工件对阀体组合件或管线产生应力。

另一缺点是截止阀受节流工艺所需要的较大的阀杆力的。带有风动执行机构的截止阀，其财产在24in（DN600）以下；带有液压或电动液压的执行机构的截止阀尺寸为36in（DN900）。对于较高压力等级，则要考虑截止阀阀体组合件容积、阀杆力以及减小尺寸可能性等。当必须调节超过截止阀尺寸允许的大流量时，用户有时将物流分开到两个较小的管线内，有限选用较小阀门，在某些情况下，可用蝶阀或偏心盘式旋转阀代替。 截止控制阀设计

在描述截止阀的结构元件时，截止阀体势截止阀的主要承压部件，它有管线相匹配的端部连接和密封的阀芯（见图4.1）。截止阀的流动通道应设计没有尖角或刀口的光华而完整的器壁，并提供平稳的物流而不产生异常的湍流和噪音。流动通道本身必须具有恒定的面积以避免产生任何附加的压力损失和较高的流速。截止阀可使用几乎任何一种端部连接，但法兰连接除外。显然，对于长的面对面连接尺寸，在两个法兰之间需要长的螺栓，故在温度循环中，其热膨胀是敏感的。

单阀座阀芯是胜过封闭元件的。因为节流阀超过了恰好开启或关闭指出，倒不如说它是个调节元件，它使阀门根据流动特性（可能是等百分比、直线型或快开型），相对于阀的位置而改变流率。典型的阀芯由三部分组成：阀芯，它是调节元件的动部分；阀座环，它是静止部分；阀座支持架或外壳。位于阀座环内的部件叫阀芯头，而通过截止阀组合件顶部深处的部分叫做阀芯杆。阀芯杆和执行机构阀杆用丝口连接在一起，成为一个整体连接而没有任何自由活动或运动。执行机构阀杆安装在执行机构活塞或膜板上，它将风动力或液压力传送到调节元件。单阀座阀芯的基本优点是它使严密的关闭成为可能，通常好于阀门最大流量或Cv的0.01%。这是因为执行机构之力能够直接作用在阀座表面。执行机构的力愈大，则阀门关闭得愈严密。

有两种尺寸的截止阀阀芯可供采用：一是全面积阀芯，指的是在截止阀的特定尺寸内能够通过最大物流量的阀座面积；而是缩径阀芯，是用于当截止阀希望节流

到比该尺寸阀门规定的流量较小的流量时。如果使用全面积阀芯，阀门必须关闭阀座进行节流，或是少量增加流量，但这对某些执行机构是困难的。有限的方法是使用具有较小阀座面积的阀座环并与阀芯匹配，此种结构叫做缩径结构。大多数制造商为每一种尺寸的阀门提供四岛五种尺寸的缩径阀芯。 阀帽是另一主要承压部件，它有两个目的。首先，他为阀体提供了精致的帽或盖，并用阀帽或阀体的垫片密封。第二，他用填料盒（一系列的填料环）、压盖和导向器、填料间隔件及防挤出环等去密封阀芯阀杆，以防止或减少向大气泄漏。安装在填料盒以上的是压盖法兰，它是用螺栓与阀帽顶部连接。当压盖法兰螺栓拧紧时，填料被压缩，并将阀杆及阀帽孔密封。 阀芯头的导向与阀座环有关，它是由两种类型的导向器完成。双底部阀杆导向器，使用两个紧密配合的导向器位于填料盒两端，以保持阀芯与阀座环同心（图4.2）。导向器可由于阀芯匹配的一种金属整成以避免磨损，或也可使用弹性体或石墨衬套。双顶部阀杆导向器的关键因素是两个导向器必须是远远地互相离开，以避免由于工艺物流作用于暴露在工艺物流的阀芯头上面产生的任何侧向运动。导向器、阀帽孔以及驱动杆必须保持恰当的容许偏差，以便维持一个平稳的直线运动而不会咬合或溢出的配合。当工艺物流冲击阀芯头时为避免侧向运动，某些阀芯配有大直径的阀杆以抵抗弯曲。但与较小直径的阀杆相比较，较大直径的阀芯会增加圆周长度，从而增加密封和泄漏的可能性以及填料摩擦。但阀杆摩擦问题可使用较高推力的执行机构来纠正，例如使用活塞圆筒执行机构，他很容易地应付增加的阀杆摩擦。

第二种导向器的结构是笼式阀芯导向器。对于笼式阀芯导向器结构（图4.3）上导向器防御填料盒顶部，而下导向器表面位于物流之内，利用阀芯头俄外径在笼式阀芯导向器的内径内进行导向。因为上导向器和下导向器之间的距离是很大的，因而工艺物流造成的侧向阀芯运动不是个问题，故这种导向器所要求的容许偏差不像双底部阀杆导向器那样精密。这也可以使用较小直径的阀芯杆，从而提供一个较小的密封表面和减少阀杆磨损（当使用下部执行机构时，它是必需的）。笼式阀芯导向器可以降低操作中阀芯的任何振动变化和协助制成阀芯头的重量。

因为导向器表面是在物流之中，故工艺介质应相对地物颗粒，或不产生咬合或划痕。在同样情况下，由相同的或近似的材料制造的阀芯头和笼式阀芯之间在演唱操作时会磨损。高温也可导致热膨胀和咬合。对于磨损和温度问题，可采用由弹性体或不磨损金属制成导向环以不久，该导向环安装在加工到阀芯头内部的沟槽中。

笼式阀芯设计成带有打的流动孔（由2个到8个）以使物流根据流动方向流入或流出阀座。它们也可以改进为分阶段的压力降，即是减少阀门的压力降和流速以避免产生空穴、闪蒸、磨损、振动和高噪音水平。为确保阀芯密封表面和阀座环密封表面的对准中心，某些设计将笼式阀芯和阀座环并成一个部件，此种一个部件结构能维持笼式阀芯内径和阀座内部直径同心。 笼式阀芯也可用于确定流动特性。笼式阀芯的流动孔，有时可加工成具有可使阀芯自阀座环提升的形状。采用此种办法，一定百分数的流动孔面积被打开，而仅允许在形成那部分的流量通过。变化孔的尺寸和形状，可产生不同的流动特性。 在阀芯设计中，不具特征的笼式阀芯（例如那些用一个阀座环支架或用螺纹拧入阀座的笼式阀座，它将在以后讨论），阀芯头可加工成特殊形状以提供固有的流动特性。想反，在图4.4中，表示一个可提供直线式特性的V形阀座阀芯头，它是圆柱形并带有加工到圆柱体内的V形槽。

对于截止阀，阀芯的阀座表面在关闭点时，应与阀座环接触表面全部封闭。虽然在以前阀门使用同一角度，但现行的结构采用的角度则有不同，其阀芯角度比阀座环的角度较为陡峭。这些轻微的不匹配，确保了一个狭窄的接触点，使得全部阀芯轴向力传递到阀座，以保证金属对金属的最严密的关闭可能性（正常的ANSI Ⅱ级关闭是标准，但是使用高推力圆柱执行机构也能达到Ⅳ级关闭）。如同分类上允许有小量的工艺泄漏一样甚至对ANSI Ⅳ级关闭，金属对金属阀座也永远不会完全封闭物流。

阀座环固定于阀体上时，阀座环和阀体之间的缝隙用垫片密封。阀座环固定在阀体上可采用一下两个方法之一。 首先，常用固定阀座环的方法是通过夹持的办法。阀座环嵌入阀体加工成较大的直径内，并采用阀帽的阀座环之间的一个零件（叫做阀座保持架）使其保持就位。

如果保持架用来导向阀芯头，它叫做笼式阀芯，但也能起到支持阀座环的双重目的作用。如果加工的阀体直径较大，阀座环将会有某些自由运动，从而产生侧向运动，此侧向运动可使阀芯和阀座快速而容易地对正中心。组装过程中，在阀帽法兰螺栓全部拧紧之前，一个信号送到执行机构，使阀芯头就位于阀座上，在两个零件相匹配的支座表面之间提供一个正确的对中。当阀芯和阀座环对中之后，拧紧阀帽法兰螺栓，其后续之力通过支持架或笼式阀芯传递以获得阀芯头与阀座环的就位位置。如果阀座环没有自身调节功能，它的支座表面必须与阀芯头的支座表面研磨。研磨是一种工艺，即是将淹没材料放在阀座环的支座表面上，将阀芯放于其上并旋转知道全部接触。支承的阀座环以容易拆卸而为人所熟知，特别是在有腐蚀倾向的工况，因为一旦阀帽和阀座支撑架或笼式阀芯被拆卸后，阀座环恰好由阀体内取出。支承的阀座环惟一的缺点是只有在使用高推力的执行机构时，它才能很好地工作，这是因为需要大的支座力才能保证良好的阀座环垫片密封。

第二个卡紧阀座环的办法是螺纹连接结构，即将阀座环用丝扣拧入阀体。这种结构的主要优点是不需要其他零件支承阀座环，而能提供一个简单的阀芯结构，并且没有笼式阀芯或阀座支持架来物流。对于三通阀或双阀座阀，采用阀座支持架或笼式阀芯从设计角度来说是不可能的，惟一的地踢办法是螺纹连接阀座的办法。带螺纹的阀座环广泛地应用于冷冻工况，在此冷冻工况中，阀体顶部要延长，以提供一个工艺介质和填料盒及顶部工件之间的物流隔离段。

具有螺纹的阀座有以下三个方面的缺点：首先和最明显的是螺纹可能被腐蚀，而使拆卸困难，这在长期使用情况下不是不可能的；第二，在阀芯和阀座环之间需要研磨供需以获得所需要的关闭；第三，在有振动情况下，在关闭的位置时，阀座环最终可能会松弛和产生泄漏及轴线不对中。去哦能根治，带螺纹的阀座环的缺点远远地超过其优点，因此较新的单阀座结构使用支架结构。当不能或者不能优先采用阀座支持架或笼式阀芯，并且介质的腐蚀不允许使用带螺纹的阀座时，则使用剖开阀体是切实可行的代替方法。

某些截止阀工况要求鼓泡严密关闭（ANSI Ⅳ级），这在金属对金属的密封上是得不到的。为实现此目的，可将一个弹性体嵌入阀座环内。在大多数结构中，阀座环由两部分制造而成，而弹性体则防御两个部件之间，如图4.5。如果阀芯和阀座环表面是同心的，组合的金属阀芯表面压向阀座环的支承表面能获得鼓泡严密关闭。某些制造厂将弹性体嵌入阀芯，也可获得同样的效果。 截止控制阀操作

最常用的截止阀使用T形阀体，它可使阀门安装在一直的管线上，其顶部工件或执行机构垂直于管线，并用它说明截止阀的基本操作。物流通过入口进入到防止阀芯的阀的中心部位。在此点上，物流必须旋转90°后通过阀座，随后又一90°旋转而经过阀座出口流出。

截止阀的流动方向由制造厂决定，但在许多情况下，是由阀门操作者作出确定。对于采用标准的进口和出口的单阀座截止阀，其两种选择是物流位于阀芯之下和物流位于阀芯之上。对于手动截止阀，物流永远位于阀芯之下。阀芯关闭物流产生一定阻力，但不是不能克服的，只要物流压力和流率是低的或中等的，相对地仍是容易关闭的。物流位于阀芯之下，当流体推向阀座底部时，容易开启阀门。但是流动方向对于配备有不宜于高推力的隔膜执行机构的控制阀是个重要考虑因素。如果流动位于阀芯之上，并且是高压操作，当揭露靠近阀座时，隔膜执行机构通常刚度不足以防止阀芯被关入阀座环内。同样，执行机构必须克服全部上

游压力而上提阀芯离开阀座，这些在高压看、工况下是困难的。因此低推力执行机构要求物流位于阀座之下，而使全部推力去关闭阀门，以克服流体向上的压力。另一种情况，物流位于阀座之下时，失效操作时个问题，此处操作要求在信号或动力失效过程中阀门依然开启。甚至，如果执行机构在发生火灾时，其安全失效的弹簧反映不能操作，物流位于阀座之下的结构，在物流推向阀芯远离阀座时，仍确保继续流动。

反之，在关闭失效情况下，物流位于阀座之上是重要的，此处操作要求在信号或动力的丢失过程中阀门要关闭。如果执行机构失效，而且失效弹簧也失效，物流作用在阀芯顶部，将其推入阀座。显然地，对物流位于阀座之上的操作，如果执行机构没有足够的刚度（不管工艺压力如何而保持位置的能力）。则在接近阀座的节流是存在问题的。执行机构必须有足够的推力去克服上游流体压力，而将阀芯上提到离开阀座，此上游压力在非流动状态将增加到最大值。考虑刚度和推力问题。在流动必须越过阀芯的多数情况下，活塞圆柱执行机构是优先于隔膜执行机构被考虑的。

如前面第4.2.2节所述，截止阀的流动特性可改变为等百分比式、直线式或快开式流动特性。如第2.2节中详细说明的那样，流动特性确定了在某一阀门位置时预期的流率（以流动系数或Cv表示）。这样，用一特定的流动特性，用户可以确定在一给定的仪表信号下的流率。当物流达到阀芯时，如果阀芯是出于节流位置，物流则被控制而节流。节流是由笼式阀芯的孔的接触液面部分而产生的，它是基于阀芯的直线位置而定的。它亦可以由V形座阀座面积的一部分时，节流也可以由对物流开启的阀座产生。当发生压力降情况

（下游压力低于上游压力）时，物流自入口经过阀座运动到出口。当物流通过阀座时，传输压力降低而流速增加，当流体进入截止阀体底部后，面积扩大，压力回复到一定范围，速度降低，流体继续流向出口而自阀门流向下游。当物流进入阀的面积时，主要考虑的是沿阀芯周边的阀体工作台面积。在理想的情况下，流体应沿阀芯自由循环，使物流能从每一个可能方向进入阀芯。对于笼式阀芯和支持架，物流应当自一个孔等量地进入，而使作用在阀芯头的力相等。如果在任一面积狭窄（例如在笼式阀芯背侧），速度增加时，则导致产生噪音、磨蚀或下游湍流。此外不等之里作用在阀芯头，如果它不是被笼式阀芯或支持架所支撑，将会导致阀芯头的轻微弯曲。 当截止控制阀关闭时，执行机构的轴向力传送到阀芯头及其支承表面，并克服阀座环的轻微不匹配的角度而使其接触。当完成全部接触后，阀门关闭，按ANSI泄漏分类允许少量或没有物流经阀芯通过。如果轴向力作用在相反方向，阀芯提升并到达全开位置，则整个支承面积会为物流以及笼式阀芯和支持架的孔打开。 因为工艺物流是在压力之下，而阀门外部环境为常压，物流区图通过阀门的缝隙逃脱。如果使用法兰或RTJ接头时，则端部接头垫片和阀帽垫片的静密封防止了泄漏。物流企图通过的华东阀杆逃脱，但它被阀帽填料盒内的填料动密封所防止。在关闭位置，物流可能经过阀座而逃脱，但它被阀座环和阀体之间静密封所阻止。 截止控制阀阀芯变异 对于特殊工况的要求，截止控制阀根据不同物流要求可采用若干特殊阀芯。某些工况要求特别低的流动系数，其Cv在任何地方均可下降到0.000001。因为极低的流动系数，这种结构仅用于较小的阀门尺寸（小于2in或DN50）。阀芯头形状是很窄小的，由于其针形外表，而博得了振兴阀门阀芯的名词（图4.6）。因其直径为小的变异，其对总流动系数和流率有很广泛的影响。针形阀芯使用微型

机械工序加工的（使用钟表工业开发的技术）。惊喜的阀芯要求阀芯头的加工形状应反映流动特性。针形阀阀芯要求一个非常精密的方法去调节阀座和阀芯支承表面之间的距离。非常细的螺纹（两倍于正常阀芯螺纹尺寸）一般是需要的，是的每旋转一圈的直线调节量是极少的。

压力平衡阀芯是一个特殊的阀芯改进，它使上游压力作用在阀芯头的两侧，明显减弱了不平衡之力和关闭阀门所需的操纵器的推力。当阀门必须关闭大直径阀座并伴有高压介质之力和高压力降时，它有时用来代替正常阀芯结构。因为调节元件必须超过这些力，必须采用特殊的来自高推力执行机构或尺寸较大的执行机构产生的较低的推力去关闭阀门。在其他工况想，标准的阀门需要一个较小尺寸的执行机构以适应紧凑的空间。在此情况下，压力平衡阀芯，要通过减少阀芯不平衡面积而减少对较大的标准执行机构的需要。压力平衡阀芯通常用于较大尺寸的阀门[12in(DN 300)或更大]，在此处大量的物流经大的阀座通过，但较大的执行机构的费用将较压力平衡阀芯的费用为高。

压力平衡阀芯要求一个特殊阀芯和套筒，该套筒在许多方面近似于笼式阀芯。这些部件使得上游压力作用在阀芯上下两侧，如图4.7。套筒内径略大于阀座环的内径，阀芯要求一个较小的阀芯杆以减少不平衡面积，并配有金属活塞环、O形环或聚合物环，当它安装在套筒内测时，在阀芯之上部产生压力室。一个或连个加工孔穿过阀芯头，使得流体压力作用于阀芯两侧。实际上将产生一个等于上下不平衡面积的净力。

对于高的入口压力和大阀座面积，需要一个大的执行机构力去关闭阀门。使用标准阀芯（不平衡阀芯）所需关闭阀门之力等于总的不平衡面积乘以相应压力，如下式所示：

FOBA=P1（As-Astem）-P2（As）

式中 FOBA——超过不平衡面积所需的执行机构力 P1——上游压力 - P2——下游压力

As——阀座内测直径的面积 Astem——阀芯杆外侧直径的面积

然而，对于压力平衡阀芯及其平衡器结构而言，其不平衡面积很小，它要求较小的执行机构力，如下列公式所示：

FOBA=P1（Asleeve - Astem）-P2（As）

式中 Asleeve——套筒内测直径面积

对于压力平衡阀芯，不平衡面积（可能很小）越大，则关闭也越大。例如在较小尺寸的截止阀（0.5in到3in，或DN12到DN80），不平衡面积很小，ANSI Ⅱ级关闭是标准的，ANSI Ⅱ级标准要求最大泄漏率是阀门额定容量的0.5%。另一方面，尺寸为4in（DN100）和以上的阀门，阀芯不平衡面积增加，ANSI Ⅲ级关闭是可能的，ANSI Ⅲ级要求最大泄漏率为阀门额定容量的0.1%。

对于标准不平衡阀芯，物流方向能促使运动的失效（采用物流位于阀芯之上时，则关闭失效；采用物流位于阀芯之下时，则开启失效）。对于压力平衡阀芯，则发生相反情况，物流位于阀芯之下时，则为关闭失效情况；物流位于阀门之上时，则为开启失效。对于开启失效或关闭失效所需要的执行机构之力与不平衡面积有关。因此对于物流位于阀芯之上和开启失效情况，不平衡面积等于套筒面积减去阀座面积，弹簧力必须超过压力乘以不平衡面积所得之力可计算如下：

Fopen=P1（Asleeve-Aseat）

式中 Fopen——对于开启失效所需的弹簧力。 对于物流位于阀芯之上和关闭失效的情况，则不平衡面积等于套筒面积减去阀芯阀杆面积，如下列公式所述：

Fclose=P1（Asleeve- Asstem-Aseat）

式中 Fclose——关闭失效所需的弹簧力 在标准工况下，使用压力平衡阀芯的主要优点是能够使用存储较小和功率较低的执行机构。另一优点是能够处理高压降或高工艺压力而不需使用昂贵的非标准的执行机构。在某些例子中，以为不能获得此种尺寸阀门用的一个极大推力的执行机构或与可利用的空间不适应，则惟一办法是采用压力平衡阀芯，通过它可处理某些工况。

另一方面，压力平衡阀芯具有四个主要缺点：首先，因为压力平衡阀芯仅在阀芯和套筒之间的华东密封下工作，流体必须相对地情节且不含颗粒；此外，在阀芯和套筒之间，密封可能被损伤和导致泄漏及磨损。其次，因为阀芯的平衡天性，连同较小执行机构的低推力，通过阀座的泄漏率不如不平衡阀芯那样好，正常是 ANSI Ⅱ级。第三压力平衡阀芯最初的费用较标准阀芯为高，但使用较小的执行机构可补偿此费用，甚至使总费用更为便宜。第四，因为密封时在工艺物流之中，阀芯需要一个较短的操作周期，特别是工艺介质中含有颗粒时。 双座阀芯是一种特殊阀芯结构，用以满足和压力平衡阀芯相同的目的：减少工艺介质作用在阀芯的影响，并降低推力要求和使用较小的执行机构。此组合件特征为两个阀座和一个简单的带有两个阀芯头的阀芯，两个阀芯头一个位于另一个之上（图4.8）。在空气开启（失效-关闭）工况，当阀芯座组合件在工作台顶部时，是物流位于阀芯之下的结构；当阀座组合件在底部时，是物流位于阀芯上部结构。在空气关闭（失效-打开）工况，则使用相反的结构。当阀座组合件位于物流之上时，则是物流位于阀芯之上；如果阀座组合件位于底部时，则为物流位于阀芯之下的状态。

在打开阀门时，基本力作用在两个阀座之上而几乎互相抵消。物流压力推向上部阀芯头离开阀座，而下部阀芯偶被拉出以抵消物体压力。在关闭时则发生相反情况，上部阀芯头你这物流而推动，在下部阀芯头则被物流助推。总之，原则上双阀座接近于压力平衡阀，但实际上它们有些地方是介于压力平衡和非平衡之间，这是因为物流作用在带有一个阀座的阀芯外形上和带有其他阀座的阀芯头的顶部（通常为平的表面），而产生动力不平衡。对于双座阀门，流动特性几乎永远由阀芯头的外形所确定。导向工作由上部和下部导向器完成。山不导向器放置于上部阀座之上，而下部导向器则位于下部阀体区内，再次区内配备有用于组装和拆卸的下部阀体帽。此种结构也使形成方向易于反向（空气开启到空气关闭，或反之）。阀体也可反向利用阀盖和下部阀体帽维持其以前的位置。 双座式阀芯也可用于改变物流方向，合并物流和分开物流的三通阀。在改变物流方向中，阀芯和偏移位置，意味着两个阀芯头之一是永远位于阀座上，而其他一个则处于全开位置上。当阀门由形成一端移动到另一端，则发生相反的情况。以前关闭的阀芯头到全开位置而以前开启的阀芯头移动到全关位置。对于在两个出口见分开物流，可利用相同的不知，但行程保持在节流中间，使两个阀座开启到一定范围，物流移动到两出口。对于合并物流，阀门的流动阀箱，对于两个入口和一个简单的出口则方向相反。使用双座阀门用于三通工况，意味着一个下部导向器表面作为阀体部分是不可能的。再次情况下，阀芯头被设计成在阀座中导向，利用阀芯头的刻槽以得到流 量控制。

双阀座的缺点：第一，阀芯和阀座在T形管线阀门形式的对正中心，其要求是严格的，如果一个阀芯偏离对中是，则一个阀芯可全部坐在阀座上，而另一个则略微偏离阀座，通过阀座产生泄漏。因为对正两个阀座以得到相等的关闭是困难的，其允许泄漏为阀门额定容量的5%。因为热膨胀会导致两个阀座之间的距离加大而使泄漏增加。第二，结构上要求用螺钉拧入阀座环，但它易于腐蚀，且必须研磨抛光以保严密关闭。

另一种阀芯的变异是卫生的阀芯，它是视频和饮料工业中需要的用阀。这种阀要求所有与介质接触的零件均由不锈钢制造，并规定使用角型阀体，它使下游出口与入口成90°角。另一方面，物流自阀座环直线导下。对于卫生的工况，不能存在物体的坑穴或流体的汇集，否则会导致污染或细菌滋生。当用水货蒸汽清扫系统时，其自身排水功能使系统很快干燥，为其他的工艺流体做好准备，系统处于备用状态。

卫生阀芯（图4.9）的阀门在系统降压或阀门关闭时，本身自动排液，而自出口排出。为防止坑穴汇集液体，卫生阀芯有极少的平面积和没有墙壁为主的坑穴。在某些结构中，支承表面是自阀体内加工而成的，以避免阀座环和阀体之间的缝隙。阀芯头自顶部直到阀芯杆处事带有锥度的。因为卫生操作，必须具有严密的关闭，因此阀芯头向前弹性体垫圈以得到鼓泡严密。压力平衡阀芯可能存在汇集的面积，故它永远不是一个选用的方案。大多数卫生阀门要求使用不锈钢执行机构以避免情节环境中产生任何类型的氧化。 截止控制阀阀体变异

截止阀被认为是最通用的阀门结构，这是因为对于不同的管线布置和功能，其阀体能够在很多方面进行变动。最常用的单阀座截止阀提醒是物流通过结构（有时也叫做T形阀体），如图4.10所示。基本上，阀体的类型可使阀被安装在直线通过的布置上，其升杆作用垂直于管线中心线上。不像大多数1/4旋转阀或闸板的物流运动相对无妨碍地直线通过阀体那样，此处物流穿过结构时物流要通过两

个直角转弯，产生明显的但却是某些工况所不可少的压力降。当物流通过入口座运动时，则物流通道向上转移（或向下转移，根据流动方向而定）接近30°直到物流达到阀体工作台，是的物流位于阀座之上（或以下），该阀座通常位于管线中心线上。在物流位于阀座之上的情况下，物流进入沿阀芯周边的工作台面积，然后物流旋转120°而流动通过阀座。在此点上，物流垂直于管线中心线。当物流流出阀座，沿着物流通道再旋转120°，向上（或向下）转移直到流体遇到出

口座并向外运动到下游管线。

截止物流直通阀体在冷冻工况下，可通过位于调节元件之上的阀体室来改进（图4.11）。这种阀体型的上部室可使少量的液化气体在工艺介质和填料之间蒸发，作用像个期铜——气化造成的压力实际傻瓜组织了任何液体进入此室。对于物流直通阀体行的另一个代替单阀座提醒的是角形阀体型（图4.12）。用两个出入舱口代替水平管线结构，一个舱口相对另一舱口旋转90°（或直角）以适应需要需旋转的管线。垂直于提升阀杆的舱口叫做边舱口，而与提升阀杆平行的舱口叫做底部舱口。使用角形阀体的阀可用于许多工况，首先角形阀有时用于气穴工况，此处爆破的气泡直接导入下游管线。根据气穴的严重情况，气穴可不直接冲击金属壁（此种是截止直通阀体底部的情况），而是在管线中不产生任何损害地爆破。如果控制阀是排入储缸的管线系统一部分，可使用角形阀以便任何出现涡凹的液体流入大的容器中，而不影响附近的任何金属表面。一个角形阀也可使用文式管阀座环（图4.13），此环是一个延伸的阀座环，它可以防止底部舱口边缘和下游管线的有害工艺影响，例如磨蚀和腐蚀。因为阀体结构的俄直角旋转，角阀可安装在本质向上升的物流的工况，例如原油，天然气或蒸汽操作。角阀的特殊瓶中叫阻流阀，大多用于水源工况，许多矿业工业包括气体操作（它具有特殊的物质如砂或污渣），他们有近似于喷砂的工磨蚀过程。改进的净化型角阀（图4.14）有陶瓷制作的阀芯以便于耐久，是的颗粒向下导入管线而不直接冲击任何阀体壁。同时角阀易于排液，因为它不存在使流体汇集的坑穴。

使用角阀的一个缺点是调节元件产生的湍流流动能使湍流直接导入下游管线，产生比使用物流直通阀体所产生的振动和噪音更大。物流直通阀的下游侧的刚性很强，在物流计入下游管线之前，它能处置在兼顾容器内的能量转换。角阀比其他类型的截止阀有较高的压力恢复能力，而产生一个较低的σ值（附录中的空穴），它意味着增加气穴机会。

另一种变异的截止直通阀体型式是出口扩管型，它既不上市直线通过结构，但其端部接头则较规定的阀芯尺寸为大。例如一个4×2in出口扩管型阀门将有4in的端部连接（以便安装到4in管线上），但有2in阀的全面积阀芯。出口扩管型阀门用于降低焊接费用或减少在阀体上安装异径接头之处。出口扩管型阀体的面

对面尺寸比一个带有异径接头指出。出口扩管型阀体的面对面尺寸比一个带有异径接头的正常截止直线通过阀段，此点在管线系统空间有限时是很重要的。当需要一个带有缩径阀芯的较大尺寸的阀门时，此种类型也是一种节省费用的办法。较小的阀芯尺寸其作用也像缩径阀芯一样，但是在技术上它被认为是较小尺寸的阀门上的全面积阀芯。

另一种截止直线通过型的变异是偏移阀体型，它具有物流直线通过性能，但其入口和出口平行而彼此不再一条线上（图4.15），阀座位于两条管线中心线间的中心位置上。偏移阀门用于独特的管线结构，因为物流通道不能因为向上移动或向下移动而使物流位于阀座之上或之下。不想T形截止阀，便宜阀体产生较小的压力降。

剖开阀体型，其阀体由两个分离的部件组合而成：即上一半阀体和下一半阀体（图4.16）。此凉拌阀体在阀体中心处相互链接，在两个半阀体部件之间夹持有阀座环。两个半阀体部件使用螺栓连接的。阀座环两侧的垫片密封压力。阀帽整体地连接到上半部阀体上。这是优选的，因为一个好的结构应当减少潜在的泄漏通道，而使用一个可拆卸的阀帽将增加另一潜在的泄漏通道。采用剖开阀体结构有许多优点：首先，阀座环保持就位不需使用阀座支持架或笼式阀芯进行对中和进行阀座环就位，实际上，它结合了阀座支持架和螺纹阀座环的两者优点。在阀芯和阀座环必须经常检查或更换的工况下，例如在高腐蚀的化学介质操作，结构和拆卸的简单化则可经常进行检验。剖开阀体结构也可采用一个部件使阀芯减轻，如果阀体时由国外的合金制造的，这也可能是个选用因素。它也可避免涉及到笼式阀芯或阀座支持架的一些流动难点，例如擦伤或噪音。第二，拆除阀座环的拆卸量很少，切下半部阀体可自管线上整体拆除。第三，在某些结构中，两个半阀体部分能够拆卸，并在两个方向旋转90°角以设置直角角阀，垂直于提升阀杆，与安装正确的角阀对照，此处底部舱口是和提升阀杆在一直线上。对于剖开阀体，执行机构或手动手轮能够保持铅直；对于安装正确的角阀，执行机构将在它的一侧。剖开阀体阀门有某些条件，例如它被规定仅限用于法兰端部连接。因为蒸汽或其他高温工况要求采用对焊或套焊的端部连接直接将阀门焊到管线上，不能拆卸阀门以去除阀座环，所以剖开阀体不能用于蒸汽或其他高温工况。如果阀体连接处罚僧泄漏，由阀体螺栓处可以查出，在此处流体会造成腐蚀，而使拆卸困难。

另一种奇特的阀体型是Y型阀体型，它是一个提升杆与入口或出口轴线倾斜45°（有时为60°）的阀体，此入口或出口轴线应和管线在一直线上（图4.17）。Y形阀体阀用于最大的σ值且是压力降很小的截止控制阀中最好的一种类型，但采用带有整体阀座和过大尺寸的阀芯者除外。此外，因为阀体避免直角旋转和阀芯被推出几乎离开物流，通过阀体时产生很少的湍流并降低噪音。当顶部工件垂直于地面时，Y形阀体同城用于管线倾斜45°的管线系统，而是阀体和管线在同一直线上，这些使得容易维护和较好地操作。当阀体位于45°角时，切没有流体聚集的坑穴，则Y形阀体经常用于本身自排液工况。

三通阀体型，有三个出入口的舱口，两个舱口与管线中心线在一直线上，另一舱口侧与提升阀杆位于一直线上。此种结构采用具有上部和下部支承表面和两个匹配的阀座特征的阀芯头（图4.18）。根据阀芯位置和管线防伪，工艺物流能够改变方向、分流自相对面的侧舱口改变方向。当物流需要分流时，阀芯停留在两个阀芯见得节流位置，物流改变方向到两个侧舱口和底部舱口。两个单独的物流也可用相同的阀体进行并流，但所有相对方向的侧舱口和的地步舱口接受上游工艺物流则除外。当阀芯位于中间位置，所有工艺物流在流出侧舱口之前合流。 三通阀另一供选择的结构涉及到一个带有方便的三通匹配器的直线通过阀体（图4.19）匹配器由一个上部阀体延伸部分构成，它安装在阀体之上，此处在正常情况下是阀帽的安置场所。在阀体和匹配器之间，有一个上部阀座夹在中间。匹配器北邮一侧舱口，如果能够使用端部连接而不受任何舱口影响时，它能安装在四个象限中的任何一个象限。法兰端部连接是个例外，它仅能用在直角处，因为法兰被同一直线的管线或其混合或分开物流。这种类型结构的明显优点是阀门能够改变为三通操作而不需要一个新的阀体，而仅是增加一个匹配器和上部阀座环及阀芯。其缺点是在阀体组合件上增加了附加的泄漏通道的可能性。 第三节 蝶形控制阀 1. 蝶形控制阀的介绍； 2. 蝶形控制阀的设计； 3. 蝶形控制阀的操作；

蝶形控制阀介绍

虽然蝶阀自1930年就已经问世，它主要用作开-关隔断阀，知道过去的20年才开流用于节流操作。在随后的1970年蝶阀结构进行改进，不仅使它用于更多的节流工况，并且也使它在某些工况中由于截止阀。这种截止控制阀和开关隔断阀的差别在于其名称为高性能蝶阀。在简单的术语中，高性能蝶阀是一个1/4旋转（0°～90°）的选择运动阀，它采用一个旋转圆形阀盘作为调节元件。典型地，蝶阀控制阀可用于尺寸由2in到8in（DN50到DN200），压力为ANSI150级到600级（PN16到PN100）；10in到12in（DN250到DN300），压力为ANSI150级到300级（PN16到PN40）；14in到36in（DN350到DN900），压力为ANSI150级（PN16）。

当阀门全部开启，阀盘实际上已深入到管线本身之内，而使蝶阀不同于其他阀门结构。蝶阀阀体与其他类型阀门相比较，它具有很窄小的面对面尺寸，使得阀体能在两个法兰之间安装，而不需要特殊的端部连接。这种类型的不知被叫做螺栓直通连接，并仅限使用一定的螺栓长度。如果螺栓长度过长，螺栓将遭受工艺介质或外部火灾的热膨胀而导致泄漏。

最初蝶形控制阀被设计成为自动开-关隔断阀，然而随着近来改进成为旋转阀执行机构和阀体组合件，现在利用附加的执行机构或执行机构系统，它们能够用于节流工况。如3.4节中箱数，蝶阀家族可分为两组：同心蝶阀和偏心蝶阀。通信蝶阀正常用于开-关隔断工况，它采用一个与阀体中心统一直线上的简单的阀盘。一般地，通信蝶阀由铸铁或其他便宜的金属制造，并内衬以橡胶或聚合物。因为其性能较低，它们京城配备手动操纵器。在某些情况下，如节流工况，手动操纵器将更换为执行机构系统。在大多数情况下，简单的同心蝶阀严格地用于开-关操作。甚至用于节流操作时它们本身也不配备自动控制，而其他专门为节流控制

的结构则配备有自动控制。这是因为同心蝶阀最初是为开-关隔断操作而言就开发的。同心蝶阀有交叉的幅度变化范围，而节流专用蝶阀具有改进后的结构，使得在整个行程内有较佳的流量控制。

偏心蝶阀是专门为高功能节流工况设计的阀，采用一个偏离阀体中心的阀盘。同时作为看那个支付的大多数蝶阀的特征是偏心蝶阀。在很大程度上，蝶阀使用普通阀门材料，例如碳钢、不锈钢或合金钢。当配备执行机构和定位器时，它比已经自动的同心蝶阀精密很多。

与其他节流阀相比，有许多理由可知偏心蝶阀是今天发展最快的控制阀类型之一。因为涉及到由直线机械运动转换成旋转运动所带来的非线性问题，截止阀在高压力降工况下较蝶阀更为精确。但是在今天，通过蝶阀的控制，在许多低压力降工况和其他标准的操作中更能满足要求。 与截止控制阀相比，蝶阀的尺寸较小和质量较轻，因为对方阀体组合件质量是任何科比阀重的40%～80%，并且重量小于截止阀体组合件的一半。此外，蝶阀通常可采用较小的执行机构，因为调节元件的质量在分析执行机构力中不是一个决定性因素。当尺寸变大时，蝶形控制阀和截止控制阀之间的调节元件之间的质量差别更为明显，如表4.1。这意味着蝶阀在有限空间和考虑阀门质量的情况下是有限采用的。

表4.1 截止阀和蝶阀的质量比较 法兰连接的截止阀，带无法兰连接的截止阀，带阀门尺寸 执行机构的标准分，执行机构的标准分，减少百分数 ANSI150级 ANSI150级 2in 75lbs 40 lbs 47% DN50 34kgs 18 kgs 3in 160 lbs 46 lbs 71% DN80 73 kgs 21 kgs 4in 240 lbs 52 lbs 78% DN100 109 kgs 24 kgs 6in 360 lbs 96 lbs 73% DN150 163 kgs 44 kgs 8in 590 lbs 110 lbs 81% DN200 268 kgs 50 kgs 10in 1050 lbs 267 lbs 75% DN250 477 kgs 121 kgs 使用蝶形控制阀的另一主要优点就是尺寸相同时，它有较大的流动系数，较可比的截止阀能通过较大的流量。因为蝶阀的轴是由选择运动代替直线运动，摩擦力远远低于直线运动阀，因为需要一个较小的推力而可使用较小的执行机构。蝶阀本质上具有高的压力回复系数（7.2.9节），这个系数用于预测发生在首先所断面和阀出口之间的压力恢复。蝶阀回复压力降的能力受到薄片型阀体的集合形状、阀门最大流量能力和对空穴或阻塞的操作能力等影响。总之，具有高的压力回复能力的蝶阀，在低压力降工况下工作得特别好。

使用蝶阀的最大缺点是因为它的高的压力恢复能力，它经常诶用于低压力降操作。虽然蝶阀在正常情况下不发生闪蒸，但安装在高压力降工况上的蝶阀很容易产生空穴和阻塞物流。虽然可以设置某些特殊抗空穴设施去处理空穴，但用户仍优先选用截止阀处理空穴，这是因为截止阀的结果具有抗空穴的多种功能。另外一个缺点是蝶阀有一个由20到1的由差到好的幅度变化范围，这是因为阀盘较难在接近阀座环时保持在一个位置所致。工艺压力作用在蝶阀盘上产生明显的侧向荷载，但是可使用较大直径的轴来补救。蝶形控制阀的另一缺点是增加之后现象和由执行机构的直线运动由机械转换成调节元件需要的旋转运动时所造成的非线性区。阀门制造厂曾利用华健配合的轴，或其他安全连接件以减少此问题，但截止阀可用直线运动避免此问题。因为旋转调节元件的，蝶阀尺寸在2in（DN50）或更大。因为侧向载荷作用在阀盘上，高性能蝶阀的最大尺寸可达到36in（DN900）。 蝶形控制阀设计

典型地蝶阀是两种类型之一，薄片型阀体（有时也成为无法兰阀体）是一个平的阀体，它的面对面尺寸很小，约等于两倍所需的壁厚加上填料盒的宽度（图4.20），在此尺寸内，阀盘在关闭位置，必须使阀座和阀体在流动部分内相适应。因为薄片型阀体具有很小的面对面尺寸，用直通螺栓连接二个管线接头法兰是可行的，而不必害怕热膨胀导致的泄漏。薄片型阀体通常用于12in（DN300）以下的小尺寸。当预期有较大程度的热膨胀时，或调节元件在薄片型阀体内不能配合时，则采用另一种提醒就是带法兰阀体，它用于较大的蝶形阀[14in（DN350）或更大]，并需要一个较大的面对面尺寸（图4.21）。带法兰的阀体上游与标准管线法兰相匹配的整体法兰，如图4.22所示。另外一种阀体型是凸耳式阀体，蝶形阀体上游以整体法兰，此法兰具有与管线法兰统一模式的孔。每个孔自每一个方向带有锥度并在孔的中心线上相遇。这种布置时的阀体位于两个法兰之间。然后通过管线法兰将双头螺栓插入阀体整体法兰。在确信双头螺栓已拧入整体法兰后，双头螺栓拧上螺母将管线法兰固定在阀体上。凸耳式阀体用于不能采用直通螺栓的工况，例如热膨胀，或不允许使用两个整体法兰的较小尺寸的阀门。

蝶阀阀体的密封面经常是齿形的，用以固定和确保管线和阀门之间法兰垫片的位置，蝶阀的内径尺寸接近于管线内径，它可允许较高的流率及直线通过流动。垂直于阀流动面积的是轴孔，它是由两侧钻孔的。由一侧钻孔而不发生偏移或不使用长钻头是很困难的。

蝶形阀的调节元件叫做阀盘，它旋转进入阀座。阀盘是一个圆形而平坦的元件，它安装在旋转轴上（通常使用带锥度的销）。当轴旋转，阀盘在0°位置关闭，在90°处全部开启。如果在阀盘上的准确中心线上，轴被安装在阀盘上，它就是已知的同心阀盘。当阀盘偏离垂直线和水平线两者时（见图3.14），它被认为是偏心凸轮阀盘。

阀盘设计成当工艺介质通过阀门移动式，要减少物流干扰。轻微的角度和圆形表面是普通阀盖结构的特征。当关闭时平面的一侧（面向阀座）叫做“面”，而相反的一侧叫做背侧。这个面设计成有些轻微的中凹（共性），所以在开启流动位置处可得到最大的流量。而在背侧，有时会配备有阀盘制动器，它和阀体的流动面积内的相似制动器相配。制动器可防止阀门的国度形成。过度形成会导致阀盘驱动阀座，使阀座产生不可挽救的破坏。阀座周围沿着阀体流动面积的整个内径环绕，并且安装在阀体的一端。如果阀座使用的是聚合物，它叫做软阀座；当使用弹性金属作阀座表面，它叫做金属阀座。阀座安装在阀体的端部，并被阀座支持架保持就位，使用螺钉或压紧配合保持阀座和支持架就位。在阀座和支持架就位之后，支持架的面通常与阀体的面对齐。在某些结构中，阀体支持架略微自阀体面伸出，在阀体安装在管线上时，使垫片压缩。 阀盘采用一个或更多的斜销将阀盘安装在轴上。轴被位于轴两端的紧配合导向器所制成（有时叫轴承），阀盘安装在轴孔上，以防止轴和阀盘的侧向运动，侧向运动将导致轴线不重合。止推垫圈也可防御阀盘两端并位于阀盘和阀体之间，以保持阀盘和阀座的严格轴线对中。

偏心蝶形控制阀有许多不同的弹性阀座结构，以处理高温和高压（大部分结构以相似方法操作）。大多数常用软阀座的一种设计师利用泊松效应，如果用较大压力从一侧将O形环或弹性体放置在支承表面上，由于压力作用软材料将变形。换言之，当压力将软材料推向支承表面时则发生变形（图4.23）。由泊松效应上游压力比下游压力愈大，则密封愈好。回弹性聚合物内镶以O形环，由于泊松效应，它们工作得特别好。与泊松效应有关的事“锁紧杆”或“肘节效应”，它使用一个铰接的弹性体，该弹性体中间断面薄于外径或内径。当压力作用时，结构允许阀座外径挠曲并密封金属表面（图4.24）。第三个有回弹性的阀座结构是机械预加荷载效应，它要求阀座内径与阀盘外径有轻微的过盈。当阀盘接近阀座去关闭时，它与阀座相接触。当阀盘进一步移动进入阀座，由于阀盘的压力作用，导致聚合物就位于金属表面而阀座变形连载某些情况下，制造厂可能使用接卸预加荷载和泊松效应两者去获得正确的关闭（图4.25）。当使用软阀座，它拥有第二个目的其作用像阀体和支持架之间的垫片。金属阀盘典型地用于高温[400℉(250℉)以上]。金属阀座和阀座支持架为一整体（用一金属垫片放置于软阀座正常镶入的地方（图4.26）。在许多结构中，软阀座和金属阀座可串联使用，可使金属阀座在软阀座失效的情况下作为备件（图4.27）。蝶阀用于防火安全工况时，设置此备用阀座。在节流工况，在所有时间内阀门倾向停留在中间行程处，而永远不关闭阀门，则可不设置阀座作为节省投资的措施。

蝶阀的填料盒与某些截止阀的填料盒相似。填料盒的特征与所有填料盒相似：一个精加工的孔和适合各种填料结构的深度。但是一个主要的差别是蝶阀不需要一个底部填料组。因为旋转运动的结构，阀杆运动永不改变直线位置。另一方面，

填料永远与阀杆在同一位置上接触。因为阀杆旋转永远不移动其直线位置，所以不需要“擦拭”用的填料组。全部需要的是附加的间隔套、填料盒填料压盖。在蝶阀填料盒的开启端部需要上部导向器和轴承，而轴在阀盘的每一个端头上有其自己的导向器。轴也可由执行机构传送箱内的轴承导向，并采用压盖法兰和填料压盖压缩填料。

因为轴孔正常情况是由两端进行机加工的，所以采用一个丝堵或法兰盖封住对应填料盒的开口。为保持压力，需要一个垫片或O形环。如果使用管塞，它不应与轴接触，因为轴的1/4旋转动作可能使端部管塞旋转，导致工艺介质想大气泄漏。

阀体填料盒侧要设置安装孔，以安装传送箱。传送箱包括直线运动转变到旋转运动的机构，此机构可使直线运动执行机构用于1/4旋转阀上。安装在传送箱上的轴的端部是用花键配合或用几个半片轧制以阻止泄漏。常用旋转执行机构的结构，执行机构系统和手轮详见第五章。

蝶形控制阀操作

当工艺流体进入蝶形阀体时，是以直线方向经过运动通道尔运动，对物流的干扰仅有阀盘本身。在打开位置，阀盘的平缓角度和光滑表面使物流继续铜鼓调节元件而不产生显著的湍流。但是某些湍流水源会预期发生的，因为阀盘是位于物流之中的。关闭阀门时，执行机构或执行机构系统已接到信号，力被传递到旋转运动，轴处于1/4旋转状态，也就是在0°（全部关闭）和90°（全部开启）之间的任何地方。当阀盘接近阀座，工艺流体的全部压力和速度作用在阀盘背侧面的全部面积上（根据流动方向），而使稳定发生困难。当使用隔膜执行机构时，这种不稳定性会被组合，因为它不产生高的推力去启动。由于蝶阀的幅度变化范围很差（20到1），形成最后的5%对于用户来说是不可使用的。当阀盘与阀盘接

触时，产生某些变形，使得有回弹性的弹性体或挠性金属壁与阀盘支撑表面的轮廓相符合。 打开阀门时，信号导致阀盘运动并远离支承表面。因为在关闭位置机械力和压力作用在阀盘上，执行机构或手轮必须产生某些旋转运动力，叫做爆发转扭，使阀门开启。要求有最大爆发转矩的结构是那些要求有大的推行机构推力去关闭和安置阀门的结构。这样，关闭阀门的执行机构力愈大，爆发扭矩也愈大。当流体压力用来协助安置阀座就位时，则要求较小的执行机构力和较小的爆发扭矩。 原则上，打开的阀盘几乎近于平衡状态，因为一侧被流体力推动，而另一侧则为流体力所拉动。但是因为阀盘两侧不相同，即轴安装在一侧，而对应的一侧则较为平坦，使流动方向产生倾向性——既推阀盘开启，又拉阀盘关闭。大多数情况下，当阀盘的轴部分面向出口（下游），工艺流体倾向打开房门。另一方面，当轴部分面向入口（上游），物流有助于开启阀门。执行机构的失效机理必须考虑流动方向，以便产生适当的失效模式。

对于同心阀盘-阀座不知（阀盘中心和轴的中心在阀门内准确地在一条中心线上），在任何位置，阀盘部分永远与阀座想接触。在0°开启阀门，制成表面彼此全部解除，在其他任何位置，支承表面有两点接触，在此两点处，阀盘边缘与阀座接触。因为经常接触，同心阀盘-阀座结构有较大的磨损倾向，特别是在自动控制工况下。节流过程中，可要求蝶阀控制行程中间位置的小运动范围，在那两个接触点上造成磨损。虽然在节流过程中磨损不明显，但在阀门关闭时，最终可使在哪两个点上产生泄漏。为克服支承表面之间的京城接触问题，蝶阀制造厂优先采用偏心凸轮阀盘-阀座结构，在关闭时可使阀盘和阀座全接触；但当阀门开启时，阀盘和阀座不再接触，这种结构使轴（和阀盘）的中心轻微向下偏移并远离阀门中心。当阀门关闭时，阀盘自阀座提升，并略微偏离支承表面——足以避免经常接触。

由于阀盘和阀座布置的结构，与截止阀芯不同，在阀体组合件内部容易设计出一个流动特性。因此，蝶阀必须使用它的固有流动特性，实质上是抛物线型。为获得流动特性，必须使用带凸轮定位器的执行机构以提供一个改进的流动特性。

高性阀仅有的特点是阀门安装在管线两侧的能力，所以轴的方位（轴朝向享有或轴朝向下游）和失效模式（失效-开启或失效-关闭）能够与执行机构的空气-失效动作串联操作。图4.28表示四种常见方位[（1）失效-关闭，轴朝向上游，可能过期-开启；（2）失效-开启，轴朝向上游，空气-关闭；（3）失效-开启，轴朝向上游，空气-关闭；（4）失效-关闭，轴朝向下游，空气-关闭]。 第四节 球形控制阀 1. 球形控制阀介绍； 2. 球形控制阀设计； 3. 球形控制阀操作；

球形控制阀介绍

与蝶形控制阀在很多方面相似，在过去的20年球阀曾被用于节流工况。作为控制阀，它们曾适应自简单开-关阀的自动化到特别设计的准确控制工艺的自动控制阀的过程。改进密封设施和球的高精确度的机加工以提供严密关闭和特征化的控制。在很大程度上，他们用于高幅度变化范围的工况。球形控制阀典型地处理

300到1的幅度变化范围，显著地高于地形控制阀的20到1。这样高的幅度变化范围为调节元件基础设计所认可，它使球体旋转进入物流时而不产生蝶形阀盘活截止阀芯的明显侧向负荷。

球形控制阀也能很好地适应稀桨工况或含有前卫成分的工艺过程（如木材纸浆）。球体的旋转动作对密封产生剪切动作，在关闭过程中可使工艺介质情节地分离。相同的工艺在蝶阀或截止阀中（它们直接在工艺物流体内过到中使用调节元件或阀芯）将被阻塞或粘合。与蝶阀结构等五的沉积和损坏。另一方面，截止阀可使工艺介质中较重的物质沉积在截止阀底部（水平管线安装）或沉积在阀体工作台（垂直管线安装）。

严密的关闭时球形控制阀的一个特点，是因为球体与阀座保持经常接触。对于软密封，球形控制阀能够获得ANSI Ⅵ级关闭（鼓泡严密），但有一个温度范围，在高温范围内，可使用金属阀座，但它允许较大地 泄漏率（ANSI Ⅳ级）。球阀比截止阀有较高的流动容量，甚至比蝶阀也高，因为蝶阀在物流中防止有阀盘而能物流容量。因为典型球阀的流动能量比可比较尺寸的截止阀大约2～3倍，则可使用较小尺寸的球阀。这是一个明显的经济考虑。

表4.2列出截止阀（T和Y形两者）和球阀之间的流动容量比较。

表4.2 截止阀和球阀的Cv值比较 截止阀（T形阀体，物流位于阀阀门尺寸 球阀（薄片型，轴朝向下游） 提高百分数 芯之上，全面积阀芯，100%开启） 2in 46 104 126% DN50 3in 104 275 1% DN80 4in 179 445 149% DN100 6in 355 844 138% DN150 8in 606 1338 121% DN200 10in 7 3180 255% DN250 12in 1310 4150 217% DN300 球型控制阀的主要缺点是：虽然球阀的直线通过物流的型式提供较小的压力降，但是在球阀节流时几何尺寸的显著改变，提供较低的压差和较高的压力降并增加产生空穴的机会，尽管球阀的直线通过流动型产生绩效的压力降。如果操作工况可能产生空穴，则可使用较大尺寸的球阀产生较高的差动，并防止因采用较小尺寸而且有较大的Cv值的阀门所产生的高压力降。采用较大球阀也意味着对节流工况来说，阀门形成的最佳部分未被利用，而仅使用了最接近关闭位置的行程部分。

今天采用的两个球阀的基本结构是：全舱口球阀和特性化球阀。与手动操作开-关隔断球阀相似，全舱口球阀使用球状球体作为调节元件，球体上镗以与管线内径相同的孔作为特征（图4.30）。当权舱口球阀全部开启时，物流继续无阻碍地通过磁控，这样物流不重装条件元件或调芯，产生小的压力降（如果有的话）和绩效的工艺湍流。尽管开-关操作是最佳的选用，但全舱口阀门很少用于纯节流工况，因为球体镗孔的尖角边缘会产生噪音、空穴、磨损和增加压力降。尽管全舱口球阀经常用于开-关操作，但它也被用于需要采用清洁猪或清洁杆去清理管线内部的场所（要求使用直线通过并且在物流流层中无调节元件的阀）。因为受全舱口球体结构的，在球体上不能设计流动特性。加工圆形意外的锐孔形状是很困难和昂贵的。全舱口阀门的固有路东特性接近于等百分比流动特性，而任何流动特性的改变，必须由定位器凸轮完成。

特性化球阀（图4.31）不使用球形球体，而代之以球状中空扇形体。当全部打开时，扇形体旋转而离开物流，使适当的平稳的流动通过阀体，尽管阀体的外形和特性化球体的集合新年改装将产生小的压力降和可能产生某些湍流。当阀门运动到中间行程的节流位置，特性化球体进入流动通道。流动特性是以V形缺口或抛物曲线以提供每个位置所需要的流动。当阀门继续进行1/4旋转运动，此缺口或曲线逐渐变小，直到整个球的表面暴露在物流之中，而达到全关闭位置。V形缺口有一个固有线性流动特性，但在安装时，它可变成接近等百分比流动特性。抛物线缺口能够改进负荷要求的流动。

球形控制阀典型的尺寸为1～12in（DN25到DN300），压力等级可达到ANSI600级

球形控制阀设计

球形控制阀的调节元件和许多蝶形控制阀的调节元件相似：1/4旋转运动，旋转动作的执行机构和无下部（擦拭）填料的填料盒。 球阀有个基本形式，如4.4.1节所 述：全舱口球阀和特性化球阀。全舱口阀体组合件调节元件的特点是用两个方法之一来支撑球状球体。第一个方法是浮动密封剂头（图4.30），近似于大多数的手动球阀结构，即两个全接触阀座位于入口和出口舱口，在舱口处球体与两个密封接触，而不予阀体直接接触。球体用华东配合或其他类似的机构与轴连接，这些机构必须特别牢固以避免机械之后现象，特别是由结构的连续摩擦角度来开。这种结构的基本优点是不需要使用盲端的膛去支撑球体的气轴端。其优点是球体必须有极其严密的公差配合以保证两端密封能够长期接触。因为密封必须密封物流和支撑球体，故它应设计成适用于精确和重负荷的工况。因为这种结构随密封的支撑而定，它常被规定用于中压和中温工况。

典型的特性化球体时扇形的，它意味着使用球体的一部分代替整个球体。扇形球体包括完全关闭物流的球体面积加上足够提供密封的球体表面。正常的扇形球体时耳轴安装型（图4.32）对于耳轴安装，球体是由轴和与轴相对一侧的另一个轴或支柱制成的，它可与球体分开或成为以整体。因为制成不由密封承当，耳轴安装球体正常设计师带有一个密封（但两个密封的结构亦是可行的）。它在球和密封之间产生较小的摩擦。使用耳轴安装结构对较苛刻的高温高压工况是最佳的。

球阀可配备软密封或金属密封。对于软密封，在弹性体密封上配备一个金属或应弹性体的备用环以便对密封表面施加压力，在弹性体失效的情况下，其作用如同一个备用件，并向密封表面产生附加的擦拭作用。对强腐蚀或防爆型的工况，例如氧气工况，则禁止在弹性体内使用金属备用环。如果因为温度呵呵而需要使用金属密封，应注意到需使用互相适应的金属以防止金属表面的磨损和划痕。金属密封要求热处理和/或球体加复盖层。

阀体的形式决定了密封如何在球体上安置就位。对于整块阀体，在球体安装之后安装密封它是利用支持架保持就位的。大多数支持架用螺纹拧入阀体，并可允许

微量调节支持架以便增加或减少对球体的密封压缩力。这种结构使密封的整体性和球体的密封附加的摩擦相平衡。理论上，支持架不应包围整个垫片区域内阀体面的表面，而应与阀体共用它。如果支持架控制整个密封，则密封压缩力将被管线力所影响。对于不均匀的管线力，它们可能产生不均匀的密封，为确保均匀的密封严密性，在支持架和密封之间经常使用宽度不等的填隙片。

少量的球阀体使用两块的结果，即是阀体分为两个半个（很像剖开截止阀阀体）以便容易组装和使用浮动球体。主要缺点是使用这种结构时管线力和工艺温度将改变密封严密性。了对于所有剖开阀体结构，在两个板块阀体之间的街头会产生另一潜在的泄漏通道。

因为阀体面对面尺寸是根据阀体组合件结构而定的，而这个尺寸则随制造厂的不同而变化。目前尚未建立起所有制造厂均遵守的综合标准，就像截止阀门的ANSI/ISA标准S75.15或ANSI/ISA标准S75.16那样。因为球阀面对面尺寸大于薄的蝶阀薄片型阀体，可是小于截止阀，它的阀体可安装在同一工况下的两个法兰之间。当存在高温或热循环是，管线法兰之间的较长螺栓将导致因热膨胀而减少压缩力或造成泄漏。甚至在中温情况下，较大阀门[8in（DN200）或更大]的螺栓在长时间后悔伸长或造成泄漏。在不能采用无法兰结构时，球阀可采用整体法兰或可分开的法兰。整体法兰式一个牢固的整块结构的整体，而可分开的伐哪里的费用较低（使用合金阀体），当管线和阀门法兰不相适应时能够比较容易地安装。

蝶形控制阀的填料盒几乎是相同的。蝶阀通常就是这样，填料盒的膛是经过精加工且有能容纳各种填料结构的足够深度。蝶阀通常就是这样，球阀旋转四分之一转的动作不需要底部填料组去擦拭任何工艺介质的轴。典型的填料盒包括组、合适的间隔套和填料压盖（用于将压盖法兰治理传递到填料）。不想截止阀那样，当轴在球体没一侧上被正常导向时，在球阀填料盒开口段不需设置上部导向器或轴承。在某些自动旋转运动阀，轴也被设置在执行机构传送箱内的轴承所导向。 为了耳轴安装结构的加工简便，轴膛是由阀体两个进行加工的，并使用螺塞或法兰盖（包括垫片或O形环）盖住对应于填料盒的镗孔开口。如果使用带螺纹的螺塞，它不应与轴接触，这是因为轴的1/4旋转动作会使螺塞松脱，而导致工艺介质向大气泄漏。安装孔设置在阀体的填料盒侧，以便安装执行机构的传送箱。对于所有自动旋转阀门，传送箱包括由直线运动转换到旋转运动的机构，该机构可使直线运动执行机构用于1/4旋转阀门上。装配到传送箱内的轴的端部是用花毽配合或用带材滚轧以防泄漏。常用的旋转执行机构，执行机构系统和手轮的结果见第五章。 球型控制阀操作

对于多有旋转控制阀来说，球阀的形成为四分之一旋转运动，0°时全部关闭，90°时全部开启。设置执行机构可以提供旋转运动，就像手动手轮那样。或用带有传送箱的直线式执行机构将直线运动转变为旋转运动。 当全部开启时，全舱口阀门产生绩效的压力损失，并在物流运动通过阀门时压力恢复。这是因为流动通道直径基本上与管线内径相同，没有节流，但是某些锐孔集合形状的改变而存在节流的情况除外。全舱口阀门的节流操作应理解为两个阶段的压力降过程。因沿着球体膛的长度上，全舱口阀门有两个锐孔，一个位于上游侧，一个位于下游侧。当阀门移动到形成中间位置是，物流流动通过第一个窄小的锐孔而产生压力降，随后流入球体内较大的流动膛中，在此处有一定程度的压力回复。然后物流移动到第二个锐孔而产生里一个压力降，之后又是一个压力

恢复。这两个步骤过程在较低的工艺速度下是有益的，它是由两个压力降产生的，这点在稀桨工况中视重要的。全舱口阀门流率是由球体的空的流动面积所决定的，当阀门在四分之一选准运动中移动时，利用纯圆的开孔提供一个uyou等百分比流动特性。当流动通道面积的尺寸和阀门接近关闭时的相同，球体对阀座的华东作用产生一个像见到一样的剪切作用。这个作用对稀桨是理想的，因稀桨中含有长纤维或颗粒，在关闭时会被切断和分离。另一方面，截止阀芯和蝶阀阀盘没有此剪切作用，而今能利用在支承表面和密封表面之间压断它们来分离纤维。在许多情况下，纤维依然原封不动，并产生不完善的密封而导致非计划性的泄漏。 在全部关闭位置，球体的整个表面全部与物流接触，当流动孔垂直于物流时，组织了物流继续通过流体。 对于特性化扇形球体结构，在通过阀门锐孔出仅产生一个压力降，在锐孔处密封和球体彼此互相接触。当扇形球体在全部开启位置时，物流被流动通道的形状所节流，大体上，这会产生一个较佳的节流状态，是因为通过流动面的减少而产生了压力降。当扇形球体以四分之一旋转动作移动时，V形缺口或抛物线舱口的形状随着形成而变化并提供了流动特性。特性化球体的华东密封产生了一个为荣以分离稀桨的剪切作用。

第五节 偏心旋塞控制阀 1. 偏心旋塞控制阀介绍； 2. 偏心旋塞控制阀设计； 3. 偏心旋塞阀操作；

偏心旋塞控制阀介绍

根据需要而出现的一个控制阀结构是偏心旋塞阀（有时也叫偏心旋转旋塞阀），它结合截止阀、蝶阀和球阀的许多可靠因素。简单地说，偏心旋塞阀是个旋转阀，它采用一个偏置的阀芯进行摆动而进入阀座从而关闭阀门，很像偏心蝶阀。但是阀芯摆动的偏心运动脱离了流动通道，与扇形球阀相似。总之，这种结构提供了

绩效的打开转矩和严密的关闭，而不需要过大的执行机构力。图4.33表示偏心旋塞阀的内部结构。

偏心旋塞阀能够处置自1450psi（100bar）起的压力降。偏心运动也能避免水锤效应和蝶阀所具有的差的幅度变化范围。不像球阀那样，球经常与密封保持接触，在开启时阀芯提升离开阀座。仅在阀门关闭时，才发生于阀座接触和局部磨损（图4.34）——其特征近似于截止阀芯。因为阀芯摆动脱离了物流面积、想扇形球阀一样，它允许较大的流动容量和避免工艺介质的磨损。 对于阀芯结构的稳定性，偏心旋塞阀提供了优越的稳定性，其幅度变化范围大于100：1面对比的截止阀为50：1，蝶阀为20：1。仅有球形控制阀具有较好的幅度变化范围（高到400：1）。因为轴和阀芯不直接插入到物流，其流动容量略微少于球阀，但是好与大多数高功能的截止阀和蝶阀。它的结构允许在横穿阀门时产生合理的压力降。偏心旋塞阀能较好地应用于中等压力降工况。在正常操作中，偏心旋塞阀在物流-关闭或物流-开启的公工况下一样地工作。阀芯的结果允许流动方向去协助阀门关闭或开启。当偏心旋塞阀门开启时，流动特性为固有的线性特性。调节元件的外表面位于物流边界以外时，可产生较小的工艺湍流。 偏心旋塞阀的典型尺寸为由1in（DN25）到12in（DN300），压力可达ANSI600级（PN100），其温度由-150℉（-100℃）到800℉（430℃）。

偏心旋塞控制阀设计

偏心旋塞阀的阀体结构在许多方面近似于特性化扇形球阀。阀体和填料盒在功能上和外形上相似，但是轴与密封的对正中心则不同。对于球阀，轴的中心线准确地与阀座对中，所以球体永远和阀座直接接触，然而偏心旋塞阀的轴则略微偏离阀座，这种偏离使旋塞阀芯直到关闭之前一直远离任何支持表面。总值，这些情况近似于高功能蝶阀的偏心凸轮阀盘的偏置。对于失效-关闭情况，此偏置结构将阀芯防御正确的失效位置上，减少执行机构失效弹簧的需要量。 虽然扇形球体和偏心阀芯出卡起来有些相似，但却是不同设计而成的。球体设计上是球形的，而阀芯的设计很想截止阀的阀芯头，此阀芯头与轴成直角安装。旋转阀芯面的外形近似于截止阀内的改进快开阀芯外形，其差异是偏心阀芯的外形也是支持表面。球阀的阀座结构近似于阀座支持架，它能够拧螺丝保持就位。较新的设计使用两块结构，其特征为带有螺丝固定的阀座支持架的浮动，以及自动定心的阀座。另一方面，一块阀座难于获得严密关闭，这是因为阀芯和阀座之间不正确的对中所致。阀座可为金属的（提供ANSI Ⅳ级关闭）或配备软阀座弹性体（提供ANSI Ⅳ级关闭））。与截止阀相似的偏心旋塞阀的一个结果标志是它能利用阀座简单改变成较小的开口，而提供缩颈阀芯的能力。因为偏心阀芯具有较大的支承表面，它可以用于各种较小的阀座而提供使用缩径阀芯的选择余地，这点通常在其他旋转阀上市不能采用。偏心旋塞阀使用直通螺栓或法兰端部连接。

偏心旋塞阀操作

偏心球阀行程为四分之一转的运动，在0°全部关闭，在60°到80°全部开启。 当阀门位于全开位置，阀芯几乎位于垂直于阀座并平行于物流出（图4.35）。当物流移动通过阀体，它被阀座直径和阀芯集合形状所节流并产生适当的压力降。

在失效-开启工况，物流帮助打开阀芯，因为轴面向物流的下游，和阀芯随物流摆动直到它垂直于阀座。大部分物流运动通过阀体中心和马蹄铁形的阀芯开口时遭到极小的物流阻力。当物流移出阀体，压力恢复完成。当阀门开始关闭时，阀芯逆物流而动，逐渐物流直到阀芯接近关闭位置。在此点上，偏置地将阀芯准确地与阀座对中、支承表面相遇和阀门关闭。

在失效-关闭工况，轴是朝向物流下游的，而阀芯必须你这物流开启，移动到垂直于阀座。物流通过阀体和阀芯开口移动到阀座，在阀芯开口处产生小的压力降，而在阀座处产生较大的压力降，并在下游管线中压力恢复。当阀门失效，阀芯摆动方向（关闭阀门）适合物流相同的，利用物流压力帮助关闭。通常自动旋转阀独特的特征是阀门可安装在管线两侧，因此轴的方位（轴朝向上游或轴朝向下游）和失效模式（失效-开启或失效-关闭）利用执行机构的空气失效动作能够前后排列操作，图4.28是个很好的参考，说明四种常见方位（失效-关闭，轴朝向上游，空气-开启；失败-开启。轴朝向上游，空气-关闭；失效-开启，轴朝向下游，空气-关闭；失效-关闭，轴朝向下游，空气-关闭）。

第五章 手动控制器和执行机构 第一节 手动控制器和执行机构的介绍 第二节 手动控制器 第三节 气动执行机构 第四节 非气动执行机构 第五节 执行机构性能 第六节 定位器 第七节 辅助手轮 第八节 外部失效系统 第九节 通用配件

第一节 手动控制器和执行机构的介绍 1、手动控制器和执行机构的目的； 2、手动控制器定义；

3、执行机构和执行机构系统定义；

手动控制器和执行机构的目的 对于大多数阀门来说，必须拥有某些机械设施或外部系统去开启和关闭阀门，或当用于节流操作时改变阀门位置。手动控制器、执行机构和执行机构系统是安装在阀门上的这些机械设施，以便发生开启或关闭动作。 手动控制器定义

手动控制器是一种设施，它要求由人提供能量去操作阀门和确定适当的动作（开启、关闭或节流位置）。手动控制器要求某些类型的机械设施能够容易地将人的

体力通过手轮或杆提供扭转力矩而在阀门内转换成机械力。自过程工业开始时，手动控制器已被使用过而且很普遍。但在过去30年的时间里，它的使用已经逐渐减少而转向自动控制执行机构。手动控制器的费用和弱点是显而易见的。杜宇简单的开-关控制，人们必须使用手动控制器传递到阀门并在阀门上完成此动作，这个动作通过手动控制器可以胜任的。但是由于今天工艺系统的准确要求，手动控制器则远远不能满足阀或形成所需要的动作。对于节流工况，手动控制器仅能测阀门关闭元件所处的大概的位置，对于呵呵的操作这些可能不够准确。甚至手轮的多余的半个旋转，可能会产生过多或过少的流量、压力或温度，特别是对于某些固有的或安装的流动特性。此外由于人们的迟缓和不准确性，在某些工况中说固有的高内部力士人们使用手动控制器所不能超过的，这是因为收到人们体力所限，甚至使用超长的杆和大的手轮也是如此。同时用商业说法，使用人力是昂贵的。今天几乎所有工厂寻找用技术代替人力，不仅是因为人力资源的费用，也是为了伴随较高技术而产生较佳的准确性、效率和生产率。 执行机构和执行机构系统定义

阀门的自动化控制要求一个执行机构，它的定义和安装在阀门上的任何设施一样，为对信号响应，利用外来动力源自动移动阀门到所需要的位置。节流阀上附加的执行机构，它有调节信号的能力，叫做控制阀。根据执行机构的纯定义说法，手动控制器是个执行机构，但是大多数人讨论到阀的术语执行机构时，他们指的是动力执行机构控制器，使用外来信号和动力源而不是人力。执行机构典型分类包括风动执行机构（隔膜、活塞圆筒、叶片等）、电动机执行机构和电动液压执行机构。执行机构系统是个特殊的执行机构，它通常安装在手动操作阀上，并用于开-关或节流操作中。 控制环路由传感设施、控制器和安装在阀门上的执行机构组成，其中执行机构是控制环路中的关键元件。对于控制环路，工艺系统的传感设施，例如温度传感器或流量计量器，安装于控制器的下游是用于测量工艺过程中的特殊变量的。传感器向控制器报告了它的数据，控制器对执行机构的数据和工艺所需要的预定数值进行比较。如果测量值和预定的数值不同，则控制器向控制阀的执行机构送出正确信号。信号是由以下三个方法之一送出的：增加或减少空气压力，改变电压，增加或减少液压压力。执行机构收到这个信号后，运动去改变封闭元件位置，直到控制器实测数据等于预定数据。信号增加、减少或停止，则执行机构及随后的控制器保持在相应的位置。

不仅执行机构有调节的能力去改变信号，并且必须有足够的动力去克服工艺过程的内部力、重力效应和阀门本身内的摩擦。今天大多数采用执行机构的工况需要使用压缩空气，十分之九的执行机构时空气驱动的。空气是最佳的动力介质，因为它是相对便宜的并且能在几乎所有工厂中得到。它不仅不污染环境，而且容易控制。通常工厂供应的压缩空气的阿里，典型的是60～150pso（4～10bar之间），它足以推动现今采用的空气驱动执行机构的大的元件。当阀门必须克服一个格外高的压力或阀门形成必须加速时，经常使用瓶装氮气，其压力可高达2200psi（150bar）。七品不仅可用于高压氮气，它也是相对地无水气和没有颗粒物及其他杂物。总之，空气驱动执行机构的缺点是由于气体的可压缩性，通过空气可能丢失了某些准确性。

其他动力源包括电源（交流电和直流电）以及水利（较小范围的蒸汽）。虽然电动机构和电压液压执行机构比空气驱动执行机构昂贵，但它们具有特别好的准确

度和有承受低温环境下的操作能力（此处空气线会被冷凝水所动组（，能用于需要高的推力时。

如果信号分别是由动力源送出的，则工厂有限选用启动或电动信号。在1980年以前，大部分执行机构接收气动信号，这些信号典型的是3～15psi（0.2～1bar），另外3～9psi（0.2～0.6bar）和9~15psi(0.6~1.0bar)也很普遍。但是随着点空气驱动和数字控制系统的精确控制的到来，有利于电动信号（4～20mA或10～50mA）的时代已经开始。

执行机构有单向动作或双向动作两种。单向动作执行机构采用的结构是：动力源仅作用在执行机构屏障（活塞、隔膜、节气阀等）的一侧，而相对的另一侧则无动力源。在相对一侧，增加弹簧以平衡单向动作。相对地属于是正向动作执行机构，它指的是动力源作用使阀杆伸长的执行机构。而另一方面，反向动作执行机构指的是动力源使阀杆收缩的执行机构。双向动作执行机构时执行机构的一个术语，它是指动力作用在执行机构屏障的两侧，改变执行机构任何一侧的压力，屏障向上或向下移动，气动双向动作执行机构几乎永远需要使用定位器以改变去到屏障上面或下面气室的压力。

执行机构通常是一个可由阀体分离的组合件，它意味着在曹祖中能由阀体上拆卸下来而无需拆卸阀体。在两伊方面，无需拆卸执行机构组合件阀体也能操作。 第二节 手动控制器 1、手动控制器的介绍； 2、手动控制器设计；

手动控制器的介绍

如地5.1节所讨论，为了操作方面，手动控制器需要人们的体力和定位的能力。一般手动控制器设计到开-关工况，以及不需要过高准确性的或立即反馈的简单节流工况。在第三章谈及的大部分手动阀门采用手动控制器。手动控制器的优点在于它的机械简单性——很少的运动部件和没有带密封的气室而造成的泄漏和失效。人们操纵一个部件（例如手轮或杆）而使阀门开启、关闭或位于形成中间部位。结构的简单化也意味着容易进行检修、维护和拆卸。手动控制器的缺点是影响缓慢，因为相应取决于人民操作手动控制器——它有时在某些情况下会花费一些时间。例如，一个线性手轮需要30转或更多的转数去关闭一个4in行程的阀门，如果需要节流位置（形成中间位置），阀门的位置取决于对控制器的调节，而控制器的调整范围是很大的。在某些工况下这些不是问题，但是历年来当系统要求更为准确时，用手动控制器去确定正确的节流点是很困难的。 手动控制器设计

手动控制器一般分为两类：直线运动和旋转运动。直线运动的手动手轮实在手轮组合件上用来固定位置的零件，例如轭架或外壳，它和动的零件（通常为手轮杆）之间用螺纹连接。手操作的零件机构（在多数情况下是手轮）的多次转动，使动的阀杆产生运动，此阀杆与直线运动的闭合元件相连接。 常见的结构之一如图5.1所示，图中表示一个的直线手轮控制器，它直接安装在阀体组合件上，而不是阀门的整体零件。执行机构采用轭架支持手轮机构并控制器安装在阀门上。轭架部分的内径与阀体的连接件叫定位销钉。轭架的定位销定安装在阀帽之上，并用轭架螺母或其他加紧设施固定。闭合元件的阀杆，例如阀芯杆、压缩机杆或闸板杆，使用螺纹连接到手轮杆底部的。轭架的上面部分

罩住手轮螺母，此螺母随手轮转动。某些结构时手轮和螺母成为一个整体，而其他情况则因考虑材料因素而将它们分开。当手轮和螺母是分开的时候，采用键或锁紧螺母将手轮和手轮螺母固定。手轮螺母被夹持就位，并提供旋转运动，内部钻孔和攻出螺纹的与手轮杆连接。手轮杆匹配的外螺纹被拧入手轮螺母内，并估计到几扣螺纹在给定位置上啮合。手动控制器一般采用ACME螺纹标准。为防止相同材料的经常接触而导致咬合，手轮阀杆和手轮螺母采用异种材料制造。大多数常见的组合式螺母使用黄铜或青铜，阀杆使用不锈钢。当手轮被旋转，固定的手轮螺母旋转手轮阀杆上的啮合螺纹，根据手轮的旋转阀芯，阀杆被伸长或缩短。阀杆的伸长或缩短操纵着闭合元件的直线运动。在许多较大的结构或高压工况中，滚子或座圈防止在手轮和轭架上面部分以减少相配合部件的摩擦，以使手轮叫容易地旋转。

控制器的主要优点是在维修控制器时不需要拆卸阀门。缺点是其阀门总高度高于其他结构。

其他常用直线手动控制器结构是丛书的直线手轮控制器，它的手轮机构直接设置在阀帽盖内，如图5.2所示。在这种情况下，代替轭架的是阀帽盖上的固定手轮螺母。整体的阀杆具有多种操作功能，即是闭合元件和手轮。这种结构胜于的控制器的明显优点是阀门高度大为减少。缺点是在处置控制器问题时，需要拆卸某些阀门。

直线控制器也分为两种结构类别：升杆结构和暗杆结构。升杆结构采用手轮螺母压缩回手轮阀杆，当手轮螺母旋转，手轮阀杆提升到手轮以上。许多手动直线运动阀门采用升杆式控制器。另一方面，暗杆式结构典型地闭合元件（例如楔形闸板）接合。当手轮转动时，闭杆随它一起转动。闭合元件被设计成被导向器所固定所以它不能转动，这样闭合元件就随着阀杆的旋转而提升或下降。 如前所述，操纵直线手动控制器的最常用的方法是使用手轮。根据工作条件和结构类型，手轮具有完全不同的表面加工，由光滑到粗糙。某些石油和精炼工况需要牢固的手轮以确保在发生火灾中依然无损。所谈及的手轮有较高安全性的附加有点，通过使用锁定机构放置在控制器上，以防止在阀门处的一位的或故意的碰撞。另外一种常见的手轮结构时链轮。链轮是带有齿或槽的手轮，并配有长的环形链条，以便于操作人员在远离阀门之处操作。

旋转运动手动控制器是与四分之一旋转阀共同使用的，例如旋塞阀、球阀和蝶阀。转动四分之一旋转闭合元件的最有效的方法是利用阀杆的直角延伸部分，它可起到杠杆作用。旋转运动的手动控制器的最常见的两种类型是手柄和搬手。许多技术人员认为这两个术语可以互换，但其实二者存在差别。手柄使用螺栓连接到闭合元件阀杆上的（图5.3），并常用于低压等级的较小的阀门上。手柄规定用于尺寸高达6in（DN150）的软阀座球阀和财产高达8in（DN200）的蝶阀。搬手不是永远固定在阀杆上的，而是可以由一个阀转移到另一个阀上的（图5.4），可供控制人员将阀门防御特殊地方，并听其自然而不用担心意外的或故意的碰撞。搬手正常用于旋塞阀，对待套筒的阀芯可用到4in（DN100），对于带润滑的阀芯可用到6in（DN150）。在某些球型和蝶型手动控制阀，手柄和阀杆可以为一个整体，但是大多数常见的和便宜的结构是使用可分离手柄，此处手柄（或搬手）带有切割的开口，其形状与旋塞阀杆上的相同。正方形阀杆在四个

象限之内一处可供手柄或搬手定位。而两边扁平的阀杆仅可供在两个位置（前面

或后面）之一处供定位之用。手柄使用螺栓和锁紧垫圈固定在阀杆上。

手柄或搬手通常由球墨铸铁制成，但也使用冲压不锈钢板制造。手柄端部设置一个塑料的或橡胶的夹套以使旋转时舒适。大多数制造厂供应一个标准长度的手柄，以供不同压力和温度范围内的许多工况下的阀门使用。但有时也供应较长的手柄，以便利操作。较长的手柄有时会受空间（不能够完成1/4旋转的全部运动）而产生问题。

搬手之下是卡圈止动器，用来控制闭合元件仅能在90°（四分之一转）范围内运动。转动搬手带动阀杆，阀杆又带动了阀芯、球体或阀盘知道卡圈了行程。当形成停止，闭合元件应位于全部开启或全部关闭两个位置之一。

在某些工况因为有较大的力量作用在阀盘上，蝶阀的手动控制器需要一个手杆。手杆是由两块组成的弹簧荷载操纵器，它可在许多个预先制定的槽内定位（图5.5）。手轮有一个固定的上部操纵杆和一个可移动的下部操纵杆。在静止位置，下部操纵器的弹簧和在操纵器被定位于卡圈上多个槽的一个槽内。通过挤压上部和下部操纵杆，下部操纵杆离开槽，以便利旋转运动到另一个所需要的槽内。当手杆放松时，下部操纵杆则落于槽内，并在那个特定的位置上将阀门锁定。槽的范围可根据所需要的定位的数量而改变。典型的手杆最少有三个位置，即全部开启、全部关闭及中间行程位置，但是只要卡圈上留有足够的空间，可以设置任何数量的槽。

在较大的直线或旋转的阀门上，或是在高的压力等级上是不希望使用方便的手轮、手柄和搬手的。手轮的圆周或手柄及搬手的长度应由足够的长度去操纵扭转力矩，而弧形板和控制器的重量是做不到此点的。在这种情况下则使用齿轮控制器。如图5.6和图5.7所示，齿轮控制器（有时亦叫齿轮箱）。使用齿轮将手轮扭矩转换为高的输出推力，此推力应超过较大的流量和较高的压力所需要的推力。直线运动齿轮箱使用正齿轮或伞齿轮，而旋转运动齿轮箱则使用齿条-齿轮或蜗轮。齿轮箱使用的齿轮比为7：1到3：1之间。

利用手轮和曲轴转动齿轮。齿轮箱防护齿轮，它不仅保护靠近的人员远离转动的齿轮，同时也减少与大气或外部环境的接触。齿轮正常用螺栓连接在直线运动阀或某些四分之一旋转阀的阀帽或阀帽盖上，或连接到蝶阀或某些球阀的阀体上。对于直线运动阀，轴的端部可以带键槽的或正方形的草，并能嵌入齿轮箱内齿轮的内部开口。当阀门安装在管线上，没有某些类型的定位指示器则阀门的位置是

难以确定的。大多数控制器有定位指示器，它是由箭头和相应的定位板组成的，此定位板表示阀门所处的位置。 第三节 气动执行机构 1、气动执行机构介绍； 2、气动执行机构设计；

气动执行机构介绍

大多数常用执行机构是由气驱动的执行机构，因为动力源是压缩空气，它与人力资源或动力或液压动力源相比较是相对便宜的由于这个原因，现今几乎所有操作的执行机构的90%是由压缩空气驱动的。与电动机械和电动液压执行机构相比较，气动执行机构是相对便宜和易于掌握和维护的。许多对应于最大推力的预定尺寸和标准现役产品是可以得到的。特殊工况使用特殊工程的执行机构产品，例如有些工况要求特别长的行程、高的行程速度或苛刻的温度。由维护观点来看，气动执行机构比其他类型执行机构易于操作和校定。某些气动执行机构设计成现场可转换的模式，意味着在现场不需要特殊工具或维护作业便能使它们由空气-延伸转变为空气-收缩（反之亦然）。虽然不像液压执行机构那样有利，气动执行机构仍能够产生相当大的推力去适应许多包括高压力和高压力降在内的许多工况。尽管空气管线不易安装，但其费用较安装电缆导管和电线以及液压软管为少。气动执行机构将压缩空气排放到大气，与液压相比较也更环保安全。当气动执行机构使用气动定位器时，这对于易燃易爆环境是理想的，因为它们不采用电讯号或动力，而电讯号如果不是防爆的或本质安全的则有潜在的因大火而引发火灾的危险。

气动执行机构主要缺点是某些响应或抗偏离能力会被丢失，这是因为气体的可压缩性，尤其是使用大面积弹性体（例如隔膜）的执行机构。但这不是一个问题，因为许多工况中不要求高度的响应和抗偏离能力。对于较大的执行机构速度是个问题，因为执行机构体积内必须填满压缩空气和/或排放到大气。由于这个原因，较大的执行机构由全部收缩到全部伸长的行程所花费的时间比小的执行机构花费的时间为多，如表5.1所示。气动执行机构必须靠近空气源和依赖压缩机的连续操作，但另外有分离的辅助系统或设置容积罐则除外。虽然某些结构较其他为佳，但气动执行机构也了可利用推力的两，使得某些结构在大尺寸管线的高压工况下选用的可能性不大。隔膜执行机构通常产生低的推力，因为隔膜仅能承受一定的空气压力而不失效，因此了推力的能力。

表5.1 执行机构行程时间 执行机构尺寸/[(活最大行程的秒数每英寸行程/ 行程长度/（in/cn） 22塞面积)in/cn] /(0.25in/6mm) （2.5cm的秒数） 25/161 1.2 1.5/3.8 0.8 50/323 3.5 3/7.6 1.2 100/5 9.6 4/10.2 2.4 200/1290 20.8 4/10.2 5.2 300/1936 31.3 4/10.2 7.8 气动执行机构设计

过去40年最常使用的气动执行机构时隔膜执行机构（图5.8）。大多数隔膜执行机构设计成直线运动，但也有旋转运动的结构。根据定义，典型的隔膜执行机构是单向作用执行机构，它提供空气压力到弹性体屏障（叫做隔膜）的一侧去伸长或收缩执行机构的杆，此杆与闭合元件连接。隔膜夹持在上部和下部套管

之间，根据执行机构的类型，两个套管之一均能承受空气压力。

在单向作用执行机构中，位于隔膜一侧的空气室利用内部弹簧与隔膜的另一侧相对立。内部弹簧叫做范围弹簧，当空气室内的空气压力减少时，它可使执行机构在相反方向运动。 范围弹簧的作用也像一个失效-安全机构，当供应到执行机构的空气中断时，它可使执行机构旋转到开启或关闭二者之一的位置。根据外部性状，弹簧安装在邻近隔膜处或邻近隔膜板上。执行机构杆与隔膜板相连接，并通过轭架顶部利用导向器而被支撑。当空气压力增加而隔膜运动时，板载相应的形式上运动。直线运动直接传送到执行机构杆上，此杆在阀内推动闭合元件。执行机构用轭架安装在阀体上，用以表明执行机构或阀门的位置，并支撑执行机构杆件，而使执行机构杆和阀门阀杆连接。它也可使福建安装方便。对于隔膜执行机构来说，阀体和执行机构之间的最常用的连接方法是采用带螺纹的轭架螺母。使用夹具以防止执行机构杆与阀门阀杆的意外旋转，夹具上应配备有指示器以表示执行机构或阀门位置。

对于方便的单向作用隔膜机构，由控制器到执行机构的空气讯号具有双重作用，它首先提供定位讯号，其次它提供动力去产生需要的推力，此推力应能客服工艺力、摩擦力、中立、闭合元件重量和由范围弹簧产生的反抗力。 隔膜执行机构具有正向作用和反向作用二种结构。对于正向作用结果（图5.9），压缩空气送入执行机构，它使执行机构的杆眼神并使阀门关闭。这也意味着，在空气丢失时，执行机构将收缩执行机构的杆并使阀门打开而维持打开状态。对于反向作用结果（图5.10），当空气压力送入执行机构时，杆收缩并使阀门打开。如果使工期或空气压力终端，执行机构运动到延伸位置而使阀门关闭。 对于正向作用结构，空气进入位于隔膜以上的套管。在执行机构的下面是执行机构板和范围弹簧。范围弹簧接触到轭架底部使弹簧上端推向隔膜板和随后的隔膜。在放松（或失效）位置隔膜被推入上部套管面积之中。当空气进入上部套管并产生压力，隔膜及隔膜板推向弹簧。当讯号压力增加，空气压力超过反抗力，隔膜和板向下运动。此运动使执行机构的杆延伸并使阀门向关闭位置运动。最终当达到讯号的空气压力时，导致空气压力进入空气室，隔膜和板完成它们的全部行程。在板的另一侧，范围弹簧几乎被全部压缩。在这点上，阀杆在其全部延伸位置，阀门在讯号的全部压力范围内被关闭。当讯号衰减，空气压力降低，范围弹簧的反抗力产生效应，执行机构运动到期放松状态和阀门被打开。

对反向作用结果，下部空气室用来提供空气压力以收缩执行机构的杆，再次同时反向作用弹簧产生反抗力和失效模式。上部套管是静止的，仅用来固定隔膜和向大气排放空气。对于这种结构，下部套管承受压力，并备有一个空气接头向空气室注入空气。隔膜板安装在隔膜上方。范围弹簧位于下部套管之下并与隔膜及板的组合件不直接接触。范围弹簧位于执行机构杆上的容器上。因为范围弹簧接触到下部套管的地步（或再次情况，顶部伸出），当执行机构杆用空气收缩到下部空气室是，弹簧的阻力相应地增加。当执行机构收缩时，阀门开始打开。当空气

讯号在范围内的高端时，执行机构杆全部收缩，范围弹簧几乎被全部压缩。当讯号改变并移动到范围的低端时，去往下部空气室的空气压力衰减。在此点上，范围弹簧的反抗力开始推动执行机构杆达到放松（延伸）状态，直到达到全部延伸和阀门关闭。

当使用反馈放大器改进执行机构的总响应时，可安装三通反馈放大器，它供应或排放空气压力到执行机构的一侧。三通反馈放大器安装在执行机构的轭架腿上或整体地安装在执行机构内，如图5.11所示。隔膜执行机构有几种尺寸，每种尺寸均带有不同面积的隔膜和几种范围弹簧的选择方案。每一种尺寸有一给定的推力范围，此推力用来克服工艺力、摩擦力、中立和范围弹簧力。执行机构尺寸与工艺管线尺寸的关系少于与操作条件的关系。不管阀门用于开-关工况或节流工况均对执行机构尺寸有影响。对于隔膜执行机构，仪器讯号能广泛变化以适应动力的条件。虽然3～15psi（0.2～1.0bar）被认为是标准的，隔膜执行机构的讯号范围可高到3～27psi（0.2～1.9bar）或6～30psi（0.4～2.1bar）。隔膜执行机构尺寸取决于隔膜的面积（in2）。例如尺寸为125的执行机构其隔膜面积为125 in2。

隔膜执行机构的主要优点是制造费用便宜并可在整个过程工业中普遍地使用。虽然在高推力需要上受到，它们却能很好地适应一部分低压力范围的工况（此处对推力的要求不是那样高）。基本的单向作用结果和操作方法是容易掌握的。因为调位讯号可很方便地驱动执行机构，而不需要额外增加反馈放大器和管线的费用。没有反馈放大器，故不存在涉及到的调准供需和设备的机构难题。不采用反馈放大器也意味着减少了运动零件（例如反馈放大器的执行机构的连杆）所涉及到可能导致潜在的维护问题。当使用直线运动阀门，执行机构杆的全部运动被直线传送到阀门的闭合元件。因为隔膜没有严密的动密封（例如O形环），在调位过程中不需要爆发力提供即刻的和准确的响应。总之，隔膜执行机构对于精密的、调位的工况是理想的；即刻响应是重要的；执行机构采用中等到低的推力以克服工艺和阀门的力。

应注意到这种结构存在几个缺点，因为隔膜比较大，其大的外壳可存在重量和高度问题，特别是安装在较小尺寸的阀门上，浙江导致在小阀门和过大的执行机构之间连接处的应力问题。因为隔膜的弹性收缩，它的阀杆行程被。与其他类型的执行机构4比较时，行程稍微有点短。提出一个特殊工况阀芯问题，此工况需要一个长形成去提供特别的流动特性或通过其他方面芯设施提供较大的流量。大多数隔膜执行机构的行程是2in（5.1cm）或更小，虽然在某些特殊工况中可能是4in（10.2cm）行程。其最大的缺点是隔膜本身的推力和空气压力的。因为隔膜执行机构产生的力的总值是与执行机构尺寸成比例的，需要高推力的外形尺寸收到隔膜尺寸的。大多数隔膜额定操作压力为20～30psi（1.4～2.5bar），这样了空气压力作用在隔膜的推力总量。例如尺寸为125的隔膜执行机构，其操作空气压力为30psi（2.1bar），则能产生的最大推力为3750lb（1700kgf）。因此提高推力的惟一办法是增加隔膜尺寸，这将采用一个较大的执行机构的空气室。而执行机构本身的较大体积又产生较慢的执行机构速度和降低总相应。隔膜空气压力的条件，要求使用调节器，因为大多数工厂供应的空气压力实在80～125psi之间（5.5～8.6bar之间）。如果隔膜能够承受那样高的压力，则上述例题中的推力总量将显著地增加到10000lb（4400kgf）推力。不幸的是尚没有研制出能提供那样的强度而又能提供所需要的回弹力以便在整

个行程中移动的隔膜材料。隔膜执行机构的推力条件可采用带有阀门结构的隔膜执行机构来解决，该阀门结构可平衡工艺流动条件，例如双阀座或压力平衡阀芯等，这些费用可通过使用较小的执行机构而抵消。

总之，对于隔膜执行机构而言，由于受到隔膜的条件，不能提供一场的抗偏离能力，当工艺物流波动时将发生问题。当节流接近阀座时它不会碰到问题，即它没有足够的动力去防止闭合元件被拉入阀座内。隔膜执行机构的抗偏离能力值在整个行程中一般是恒定的。当闭合元件接近阀座时，工艺物的土壤变化或波动会导致阀门关闭而产生水锤效应。 由维护观点来看，隔膜执行机构的寿命多少会受到隔膜寿命的。如果隔膜发生轻微的失效，执行机构就不能操作。因为二个外壳是用许多螺栓连接在一起的，拆卸工作是费力和耗时的。因为正向作用和反向作用的结构需要不同的零件，隔膜执行机构是不能在工地反向的。隔膜执行机构比其他类型的启动执行机构大约多三分之一的零件，这将多少增加它们的费用。

虽然隔膜执行机构是常见的气动执行机构，但活塞气缸执行机构（图5.12）获得了广泛的使用，特别是工艺变得更先进和更需要时。如图5.13所示，活塞气缸执行机构在承压气缸内使用一个华东密封板（叫做活塞）进行双向作用的操作。对于双向动作结构，由定位器想活塞两侧供应空气。对于所有双向作用执行机构，必须使用定位器以接受来自控制器的气动或电动讯号，并将空气送入活塞的一侧，另一侧的气体被排除知道活塞位于正确位置。虽然气缸内可防止弹簧起到失效-安全机件作用，但活塞气缸执行机构不需要方抗力的范围弹簧。

像隔膜执行机构一样，活塞气缸执行机构能够用于直线阀门或旋转阀门。直线结构时效率高，因为执行机构杆的整个运动是直接传送到阀杆。另一方面，旋转结构必须使用某些类型的由直线运动转变为旋转运动的连杆。由于连杆或开槽的杆所造成的无效运动，这将产生某些之后或不灵敏区。 直线汽缸执行机构的结果包括一个铸造的轭架，它是用来和阀门连接的，它也提供空

间以备阀门阀杆和执行机构之间的连接，将汽缸结构安装在阀门上，制成执行机构杆和安装定位器及其他附件等工作之用。根据操作条件，轭架可由铝（考虑重量及机加工）或钢二者之一制造。对于火灾敏感的工况，高熔点的钢优先于铝。汽缸内部应精加工以便形成更好的密封。活塞本身为一平盘，它加工到近似于汽缸内径。一个O形环（或其他弹性体密封）嵌入沿着活塞密封边缘的槽内。当O形环和活塞安装到汽缸内，活塞壁被润滑而产生稳定的华东摩擦。如果需要使用失效-安全弹簧，它可安装在活塞的上壁或活塞的下方。不像隔膜执行机构那样，用于不同的反抗力需要不同的范围弹簧，活塞汽缸执行机构弹簧尽在失效-安全操作中需要。这样仅需要一个重载荷的弹簧去适应该财产执行机构所需要推力的大多数工况。对于特别高压力降的工况，可采用套装的弹簧（一个弹簧在另一个弹簧之内），如图5.14所示。利用调节螺栓向弹簧施加压力。此调节螺栓压缩弹簧知道达到所需要的弹簧回复力。用不同长度的调节螺栓能改变弹簧压缩力。

利用开口销设施或螺栓将汽缸安装在轭架上方。执行机构杆安装在活塞上并在轭架顶部由导向器支撑，它是由底部空气室的O形环密封的。对于活塞汽缸执行机构，执行机构和阀体之间最常见的连接方式是采用两块轭架卡箍（图5.15）。它不需要较大的螺纹而可产生严密连接，但大气腐蚀是个问题。卡箍可防止执行机构随阀杆意外地旋转。卡箍也可配备指示器以表明执行机构或阀门的位置。 大多数旋转结构使用某些类型的连杆以将直线运动转变为旋转作用。图5.16表示一个常见结构，它是一个带键槽的杆安装于阀轴上，并在执行机构上游一支点以减少之后现象。此种结构需要一华东密封以便于活塞摇摆运动，当执行机构杆

随杆的形成旋转时，活塞将轻微摆动。如图

5.17所示，另一种常用旋转活塞汽缸结构使用带槽的杆，此杆与带销的执行机构杆相交。此结构避免了摆动的活塞及它所需要的华东密封。但其由于带槽的杆结构原因，它有潜在的某些轻微滞后和不灵敏区。对于此种结构，重载荷的返回弹簧是位于与汽缸面对面的另一个单独室内。

活塞汽缸执行机构是可逆的，它意味着统一执行机构能够变换为既是空气-关闭（执行机构杆延伸）又是空气-开启（执行机构杆收缩），如图5.18所示。对于空气-关闭结构，弹簧位于活塞的下方并利用轭架顶部带环的槽来保持就位。 活塞汽缸执行机构的操作非常简单，当一个空气-关闭讯号自控制器送到定位器，定位器将空气送入汽缸活塞之上的上部气室内，定位器将相应数量空气自活塞羡慕的地步气室排除。两个空气室内的压力变化导致活塞向下移动，阀杆也如是。当信号编导“开启”时，下部空气室产生了空气压力，而上部空气室的压力被排出，而使活塞向上移动，因此阀的闭合元件打开。如果讯号或动力供应中断，活塞借助于失效-安全弹簧而移动到它的放松位置。在空气-关闭情况，随着阀杆收缩而处于放松状态。在空气-开启情况，随着阀杆延伸而处于放松状态。 活塞执行机构的主要优点是在相同尺寸下壁隔膜执行机构有较大的推力。因为带定位器的汽缸执行机构不需要气源作为讯号，工厂充分的工期压力可以用来驱动执行机构。带有华东O形环的活塞比隔膜能承受较大的空气压力。论证其重大差别，一个25in2（16cm2），活塞的活塞执行机构使用80psi（5.5bar）的气源能够产生200lb（910kgf）推力。假设在6～30psi（0.4～2.1bar）的范围，与之

相比较的隔膜执行机构使用30psi（2.1bar）的起源仅产生750lb（340kgf）的推力。提供与活塞汽缸相同推力的隔膜执行机构则需要较大尺寸。

活塞执行机构具有较小的空气室并充满较高压力的空气，并比隔膜执行机构有较快的行程速度，隔膜执行机构必须用较低压力的空气充满较大的空气室。例如尺寸为25的活塞汽缸执行机构在一秒钟以内其形成能够达到1.5in（3.8cm），而隔膜执行机构要花费两秒多时间才能达到形同的行程。

总之，活塞执行机构在气源高达150psi（10.3bar）或低到30psi（2.1bar）时能够操作。活塞汽缸执行机构的另一效益是在操作150psi（10.3bar）工厂空气时不需要空气调节器。但是隔膜执行机构因为不能正常操作超过40psi（2.8bar）

的工厂气，则需要上述的调节器。

空气压力位于活塞两侧，使其有较大的抗偏离能力，意味着执行机构能控制活塞而不受工艺物流波动的影响。当截止阀或蝶阀的阀芯或阀盘被节流关闭而邻近阀座和产生“浴缸闭销应”时（9.6节），这点是特别重要的。单向作用执行机构对待浴缸闭锁效应是有困难的，因为范围弹簧（提供方抗礼）的强度不足以防止产生上述效应。活塞汽缸执行机构的抗偏能力可用下式计算：

K=

式中 K——抗偏离能力 k ——比热的比率 P ——供应压力 A2——活塞面积

v ——活塞下的汽缸体积

为说明活塞汽缸执行机构和隔膜执行机构之间的抗偏离能力的急剧变化程度，可使用带有2.5in2（161cm2）活塞的活塞汽缸执行机构进行比较，该活塞典型地适用于2in（DN50）的截止阀。使用气源压力为100psi（6.9bar）和0.75in（1.9cm）的行程，则位于行程中间的抗偏离能力值为9333lb/in(1667kg/cm)。与此比较，带有46 in2（296 cm2）隔膜的隔膜执行机构，它是用于2in阀门的，其抗偏离能力值仅为920lb/in（1kg/cm）。此外，当闭合元件接近关闭位置时（非常接近节流位置），汽缸底部的对比体积提供了增加的抗偏离能力。对于以上所用25in执行机构，如果截止阀阀芯离开轭架顶部仅0.375in（1cm），将产生超过1800lb/in（3214kg/cm）的抗偏离能力。因此当工艺发生波动或工况需要在接近阀座处节流时，活塞汽缸执行机构则有限选用。

通常，活塞汽缸执行机构比隔膜执行机构更加紧凑，其高度和重量较小，这些是考虑安装、维护和地震时的重要因素。当然，当需要较大的隔膜执行机构产生较大的推力时，尺寸的差异是特别强调的。图5.19表示类似执行机构的高度比较。

另一考虑的问题是行程长度。对于弹簧汽缸执行机构，行程仅收到汽缸高度的，隔膜执行机构可允许有较长的行程，它受到隔膜回弹能力的。 由于定位器的准确程度，活塞汽缸执行机构通常较隔膜执行机构运行良好，没有事实上的滞后，非常准确的讯号响应和极好的线性。

活塞汽缸执行机构有某些缺点。首先，如果有时执行机构保持在静止位置，当讯号最终送出时，则需要某些爆发力去推动活塞。当考虑附加推力和活塞汽缸

执行机构的响应时，这个爆发扭矩是不引人注意的。采用定位器将增加执行机构的少量费用。执行机构本身费用比隔膜执行机构为低。定位器需要校准。如第5.6接所述，定位器存在外露两岸和脏的空气通路问题。 活塞汽缸执行机构最近的改进结构是一个较小的结构，它的特色是箱式组合件和整体的定位器，如图5.20所示。作为动活塞的代用是静止的活塞和动的气室。如图5.21所示，整体箱式组合件是由上部和下部外罩保持就位的。当上部其实移动，整体定位器（防御上部外罩之内）有个随动臂，它能利用气室顶部接受位置反馈。特殊空气室引导空气进入下部或上部空气室而代替了管线。 该结构提供了小外形和紧凑的执行机构，而不存在执行机构和定位器之间外部连杆的问题。对于内部空气通路来说，它取消了管线，减少了管线损坏和接头泄漏的可能性。此种结构仅有的缺点是箱式组合件设计成不能拆卸的。它需要整个组合件的备用品，将比更换不耐用的零件要花费更多费用。 另一种常用的启动执行机构时齿条齿轮执行机构，它能有效地将活塞启动执行机构的直线运动转换为旋转运动。齿条齿轮执行机构广泛用于操纵四分之一旋转阀门（球阀、旋塞阀和蝶阀）。如图5.22所示两个活塞放在整体的外壳两端，典型的外壳是由冲压铝或不锈钢制造的。每一个活塞连接到具有一串直齿的齿条上，并与活塞一起直线运动。大多数情况下，齿条是活塞本身的一个整体部件。夹持在两个齿条之间的是齿轮，它是一个具有直齿的轴。此轴直接连到阀杆上。对于直接作用的齿条齿轮执行机构，当空气被送入两个外侧的空气室内时，活塞向里面的气室移动，并向大气排气。如图5.23，当两个活塞相向移动时齿条向相反方向移动并使齿条在逆时针旋转方向驱动齿轮。如图5.24所示，当直接提高内测的空气室的空气压力时，则外侧空气室排气，两个活塞移动到彼此离开而齿轮在逆时针方向被驱动。

齿条齿轮执行机构可配备内部弹簧，当气源或信号中断时，可使执行机构获得失效模式（失效-顺时针方向，失效-逆时针方向），它们利用拆除端部帽并将活塞旋转180°的办法而可在现场反向操作。齿条齿轮执行机构也可配备行程停止其以便于准确调节阀门开启和关闭位置。

总之，齿条齿轮执行机构对手动旋转阀是理想的，它结构紧凑，在现场可进行可逆操作，并具有大多数标准工况的满足要求的扭矩，并且容易维护和掌握。 另一种常用而便宜的双向作用执行机构是叶片执行机构，它使用馅饼型的承压外壳和长方形活塞（叫做叶片）对两个压力室之间进行密封（图5.25）。和枝条齿轮执行机构一样，叶片执行机构通常用于四分之一旋转阀门。

外壳被分为两个半个，并呈馅饼型，使叶片移动90°以满足四分之一旋转的操作需要。叶片用销钉钉入执行机构轴，避免了过度的之后和不灵敏区。叶片用O形环密封两个压力室。通常这种结构不需要弹簧，而代替它的是在弹簧放置的位置上使用气动-失效安全系统。双向作用结构，对节流工况需使用定位器；每一个压力室具有空气接头用以提高或排放空气压力。 叶片执行机构可反向操作，是通过将执行机构自阀门上拆卸并将它倒置安装（因为执行机构两端均有通用的接头）。限位止动器位于外壳两端以叶片的运动。 叶片执行机构的优点是结构简单，运动零件很少，没有滞后，造价低，重量轻和尺寸紧凑。叶片执行机构的主要缺点是与其他结构相比较时，它仅能产生比较低的扭矩值；因此，叶片执行机构通常用于抵压工况。此外，在两块外壳的中间连接处可产生空气室之间的可能泄漏。 第四节 非气动执行机构 1、电动执行机构；

2、液压和电动液压执行机构；

电动执行机构

最先用于公益过程工业的执行机构是将电动机安装在工艺阀门上。该电动执行机构自1920年就已被应用。自最初的年代里，该结构就已作了显著地改进，特别是在性能，可靠度和尺寸方面。用基本属于来说，电动执行机构由可反转的电动机，控制箱、齿轮箱，限位开关和其他控制零件（例如电位计表示阀门位置）组成。

电动执行机构主要应用于动力厂或核动力厂，是因为在高压水系统需要一个平滑、稳定和缓慢的行程。

电动执行机构的主要优点是高度的稳定和用户可应用的恒定推力。总值，电动执行机构的推力容量取决于电动机的尺寸和涉及到的齿轮。最大电动机能够产生扭矩值可高到500000lb（225000kgf）的直线推力。其他仅有的可以比较的具有那样推力容量的执行机构是电动液压执行机构，但是电动执行机构的费用是很低的。

电动执行机构的抗偏离能力是很好的，这是因为电动执行机构没有气体可压缩性。电动执行机构另一附加的优点是在原位失效永远是由于电动力源的中断，而气动执行机构则需要一个复杂的复位失效系统。因为不需要流体（例如空气或液压）去驱动电动执行机构，所以泄漏和管线费用不是个问题。

电动执行机构的缺点是它的费用和更为普遍采用的风动执行机构相比较是较为昂贵的。同时他是个复杂的组合件，共包括一个电动机、电动控制件和齿轮箱，这样更容易发生故障。除非要严格符合防爆要求之外，电动机对易燃环境无影响。当特殊阀门工况要求更大的扭矩和推力时，电动执行机构确实是太大和太贵了，并使自阀门甚至气动执行机构相比较，其动作可能是慢了。电动执行机构可能产生热，这在封闭的地方可能是个问题。入托扭矩和限位开关安装不赚却，执行机构治理能够很容易地破坏阀门的调节元件。

基于推力要求，电动执行机构在紧凑和自身包装方面（图5.26）以及带有直接驱动手轮的较大组合件（图5.27）是可取的。如图5.28及图5.29所示。电动执行机构的基本结构由电动机、齿轮箱或齿轮、电器控制件、限位开关、扭矩开关和位置控制设施等组合。根据其结构，电动机在其最大速度时效较高因此大多数电动执行机构使用某些类型的机械设施（例如锤击液压轭架螺母）去啮合负荷。这点是很重要的，因为在阀门打开和关闭处要求大的推力和扭矩。由于执行机构时两个方向操作，电动机必须能可逆地打开或关闭阀蛮。由于效率原因，电动机在高转速下操作（1000～3600r/min）是最佳的。因此，阀门上需使用齿轮以降低行程速度。齿轮箱使用涡轮减速，为了延长齿轮的最大寿命将其整体封闭在油浴中。

由于电动执行机构良好的抗偏离能力和扭矩，如果执行机构未能很好调整阀门会出现超限行程，它将有可能损伤或破坏调节元件或阀门行程的极限。为防止多余行程，当达到打开和关闭的位置时，采用限位开关去关掉电动机，也可使用扭矩开关在达到关闭或打开位置而扭矩增加时关掉电动机。扭矩开关的附加好处是如果一个物体进一步损伤阀门。理想情况是：扭矩开关最佳用于浮动阀座的阀门（例如球阀或楔板闸阀），而限位开关最佳用于固定阀座阀门（例如截止阀或蝶阀）。

电动控制设施能够附在阀门本身上火灾遥控地方使用延伸的电线控制。利用手杆或按钮操作电动机。对于手杆，顺时针旋转手杆，则执行机构延伸；而逆时针方向旋转，则执行机构杆收缩；将手杆放在中间位置则关掉电动机并保持在该位置。对于按钮控制，在结构上使用三个按钮，一个延伸阀杆，一个收缩阀杆，另一个则关掉电动机。使用红色或绿色指示灯告知用户，当阀门位于打开位置则通常为绿色，当阀门位于关闭位置则通常为红色，当电动机在操作则两个指示灯全部点亮。

较小尺寸的电动执行机构操作使用110～120V交流、60HZ单向动力电、电流未～30A。较大电动执行机构使用220～240V、三相、50～60Hz的动力电，或为125～250V直流电。需要的电流可到300A。特别大的执行机构甚至需要更大的电压（高达480BV交流）。

当需要手动操作或手动人工代用装置时，大多数电动执行机构可允许电动机被脱开，可采用可以脱开离合器的手轮，用手动将阀门定阀门定位。由于电动执行机构复杂的电气和机械的性质，大多数校验、调节和推荐的操作规程是由制造厂或授权的服务中心作出的。 液压和电动液压执行机构

当需要一场的抗偏离能力和高的推力以及快的行程速度是，则采用液压或电动液压执行机构。液压执行机构应用位于活塞上面和活塞下面的液压流体来确定阀门位置。液压压力可由外部工厂的液压系统提供（图5.30）。它的结构和汽缸执行机构相似。具有一个汽缸和一个活塞，活塞的作用像两个分室之间的分隔器。液压执行机构没有失效弹簧，所以失效作用需要一系列的切割系统，它是很复杂的，并且需要专用的工程。另一方面，对电动液压执行机构来说宁可使用液压执行机构而不愿使用一个外部液压系统，它有一个自身容纳的液压源，此液压源为执行机构本体部分。一个电讯号送入到内部泵内，该泵将液压流体由一容器送入到活塞的上方和下方。 因为液体的不可压缩性，采用液压动液压执行机构的优点是具有较有的抗偏离能力，这些对于节流工况是很重要的，因为当调节元件接近阀座时节流工况是不稳定的。在某些情况下，这些执行机构时用于交叉的幅度变化范围的传统阀门，如蝶阀。对于特殊工程，它们可设计成具有较好的、快的行程速度，有时在低于一秒之内关闭长行程，这一点在同于安全管线系统是理想的。液压的电动液压执行机构的缺点是昂贵，体积庞大笨重，特别复杂和需要专门工程。 第五节 执行机构性能

性能术语

有许多技术术语用来描述执行机构的性能。

滞后，是一个常用术语，用以描述位置误差量，它是指发生在由相对方向达到相同位置时的位置误差。可重复性，它与滞后相似，但它仅记录由相同方向达到相同哦你位置时的最大的位置变化。典型的之后和可重复性的读值为执行机构全行程的0.25%～2.00%。响应水平，它是要求产生阀杆位置变化（仅在一个方向）的输入量变化的最大值。典型的相应水平是全行程的0.1%～1.00%。不灵敏区，它用于描述产生执行机构杆可逆运动的输入量的最大值。典型的不灵敏区的测量值为全行程的0.1%～1.0%。分辨率，它是描述阀杆位置的最小变化的可能性，典型的分辨率是全行程的0.1%～1.0%。

稳定空气消耗，利用定位器作用于执行机构上，定位器消耗一定数量的空气压力去保持所需要的位置。根据定位器的结构，典型的稳定空气消耗两在0.2～0.4SCFM（每分钟标准立方英尺）（1.6～3.2cm3/min）之间变化。供应压力效率，是描述当气源压力变化10psi（0.7bar）时执行机构阀杆位置的变化，例如一个50psi（3.5bar）气源突然增加到60psi(4.1bar)气源。典型的供应压力效应可在执行机构全行程的0.05%～0.1%之间变化。 稳态空气消耗是指利用定位器作用于执行机构上，定位器消耗一定数量的压力空气去保持所需要的位置。根据定位器的设计，典型的稳态空气消耗两在0.2～0.4SCFM（每分钟标准立方英尺）（1.6～3.2cm3/min）之间变化。开路放大率在气源60psi（4.1bar）时为550：1到300：1之间。行程速度，其定义为时间的量值，即一个执行机构要求由全部收缩位置运动到全部开启位置所需的时间。行程速度取决于长程的长度、压力室的容积、空气源和执行机构本身的内部阻力。频率响应，是指一个系统或设施对一个恒定振幅正弦输入讯号的响应。换言之，它是输入一个变化的讯号，而系统保持不变的快慢程度的测定。当计算频率响应时，要记录许多频率下的输出振幅和相移。它们的记录是输入讯号频率的函数。线性度，是指执行机构杆在笔直线上偏差的偏移最大量。典型的线性度是在±1.0%～±2.0%之间变化。最大流动能量，是指压力空气的容量，该空气能在特定时间周期内流入执行机构。它是以每分钟标准立方英尺（SCMF）或每分钟立方厘米记录的。

第五节 执行机构性能

性能术语

有许多技术术语用来描述执行机构的性能。

滞后，是一个常用术语，用以描述位置误差量，它是指发生在由相对方向达到相同位置时的位置误差。可重复性，它与滞后相似，但它仅记录由相同方向达到相同哦你位置时的最大的位置变化。典型的之后和可重复性的读值为执行机构全行程的0.25%～2.00%。响应水平，它是要求产生阀杆位置变化（仅在一个方向）的输入量变化的最大值。典型的相应水平是全行程的0.1%～1.00%。不灵敏区，它用于描述产生执行机构杆可逆运动的输入量的最大值。典型的不灵敏区的测量值为全行程的0.1%～1.0%。分辨率，它是描述阀杆位置的最小变化的可能性，典型的分辨率是全行程的0.1%～1.0%。 稳定空气消耗，利用定位器作用于执行机构上，定位器消耗一定数量的空气压力去保持所需要的位置。根据定位器的结构，典型的稳定空气消耗两在0.2～0.4SCFM（每分钟标准立方英尺）（1.6～3.2cm3/min）之间变化。供应压力效率，是描述当气源压力变化10psi（0.7bar）时执行机构阀杆位置的变化，例如一个50psi（3.5bar）气源突然增加到60psi(4.1bar)气源。典型的供应压力效应可在执行机构全行程的0.05%～0.1%之间变化。 稳态空气消耗是指利用定位器作用于执行机构上，定位器消耗一定数量的压力空气去保持所需要的位置。根据定位器的设计，典型的稳态空气消耗两在0.2～0.4SCFM（每分钟标准立方英尺）（1.6～3.2cm3/min）之间变化。开路放大率在气源60psi（4.1bar）时为550：1到300：1之间。行程速度，其定义为时间的量值，即一个执行机构要求由全部收缩位置运动到全部开启位置所需的时间。行程速度取决于长程的长度、压力室的容积、空气源和执行机构本身的内部阻力。频率响应，是指一个系统或设施对一个恒定振幅正弦输入讯号的响应。换言之，它是输入一个变化的讯号，而系统保持不变的快慢程度的测定。当计算频率响应

时，要记录许多频率下的输出振幅和相移。它们的记录是输入讯号频率的函数。线性度，是指执行机构杆在笔直线上偏差的偏移最大量。典型的线性度是在±1.0%～±2.0%之间变化。最大流动能量，是指压力空气的容量，该空气能在特定时间周期内流入执行机构。它是以每分钟标准立方英尺（SCMF）或每分钟立方厘米记录的。 第六节 定位器 1、定位器的介绍； 2、定位器的操作；

3、旋转执行机构（空气－收缩）定位器原理图； 4、定位器校准；

定位器介绍 按定义，定位器是富裕执行机构之上的一个设施，它能接受来自可能告知其的电信号或气信号并将该信号与执行机构的位置相比较。如果信号和执行机构位置不同，定位器输出必需的动力（通常为压缩空气）去移动执行机构使之达到正确位置。定位器有两种结构：三通定位器（图5.31），输出并排放空气仅到单向动作执行机构的一侧，该执行机构为范围弹簧所平衡；四通定位器（图5.32），通过堵塞定位器到执行机构本身的工期管线，则可用作为三通定位器。

当定位的信号已由控制器送出，定位器既可接受4～20mA和10～15mA的电信号，亦可接受3～15psi（0.2～1.0bar）或5～30psi（0.4～2.1bar）的气动信号。属于“范围”是用以表示最高和最低信号极限之间的区域。工作幅度是用以表示信号的最低和最高极限之间的差别的，例如范围为3～15psi（0.2～1.0bar），其工作幅度为12psi（0.8bar）。内部反馈弹簧（有时叫做范围弹簧）是用在定位器内帮助确定正确工作幅宽的。分散范围使用以表示范围的局部应用，例如3～19psi（0.2～0.6bar）的信号或12～20mA信号。在某些结构中，通过调零或在定位器上对范围进行调节可以获得分散范围，而其他结构则需要一个新的范围弹簧。

在过去10年内随着分配控制系统的增多，需要电动气动（I/P）定位器去 毫安电流的控制信号。I/P定位器能够将毫安信号转换成当量的启动信号，它能操作定位器的伺服阀。 定位器的操作

定位器取决于来自控制器的输入信号之力和执行机构定位器的力之间的平衡。换言之，定位器工作需平衡两个力，首先是与输入的仪表信号成比例治理，第二十与执行机构杆的位置成比例之力。如图

5.33所示，定位器接受了仪表的输入信号。如果这个信号是毫安信号， 必须采用转换器将其转换成启动信号。转换器由压力传感元件反馈回路、电磁压力调制器及必须的电子元件组成。压力调制器由舌瓣组成，该舌瓣能够开启或关闭空气管嘴。当舌瓣被电磁铁吸着时，舌瓣本身运动。当信号推动电磁铁时，舌瓣也相应地运动并对定位器产生一个成比例的空气信号。转换器也有一个小的空气调节器以帮助提供为启动信号用的是当空气压力。如果定位器接受一个气动信号，则该信号是直接送入定位器的。

当启动信号改变，仪表信号盒内的空气压力也变化，并导致伺服阀的重新定位。当私服阀打开，则空气进入或排除执行机构的一段（三通或四通定位器）。双向动作执行机构用在四通定位置工作中，其反向动作发生在对立的一侧。如果一侧空气增多，则另一侧必须排出。

执行机构上部和下部空气室内的可能过期压力变化导致执行机构杆向上或向下运动。执行机构杆的运动通过某些类型的外部或内部连杆或操纵杆传送到定位器。当定位器接受了反馈动作后，反馈弹簧的眼神和力也增加或减少，它改变了仪表信号盒的反抗力。在这方面，当执行机构达到正确位置时，仪表信号盒和伺服阀处于平衡状态，输入执行机构的空气中断。 对于只有固有流动特性的阀门，例如蝶阀，定位器可使用一个可特性化的凸轮（图5.34）

去提供修正后的流动特性。

旋转执行机构（空气－收缩）定位器原理图

定位器校准

定位器通常是由制造厂根据执行机构和工况的要求而校准的。但是在运输和装卸中可能会导致校准的便宜。在使用之前，定位器英语信号线和气源线连接然后操作。如果发现有明显的不准确时应进行校验。定位器最常见的调准工作室调零和调准工作幅宽。调零是改变执行机构开始行程之点。当零点已校准后，调准工作幅宽是用来增加或减少由零点开始的工作幅宽，给哦能做幅宽对3～15psi

（0.2～1.0bar）气动信号为12psi（0.8bar），或对4～20mA电动信号为16mA。某些工作幅宽允许将工作幅宽调整到3～9psi（0.2～0.6bar）或9～15psi（0.6～1.0bar）的分散范围。当工作幅宽已开始调整，用户应转动到零点以保证在工作幅宽调整时它停留在正确指点。设置锁紧螺母或其他锁紧设施以防止校准在工作期间偏移。

零点和工作幅宽的调节以及许多可用的分散范围取决于所使用的反馈弹簧类型。明显的范围变化，例如由3～15psi（0.2～1.0bar）范围改变到6～30psi（0.4～1.2bar）范围将需要一个新的反馈弹簧。 第七节 辅助手轮 1、辅助手轮介绍； 2、辅助手轮结构；

3、安装在线性执行机构上的连接手轮图解

辅助手轮介绍

偶尔的，执行机构需要优先采用手动操作。这样，一个辅助手轮安装在执行机构之上，以便于在紧急情况、主要动力终端或发生事故时执行机构能够手工操作。

辅助手轮不仅便于手工操作，而且也可将某些零件放置于一个位置上，使手轮的作用像制动器一样去阀门的行程。

如果执行机构在带有信号的情况下使用辅助手轮，一个阀门安装在执行机构或定位器前面以关闭气源和排放或平衡压力室。为防止意外或故意的操作，某些制造厂提供锁紧杆，该杆放置于手轮的指甲附近并锁住。如果未提供此种结构，简单的链条和锁可以防止手轮运动。 辅助手轮结构

辅助手轮的结构式样很多，有时结构取决于执行机构和阀门的线性或旋转运动，有时是执行机构的整个零件，而另外一些则是附加在现有执行机构上的（为安装

做了少量修改）。辅助手轮能够安装在执行机构之上（叫

做顶部安装手轮）或安装在执行机构的侧面（叫做侧面安装手轮）。 用于线性执行机构的最常见的辅助手轮是连续连接手轮，它是附在执行机构上的组合件，放置在中兴范围以调节执行机构而不受来自手轮的干扰。当手轮旋转时，手轮螺母（或相似设施）运动超出中兴范围并啮合上部或下部止动器。当手轮继续转动，手轮螺母推向止动器。当手轮继续转动，手轮螺母推向止动器，导致执行机构杆想该方向运动。连续连接的优点是为了操作执行机构它不需要设置一个脱开离合器的机件去啮合或脱开手轮。此外，当手轮离开非中性，它的作用相似一个该方向的纤维止动器。安装在执行机构的连续连接手轮可以是顶部安装的，也可是侧向安装的（图5.35和图5.36）。 侧向安装连续连接手轮可设计成为机件，然后安装在略作改进的执行机构上（图5.37和图5.38），例如专用轭架。由外部在汽缸外壳或隔膜外壳上将手轮安装在执行机构杆上。这种结构的主要优点是手轮能够用来锁住阀杆位置，当阀门依然操作时，可拆卸汽缸外壳或隔膜外壳。

另一种为线性执行机构使用的常见辅助手轮结构时“仅推手轮”，它常用于隔膜执行机构和活塞汽缸执行机构（图5.39和图5.40）。这种结构是顶部安装的，并且基本原理也很简单。当手轮旋转时，手轮杆（它是用螺纹拧入执行机构顶部的）下降知道与活塞或隔膜板接触并将它们推到阀门被关闭或达到行程中间点。此种仅推结构在活塞和隔膜的对立侧需要一个弹簧以保证其反抗力。手轮不仅能用于阀门的关闭和节流，它亦可作为上部限止动器。一种改进的结构可用于可逆向作用的执行机构（图5.41）。

旋转运动阀门也可以配备辅助手轮（图5.42）。尽管轴的正常旋转不允许采用连续连接结构，代之以采用可分离的手轮，它可以使用户啮合或分离与轴连接的手轮。可分离的手轮主要问题是在操作过程中手轮上的里。同样用户应谨记在使用之后应脱开轴辅助手轮，因为执行机构和阀门的自动操作会转动手轮而导致潜在的安全问题和随后的维护问题。

安装在线性执行机构上的连接手轮图解

第八节 外部失效系统 1、外部失效系统介绍； 2、使用汽缸容积的气动弹簧； 3、使用外部容积罐的空气弹簧； 4、锁紧系统；

外部失效系统介绍

在某些情况下，操作条件大于执行机构失效弹簧的能力。在其他工况，带有重荷载弹簧的执行机构是不现实的。在这种情况下，外部失效系统（也叫空气弹簧）可夫在启动执行机构之上。空气弹簧式自身容纳的增压系统，它具有足够 的气动动力源，当执行机构动力源中断时，此动力源驱动闭合元件移动到特定位置。

大多数情况下，失效动作是关闭阀门，虽然某些工况需要一个失效-开启动作。为这个动作所需要的空气体积有时可由执行机构提供，或在另外情况下由外部容积罐提供。

偶尔，阀门结构可带有较小的空气弹簧，例如对于截止阀，物流位于阀芯之上的结构由于工艺力的作用而使阀芯保持在阀座的位置；这样空气弹簧仅需产生足够之力去推动阀芯到阀座的位置。如果阀门是物流位于阀芯之下的结构，空气弹簧不仅要有防止阀门的能力，并且要有维持这个位置的能力。这样可能需要较大的空气容量和较大的外部容积罐。显然，如果空气弹簧设计成是失效时打开阀门，物流位于阀芯之下的结构对此将有所帮助。应注意之处是有时改进阀门本身会胜过一个外部巨大的失效系统。

偶尔的，工况要求在动力中断时，阀门应位于最后的位置，浙江要求一个不同的失效系统。在这种情况下，阀门结构与失效系统的规模无关，因为系统必须能够控制在全开和全关之间的任何节流位置。 使用汽缸容积的气动弹簧

对操作条件实质上为中等作用的工况，当时孝弹簧尚未能胜过工艺力时，可使用执行机构空气容积的空气弹簧。这个系统（使用汽缸容积的空气弹簧）需要使用定位器。如图5.43和图5.44所示的失效-关闭和失效-开启两个原理图，空气弹簧使用三通开关阀和空气接收器。定位器起到三通定位器作用，仅向执行机构的一侧提供空气。空气接收器用来向执行机构的另一侧供应恒定的空气压力。如果是在工厂预先设定的所需要的压力，用以胜过在执行机构仍然正常行程时特殊工况的不平衡里。三通开关阀用来控制气源，并预先设定在预期的空气气源水平——低到足以避免气源压力的正常波动。当空气源失效或降低到地狱预先设定点，执行机构的恒定压力侧驱动执行机构到失效位置。当气源恢复到正常水平，三通开关阀打开以使执行机构正常操作。

当采用使用汽缸容积的空气弹簧式，必须要计算设定压力，计算使用下列公式：

PA1VC1=PA2VC2

式中 PA1——初始空气压力（绝） VC1——最终空气压力（绝）

PA2——执行机构压力室初始容积 PC2——执行机构压力室最终容积

用户必须评定执行机构所需之力（FA）、执行机构的位置或隔膜面积（A）的最坏情况，该隔膜面积可由制造厂获得。当力（FA）和面积（A）已知，使用下列公式为失效位置确定执行机构所需最终空气压力（PA2）：

PA2= FA /A+14.7

式中 FA——所需要的执行机构力

A——活塞或隔膜的面积，in2。

PSVS= -14.7

式中 PSVS——开关阀的设定点，psig

VM——要求空气推动执行机构到失效位置的执行机构一侧的最大容积，in3。 S——阀门行程长度，in。

如果开关阀的设定点（PSVS）超过空气源压力的80%，则执行机构空气容积不能控制失效的模式，因而必须使用外部容积罐。 使用外部容积罐的空气弹簧

当执行机构内的空气容积不足以驱动执行机构到它的失效位置、阀门应设置外部容积罐以补充所需要的空气体积，典型的使用容积罐的俄空气弹簧系统包括一个外部容积罐，一个三通开关阀，两个控制操作的三通锁紧阀和一个止回阀。对于向执行机构两侧提供空气源的结构需要一个四通定位器。止回阀的目的是如果空气源失效，可维持容积罐内的空气压力。如图5.45和图5.46所示的两张失效-关闭和失效-开启情况的原理图。三通开关阀用来控制气源并预先设定在预期的空气源水平——低到足以避免气源压力的正常波动。在正常操作期间，锁紧阀使空气源在定位器和执行机构之间正常流动。当气源减少或下降到预定值以下时，来自三通开关阀控制器的压力导致两个锁紧阀卸压。一个锁紧阀自容积罐将空气送入执行机构，而另一锁紧阀自执行机构另一端排放空气到大气。来自容积罐的空气驱动推行机构到失效位置。除非空气在管线、接头、锁紧阀或容积罐到执行机构之间的止回阀发生泄漏，执行机构应长期维持在它的位置处。执行机构两侧之间的密封必须无泄漏。

当采用使用汽缸容积的空气弹簧式，必须要计算设定压力，计算使用下列公式：

PA1VT1=PA2VT2

式中 VT1——外部容积罐的初始容积 VT2——外部容积罐的最终容积

用户必须评定执行机构所需之力（FA），执行机构的位置或隔膜面积（A）的最坏情况，该隔膜面积可由制造厂获得。当力（FA）和面积（A）已知，使用下列公式为失效位置确定执行机构所需最终空气压力（PA2）：

PA2= FA /A+14.7

确定开关阀的设定点（也叫做初始执行机构压力），采用下列公式计算：

PSVS= -14.7

如果初始压力超过80%的空气源的压力，则必须使用外部容积罐，下列计算有助于确定容积罐的正确尺寸。 失效-关闭执行机构：

VT=

失效-开启执行机构：

VT=

式中 VT——外部容积罐容积，in3。 锁紧系统

某些工况要求阀门维持在动力源短缺的条件下，在此情况下，要采用锁紧系统。如图5.47所示，典型的锁紧系统要求一个三通开关阀，两个控制操作的三通锁紧阀和一个四通定位器。三通开关阀控制空气源并预先设定在接近于其的空气源水平而又低到足以避免气源压力的正常波动。在正常操作期间，锁紧阀可使空气在定位器和执行机构之间正常流动。

当气源减少或下降到预定值以下时，来自三通开关阀到锁紧阀门的控制器压力卸压，导致两个锁紧阀关闭。两个锁紧阀的排放舱口必须被封闭，否则，去执行机构的现有空气将派出而产生不稳定状态。 第九节 控制阀通用配件 1、通用配件的介绍；

2、过滤器； 3、压力调节器； 4、限位开关； 5、接近开关； 6、位置变送器； 7、流量增强器； 8、电磁线圈； 9、快速排气阀门； 10、速度控制阀门； 11、安全泄压阀； 12、变换器；

通用配件的介绍

某些特殊执行系统或执行机构要求快的行程速度，由一种介质的信号转换到另一种信号及位置传递等。在这种工况下，执行机构所含的配件有助于完成此项任务。理想情况下，配件直接安装在阀门上以保证用户了解配件的部位，虽然有些时候配件不直接安装在阀门上，但用户必须确定配件的部位。 配件可直接由阀门制造厂生产，但是在大多数情况下，配件是由单独的制造厂生产而由阀门制造厂采购。阀门制造厂在阀门装运中通常应包括这些说明书。说明书既可附于配件上也可包括在阀门和执行机构的说明书内。保管好阀门或执行机构及配件的所有文件是重要的，因为它详述了安装和操作的说明。如果在装运但中没有配件说明书应和制造厂联系。 过滤器

无论是气动或是液动执行机构，其最基本的配件是过滤器。过滤器设计成能过滤动力源介质的不纯物或其他流体或固体等外来杂物。这些杂物将污染执行机构系统、定位器或其他配件。如图5.48所示，过滤器安装在动力源头和执行机构或定位器之间。一般情况下，过滤器安装在配件上游确保流体在进入执行机构或定位器之前已被过滤。过滤器大多数使用管接头或支架在执行机构或定位器上的。过滤器上具有一个带有微小开孔的滤筒或一系列的滤网（典型的滤网孔直径是5μm）。过滤器或滤网拦住任何较大直径的颗粒，该颗粒能够阻塞定位器内部的小通道，污染金属活动零件（例如活塞）或损坏贪心体（例如执行机构杆的O形环）。

因为压缩空气有产生冷凝水的倾向，特别是在超市的环境下，过滤器有一个冷凝水泄出孔和排水阀以便于排水。水能污染定位器内的通道，或导致细菌滋生而造成性能的不稳定。在没有过滤器的单向动作阀上，压力室内可能充水造成操作缓慢或最后全部没有动作。通过系统本身的空气压力，放水孔也可用来排放可能出现在空气管线内的油和大的颗粒。 压力调节器

压力调节器（也叫空气接收器）用来调节或去往执行机构的空气源。典型的压力调节器如图5.49所示。虽然许多工厂提供的空气压力在60～80psi之间，

但一些执行机构在该压力下操作会产生内部失效。如5.3节

讨论，单向动作执行机构被用于较低的空气压力范围内（通常在40psi或2.8bar）并需要安装压力调节器。

采用单向动作或双向动作执行机构的工厂最常见的问题是一些技术人员习惯于在所有阀上（不管阀门型式如何）安装压力调节器，从而了去往所有执行机构的压力。然而某些执行机构，例如活塞汽缸执行机构，在较高压力下操作较佳，并提供较大的推力，快的形成速度和较佳的抗偏离能力等。此外，在执行机构上设置必须的压力调节器会导致误调节的可能性或增加一个有可能失效的设施。制造厂通常在执行机构上附有标签，用于向用户告知执行机构的压力极限。照例压力调节器仅能安装在较低压力操作的执行机构上。 限位开关

当一个电信号必须发出以指执行机构或阀门的开启、关闭或行程中间位置时，则采用一个电动开关设施——叫做限位开关。限位开关通常用于发声报警或操作信号灯、继电器或小的电磁阀。典型的信号-开启和信号-关闭的纤维开关结构如图5.50所示。而凸轮限位开关如图5.51所示。限位开关直接安装在执行机构或旋转分动器上，并使用激磁臂经由止动板或相似机构与移动的阀杆或轴连接。限位开关有二种型式：单极双投型，它可使一个信号送到一个接收器；双极双投型，它可使两个信号送入两个接收器。凸轮限位开关使用一个部件能够操作任何处的两个到六个之间的开关，直流或交流电均可使用。

接近开关

当不希望在县委开关和杆与轴之间使用机械连接时，可使用接近开关。接近开关是一个限位开关，它使用磁传感器代替机械臂。开关的传感器位于邻近杆或轴处，并当它靠近传感器时使用金属突起物去启动开关。 位置变送器

位置变送器是提供连续信号以指示阀或执行机构位置的一种设施，用于信号指示、监视执行机构性能、记录数据或控制有关的仪表和设备。位置变送器内的电势计利用激磁臂或连杆直接连到执行机构或旋转连杆上（图5.52）。提供单独的零的调节和工作幅宽的调节，可供特殊调节之用，例如仅检测执行机构行程的关键部分。位置变送器也可设计成具有四个限位开关。大多数位置变送器使用4～20mA交流电源切断双线环路，并使用特殊外壳使之防爆。由性能观点来看，典型的位置变送器提供的线性度和迟滞性为满标为±1%～±2%之间，重复性位于满标的±0.25%～±1%之间。

流量增强器

流量增强器用来增加较大气动执行机构的行程速度。因为它们的增加体积，大的执行机构难以使行程加快。总之，流量增强器对输入信号的变化相当大时则反应迅速，而执行机构接收的信号波动小时则反应平稳。常见流量增强器的布置如图5.53所示。

流量增强器典型地与定位器共同使用，流量增强器安装在定位器和执行机构之间。流量增强器通过管道与空气源相接，要求使用全部空气压力推动执行机构行程，并最后给出较大信号的增加或减少。只有当接受大的信号时，流量增强器才使用全部空气源，否则来自定位器的空气流量通过增强器而运动。通常使用增强器内的旁路阀门预先设定空气流量。当接受一个较大的信号，增强器的入口或排放口打开。如果增强器的入口打开，全部空气源未经调节便送入期望的空气室。在此同时，另一个增强器的排除舱口打开，使得对面的空气室排气。两个增强器继续处于这个位置知道压差达到增强器内旁路阀门的不灵敏区极限。当旁路阀门打开，气源入口或排放口的舱口关闭，流量增强器转入正常操作。 电磁线圈

电磁线圈是一个电位控制设施，它接受电信号（通常为4～20mA信号）从而引导气源直接进入执行机构。电磁线圈的两种应用类型：三通电磁线圈有时用于操作单向作用执行机构，例如隔膜执行机构，这是因为它们的设计是仅向执行机构的一个空气室送气；对于双向动作执行机构，三通电磁线圈用于中断或过载去往气动定位器的信号。

四通电磁线圈用于代替定位器而进行双向动作的执行机构的操作，并提供可靠的双向动作，如图5.56和图5.57所示（表示关闭和开启二者动作），四通电磁线圈输送全部气源到执行机构的一侧，而另一侧向大气排气。

快速排气阀门

快速排气阀是一种压力敏感排放设施，它是在不需要定位器的开-关工况下与双向动作执行机构共同使用。当启动时，快速排气阀门几乎立即将双动作执行机构一侧的气体排放到大气，使阀门运动到全部关闭或全部开启。快速排气阀门安装在执行机构和气源之间。只要向执行机构提供正常空气源，则它将继续正常工作。然而当气源失效或中断，快速排气阀门起到明显的压力降反应。内部隔膜通过增大的锐孔转送来自执行机构的排放流，使执行机构的内部压力更加快速排放。针形阀必须与快速排气阀平行安装，这样快速排气阀的是放电可以调整使它仅在要求更大的信号时反应。

快速排气阀特别在助于开-关工况，此处需要一场的双向行程速度（见图5.58和图5.59）。快速排气阀的另一常用工况是当一代又定位器的双向动作执行机构必须在一个方向提供快速行程时（图5.60与图5.61所示）。

速度控制阀门

通过去往或来自执行机构的空气量，执行机构用来约束执行机构的速度。这些小阀门可以安装在管线和执行机构之间，并与配伍的常见管子尺寸相适应。它仅能用于一个方向，这样如果形成速度必须控制两个方向，则必须使用两个速度控制阀（每一个方向内设一个）。使用速度控制阀的典型应见图5.62。

安全泄压阀

当使用容积罐或如果必须使用高压执行机构控制操作条件时，某些地方性规范要求在高压容器上安装安全泄压阀以防止超压。按定义，安全泄压阀设计或当超过某一给定压力时，阀门打开通向大气。由于各地方的规范不同，阀门制造厂对用户延缓安装安全泄压阀。 变换器

变换器是由电信号变换成气动信号的设施，可能要求它操作气动执行机构的定位器。当随着新的控制技术的增加和现有定位器必须由气动信号转换为电信号而更多推广I/P信号时，变换器已变得更加普遍。最常见的变换器能够由4～20mA信号转变为3～15怕死（0.2～1.0bar）风动信号。来自变换器的启动输出信号正常的是线性特性。变换器可直接安装在执行机构上，如果振动是个问题也可以单独安装（图5.63）。

第六章 灵活阀门及定位器 第一节 工艺控制

第二节 控制阀的灵活系统 第三节 数字定位器 第一节 工艺控制 1、工艺控制介绍； 2、控制器及分配控制系统； 3、模拟工艺控制系统； 4、HART场地通讯规程的开发； 5、数字过程控制系统； 6、场地信息转移通路标准化； 7、灵活阀门开发； 8、灵活阀门作用；

工艺控制介绍 直到最近，大多数阀门和执行机构被用作为模拟系统的零件。今天过程工业已进入一个新的黄金时代，面临着工艺控制正在改变，以至于灵活技术正在很快地超越那些过时的曾经一度流行的模拟系统。灵活终端控制元件——例如安装在阀门上或安装在用于执行机构的定位器上的灵活系统，很少有或没有动的零件失效。数字通讯的性能远远地优于I/P模拟系统的4～20mA的信号。此外，今天的灵活终端控制元件提供许多新的功能，例如自动环路调谐、自身诊断信息处理、计划维护和警告/报警管理。

为了了解灵活查您的术语和功能，必须首先了解常用仪表、控制原理及其术语。 控制器及分配控制系统

很多与工艺传感器相连接的控制系统及终端控制元件，例如控制阀和执行机构，使用控制器或分配控制系统提供控制环路中的信息。控制器是个微型信息处理机，它接受来自工艺传感的输入，例如压力或温度传感器或流量计，并与预定值比较这个信息，进行比较之后，它送出一个正确信号到终端控制元件知道达到预定值。在今天常用的控制器具有可供环路调谐用的三向模式，换言之，用户调整比例、积分和导数设定，它们常叫做PID控制。对于PID控制，此三个设定可以调整使控制环路最佳化或提供可靠的控制环路特性。例如在设定点和工艺变量之间的变化可自动校正或增加系统速度以改进系统响应。

对于更大规模的控制器是分配控制系统DCS。DCS是一个中心微型信息处理机，它被设计成接受来自许多设施的数据并控制其反馈到几个终端控制元件。对于

DCS，所有输入的导线和终端控制元件被引导到一个中心区，通常是在一个控制室内，DCS位于此处。 模拟工艺控制系统

模拟工艺控制系统已有很长的历史，它开始于1970年中期，并作为工业标准。但是截至2000年，模拟工艺控制系统普遍地被数字工艺控制系统所代替。不顾这些变动，很多的工艺控制工厂仍然依靠这个技术并了解它的操作。

对于方便的模拟系统，工艺传感设施传送4～20mA信号到控制器或DCS。信号通过铠装双丝线传送的。因为控制器或DCS是一个简单的计算机，它使用数字

信号，来自现场模拟信息必须转变成用

于控制器或DCS的数字信号。这是通过模拟输入/输出界面卡完成的，它为微型信息处理机将模拟信号转变成数字信号以便应用，如图6.1所示。如果通过产送信号接受的信息不同于工艺过程所需之值，计算器或DCS送出正确信号到终端控制元件，它可能是控制阀。再来一遍，由于所涉及的模拟通讯线，控制器或DCS将送出一个数字信号，然后转变为模拟信号并通过可靠的模拟先传送到控制阀。控制阀通过移动它的位置最终达到正确的工艺数值。 模拟设施——例如流量计、限位开关或定位器，用来产生工艺信息或对来自控制器的反馈起反应并通过机械手段产生模拟信号。例如限位开关取决于轴的机械运动去使纤维开关杆臂与它的接触，这将导致限位开关触点的接触和送出模拟信号。

模拟工艺控制系统的主要优点是：由于模拟输入/输出界面，任何模拟设施——不管它是流量计还是控制阀，能够和控制器或DCS联系，使设备的互换性容易。第二个优点是模拟系统在世界范围内已被普遍接受，仪表从业人士已熟悉它并且许多工艺设施仍然在使用它。

模拟系统也具有许多缺点。首先，它必须有可靠的线路，或换言之，即一个设施配一条线路。如果两个设施共用一条4～20mA的线路，信号易于产生相互的不利影响并扰乱控制器或DCS。当然，电线路会遭受磁场或射电频率的不利影响。此外，电线路会被损伤或破坏。模拟设施必须有运动零件产生模拟信号，它会被损耗、失效或中止操作。还有，由于模拟设施需要机械调节，校准会自必需的设定点便宜，特别是在有振动的地方。 HART场地通讯规程的开发

开发HART场地通讯规程及各种品种的HART现场仪表对于安装在模拟工艺系统的控制系统有利。字母缩写HART代表高通导可寻址遥控传送器，并与1980年末期成为仪表制造商脑力劳动的产物。仪表制造商向其他开发者公开了规程并在1990年形成了大量的用户群。在1993年用户群体发展成HART通讯基地，它的

建立是为了支持在过程工业中应用HART规程。 由于现有的数百个工厂使用传统的模拟工艺控制系统，HART规程使数字技术和它的4～20mA连线的结构得到应用，并使数字通信带有HART设计的控制阀门和其他HART的设施。

按设计，HART规程保持4～20mA信号，而使两向数字通讯工作在4～20mA线路内而不干扰信号线路的原有目的。HART的发展史围绕着主动/从动的环境，此处控制阀或定位器（具有数字能力），或其他灵活设施（作为从动设施）仅当主动设施通信时才联通。主动设施可以是个人计算机或手持童话装置（图6.2）。 典型地，HART规程（与灵活阀门或数字定位器共同使用时）提供超过传统的4～20mA设施的较大功能都和改进的性能。此外它也可供其他信息收集和基于功能的性能，例如校正、诊断、设定设备参数和数据储存之用。 数字过程控制系统

由于模拟过程控制系统的缺点，以及联系到最近出现的基于微型信息处理机的控制器、分配控制系统和场地信息转移通路，而对数字通讯的要求明显增长，并在1990年进入黄金时代数字过程控制系统不仅引用了控制器或DCS的数字通讯而且也使用了过程传感器和终端控制元件的数字通讯。这些消灭了由模拟到数字界面的转变，以及某些机械零件和模拟设施的运动。它较大地改进了产品的可靠性，仅有少量的运动零件失效或线路破坏。它也保证控制器能接受准确信息和终端控制元件完全按照反馈随动。与模拟系统比较，在数字系统中，其滞后、重复性和其他控制问题都是很少的。不过在控制器、DCS及过程传感器与终端控制元件数字通讯之间仍然需要有形的线路，这就使得许多设施使用单根线路。这是因为每一个设施有一个电特征可使本身识别DCS和控制器而不受信号干扰。 基于标准化通讯全数字语言的数字通讯，叫做场地信息转移通路。对于场地信息转移通路，场地设施不仅和控制器或DCS同学并且也和其他场地设施通讯。场地信息转移通路提供合理的动力源去运转灵活设备的复杂功能。

对于数字系统，模拟输入/输出界面被场地信息转移通

路数字界面所代替，它能接收来自用一

条数字线路连接的多路设施的信号。数字通讯的主要优点是由任何设施送出的信号通过仪表特征很容易地被识别，并且能够由对抗的信号中分离。这些使用DCS按一个设施将信息分类并送出反馈而输入到另一设施，如图6.3所示。 数字系统的最明显的优点是改进了系统的准确度和响应。对于数字通讯没有任何信号丢失。运动零件和连接件的减少意味着有较佳性能、较少的维护和再校正以及较少备件储备。一旦数字通信连接到位，所有设施之间的互换是可能的，这也是模拟系统有益之处。如果系统内含有PID，控制数字系统将供自动环路调谐和改进控制环路性能之用。设备功能信息能产生对设备和过程的诊断，它有助于计划维护和消灭维护的突然性。对于场地信息转移通路技术，可利用通信线路内的动力去运转数字设备，排除了外部动力源。 场地信息转移通路标准化

直到1990年末期，标准化的场地信息转移通路的问题是没有过程工业之间对于通信语言能够较好地服务于对它的全球需要的普遍协议。用户要具有全部数字通信和全部灵活设施用相同场地信息转移他哦公路操作，这些了用户的选择，这些因为不同的竞争对手提出几种场地信息转移通路的标准。这些分歧最终在推销不同场地信息转移通路者之间被解决。关于基本场地信息转移通路技术被认为是最初的领先者。由于真的标准化场地信息转移通路的出现，所有灵活过程设备及其有关软件能够使用同一语言被开发，在所有数字设施之中产生真正的数字关系。

从1994年开始，场地信息转移通路聚集了百家以上的数字过程控制查您的开发者和制造厂在场地信息转移通路的麾下共同工作，这些公司支持一个具有基值和产品开发的全球场地信息转移通路规程，但是基本场地信息转移通路技术不贵任何公司所有。基本场地信息转移通路是一个相互的可操作系统，它是根据国际标准化组织公开系统互联（OSI/ISO）所创立的7层通讯模型，如表6.1所示。它的技术要求与ISA和SP50标准方案及国际电气委员会（IEC）相容。 表6.1 7层模型 OSI层次 功能

1. 物通过现有吸血或电气连接传送原始的二进制物流 理的 建立数据包结构，信息转移通路仲裁、错误检测和成帧 2. 数所有包的程序安排和解决全部网络地址 据自动传送器 提供显而易见的信息传送，它与网络无关 3. 网为所有应用提供连接管理服务 络 自当地信息安排和网络之间的应用中转变数据 4. 输提供网络能力应用 送 5. 对话期间 6. 显示 7. 应用 灵活阀门开发 1990年初期，控制阀结构和功能依然相对稳定，但是某些新的控制阀结构，例如偏心旋塞阀和弹簧气罐执行机构，被认为是先进的。控制阀作为终端控制元件的主要作用已有30多年没有变化，这点已被广泛接受。

积分数字通信概念和控制阀的情报在1990年初由工业专家宣布为过程控制未来的早期原型而第一次为人所知，但是这些早期原型基本上设计成为自持的设施，因为过程工业还没有可以使用同一的场地信息转移通路标准连接到DCS去应用这些数值。

但是在随后的十多年，控制阀工业已被数字产品发展的突然出现所重新鼓励。在2004年，控制阀的数字产品和软件的整体二级工业已被实现并且促进了整体控制阀门工业的成长。 灵活阀门作用

灵活阀门已被应用到控制阀上，它使用仪表盘上为信息处理机或数字定位器与模拟或数字通讯。对于终端控制元件，控制阀必须具有与控制器或DCS采用计数法通讯的能力，以及与其他数字场地仪表的相互感应，产生数字通讯积极方面的优点。至少这些需要数字定位器。

灵活产品的开发最初由于缺少标准化场地信息转移通路而缓慢，但是今天使用的许多灵活阀门和定位器已经开发，因此他们可以处理许多建议的场地信息转移通路的版本。今天灵活阀门根据为信息处理机的能量和设计而变化很大，例如放置在阀上的灵活系统能够提供但环路控制——它要求北邮过程传感器、控制器和数字定位器。

这些要求广泛的功能，由过程控制到获得数据，再到本身诊断。此外，对于某些灵活阀门，PID控制能够加入到自动环路调谐工艺过程之中，因此它更有高效率的。另外，数字电位器含有微信息处理机，它仅用于帮助阀门使用其能力，起到终端控制元件一样的作用。总之，灵活阀门和定位器二者能提供各种等级的阀门自身诊断和安全系统的管理。

许多工厂今天仍然保留与模拟线路的连接，每条线路负载单独的输入设施或终端控制元件之上。用数字线路代替这些模拟线路是费时和昂贵的，因此更换这些线路由于经济考虑已被推迟。由于这个原因，一个公共的规程被开发，此公共规程允许灵活产品在所有通讯及所需动力之中使用现有模拟线路。这意味着使用现有

4～20mA线路的灵活设施必须使用此种最坏的条件——以4mA作为动力源。这样低的动力问题是设施仅仅具有此有限的电子量，因此该设施的灵活能力受到。如此前所述，场地信息转移通路的一个优点，一般来说是能够增加动力去扩大灵活设施的功率。

灵活阀门主要是直线运动阀门，其中截止阀是主要关键所在。虽然某些旋转结构已被改进为灵活操作——它具有一个固有流动特性，它能够编制程序为用户提供较佳的流动控制。同时灵活阀门能够对定位器直线运动转变为旋转运动的问题进行修正，因为定位器的移动臂的摆动弧度不产生真正的直线信号。 第二节 控制阀的灵活系统 1. 灵活系统的介绍 2. 灵活系统设计

灵活系统的介绍

最尖端的灵活阀门是控制阀，它配备带有公益过程传感器的灵活系统。灵活系统是基于微处理信息处理机的控制器，它能提供本机的工艺过程控制、诊断和安全管理。通过安装在阀体上的工艺过程窗前将工艺过程输入到灵活系统，如图6.4。本系统亦有内部传感器去检测阀杆位置和气动执行机构两侧的压力。 将控制器和工艺过程传感器放在控制阀之上，要求单环路控制——其简单的定义是当输入传感器送出信息到控制器时，此控制器送出一个修正信号到终端控制元件使其达到正确位置。经过监测上游压力、下游压力、温度和阀杆位置，灵活系统能够计算阀的流率，并将它和预订设定点比较并对任何必须的位置进行调整以提供正确流率。灵活系统能够具有图形以处理压差、上游压力、下游压力、温度、流率、阀杆位置或另外辅助工艺环路的单环路控制。因为灵活系统能够编织程序去处理本机控制和工艺测量，DCS能够用于处理在工厂另外一处的更多需要的控制情况或提供总的工艺监督功能。对于本机可能告知其，灵活系统能够检测和建立上游压力、下游压力、压差、工艺温度和流率的记录。灵活系统的控制器能够配备PID控制，它使用来自外部变送器或内部工艺参数计的数值作为控制变量。为了在广泛的应用中根伟有效地工艺控制这些，可使工艺过程被调谐。 灵活系统可用于带有数字或可靠的模拟定位器的模拟或数字两者系统（图6.5）。它们可以使用4～20mA模拟信号、数字信号或通过可编程序设定点去相应PID而操作。灵活系统有时需要使用个人计算机或DCS去设定而调谐和操作灵活阀门的参数计——但是某些较新的版本配备有仪表板上的可直接操作的键盘。 用户可使用灵活系统通过许多操作器的界面进行通讯：DCS输入/输出界面卡、手站和记录器或个人计算机。当使用个人计算机通过灵活系统进行通话时，必须安装界面软件。

工艺传感器和控制阀非常邻近控制器大大减少了空载时间或滞后时间，明显地增加了对工艺变化的响应。当灵活系统内包括数字电位器时，则大大减少了之后、线性度和重复性问题。灵活系统能够收集和发布流量计工艺数据并送到DCS。DCS向用户提供目前工艺过程的工艺分析。遥控传感器也能够和灵活系统相连接以改进其他工艺参数计的控制，而不必将这些数据通过DCS。

灵敏系统的重要副效益是明显地减少了线路的渗透——在短效发射是个危险利害关系的那个年代里，他是个重要考虑因素。因为工艺传感器安装在阀门本身上，阀门的单点安装除了流量计、温度传感器和温度传感器的分开的管线渗透性。这

样仅有一根线路代替了作为空转录部分的死到五根线路的渗透性，这些消除了许多潜在的泄漏通路和降低了EPA的报告功能。

灵活系统要求阀门和工艺自身诊断，通过它们的功能区记录阀门和工艺的图像。当阀门是第一次安装时，则阀门的最初气动性能或工艺本身的图像将被拍摄。当阀门继续操作，阀门和系统性能的周期监测咬合最初启动时的图像相比较。当这些功能由于正常磨损或意外失效时而开始迟疑不定时，灵活系统会将悬而未决的和现在存在的问题向用户警告，在主要系统或阀门失效之前要求预防维护或采取校正动作。例如，系统能拍摄在阀座位于关闭位置时泄漏的图像。灵活系统能够将初始图像和目前阀体泄漏图像相比较。如果目前读值由于磨损或损伤了闭合元件或调节元件而超过ANSI泄漏等级，系统向用户警告闭合元件需要维护。经过检测执行机构的上部和下部压力室，灵活系统也能评价填料压缩情况和执行机构密封的损失，或是别不平稳的阀杆形成，此阀杆形成能够指出闭合元件或调节元件问题。如果在系统中使用模拟定位器则可以检测滞后、重复性和直线性。

因为可以得到工艺过程图像，系统的总功能能被上游或下游设备所影响，能够被检测和评价。例如如果上游泵开始缓慢则上游压力会下降，且在某一点处下降到合格的极限，当灵活系统发现压力降低于预先设定值，它能通知用户，此用户能编织必须的数值或对执行机构进行维护。

安全管理是灵活系统的另一途径，因为它们能够进行可编程序设定，此设定在工艺极限因系统扰乱而被妨碍时能够通知用户。此外，系统能够检测和分析在开工和听过哦你过程中的工艺情况，报警任何突然性的违反正常操作条件的问题。各种四小模式能够在灵活系统在编制程序，此程序可以提供各种失效的不同模式：气源或动力的丢失，工艺过程失效和命令信号丢失等。 灵活系统的另一个优点是数据记录，它们有能力在用户规定的时间间隔内记录工艺条件。例如某些灵活系统能在1s到3h之间的任意时间间隔内记录300条线路内的工艺条件。这些数据记录是正常提供的，因为用户可以对工艺进行评价和查找任何干扰和不正常情况。

灵活系统的广泛的好处是经常反映灵活系统的价格，它可能对某些管用的其他执行机构的费力产生“尖刀-冲击”。但是用户应注视更大的事情：灵活系统代替了控制器，单独的温度传感器和压力传感器，一个流量计，限位开关，管线和电路等。合起来看，直接安装在控制阀上的灵活系统的费用要低于各个设备之和的费用。灵活系统仅有的明显问题是它需要一个单独的24V直流动力源去运转电气设备，如果仅有标准交流电源可供使用，它可能需要某些附加的线路和变换器。 灵活系统的简单化是将系统安装在执行机构上，但不包括阀体内的工艺过程传感器，其实质是形成了一个很强大的数字电位器。这使得灵活系统具有如前所述的很多优越功能，但是没有仪表盘上的单环路控制。优点是费用低，而且提供许多与整个灵活系统有关的灵活技术。 灵活系统设计

图6.6表示典型灵活系统 。由单独24V直流电源和压缩空气源提供动力。压力传感器直接安装在闭合元件的上游和下游的阀体上。当物流通过闭合元件或调节元件以及阀体其他狭窄截面时，压力传感器的位置是保证合理压力读值不受提高速度影响的关键。温度传感器位于压力传感器之间，并根据需要尽量接近闭合元件或调节元件以确定最佳工艺温度读值。传感器的电线直接通过管子与灵活系统连接。气动线路自数字电位器输送空气到执行机构上部和下部的空气室内。 利用管理DCS或个人计算机通过连续数字通讯线进行操作和调谐输入以及数据收集。为了任何操作信号，自DCS导灵活系统之间用单独的4～20mA线相连接。对于与灵活系统有关的单环路控制，此线经常是不必须的，但是如果有需要时也可设置。

为离散数字信号提供输入和输出线路，其作用像开关一样，允许用户拴牢手动和灵活系统的自动操作，或用于其他定制的构形。二次的4～20mA信号输入用于任何辅助输入，例如自遥控流量计去控制下游压力。二次的4～20mA输出用于和其他管理设施通讯，例如另一个控制器。 如前所述，灵活系统能够和管理定位器共同使用。带有模拟定位器的灵活系统原理见图6.7。

第三节 数字定位器 数字定位器介绍

在对灵活系统控制阀介绍之后，一个逻辑的步骤是移向数字定位器，它是用微信息处理器给执行机构定位及检测和记录一些数据（图6.8）。 数字定位器像灵活系统那样而不提供单环路控制，因此它必须安装带有控制器和工艺过程传感器更为方便的工艺过程环路。虽然它不等于灵活系统，但数字定位器能够执行某些相同的功能。例如数字定位器能够测量和传送执行机构阀杆位置，当达到或超过一定位置和排除对于任何位置传送器的需要时则发出警告。PID控制和调谐也是可能的。 因为去往执行机构的压力被检测，执行机构的压力变化使执行机构和一些阀门能够自身诊断，例如改变填料压缩情况或制约闭合元件。对于全部灵活设施来说，数字定位器有一个电图形可供遥控鉴别。定位器通过来自DCS和个人计算机的输入能够遥控那个特性化和校正。不需要可特性化凸轮去修改固有阀门特性、代替的是用电子设施提供修正的或改制的流动特性。 如上所述，数字定位器较模拟定位器有很少的滞后的较佳的重复性及直线性。但是，因为数字电位器仍有某些运动部件，例如短管和执行机构处的由直线运动转为旋转运动的连杆机构，在这些蝶阀会产生某些滞后、重复性和直线性问题问题。使用灵活电子的优点是那些错误可悲降低到零，使得定位器要考虑此问题。数字电位器的优点和缺点是依赖双线4～20mA的信号和动力源。明显的优点是接受电信号的模拟定位器能够被数字定位器所代替。缺点是仅用4mA去运转定位器，它了通过动力源而运转的电子数量。 数字电位器的设计和操作

典型的数字定位器原理图如图6.9所示。要求4～20mA的信号提供电子设施的动力源。压缩空气提

供气动执行机构的动力。执行机构的反馈位置由特殊的移开臂提供，此移开臂能提供由机械到电子的功能：执行机构杆的直线运动转动了旋转电位计，它提供了位置反馈去到定位器电子原件中并将反馈与信号相比较。如果改变信号或不正确的执行机构位置发生差异，一个正确信号送入压力调制器，然后压力调节器将短管确定在适当位置，它能将空气送入执行机构一侧而另一侧排放，而压力调制器将短管放在保持位置。

数字定位器正确操作的关键因素是在电子元件中的压力传感器的位置。电子元件能检测送往执行机构的空气压力。这个信息在记灵执行机构功能原始图像和提供能用于自身诊断的未来图像是需要的。 第七章 确定阀门尺寸 第一节 确定阀门尺寸介绍 第二节 确定法门尺寸术语

第三节 确定流体操作控制阀的发提尺寸 第四节 确定气体操作控制阀的阀体尺寸 第一节 确定阀门尺寸介绍 1、正确确定阀门尺寸的重要性； 2、确定手动阀门尺寸的准则； 3、确定止回阀尺寸的准则；

4、确定节流阀尺寸的准则；

正确确定阀门尺寸的重要性 一般地，确定阀门尺寸是以标准流体流动热动力定律为基准的。应用这个定律收到阀门功能及类型和工况的严峻情况影响。简单的开-关隔断阀预料通过100%物流而无明显的压力降。因为它们除了关闭阀门之外不控制流量。另一方面，节流操作预料会在打开的某一位置处产生一定的物流量并产生一定的压力降。因此确定阀门尺寸的问题几乎永远指向节流阀。

对于手工操作的开-关隔断阀，希望能经常通过全部物流。如果阀门内部流动通道或闭合元件的尺寸小于上游管线，物流将自此点以后受到节流。这些导致阀门产生压力降或通过较少的流量，而失去开-关阀门的主要目的。如果开-关隔断阀尺寸大于上游管线，则安装费用较贵（因为增加费用）。较大的阀门本身也增加费用。另一方面，对于节流阀，它的意图是产生压力降和降低流量，因此它可以有一个直径明显小于上游舱口的阀座。在选定阀门之后确定通过该财产阀门的流量是门科学。如果节流阀尺寸太小，则通过阀门的最大流量会受到并且将影响系统的功能。如果节流阀尺寸过大，用户必须安装较大阀门的附加费用。其他的主要缺点是整个流动控制实在行程在前一半完成，意味着位置的很小变化将产生大的流量变化。此外因为调节发生在形成的前半部，当调节元件操作接近阀座时流量控制是很困难的。当产生希望的流动特性和最大流量输出是，节流阀的理想是使用全范围行程。

节流阀尺寸很少确定得过小，是因为用户在操作条件中存在许多安全因素。大量的节流阀的尺寸实际上是过大了。这些事情的发生是因为用户提供的一组操作条件经常是操作的最大工况（温度、压力、流率等）。然后制造厂再在确定尺寸的公式内加上自己的安全因素。阀门厂这样做为避免出错过小而产生的错误。对它来说，用户对尺寸过小的理解小于尺寸过大。虽然没有意义，但一个尺寸过大的阀门仍然可以操作。 确定手动阀门尺寸的准则

手动开关隔断阀的基本功能很简单：当阀门打开或关闭时，或是在关闭后改编权物流方向时能够通过全部流量。这样有时阀门尺寸可简单地根据管线尺寸确定。管线尺寸早已被系统工程师确定。手动阀门制造厂经常提供确定阀门尺寸的图表，它可指明需要的流量（Q）与阀门之间的关系，即能够在最小和最大阀门尺寸时能够通过给定的流率。

确定手动阀门尺寸的重要选择是阀门是否应当为全径开口或缩径开口。在许多情况下，它更是一个通过全部物流或陈升轻微压力降的阀门功能。如果阀门安装出的工况必须允许通过一个清洗猪去清洗或冲洗管线，阀门必须选用全径开口，因为清洗猪尺寸是和管线内径尺寸相同的。另一种要求全径开口的手动阀门适用于稀桨或操作中含有杂物或颗粒指出。如果阀门为缩径开口，这些颗粒或稀桨有沉淀倾向并在狭窄的缩径区域内集结。全径开口没有该种，允许杂物自由通过而不发生聚集。全径开口手动阀门也被选用与高流速操作，因为节流将增加磨损和进一步提高流速的机会。通常要求正确确定手动阀门的操作条件是最大和最小温度、压力、流率和比容（蒸汽工况）。不仅最苛刻工况是重要的，而且平均操作条件也是重要的。比容通常由通用公布的蒸汽表提供给用户。大多数蒸汽表提供的数据是以磅每平方英寸（绝对压力）（psia）表示，它没有考虑大气压

力（14.7psi或1.03bar）。另一方面，磅每平方英寸（psig）说明已改变了大气压力。Psig的公制当量为barg。 确定止回阀尺寸的准则

确定止回阀尺寸的最关键的因素是足够的压力降和打开止回阀的最小物流。没有压力降，闭合元件不会打开，切阀门依然处于关闭状态，这是当泵不能维持适当流量或物流你想流动时所发生的。

打开止回阀所需的最小压力降典型地是1psi（0.07bar）。此最小压力降是维持闭合元件处于打开位置而不是小所需要的。如果此压力降下降低于1psi，闭合元件将前后浮动，它通常叫做扰动。当阀盘向阀座移动，开口变小且重新产生压力，它导致阀盘打开得更高。低压力降状态造成反复循环知道压力降增加，并造成活动部件的磨损和缩短止回阀的寿命。最大压力降近似到10psi（0.7bar），并根据止回阀的尺寸而定。较高的压力降会导致闭合元件的严重磨损。 止回阀制造厂提供他们的止回阀的升启压力。升启压力是打开止回阀所需的最小压力，对于止回阀的形式和尺寸它是一个固定数值，它在0.1～0.5psi（0.01～0.03bar）之间变动。除非工艺过程压力极低或压力降很小（小于1psi），则升启压力的意义很小。如果阀门安装在垂直管线上则升启压力可能是重要的，此处阀门打开时必须克服中立和工艺过程压力。较小尺寸的管线比较大尺寸的管线有较高的升启压力。这是因为管线尺寸越大，则克服止回阀内零部件重量的过程力越大。

除非物流在操作过程中其物流变化范围很大，止回阀是按最小物流量来确定尺寸的，它是顺序地确定阀门尺寸。这项工作是使用者造成的确定阀门尺寸图表完成的。如果按最小流量确定的阀门尺寸等于或大于管线尺寸，管线尺寸应作为阀门尺寸。例如制造厂资料要求一个4in止回阀，而管线尺寸为3in，则使用3in止回阀应满足要求。较大的或超大尺寸的阀门对流量没有溢出，但其价格较贵且增加了安装费用。如果按最小流量推荐的阀门尺寸小于管线尺寸，则必须安装缩径短管而使用较小尺寸的止回阀。

用户应保证流量时在止回阀设计参数之内。高的流量会增加物流和激流的频率，它将增加通过阀门的压力降以及导致阀门磨损。流量不足将使阀门产生扰动。流量必须足以克服止回阀关闭位置之力——不管是重力、封闭元件重量、管线方位或弹簧力。

通常止回阀的最大液体流动速度是11ft/s(3.4m/s),一般的最低液体流动速度为6～7ft、搜（1.8～2.1m/s），但是某些设计（例如双阀盘止回阀）能够在3ft/s(0.9m/s)下操作。 确定节流阀尺寸的准则

节流阀需要一个系统的方法确定通过阀门所需的流量，以及阀体尺寸、阀体类型和能够适应（或承受）工艺条件的材料、正确的额定压力和恰当的流动特性。确定节流阀流量的工业标准是ANSI/ISA标准S75.01，它包括有确定不可压缩（液体）和可压缩（气体）工艺流体流量的所需公式。因为液体和气体之间的压缩性问题，列出了每一个的方程式并包括在本章中。

适当的选用阀门时基于工艺操作条件。为了正确确定尺寸，需要如下条件：上游压力、最大和最小温度、工艺流体的类型；基于最大流率的流率、平均流率和最小流率；蒸汽压力管线尺寸、管子标号和材料；最大、平均和最小压力降，流体的比重；临界压力。

第二节 确定阀门尺寸术语

1、上游和下游压力； 2、压力降； 3、流量； 4、实际压力降； 5、阻塞压力降； 6、许用压力降；

7、开始的和先期的气穴； 8、闪蒸问题；

9、液体压力恢复系数； 10、液体临界压力比率系数； 11、阻塞物流； 12、速度； 13、雷诺数系数； 14、管线几何形状系数； 15、膨胀系数； 16、比热系数比值； 17、终端压力降比值； 18、压缩率系数；

上游和下游压力 在工艺系统中，大多数阀门设计成既可通过物流又可在一定范围内抑制物流。按照工艺物流通过阀门的特定方向，上游压力和下游压力必须分清，不然则压力会相同的无流动产生。按定义，上游压力是取自阀门前面的压力读值，而下游压力是取自阀门后面的压力读值。 压力降

上游压力和下游压力之间的最终差别叫做压力降（也叫压力差）。压力降考虑到工艺系统的为物流自阀门上游一侧向阀门下游一侧流动。理论上，压力降越大，通过阀门的物流越大。 流量

最常使用的确定尺寸的系数被认为是流动系数（CV），它的定义是一个美国加仑的（3.8L）60℉（16℃）的水流过阀门产生1.0psi（0.07bar）的压力降。通常有几种表示的方程式，但最常见的是：

CV =Q

CV =Q/

式中 CV——阀门流动系数；

Q——流量，gal/min Sg ——流体比重； △P——压力降，psi。

CV当计算正确，确定阀芯尺寸（或阀门节流区面积），它将允许通过需要的流量并在整个阀门形成中使工艺控制稳定。 实际压力降

另一个压力降的术语为实际压力降，它的定义是上游(入口)与下游（出口）之间的压力差。当阻塞压力降和实际压力降相比较，实际压力降较小，他用于CV确定尺寸方程式。 阻塞压力降

研究CV方程式，嘉定如果压力降增加，则流量将按比例增加。但是存在一个点，此处进一步增加压力降将不改变阀门流率，这就是通常所称的阻塞流量。 如图7.1所示，对于液体工况具有一个恒定的上游压力，流率与具有按比例和恒定CV的压力降平方根有关，当阀门开始阻塞，流率曲线下落远离直线关系。因为此阻塞条件，流率达到最大的条件是由于液体中存在气穴或气体的声速。 根据阀门类型不同，远离直线关系发生在直线的不同区域，有些较为平缓有些较为突变。例如截止阀倾向于控制较高压力降而无阻塞。而旋塞阀想法，它倾向于在较低压力降时阻塞和出现气穴。

为了简化，属于阻塞压力就△Pchoked。用来表示发生阻塞流率的理论点，将线性恒定CV直线和最大流率曲线Qmax相交，此点通称为液体压力回收系数FL，它将在本章中更为详细地讨论。ANSI/ISA液体确定尺寸方程式使用FL去计算阻塞流率发生的△Pmax理论点，这样能够确定阀门尺寸而不产生工艺过程阻塞。 对于气体工况，终点压力降比率xT用来叙述特定阀门的阻塞压力降。

许用压力降

许用压力降选自实际压力降和阻塞压力降中的较小者，用来确定正确的CV。当确定液体工况的CV时，必须考虑一下事项去了解是否应当使用压力降：首先，进口压力P1是否比较接近于蒸汽压力；第二，出口压力P2是否比较接近于蒸汽压力；第三，实际压力降与进口压力P1相比较是否较大。如果以上三项中存在任何一项，用户应计算许用压力降，并与实际压力降相比较，而使用较小值。 开始的和先期的气穴

对于液体工况，当流体流经阀门最狭窄点（收缩断面）时，压力的下降与速度增加成反比。对于某些特殊流体，如果压力降低于蒸汽压力，则开始形成气泡。当液体移动到容易或下游管线的较大面积时，压力恢复到一定范围。压力增加高于蒸汽压力，导致气泡破裂或爆炸。这两个步骤——产生气泡和随后的爆炸叫做气穴现象，并且是金属表面腐蚀形成的阀门破坏主要起因。 随着压力降，气穴开始形成之点叫做开始的气穴。气穴发生到最大程序的压力水平叫做先期的气穴。在先期气穴过程中，物流阻塞器不能增加，它影响阀门流量和功能。产生先期气穴之点是能够预报的。做这项工作之前，必须确定压力降，通过使用液体气穴系数FL。 闪蒸问题

当下游压力不能恢复到蒸汽压力以上时，气泡遗留在流体内并由阀门输送到下游，产生液体和气体的混合物，这叫做闪蒸。与闪蒸有关的典型问题是较高的速度和阀门部件的服饰。 液体压力恢复系数

确定液体尺寸的关键因素是液体压力回复系数FL，它语言阀体的集合条件对于阀门最大容量有影响。FL用于预告收缩断面和阀门出口之间的压力恢复量。 液体压力回复系数是由制造厂通过特定阀门类型的流动试验确定的。FL系数根据阀门内部涉及面变动很大。相同基本设计的阀门（例如蝶阀）根据厂家的不同内部设计而又不同的FL系数。一般来说，旋转阀，特别是球阀和蝶阀，考虑到在收缩断面之后又一个高的流体恢复，这样他们比截止阀在较小的压力降时倾向产生气穴和阻塞。在很大程度上，截止阀比旋转阀有较佳的FL系数并能处置工况恶劣的操作。

液体临界压力比率系数

液体临界压力比率系数在确定液体尺寸中是主要的，因为当通过阀门产生最大有效压力降（或换言之，阻塞压力降）时，它与高在收缩断面处的理论压力。 阻塞物流

在液体操作中，由于去学和闪蒸的存在使流体比容膨胀。由于存在压差，容积增加速率快与物流增加。在这点上，阀门能通过任何增加的物流，甚至于下游压力下降时。

对于气体和蒸汽操作，当液体速度在阀体或下游管线人一点上达到声速水平[等于或大于Mach（马赫）]则发生阻塞物流。根据质量和能量的基本定律，当流动通过区时，阀内压力下降，而速度成反比增加。当压力下降，则流体比容增加到一点，该店可达到声速。

因为速度[Mach1（气体）或50ft/s(12.7m/s)(液体)]，流率诶在通过收缩断面或下游管道时由声速所允许之值。 速度

通常，较小尺寸的阀门比尺寸较大的阀门更是以处理高流速。不过实际尺寸是按阀门形式而变化的。对于液体操作，最大流速的知道通则是在阀门出口为

50ft/s(12.7m/s)。对于气体操作通常在马赫1.0。当存在气穴或闪蒸时，液-气混合物产生高流速，通常最大流速在500ft/s(12.7m/s)。但是对流体存在某些例外。在温度接近饱和点的操作，流速必须下降到接近

30ft/s(7.6m/s)。较低流速组织了物流下降到可能导致形成气泡的蒸汽压力一下，30ft/s(7.6m/s)的规定也可以用于那些必须全流量切产生最小压力降的阀门。在压力降低于蒸气压的阀门和产生气穴的阀门应到30ft/s(7.6m/s)以减少气穴损害，该损害将由阀门蔓延到下游管线。理想地，用户尝试压力回复，并使气穴损坏保持在阀体之内，而不引向下游管线。本质上来说，是牺牲了阀体而节省了管线。 雷诺数系数

某些工艺过程的特性是由存在层流（例如油）的非湍流条件所确定。层流流体有高的年度，在较低流速下操作，或要求流量时极小的。雷诺数系数FR是用来修正流量系数Cv公式的。大多数情况下，如果年度是相对低时（例如小于SAE10电机油）则雷诺数系数是不重要的。 管线几何形状系数 膨胀系数

确定液体操作控制阀的阀体尺寸 1、基本液体确定尺寸公式； 2、实际压力降计算； 3、确定阻塞流动、气穴和闪蒸 4、确定比重；

5、近似流动系数计算； 6、近似阀体尺寸选择； 7、计算雷诺数系数； 8、再核算流动系数； 9、计算管线几何形状系数； 10、最终流动系数计算； 11、阀门出口流速计算； 12、阀芯尺寸选用； 13、阀蒸流速计算；

14、闪蒸百分数计算； 15、确定液体尺寸例题A；

16、确定液体尺寸例题A（带有闪蒸）； 17、确定液体尺寸例题B；