调节阀选型

第1章 调节阀概述

§1.1调节阀的工作原理

调节阀是按照控制信号的的方向和大小，通过改变阀芯行程来改变阀的阻力系数，达到调节流量的目的。了解解调节阀的工作原理，要从伯努利方程开始。 §1.1.1伯努利方程式

在流体力学中，流体的压力通常用高度来表示，人们把它叫做压头或水头。流体因有压力而具有的压头叫做静压头，它的大小等于液柱的压力，用公式表示就是

静压头=

ρg

p 式中 p ---流体的压力

ρ---流体的密度 g---重力加速度

流体在流动时因流速而造成的压头叫做速度压头，用公式表示就是：

速度压头=g

w 22

式中 w ----流体的流速

几何压头、静压头和速度压头的总和就是流体的总压头，用公式表示就是：

总压头=h+ ρg p

+ g w 22 (1-1)

如果流过管道的流体是理想流体，就是说流体流过管道和阀门时没有能量损

失，根据能量守恒定律，流体的总压头始终是相等的，用公式表示就是

h 1+ ρg 1p + g w 22

1= h 2+ ρg

2p

+ g w 22

2 (1-2)

这个公式就叫做伯努利方程式，用文字表示就是：当理想流体作稳定流动时，

管道上任一断面的总压头不变，如图1所示。

对于实际流体，由于内摩擦力（总是与运动方向相反）的存在，流体在流过管道和阀门时，总是有机械能转化为热能，使机械能量不守恒，因而实际流体的伯努利方程式为:

h 1+ ρg 1p + g w 22

1= h 2+ ρg

2p

+ g w 22

2+h r (1-3)

与图1相对应，实际流体的总压头示意如图2所示。

对于图2所示的水平管道，如果各处的断面是相同的，即h 1=h 2, w 1=w 2,则 h r =

g

p p ρ2

1- (1-4) 压头损失h r 也可以用下式来表示：

h r =g

w i 22

∑ξ (1-5)

就有 ρ

ξ

)

(21

21p p w i

-=

∑

ρ

ξ

)

(221p p F

Fw Q i

-=

=∑ (1-6)

式中 ∑i ξ ---管道各处阻力系数之总和，通常ξ

i 由实验确定

F ---管道的截面积

这就是实际流体的流量方程式。 §1.1.2调节阀的节流原理

从流体力学的观点看，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，对不可压缩流体，由流量方程式（1-6式）可得：

ρ

ξ

)

(221p p F

Q -=

（1-7）

式中 ξ---调节阀的阻力系数

1p ----阀前压力 2p ---阀后压力

F ---调节阀接管截面积

由（1-7）式可见，当F 一定，1p -2p 不变时，流量Q 仅受调节阀阻力系数而变化。若ξ减小，则Q 增大；反之，若ξ增大，则Q 减小。调节阀就是根据控制信号的大小和方向改变阀芯的行程来改变阀的阻力系数，以达到调节流体流量的目的。

在（1-7）中，如令2ξ

F

C =

（1-8）

则ρ

2

1p p C

Q -= （1-9）

此处的C 就是本文后面要详细说明的调节阀的流通能力，它是调节阀的重要参数。

§1.2调节阀的结构

3 §1.2.1调节阀的阀芯

2、柱塞形阀芯，可分为上下双导向和上导向两种。上下双导向柱塞形阀芯

如图4（b）所示，应用较广，常用的直通单座、双座调节阀中均采用

此种阀芯，它可以通过阀芯的上下倒装来改变调节阀的作用方式。阀芯

特性有直线和等百分比两种。上导向柱塞形阀芯如图4（c）所示，用

于角形阀和高压阀。对于流量小的阀采用针形阀芯，如图4（d）所示。

3、圆筒薄壁窗口形阀芯，如图4（e）所示，主要用于三通阀，图中左边

为合流型，右边为分流型。阀芯特性有直线、等百分比和抛物线三种。

4、套筒形阀芯，如图4（f）所示，它用于套筒形调节阀中，只要改变套筒

窗口形状，就可以改变调节阀的特性。上述四种阀芯都是直行程阀芯，

对于偏心调节阀，蝶阀和球形阀，还使用角行程阀芯。这种阀芯是通过

旋转运动来改变阀芯与阀座间的流通截面的。

§1.2.2调节阀的上阀盖

对于不同的工作温度和密封要求，常见的上阀盖有四种结构，如图5所示

1、普通型上阀盖。如图5（a）所示，它适用于常温场合，工作温度为-20℃

~+225℃是最常见的一种结构。

2、散热型上阀盖，如图5（b）所示，它适用于高温或低温场合，工作温

度为-60℃~+450℃。在阀盖上散热片，用于散掉流体传给调节阀的热

量或吸收外界环境传给调节阀的热量，以保证密封填料在允许温度范围

内工作。

3、长颈型上阀盖。如图5（c）所示它适用于深度冷冻的场合，工作温度

为-60℃~-250℃。它于散热型上阀盖的不同之处在于上阀盖增加了一直

颈，当阀在低温下工作时，可以使密封填料处于允许的温度范围内，从

而保证调节阀的正常运行。

4、波纹管密封型上阀盖，如图5（d）所示，它适用于强毒性，易挥发、

易渗透或贵重的工艺介质。由于阀杆的可动部分采用了波纹管密封，把

调节阀内的介质隔绝在波纹管内侧，可以避免上述介质的泄漏、污染环

调节阀的填料常用的有两种；聚四氟乙烯填料和石墨石棉填料（图6）。

1、石墨石棉填料（图6（a））是伴有润滑、油脂和石墨的石棉绳，盘绕

在填料室内，用压盖压紧。采用石墨石棉填料必须安装注油器，根据

流体温度，经常注入适当的润滑油脂，保证密封润滑作用。由于一般

黄油不耐高温，容易干涸，造成密封不严，引起介质外漏，增加阀杆

的摩擦阻力，因此用黄油作润滑的石墨石棉填料的密封性能较聚四氟

乙烯填料差，目前已被后者逐步代替。

2、聚四氟乙烯填料（图1-6（b））采用聚四氟乙烯粉末压制成型或采用

棒料加工成密封圈。由于聚四氟乙烯具有良好的物理、化学稳定性能，

因此密封性能较好。如在填料中再加入一些油脂，可增强密封性能和

润滑作用。

填料的外形有两种，如图7所示，普通阀上用的填料采用60°“V”形型式，