基于滑板式控制阀(调节阀)的新技术

基于滑板式控制阀(调节阀)的新技术
摘要：滑板式控制阀是利用了多孔固定滑板与多孔动滑板的相对运动，来控制流量的一种新型控制阀，开创了控制阀板式直行程的结构特色。

具有压差比大（Δp/p1）、线性特性控制阀在小开度下能够流量稳定、控制阀阀体体积变小等一系列优势。

但滑板式控制阀也存在是否可以通过定位器来改变流量特性等在工程选用上需进一步搞清的问题。

关键词：滑板式控制阀，柱塞式控制阀（球形阀），压力恢复系数F L，流量特性
前言：滑板式控制阀改变传统控制阀的结构形式，对比传统控制阀，需从其原理，优越性，同Cv值下的阀门体积大小，从阀门调节性能，性价比等方面来探讨。

为工程上更好的应用，需搞清用智能阀门定位器能否将线性改为等百分比特性等实用问题，亦希望在有关资料中对产品性能的介绍能够更加详
细一点，如压力恢复系数F L数值等。

下面将以某公司GS滑板式控制阀为例来进行论述。

一、滑板式控制阀的节流原理和优点
1.滑板式控制阀的节流控制原理
利用相互密合的一块固定多孔槽孔板与一块可移动的多孔槽孔板相对运动，来改变通过阀的流体流量，即为滑板式控制阀的动作原理。

（见图一）
2. GS滑板式控制阀阀芯不平衡力是柱塞式单座阀的1/10
GS滑板式控制阀阀内件结构是由两块开有相同宽度节流槽孔的滑板组成，一块开有节流槽孔的滑板是固定不动的，称为定滑板，另一块开有节流槽孔的滑板在固定环内与阀杆相连，受阀杆的带动而滑动，称为动滑板。

当动滑板随阀杆上下移动时，动滑板与定滑板上的节流槽孔会发生位置上的变化，从而达到改变节流面积，起到调节流量作用。

GS滑板式控制阀阀内件的节流槽孔是垂直截断流体的，流体流经节流槽孔时会对节流槽孔四周产生一个作用力，就是我们通常所说的控制阀的不平衡力。

这个不平衡力可以用计算公式表述如下：
F A =△P x A
slot
x μ
式中的△P是指阀前后压力差；A
slot
是指流体作用的有效面积；μ是指两块滑
板之间的摩擦系数。

GS滑板式控制阀内的动滑板的A
slot
不等同于我们常见的直通单座控制阀（柱
塞式控制阀）的阀芯A
slot。

因为滑板式控制阀的节流槽孔有上下两条边，在实际应用时同时会受到流体向上和向下的作用力，因此，它远比直通单座控制阀阀芯受的不平衡力要小。

柱塞式单座阀滑板阀
图一、 GS滑板式控制阀与直通单座控制阀原理及阀芯受力比较
克服控制阀所受的不平衡力，可以通过提高执行机构的输出力来实现，但必须增大执行机构尺寸，同时加粗阀杆以提高阀杆的强度。

但是直通单座控制阀在关闭时阀芯与阀座的撞击和摩擦还是不可避免的，泄漏密封难以得到长期保证。

而GS滑板式控制阀只需较小的执行机构就可以轻松克服不平衡力对控制阀的影响，在微小开度时不会因不平衡力特别大而引起控制波动，同时在控制阀关闭时只是动滑板与定滑板之间的节流槽孔位置的错开，没有撞击，再也不用担心传统直通阀的阀芯阀座关闭时所产生的撞击带来的阀座损坏和密封泄漏问题。

这个计算得到的结论是：在相同工况下，流体介质对滑板式控制阀阀芯（动滑板）的不
平衡力约是直通单座控制阀阀芯所受到流体介质不平衡力的十分之一[]1。

3．阀体体积小，重量轻（控制阀高度比直通单座控制阀略高）
由于GS滑板式控制阀阀芯是采用两块板的板式结构，因此阀芯重量大大减轻。

又由于GS滑板阀的阀芯不平衡力只有传统单座柱塞阀的1/10，因此阀芯的推力大大减小，亦即阀的执行机构大大减小。

阀芯与执行机构的重量都大大减轻。

依据产品样本介绍，一个DN150的GS滑板控制阀的重量只有直通单座控制阀的几分之一。

4. 流体空化和气蚀冲击点不在阀板中心的阀板上，而在阀后的管道上，因此，适
用于压差比大的工况（Δp/p1）。

在工艺操作中，空化和气蚀工况是应该尽量避免的，当阀后压力低于工况温度下流体的饱和蒸汽压时，液体将气化。

在压力恢复时，压力如果高于该饱和蒸汽压，则气泡破裂，变为液体，这时，由于气泡破裂而造成噪声、振动和冲蚀，大大缩短阀门的寿命。

滑板阀由于阀芯处的滑板薄，因此闪蒸和气蚀发生在阀后管道处。

气蚀被推
移至阀体以后的连接管道1～2米处。

滑板阀的结构特点，使滑板阀本身不会被气蚀损坏。

这是滑板阀的一大特色。

又加上流体对滑板槽孔的上下作用，故滑板阀适用于压差比大的工况。

为此，建议制造厂及专利单位对此应详细介绍，以便更好的推广应用。

图二、滑板式控制阀可以把流体在流经控制阀节流槽而产生的气蚀转移至阀体以
后的连接管道1～2米处
5.适用于可调比大的应用场合
在流程工业生产装置上，经常会遇到一些特殊工况条件，这些特殊的工况条件对控制阀的选型提出的要求是：既要满足在很小流量工况下流量或压力的稳定控制，又要适合很大流量工况下流量或压力的平稳调节。

即要有大的实际可调比。

按照通常的控制阀选型思路，一般都会考虑采用分程控制回路，用两台控制阀来实现这一目标，但这样会导致设备投资的增加和工况切换时流量和压力波动较大的问题，不符合自控设计的规范要求。

用一台直通单座控制阀来实现这个控制目的，可能会出现控制系统不太稳定，控制系统的精度不理想以及阀门震荡损坏等情况。

当在很小流量工况时，直通式控制阀的开度偏小，在此时阀芯所受不平衡力确为最大值，因此导致阀芯不稳定。

另外直通阀的阀芯和阀座在较小开度时，阀芯和阀座间的节流间隙很小，最易发生摩擦撞击而损坏密封面，因此对直通控制阀的选择原则是：满足可控流量的前提下，尽量避开控制阀在小开度工况工作，同时也必须留有一定的可控富余量，及控制阀主要动作区间在阀开度的15%～90%，实际可调比为6。

GS滑板式控制阀具有受流体不平衡力小，控制稳定性好，在全行程范围内都能实现正常控制，阀门开启与关闭是利用节流槽的滑动来实现等优点。

当滑板控制阀配置智能阀门定位器时，最小可控开度可以从4%开始，最大可到96%（实际
可调比为24），而不影响阀门使用寿命和控制精度。

其应用实例可见参考文献，]1[。

二、GS滑板式控制阀与直通单座控制阀的比较
以某品牌的单座控制阀为例与GS滑板式控制阀比较， Cv值比较见表一。

表一滑板式控制阀与GLOBE阀的流量系数Cv(某品牌直通单座控制阀Cv与滑板式
控制阀Cv比较)]2[]3[
*一般控制阀同口径等百分比与线性阀Cv值一样大小，而滑板式控制阀在同一口径下，等百分比阀为线性阀Cv值的1/2。

三、工程应用中滑板式控制阀需进一步明确的问题
工程上为更好的应用滑板阀，需要进一步明确下列问题：
1.在有关资料中应说明液体压力恢复系数F L
液体压力恢复系数F L （liquid pressure recovery factor）是近年来在控制阀计算中提出的，虽然以前的控制阀口径Kv（Cv）计算公式中不一定要用到F L来计算]4[，但近年来的计算中都要用到F L。

在国标GB/T 17213.2-2005(IEC 60534-2-1:1998，IDT)中都有提到]5[]6[。

故在有关资料中应有说明。

2.滑板式控制阀的具体尺寸
滑板式控制阀阀体尺寸小，重量轻，不是整个控制阀很小，而有的高度比一般单座控制阀高，这在工程应用上要注意，特别在取代装置上老控制阀时，要特别注意高度，用户对样本上的控制阀尺寸要搞清楚采用哪种执行机构。

3.探讨用智能阀门定位器改变控制阀特性
从表一可知，同一口径的滑板式控制阀，其线性特性比等百分比控制阀的Cv
大一倍，有否可能通过传统阀门定位器或智能阀门定位器改变控制阀特性，将线性特性改变为等百分比特性。

这一问题在理论上可以，实际是否可行是一实用问题，亦希望在工程上可以试用探讨。

如果可以，则等百分比的滑板式控制阀可以选用较小口径的线性滑板式控制阀来扩大阀全开时的 Cv值，可节省投资和空间。

这是一个制造厂及工程上要研究的问题，用定位器改变控制阀特性，在理论上可以，静态可行，但在动态应用上是否可行，对各种控制阀是否都行的通，成为一
个提高控制阀应用价值的实际问题。

]7[
参考文献
[1] 赵敏. GS滑板式控制阀在高可调比流程工业中的应用[J].控制阀信息.2011
（2）：56～59.
[2] SCHUBERT&SALZER CONTROL SYSTEMS. Control Valve GS3 Series. [EB/OL].
[2011.1.27](2012.7.1)..
[3] KOSO. General Catalog of Automation System，Control Valve.
[EB/OL].[2007.1](2012.7.1).
[4] 俞金寿,何衍庆,邱宣振.化工自控工程设计[M].上海:华东化工学院出版
社,1991:134.
[5] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员
会.GB/T 17213.2-2005/IEC 60534-2-1:1998 工业过程控制阀第2-1部分：流通能力安装条件下流体流量的计算公式[S]. 北京:中国标准出版社,2005.
[6] FISHER. 控制阀手册（M）第四版（中文版）.
FISHER. 控制设备国际有限公司.2005:126-128.
[7] 何衍庆,邱宣振,杨洁,王为国.控制阀工程设计与应用[M].北京：化学工业出
版社，2005:21-22.。