為儀表系統(tǒng)挑選閥門時，您所面對的選擇可能令人眼花繚亂。簡單舉幾個例子，可能有球閥、隔膜閥和波紋管閥、止回閥、流量限制閥（減壓閥）、精密計量閥、閘閥、多口閥（多路閥）、針閥、旋塞閥、減壓閥、升降旋塞閥和安全閥。此外，每種閥門都具有許多種規(guī)格、構(gòu)造、構(gòu)件材質(zhì)和執(zhí)行模式。為了做出最佳的選擇，在挑選閥門前問一問這個問題絕對是大有裨益的：我需要閥門為我做些什么？

　　大多數(shù)閥門能夠?qū)崿F(xiàn)以下五大主要功能中的一種：開/關(guān)，流體控制，定向流通，過壓保護(hù)和流量限制（減壓）。確保閥門的種類與所需功能相匹配是閥門挑選程序中最關(guān)鍵的一步。在應(yīng)用現(xiàn)場看到同一種閥門被派上多種用場不足為奇，例如將球閥用來節(jié)流。有些情況下，應(yīng)用場合與閥門不相匹配而導(dǎo)致的后果可能是災(zāi)難性的，比如說將球閥應(yīng)用在高壓氧氣環(huán)境中。在意外遭遇火種時，閥門快速開啟時逃逸的氧氣很可能引發(fā)氧氣火災(zāi)。

　　下文將講述幾種基本的閥門類型，并介紹其工作原理、功能，以及從中挑選時應(yīng)當(dāng)注意的問題。

　　開/關(guān)閥

　　開/關(guān)控制是最基本的閥門功能。此種閥門可以管斷和開通流體的通路。最常見的開/關(guān)閥有球閥、閘閥、隔膜閥和波紋管閥。

　　也許所有閥門中最常見的球閥就是為開/關(guān)控制功能而設(shè)計的。90o轉(zhuǎn)角執(zhí)行器可以將金屬球體在直通式流路中定位，從而實現(xiàn)流體的流通或關(guān)斷。球體的中心位置上有一個大口徑的通孔。當(dāng)通孔與流路排成一條線時流體便可以通過。當(dāng)通孔與流路成90度直角時則阻斷了流路。如果您要找一種能夠迅速關(guān)斷的大流量閥門，那么球閥就是很好的選擇�？刂瓢咽值奈恢媚軌蛞荒苛巳坏靥崾鹃y門是開啟還是關(guān)閉著的。而且出于安全考慮，球閥很容易加以鎖定并配上標(biāo)簽。應(yīng)用最為普遍而且最經(jīng)濟(jì)的球閥規(guī)格是1/4英寸到2英寸之間（6-50毫米）。

　　由于最常用的應(yīng)用領(lǐng)域是流程控制而非儀表系統(tǒng)，閘閥一般被用作開/關(guān)控制，尤其是在大于2英寸的管線上。作為工藝儀表，它們也經(jīng)常被用作離開工藝管道之后的第一道閥門，通常會采用雙關(guān)雙泄放結(jié)構(gòu)。在最老式的開/關(guān)閥中，這種閥門最典型的用途范圍是一般的工業(yè)領(lǐng)域，例如大型工藝管線或傳輸管。有些管道的口徑甚至大于100英寸（2540毫米）。通過把手的多圈轉(zhuǎn)動，密封機(jī)構(gòu)在直通式的流路中實現(xiàn)上升或下降。關(guān)斷的過程是漸進(jìn)的。

　　閥桿周圍的盤根可以防止系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)從閥桿接觸閥體的部位逸散至大氣中。采用金屬—金屬密封的閥門被稱為無盤根閥門，因為它們沒有軟性填密料，例如其它閥門通常會有的位于閥桿周圍的襯墊和O型圈等。閥桿是圓柱體部件，它將把手（或執(zhí)行器）和閥門內(nèi)部部件連接在一起并執(zhí)行關(guān)斷、流體控制和流向控制功能。通常閥桿的動作模式是轉(zhuǎn)動和/或上下運(yùn)動。

　　所有的閥桿密封或盤根都會磨損，而磨損會導(dǎo)致泄漏。帶有盤根的閥門必須定期進(jìn)行維護(hù)或更換，盡管有些類型的盤根比其它類型的密封性能更好，而且更耐用，例如雙片式雪佛龍（Chevron）設(shè)計。

　　與帶有盤根的閥門相反，隔膜閥沒有盤根，而且可以實現(xiàn)迅速關(guān)斷，并具有精準(zhǔn)的執(zhí)行速度。有些情況下，它們還能實現(xiàn)工藝流體的恒定供給。隔膜閥最典型的用途是高純度生物制藥領(lǐng)域和半導(dǎo)體行業(yè)。在所有的閥門種類中，隔膜閥的工作循環(huán)壽命最長，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)經(jīng)過了精心的設(shè)計。每個閥門內(nèi)部都有一層金屬或塑料材質(zhì)的薄膜，可以向上或向下彈性扭曲，從而對入口端實施密封。這種堅固的閥門通常尺寸很小——都小于2英寸（50毫米）——但具有相對最大的孔徑——或內(nèi)部通道。

　　和隔膜閥一樣，波紋管閥也沒有盤根。在此基礎(chǔ)上，當(dāng)閥門與外界之間的密封至關(guān)緊要，而且維護(hù)工作受到限制時，波紋管閥就成了極佳選擇。這種閥門經(jīng)常被指定用于核電站的安全殼。一個焊接的密封將貯有介質(zhì)的閥體下半部分與上半部分隔離開來。閥桿被徹底地包覆在金屬波紋管內(nèi)，并且可以在不旋轉(zhuǎn)的情況下升降，保持對閥體入口的密封。

　　人們都說波紋管閥和隔膜閥的流路和截止閥的相類似。在截止閥中，流體不會像在球閥中那樣沿著水準(zhǔn)面循直線直接通過閥門。流路是從閥座下端進(jìn)入閥門，再從閥座上方延伸到閥門外部。在孔徑相同的情況下，截止閥的流量比直通式流路閥門的流量小。

　　↑圖1. 球閥是用于開-關(guān)控制的理想選擇。90o轉(zhuǎn)角執(zhí)行器可以將金屬球體在直通式流路中定位，從而實現(xiàn)流體的流通或關(guān)斷。

　　↑圖2. 隔膜閥能實現(xiàn)迅速的關(guān)斷，并具有精確的執(zhí)行速度。在所有種類的閥門中，隔膜閥的工作循環(huán)壽命最長，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)經(jīng)過了精心的設(shè)計。

　　流量控制閥

　　通過轉(zhuǎn)動流量控制閥上的把手，操作員可以提高或降低流量。他可以調(diào)整閥門，使流速達(dá)到需要的大小，隨后閥門就能可靠地鎖定這一流速。一些節(jié)流閥還有非�？煽康年P(guān)斷功能，但是將閥門從全開狀態(tài)調(diào)整到全關(guān)需要將把手轉(zhuǎn)動許多圈。

　　最普通的流量控制閥可以分為針閥、精密計量閥、90o轉(zhuǎn)角旋塞閥以及升降旋塞閥。針閥具有極佳的流體控制性能，而且視其具體的設(shè)計，還能實現(xiàn)密閉關(guān)斷。針閥的閥桿較長，而且閥桿端頭具有精心設(shè)計的幾何外形（例如V型或針型），能夠精確地楔入閥門入口上方的閥座。閥桿上有精密螺紋，從而確保了精確的流體控制。閥桿盤根則可以實現(xiàn)對外界的密封。有些針閥會采用金屬-金屬閥座密封；通常，針閥是應(yīng)用于高溫工況的很好選擇。而流速則正如前文中所說，會受到限制，因為它的流路類似于截止閥。針閥是質(zhì)量較輕、粘度較低的流體的理想選擇。

　　如果需要最精密的流體控制性能，就可以考慮精密計量閥，它們最常見于實驗裝置中。精密計量閥是針閥的一種，閥桿細(xì)長，可以深入到一個狹長的孔內(nèi)。這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)成了典型的截止閥模式，是實現(xiàn)流體精確分階定量的理想選擇。有些精密計量閥沒有設(shè)計關(guān)斷功能。

　　90o轉(zhuǎn)角旋塞閥是一種通用閥門，價格比較經(jīng)濟(jì)。其原理是由90o轉(zhuǎn)角執(zhí)行器轉(zhuǎn)動一個圓柱形旋塞，旋塞位于直通式流路中。旋塞上還有一個孔供流體通過。旋塞閥的用途除了關(guān)斷以外，通常還可以在低壓工況下節(jié)流。

　　另一種旋塞閥被稱作升降旋塞閥。和針閥相類似，一端呈錐形的旋塞下降后楔入孔內(nèi)，便可以抑制流量。它和針閥的不同之處在于流路，它采用的是直通式而非類似于截止閥的通路模式。正是由于采用了直通式通路，這種閥門不太擅長精細(xì)定級節(jié)流的功能。升降旋塞可以用通條清潔，因此當(dāng)閥門受到系統(tǒng)介質(zhì)阻塞時就可以體現(xiàn)出它的優(yōu)勢了。

　　↑圖3. 針閥具有極佳的流體控制性能。閥桿上的精密螺紋令其能實現(xiàn)精準(zhǔn)的流量控制。

　　方向流量閥

　　第三種類型的閥門用于控制流體的流向。止回閥可以確保流體只向一個方向流動。最常見的設(shè)計是，上游流體的壓力迫使一個彈簧負(fù)載的提升板開啟，從而使流體通過。如果下游壓力或反向壓力增大，則提升板被推回閥座內(nèi)并阻止流體反向通過。止回閥同時可以配置固定式或可調(diào)開裂壓力。

　　有些球閥和隔膜閥設(shè)計有多個通道。在絕大多數(shù)多通道閥門中，流體只能從一個入口進(jìn)入閥門，但可以根據(jù)執(zhí)行器定位的不同，從多個出口中的一個流出。多通道閥門可以自由選擇是否設(shè)定關(guān)斷定位。

　　↑圖4. 止回閥能確保流體僅能單向流通。止回閥可以配置固定的或可調(diào)的開裂壓力。

　　↑圖5. 有一些球閥和隔膜閥采用了多路設(shè)計。

　　過壓保護(hù)閥

　　此種類型的閥門可以防止系統(tǒng)壓力超過某個預(yù)設(shè)的值。這種閥門可以分為兩大類：泄放閥和爆破碟。

　　有一種泄放閥被稱為比例泄放閥（見圖6）。它的閥體上有一個通向外界的排放口。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)壓力超過操作人員預(yù)設(shè)的某個值時，排放口便被開啟。流體的定量釋放依靠的是彈簧負(fù)載的尾座。當(dāng)系統(tǒng)壓力恢復(fù)到預(yù)設(shè)的水平時，排放口便會關(guān)閉。

　　安全泄放閥可以迅速地開啟并釋放出大量系統(tǒng)介質(zhì)。由于擔(dān)負(fù)著至關(guān)重要的安全保護(hù)功能，法令規(guī)定在有些應(yīng)用場合必須安裝這種閥門。安全泄放閥、比例泄放閥以及止回閥之間不可以相互替代，因為它們的功能不同。

　　爆破碟主要被用于防止采樣缸出現(xiàn)過壓狀況。在輸送過程中如果溫度上升就可能引起過壓。與泄放閥類似，爆破碟和外界相通。當(dāng)壓力達(dá)到操作人員預(yù)設(shè)的某個特定值時，金屬隔膜會破裂。一旦激活了這個動作，爆破碟就必須更換。與物料傳輸相關(guān)的一些法令規(guī)定，壓縮氣缸必須裝備泄壓閥。爆破碟在這類應(yīng)用領(lǐng)域中是比較經(jīng)濟(jì)的選擇。

　　比例溢流閥是一種過壓保護(hù)閥。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)壓力超出了操作人員預(yù)設(shè)的某個特定值，該閥門上通往外界的排放通道即被開啟。

　　流量限制閥（溢流閥）

　　當(dāng)下游管線發(fā)生爆裂，流量限制閥可以防止系統(tǒng)介質(zhì)在失控狀態(tài)下被釋放。正常情況下，彈簧將一個提升板固定在開啟狀態(tài)，一旦下游出現(xiàn)過流，提升板就會移動到扣緊狀態(tài)并阻斷幾乎全部的流體。系統(tǒng)的故障得到排除后，閥門再次恢復(fù)到開啟狀態(tài)。此類閥門可以設(shè)置固定的激活值。

　　總結(jié)

　　如果選擇的閥門與應(yīng)用場合相互匹配，您在閥門選擇的流程中就有了一個良好的開端。當(dāng)然，還有許多的細(xì)節(jié)問題。您需要細(xì)致地考慮到以下各個環(huán)節(jié)：

　　安裝事宜，維護(hù)程序和可行性；

　　安全規(guī)定和法令法規(guī)；

　　系統(tǒng)參數(shù)，例如壓力、溫度、流速和系統(tǒng)介質(zhì)。

　　最后，您還需要決定：

　　閥門規(guī)格和執(zhí)行器模式；

　　構(gòu)件材質(zhì)（包括O型環(huán)和密封件），它們必須和系統(tǒng)介質(zhì)的化學(xué)成分、壓力以及溫度相匹配。

　　制造商可以在這個階段中為您提供指導(dǎo)。產(chǎn)品說明書和檢測報告也可以使閥門的選擇得到優(yōu)化。

　　作者簡介

　　Michael D. Adkins從1994年起就職于世偉洛克公司（Swagelok），目前在常規(guī)工業(yè)閥門部擔(dān)任產(chǎn)品經(jīng)理。他所從事的工作包括調(diào)查市場需求，為產(chǎn)品開發(fā)、定位和定價制定戰(zhàn)略規(guī)劃。此外他還在公司內(nèi)部與工程團(tuán)隊和生產(chǎn)團(tuán)隊合作進(jìn)行新產(chǎn)品研發(fā)、改良和壓縮成本。在擔(dān)任目前這個職位之前，他曾擔(dān)任過新產(chǎn)品研發(fā)主管、質(zhì)量控制主管、項目經(jīng)理和制造工程師。Adkins先生持有John Carroll大學(xué)商務(wù)管理碩士學(xué)位。

　　補(bǔ)充欄：提示和警示

　　了解應(yīng)用場合。選擇閥門時，您必須掌握一些信息，包括系統(tǒng)介質(zhì)的化學(xué)成分，還有閥門使用周期中可能遇到的壓力和溫度范圍。確保您的閥門能夠承受這些工況。不要依靠直覺或估計，應(yīng)該查閱產(chǎn)品資料。

　　檢查材質(zhì)是否與工況相稱。有可能選對了正確的閥門，但它的材質(zhì)確不對路。閥門通常都有特定的材質(zhì)規(guī)范，但是還可能會有可選項目。您應(yīng)當(dāng)查閱產(chǎn)品說明書，確認(rèn)其壓力和溫度范圍，以及與系統(tǒng)介質(zhì)（化學(xué)品）的適配性。如果有疑問就向制造商咨詢。

　　了解維護(hù)程序。不同的閥門會有不同的維護(hù)程序。而您的系統(tǒng)參數(shù)，還會有閥門的工作循環(huán)次數(shù)，這些都會影響到維護(hù)程序。您的維護(hù)團(tuán)隊?wèi)?yīng)當(dāng)對維護(hù)程序進(jìn)行管理。這點雖然看起來人人都知道，但是卻經(jīng)常被忽略。您原意每隔20天就對100英尺高空中的閥門進(jìn)行維護(hù)作業(yè)嗎？

　　理解壓力降。幾乎所有閥門或其它部件都會產(chǎn)生壓力降。您需要掌握壓力降的累計值，因為不著樣的話您可能會發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)某各地方的壓力過低。每個閥門都有一個流體系數(shù)（Cv），該系數(shù)可以反映出某個槽孔、閥門或其它組件的壓力降之間的關(guān)聯(lián)，以及相應(yīng)的流速。Cv的值越高，壓力降越低。同樣規(guī)格的球閥和針閥會產(chǎn)生截然不同的壓力降。球閥的壓力降非常低，而針閥（或截止閥）的壓力降則會非常嚴(yán)重。

　　考慮閥門所有權(quán)的成本。閥門的真實成本并不是它的采購價格。真實成本應(yīng)該是采購價格加上日后保有閥門并加以維護(hù)保養(yǎng)或更換的成本。在計算閥門的所有權(quán)成本前，您需要知道在檢修間隔期內(nèi)閥門在具體的運(yùn)行系統(tǒng)內(nèi)將工作多長時間。維護(hù)成本不僅是指更換零配件的費(fèi)用，還包括人工費(fèi)和停機(jī)成本。值得注意的是有些閥門的維護(hù)比其它的容易。有些可以在線進(jìn)行維護(hù)，而有的必須從流程線上拆下。此外，即使選定了一種閥門，將來會發(fā)生多少計劃外的維護(hù)工作或停機(jī)的可能呢？