閥內(nèi)件（Valve Trim）

閥內(nèi)件是與流體直接接觸的閥內(nèi)可拆卸的改變流通截面積和截流件導(dǎo)向等作用的零部件總稱，包括典型截流件的閥芯(Plug)和閥座(Seat)，還包括套筒(Cage)、閥桿(Stem)以及減噪器(Flow divider)、抗空化氣蝕部件(AC-trim)、導(dǎo)向(Guide)、密封件、固定件，等等。閥內(nèi)件主要功能是使流通截面積按一定規(guī)則比例變化，實(shí)現(xiàn)流通能力和閥芯/閥桿行程之間的相互關(guān)系，其次是保證緊密關(guān)閉，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的泄漏率。

 閥芯（Plug） 

閥芯是閥內(nèi)件中最為關(guān)鍵的部件，同時(shí)是控制閥的可動(dòng)部件，閥芯與閥座配合使用，可緊密關(guān)閉切斷流體，可通過(guò)改變節(jié)流截面積來(lái)調(diào)節(jié)流體通過(guò)量，進(jìn)而達(dá)到過(guò)程控制的目的。

閥芯的形狀（或籠式閥的套筒開(kāi)口形狀）決定著控制閥的流量特性，如常見(jiàn)的線性、等百分比、快開(kāi)特性和拋物線特性等。閥芯閥座的尺寸以及閥內(nèi)流路決定著控制閥的最大流通能力。

閥芯閥座的選材及其工藝處理決定著控制閥的工況應(yīng)用和可靠性。閥芯閥座以及閥內(nèi)件的設(shè)計(jì)直接反映了控制閥廠家的技術(shù)能力。
 

套筒型閥芯開(kāi)口形狀和流量特性

為了獲得不同的閥門特性，閥芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有多種多樣，一般分直行程和角行程兩大類。單座型控制閥(Globe valve)一般都是頂部導(dǎo)向的直行程控制閥，采用最多的是柱塞型閥芯、套筒型閥芯，以及用于小流量的針形或圓柱銑槽閥芯，還有抗空化氣蝕的多級(jí)閥芯和特殊設(shè)計(jì)閥芯。角行程閥芯是通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變它與閥座間的流通面積。

早期的控制閥主要是單座閥，柱塞型閥芯。為了克服單座控制閥柱塞型閥芯不平衡力大、較低的流通能力和高噪聲等問(wèn)題，上世紀(jì)六十年代國(guó)外一些廠家開(kāi)始研發(fā)不平衡力小、有較大流通能力、低噪聲和便于拆裝閥內(nèi)件的套筒型控制閥。

與柱塞型閥芯相比，套筒型閥芯的緊密關(guān)閉切斷功能和泄漏等級(jí)要差一些。在工業(yè)應(yīng)用中，套筒易磨損，更會(huì)關(guān)閉不嚴(yán)和使泄漏量增大，造成功能安全不足。此外，套筒閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)和流路也比柱塞型閥復(fù)雜，部件數(shù)量多，檢維修內(nèi)容多。密封件多也是套筒閥的一大特點(diǎn)，如Fisher 的ED 系列套筒閥的平衡閥芯就有5 個(gè)專用墊片，而抗擠壓密封件或彈簧加載密封環(huán)都屬易損件和檢修更換件，更換頻次高及專用墊片備件價(jià)格很高也使得維護(hù)成本增加。套筒閥的快捷拆卸設(shè)計(jì)則是應(yīng)對(duì)套筒閥內(nèi)件耐用性和經(jīng)常檢修的問(wèn)題。

鉆孔式籠罩式閥芯專為高壓降的應(yīng)用場(chǎng)合而設(shè)計(jì)，并消除氣蝕、噪音、腐蝕和震動(dòng)這些常見(jiàn)問(wèn)題。通過(guò)鉆孔的分布來(lái)實(shí)現(xiàn)流量特性。最小可控Cv由閥塞與閥籠之間的間隙以及密封面到閥籠最底側(cè)孔的距離決定。

 閥芯流量特性 

• 線性流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移（行程）成線性關(guān)系。即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。具有此特性的閥門在開(kāi)度小時(shí)流量相對(duì)變化大，靈敏度高，不易控制，甚至發(fā)生振蕩；而在開(kāi)度大時(shí)，流量相對(duì)變化值小，調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時(shí)。    

• 等百分比流量特性是指控制閥單位相對(duì)行程變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系，即曲線斜率是隨行程的增大而遞增的，也稱為對(duì)數(shù)流量特性。在小開(kāi)度時(shí)，流量變化小，調(diào)節(jié)平穩(wěn)；在大開(kāi)度時(shí)，流量變化大，調(diào)節(jié)靈敏有效。

• 拋物線流量特性是指單位相對(duì)行程的變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量值的平方根為比例關(guān)系。拋物線流量特性主要是為了彌補(bǔ)線性流量特性在小開(kāi)度時(shí)調(diào)節(jié)效果差的不足。多數(shù)廠家沒(méi)有把拋物線流量特性的閥芯作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。

• 快開(kāi)流量特性在開(kāi)度較小時(shí)就有較大的流量，隨開(kāi)度的增大，流量很快達(dá)到最大；此后再增加開(kāi)度，流量變化很小。快開(kāi)流量特性多用于開(kāi)關(guān)型控制閥，在小開(kāi)度時(shí)就可獲得較大的流量。
   

  
   

   非平衡式閥芯和平衡式閥芯 

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  針對(duì)單座閥閥芯所受不平衡力大的問(wèn)題，也有采用平衡型閥芯的解決方案，可使得現(xiàn)有推力有限的執(zhí)行器可用。平衡型閥芯是在閥芯開(kāi)有平衡孔，將流體壓力引到閥芯另一側(cè)平衡腔室并與閥出口流路密封隔離，這樣閥芯兩側(cè)壓力差的絕大部分被平衡掉，不平衡力只有相當(dāng)于流體壓力在閥桿截面積上的作用力了。由于平衡孔徑相對(duì)小一些，若被堵上則平衡作用全失，平衡閥芯不適宜用于較臟、含較大固體顆粒物或易結(jié)晶易固化介質(zhì)。常見(jiàn)的平衡閥芯都是將平衡腔室的筒體設(shè)計(jì)為固定的，密封環(huán)嵌裝在平衡閥芯上，平衡閥芯類似活塞作上下提升運(yùn)動(dòng)。如下圖所示，左側(cè)為非平衡式閥芯，右側(cè)為平衡式閥芯。
   

  其特點(diǎn)如下：

   

  • 迷宮流道的拐彎級(jí)數(shù)就是迷宮式調(diào)節(jié)閥的降壓級(jí)數(shù)，一般可達(dá)十幾到二十幾級(jí)，所以迷宮式多級(jí)降壓結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥中降壓能力最強(qiáng)的，國(guó)外有產(chǎn)品最高可以達(dá)40MPa。

  • 出色的抗汽蝕沖刷及消聲減振性能，多級(jí)拐彎迷宮式流道可以有效地控制流體流速，避免空化、噪聲及振動(dòng)等不良現(xiàn)象的發(fā)生。

  • 通過(guò)使用不同形式的迷宮盤片進(jìn)行組合，迷宮式調(diào)節(jié)閥可以達(dá)到不同的流量特性調(diào)節(jié)曲線。

  • 迷宮式盤片制造精度要求很高，一般由司太立合金堆焊，有較長(zhǎng)的使用壽命;

  • 安裝與維護(hù)比較簡(jiǎn)便，盤片易更換。

   

   閥座(Seat) 

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  閥座也稱作閥座環(huán)(seat ring)，裝配在閥體上，用于提供閥關(guān)閉狀態(tài)時(shí)完全嚙合的密封面。閥座密封面一般都作堆焊或涂復(fù)鈷鉻鎢等硬質(zhì)合金加硬處理。

   

  閥座有螺紋式和壓緊式之分。螺紋式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷，用螺紋擰入閥體，但需要使用專用工具和按廠家規(guī)定的扭力矩。考慮到螺紋有隙連接的密封問(wèn)題，傳統(tǒng)方式是加座環(huán)密封平墊片，有的廠家不采用墊片密封而是座環(huán)上部外斜面與閥體實(shí)現(xiàn)金屬－金屬密封。

   

  壓緊式結(jié)構(gòu)又稱作快換式閥內(nèi)件(quick-change trim)，閥座便于拆卸，附加有壓緊套筒等部件，利用上閥蓋施加壓緊力。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是使用座環(huán)墊片密封，為了彌補(bǔ)墊片密封不足，有的廠家采用墊片和座環(huán)下部外斜面與閥體金屬密封的方法。

   

   閥芯閥座密封和泄漏率 

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  密封和泄漏是控制閥的重要指標(biāo)，緊密關(guān)閉和低泄漏率是控制閥功能安全的要求。

   

  密封與閥芯閥座的對(duì)準(zhǔn)和接觸及載荷有關(guān)，還與閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和金屬精加工有關(guān)。閥芯閥座密封面一般都作堆焊或涂復(fù)鎢鉻鈷（司太萊合金）等硬質(zhì)合金加硬處理，抗重載接觸和防沖刷磨損，提高泄漏等級(jí)。

   

  泄漏是根據(jù)密封設(shè)計(jì)、參數(shù)和試驗(yàn)得出的泄漏量，標(biāo)準(zhǔn)化組織都規(guī)定有泄漏等級(jí)和嚴(yán)格的試驗(yàn)程序。各國(guó)基本上是執(zhí)行IEC 標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)標(biāo)《工業(yè)過(guò)程控制閥 第4 部分：檢驗(yàn)和例行檢查》GB/T 17213.4-2005就等同于IEC 60534-4：1999；德國(guó)DIN EN 1349 即等同歐洲標(biāo)準(zhǔn)也基本同于IEC 60534-4。

   

  閥芯密封一般有：金屬密封、經(jīng)研磨的金屬密封、彈性（軟）密封。

   

  金屬密封將閥芯斜面和閥座接合面設(shè)計(jì)為不同角度，通常是閥芯密封的斜面角度為30°、閥座密封接合面角度為45°，金屬－金屬密封的泄漏等級(jí)可達(dá)Ⅳ級(jí)(≤10-4Kv)；經(jīng)研磨的金屬密封的泄漏等級(jí)可達(dá)Ⅴ級(jí)(≤1.8×10-7×△p×D)。

   

  軟密封一般選用有彈性的聚四氟乙烯PTFE 作密封材料，嵌入在閥芯或閥座上，其泄漏等級(jí)可達(dá)Ⅵ級(jí)(≤3×10-3×△p×泄漏率系數(shù))。

   

  對(duì)于平衡型閥芯，其泄漏等級(jí)依選用密封環(huán)材料而有所不同，加石墨密封環(huán)的可達(dá)Ⅲ級(jí)(≤10-3Kv)，加PTFE 密封環(huán)的可達(dá)Ⅳ級(jí)(≤10-4Kv)。

   

   閥門密封面的工作條件 

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  由于閥門用途十分廣泛，因此閥門密封面的工作條件差異很大。壓力可以從真空到超高壓，溫度可以從-269到816℃，有些工作溫度可達(dá)1200℃。工作介質(zhì)從非腐蝕介質(zhì)到各種酸堿、等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)。從密封面的受力情況來(lái)看它受擠壓、剪切。從磨擦學(xué)的角度來(lái)看有磨粒磨損、腐蝕磨損、表面疲勞磨損、沖蝕等等。因此，應(yīng)該根據(jù)不同的工作條件選擇相適應(yīng)的密封面材料。

   

  1. 磨粒磨損：這是粗糙的硬表面在軟表面上滑動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的磨損。硬材料壓入較軟的材料表面，在接觸表面就會(huì)劃出一條微小的溝槽，此溝槽所脫落的材料以碎屑或疏松粒子的形式被推離物體的表面。

  2. 腐蝕磨損：金屬表面腐蝕時(shí)產(chǎn)生一層氧化物，這層氧化物通常覆蓋在受到腐蝕作用的部位上，這樣就能減慢對(duì)金屬的進(jìn)一步腐蝕。但是，如果發(fā)生滑動(dòng)的話，就會(huì)清除掉表面的氧化物，使裸露出來(lái)的金屬表面受到進(jìn)一步的腐蝕。

  3. 表面疲勞磨損：反復(fù)循環(huán)加載和卸載會(huì)使表面或表面下層產(chǎn)生疲勞裂紋，在表面形成碎片和凹坑，最終導(dǎo)致表面的破壞。

  4. 沖蝕：材料損環(huán)是由銳利的粒子沖撞物體而產(chǎn)生的。它與磨粒磨損相似，但表面很粗糙。

  5. 擦傷：擦傷是指密封面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，材料因摩擦引起的破壞。

   

   對(duì)密封面材料的要求 

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  理想的密封面要耐腐蝕、抗擦傷、耐沖蝕、有足夠的擠壓強(qiáng)度、在高溫下有足夠的抗氧化性和抗熱疲勞性，密封面材料與本體有相近似的線膨脹系數(shù)，有良好的焊接性能，加工性能。

   

  上述的這些要求是理想狀態(tài)，不可能有這樣十全十美的材料，因此，選材是要視具體情況解決主要矛盾。

   

  常用密封面材料分為兩大類，軟質(zhì)材料和硬質(zhì)材料。

   

  軟質(zhì)材料為各種橡膠、尼龍、氟塑料等。