浅谈调节阀Ⅵ级泄漏的实现

文/李艳荣、杨冠民 天津精通控制仪表技术有限公司

调节阀又称控制阀，它是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置。调节阀由执行机构和阀组成。调节阀在选用时要保证自控系统正常运行，又需要满足经济性的要求。近几年电力、石油、化工等领域已将大修周期由一年至一年半提高到二年至三年甚至四年，为了节约资金和现场空间，很多用户在非重要场合已取消了调节阀旁路设计，现场使用中也对控制阀的可靠性提出了更高的要求。其中最大阀座泄漏量是用户最为关注的技术指标之一，很多场合使用的调节阀要求具有调节、切断功能，这样就需要调节阀的泄漏等级为Ⅵ级。Ⅵ级泄漏等级要求的泄漏量为气泡级，是除零泄漏以外要求最高的泄漏等级。因此调节阀要求达到Ⅵ级泄漏也是十分困难的。

本文主要针对本公司生产的GZ系列单座调节阀和GT系列笼式调节阀的设计结构和阀座密封力进行讨论。

  一、调节阀结构设计

在GB/T 4213-2008《气动调节阀》中规定调节阀Ⅵ级泄漏的试验方法及计算方法如表1、表2所示。

表1

表2

为了保证制造的调节阀泄漏等级达到Ⅵ级，采用金属硬密封结构是很难保证的，因此国内外很多先进调节阀生产厂家均采用软密封结构来保证，泄漏等级Ⅵ级一般采用PTFE（聚四氟乙烯）作为密封材料。PTFE（聚四氟乙烯）具有非常优良的耐腐蚀和耐热性能，但应引起重视的是采用PTFE作为密封材料时使用温度应限制在204℃以下，最大许用压力、压差不得超过5MPa.

现以我单位生产的G系列调节阀为例，为保证Ⅵ级泄漏的要求，从设计结构上简要分析一下。对于GZ型单座阀采用的设计结构如图1、图2、图3所示

           图1    DN25~40(缩径到6,10)                             图2    DN20~50(缩径到12,20,25,40)

                         图3 DN65~DN100

如图1所示为DN25、40缩径到6，10的结构，由于阀芯尖端尺寸偏小，因此阀芯尖端和PTFE盘采用盘状护圈与阀芯导向装置进行连接，形成整体阀芯；如图2所示为DN25、40、50以及缩径到12，20，25，40的结构，阀芯尖端和 PTFE盘与阀芯导向装置通过销钉连接形成整体阀芯；如图3所示为DN65~DN100的结构，阀芯尖端和 PTFE盘与阀芯导向装置通过螺钉连接形成整体阀芯；结构原理是在阀门运行过程中，阀座环都是与PTFE盘直接接触，通过阀门往复运动使PTFE盘与阀座环接触部分紧密贴合，形成软密封结构。

对于GT型笼式阀采用的设计结构如图4所示；

图4   

如图4所示，GT型笼式阀要保证Ⅵ级泄漏采用的设计结构是：将一个0.8mm厚的PTFE盘，用盘状阀座和阀座盘护圈夹在中间共同组成整体阀座，盘位于阀座与阀芯密封部分，通过阀芯不断的往复运动，使夹在中间的PTFE盘紧密贴合在阀座密封面上形成软密封结构。

二、阀座密封力的选择

为保证调节阀达到Ⅵ级泄漏要求，不仅需要有良好的密封副设计，合理选择执行机构输出力也是重要工作之一，执行机构出力偏小，无法提供足够的阀座负载力（密封力）不能保证密封，造成调节阀泄漏量很大；执行机构输出力过大，如超过了PTFE材料的许用比压[qMF]就会产生冷流现象（由于材料承受过大压力而产生的永久性变形），大大缩短密封面的使用寿命。

在执行机构输出力的选择上，我们一般是通过计算阀门所需驱动的力与能够提供这样一个力的执行机构相匹配来进行的。操作调节阀所需要的力主要包括

1. 克服阀芯的静态不平衡需要的力（不平衡力）

2. 提供阀座负载的力（密封力）

3. 克服填料摩擦需要的力（摩擦力）

4. 某些特定应用或结构所需的附加力在驱动阀门时也需要附加的力，如：波纹管的刚度，密封导致的异常摩擦力等。

各规格调节阀结构不同，尺寸不同，现场使用中承受的压差、温度、介质种类各不相同，这就要求调节阀生产制造厂家根据现场工况条件，合理选择执行机构输出力（正作用执行机构由气源压力与弹簧范围上限值进行调整；反作用执行机构由弹簧范围下限值进行调整。具体执行机构输出力计算详见我们在2010年8月《国际控制阀》第21期中发表的《气动薄膜执行机构输出力》一文），将执行机构输出力与阀门所需驱动的力合理进行匹配，使调节阀达到Ⅵ级泄漏等级是完全可以实现的。

我公司近些年来生产了相当数量要求Ⅵ级泄漏等级的调节阀，几年来现场运行良好，因此调节阀要做到Ⅵ级泄漏，在结构上有效设计和合理选用执行机构输出力是十分必要的。