“双活塞自力阀”是以发明专利“一种设置有阀门定位器活塞执行机构的截止阀”的技术开发出的系列自动阀门产品总名称，简称“勃阀”。

本发明专利号：ZL 01122748.6，专利授权公告日：2005年1月26日。

  本发明的前身是DN20、PN6.5的单活塞自力阀产品技术，此种阀配置有液位控制阀门定为器，是专为矿井下液压泵站配置的一种叫作“乳化液自动比例添加器”的自力式自动控制仪表系统装置而研制的特种自动阀门。单活塞自力阀在该系统中是作为液位补水自动控制阀使用。其使用环境的工艺条件非常苛刻：水压波动范围在0.3～5（MPa）间；要顶住频频出现的水捶破坏力（水捶的出现能将10 MPa指示压力表打翻）；在矿井采煤生产期间，需要它长时间不间断地工作，每15～25（分钟）地开关一次对液葙进行补液，维持液葙中的液位能在正常的工艺要求范围内工作。就是在这种苛刻工作环境中的单活塞自力阀，完成自动操作状态显得非常稳定，在长年应用中，还没有出现误操作或需要维修的现象，完全能保证安全生产需求。

单活塞自力阀的发明人，是曾从事石油化工专业的退休技术人员，他结合生产装置工艺和管道输送工艺的需求，将原发明的单活塞自力阀的结构改进设计成现在的“双活塞自力阀”，即勃阀。使之产品结构更合理、应用适应面更广，能作为工业通用自动阀门推广使用。

目前已开发出DN100手动、电动和近地遥控三种品种的勃阀样机，各项技术试验指标合格，技术性能优良，产品可以进入商业开发。

  勃阀是由截止阀、设置在阀体进出口腔中的主、副活塞执行机构和辅助执行机构阀门定位器组合成。如图2示

勃阀的关闭件是阀瓣形式，不借助常规阀门的阀杆形式来操作阀中的关闭件，而采用设置在阀腔中的双活塞机构接受阀门定位器输出的执行信号通过活塞杆推动来操作关闭件的开关。

勃阀的执行动力是以自力式提供方式，是来自于工作中流体的压力。流体在流经阀体时，流体压力将会同时对设置在阀体中的主、副活塞执行机构以及设置在阀座上方阀瓣的接触面上产生三组不平衡力，这三组不平衡力会通过连接它们的活塞杆而形成一股不平衡力的合力。此时只要对正副活塞执行机构受力面积设计合理，通过设法改变这种合力的方向，就可以给予勃阀开关的动力。

在勃阀中流体所产生不平衡合力的方向性，可以通过阀门定位器输入的调节信号来改变的。对勃阀进行操作时，阀门的开关调节信号以手控、电控或机械传感调节形式输入阀门定位器，此时阀门定位器会将输入的信号源转换成充、卸压执行信号输出到双活塞执行机构中，就可以操作以上所说的不平衡合力的作用力的方向，执行对阀门的开关操作。此时当主活塞执行机构得到充压执行信号的同时，副活塞执行机构会得到卸压执行信号，阀门被打开；以上反向给出执行信号时，阀门则被关闭。其中卸压信号的接入方式可以接入阀后管道中或排空。

我们通过对双活塞自力阀建立的动力数学模型分析中可以知道，对于无论多大通径和多高压力的勃阀，在采用阀前流体压力作为信号源时，可以根据充卸压执行信号之间的差压值△P≥0.02MPa的参数来确定正副执行机构的受力面积，设计出不需借助任何机械力（如弹簧力）能毫不费力地直接利用阀中流体压力来驱动阀门的开关操作的勃阀。

勃阀系列产品的结构是模块组合结构，将执行机构的主、副活塞组件与阀门主体组件组合成为勃阀主模块；而阀门定位器作为可以根据接受到的阀门调节信号输出执行信号的辅助执行机构，它能根据管道输送工艺的需求设计出多种形式的品种，将之称为工艺执行模块。不同的工艺执行模块与主模块间的组合，就可以设计出多种勃阀产品来。

勃阀中的阀门定位器结构形式有三位四通的回转阀和机械传感调节装置两种形式。其中回转阀形式的阀门定位器对于大部分勃阀产品来说是一种标准件，可以同种规格的阀门定位器与绝大多不同数规格的勃阀主体进行配套使用。

操作勃阀开关的调节信号可以通过手动、电动或机械传感调节的形式输入到回转阀门定位器中实现对勃阀调节的；

电动阀门定位器今后可以作为自动控制系统中的执行器，接受远程调节信号或压力、流量、温度、液位的等传感调节信号，实行对勃阀的开关调节或开度调节。

回转阀门定位器与勃阀主体的组合可有两种形式，可以是一体组合；还可以通过信号管的连接，分开近地遥控组合。此时可以通过设置在一定的距离外的阀门定位器对勃阀实施远距离的操作。

所以，以勃阀技术为基础，根据国内外所制定的阀门通径、压力、温度、材质的标准，以及根据管道输送工艺需求发出，勃阀最终可以开发出近百种的系列产品,以满足各种用户使用工艺需求。这些勃阀系列品种，将在工业通用阀门领域中作为工业通用自动阀门自成一体的创新体系。

（1） 手动截止型勃阀

手动勃阀由手动阀门定位器和勃阀主体组合成，阀门定位器的信号源引用阀前压力。其可以同工业通用手动阀门一样广泛地被安装使用。

由于勃阀的开关动力是自力式的，无论是多大通径和压力级的勃阀都可以用两个手指力快捷省力地操作阀门开关。今后可以大量替代已有的尤其是大通径和中、高压的各种型号的手动阀，实现阀门开关半自动化。

（2）手动近地遥截止型控勃阀

由于勃阀的手动阀门定位器可以远离阀的主体安装，可以在一定的距离内（如20米）操作设置在地沟、阀井中或高空管架、高空平台上以及设备内置的阀门。这种勃阀的使用工艺，是其他品种的手动阀门所无法实现的。它们将会在石油化工生产装置和流体输送管道上大量被采用。

（3）电动截止型勃阀

是由电动阀门定位器与勃阀主体组合。电动阀门定位器的结构是在手动阀门定位器的手柄操作轴上配置10～15W的低转速微型电机，在1秒钟左右的时间就可以完成向勃阀输出开关调节信号对勃阀的开关操作，耗电量少。一般在野外采用太阳能蓄电池供电就能满足它的用电需求。

电动截止型勃阀由于采用了低能耗微电机控制的阀门定位器，可以使勃阀具备成为自动调节系统环节中的阀门执行器的技术条件。今后在工业和城市的公用工程装置管道系统上可以广泛利用电动勃阀技术来实现它们的自动化进程。

据有关资料介绍，不同的阀门品种规格有几十大类，上万种。目前，使用在工业设施中、城市公用工程设施中所使用的阀门大致于可分为为两大门类。一类为工业仪表调节阀门，一类为工业通用阀门.

（1）工业仪表调节阀门

现代社会与工业生产已进入高度自动化时代，在石油化工工业的主要生产装置上，都会建立起自动化控制系统。自动系统是由传感、调节、执行和调节对象四个环节组成，工业仪表调节阀门在自动控制系统的执行环节中作为执行器被大量使用。它们能在调节器环节输出调节信号的控制下，对生产装置的生产工艺参数进行精确地自动调节，确保生产装置安全、高效、低耗地完成生产目标。

工业仪表调节阀门的品种以气动薄膜调节阀主，有电动阀和液动阀。它们一般只作为调节阀使用，不作为截止阀功能使用。因此仪表调节阀在安装工艺中，在其阀门的前后管道上还须安装上下游截止型的手动阀门，以便装置在开停车或应急处理事故中作为切断阀或放空阀使用。

工业仪表阀门的使用量占所有用阀的总量并不多，应该不到0.01％。

（2）工业通用阀门

工业通用阀门是指在工业设施中和城市公用工程管道系统中被大量使用的阀门。大约占阀门总使用量的99％以上。以它们驱动动力的形式可以作以下归类

a.手动阀

他们是人工通过手轮或手柄及其连接的阀杆对设在阀门中的关闭件进行开关操作。

其主要产品有柱塞阀、截止阀、闸阀，这些都为古老沿用到至今的阀门品种。在上世纪60年代后大量出现的开关省力的阀门品种有蝶阀和球阀。

以上这些阀门品种在管道输送工艺上是主要作为截止型阀门产品被大量使用。手动阀门在工业通用阀门使用量中约占95％以上。

b.设置有阀门辅助开关驱动机构的自动阀门

在一般手动阀门上都能配置电动、气动或液动的阀门开关驱动机构，来替代人力手动操作，成为不需人力操作的自动阀门。它们被称作电动阀门、气动阀门、液动阀门。其产品中在市面上以电动阀门产品为主。

由于在使用安装此类自动阀门时，需要配套动力辅助设施；还有这些阀门的驱动机构体积相比阀门自身体积过于庞大；并且配置驱动机构的费用远远高于阀门自身价格。因此在使用这类阀门中，一.要受到使用安装环境条件的限制而不能被普及使用。如这种阀门就不宜安装在野外、地下或高空管道上使用。二.将会受到安装和使用成本的限制而不能被普及使用。三.维护量大不能被普及使用。由此虽然这些阀门品种具有自动开关技术，但在工程设计选用同性能阀门产品时，99%的场合下还是选用手动阀门。工业通用阀门中这些自动阀门的应用普及率不会超过1％。

c.自力式自动阀门

自力式自动阀门产品主要的功能是用来作为调节阀使用，其特征在于在阀的装置中设置有机械传感调节装置，可以利用阀中流体自身的压力作调节动力，根据工艺给定参数对管道输送流体工艺参数的变化实现自动调节。

他们是工业通用阀门中的特殊阀种，品种有很多，如：减压阀、液位控制阀、温度控制阀、止回阀、疏水器、水力阀等。对他们的使用量在工业通用阀门中约占3％左右。

本发明勃阀的开发目的是要生产出一种便于普及使用、使用成本低，自动操作可靠、维修量小、使用寿命长，能广泛适用于各种生产装置中和管道输送工艺中的工业通用自动阀门。

工业的公用工程装置系统是指一些与主要生产装置配套的设施如：水厂与供水系统、污水处理系统、泵房、锅炉房、油品、成品油的储运系统装置等；城市的公用工程管网系统是指城市供水，燃气、供热管网。在“对阀门使用情况基本面分析”中已指出，目前在这些工业和城市的公用工程装置与管道系统的使用阀门中，95％以上是采用手动阀门，自动化实施率非常低。这种技术状态与当今已步入高度自动化的世界社会相比，是极其不对称的。

在世界上，所有工业和城市的公用工程装置系统是一个直接涉及到广大人们生活生和生产活动的大系统；是一个不能停顿的，年复一年日以继夜运转着的庞大系统。在这大个系统中，为何就不能与当今社会同步来全面普及应用自动化技术呢？这是一个世界性的课题。答案非常简单，即是世界上到目前为止，在已有的阀门技术手段还不能支持工业和城市的公用工程装置系统实现普及自动化技术的应用。

现在，勃阀技术的发明，就是直奔解决上述课题去的。由于勃阀自动技术的出现，使自动阀门才有可能实现替代手动阀、替代电动阀或气动阀。并能像普通手动阀门那样不加任何辅助动力设施、不受使用环境的限制、能以相对低的使用成本优势大量使用在工业和城市的公用工程装置系统上。还能使工业自动阀门像工业仪表调节阀那样，以后在工业和城市的公用工程装置系统中建立起自动控制系统时，可以作为执行器发挥作用。因此勃阀技术的出现，今后可以为工业和城市的公用工程装置系统全面实现普及应用自动化技术提供技术支持。这就是开发本发明技术的意义所在。

本发明曾以“阀门执行器-自力阀”为题发表在2003年第一期“阀门”刊物上。

勃阀参加过2005年10月份温州的阀门展，在展会上一位老阀门工程师是这样评价本发明的，他说：活塞式自力阀技术是今后阀门技术的发展方向。

在2006年的4月份，我带着DN100勃阀样机的流体模拟手动和电动遥控操作开关试验的录像和勃阀的技术介绍资料，走访了南京金陵石化公司的机动处，公司下面的两个石化厂，以及南京市水务局，分别与他们的老总和专业技术人员甚至于召开过十几人的座谈会进行细致讨论交流。当它们分析意识到勃阀可以在各种生产工艺环境中使用，并且在许多性能上优越于已有的阀门产品时，说出一致的结论：产品赶快开发出来，它们会使积极用的。交谈中他们能列举出许多如果使用勃阀的好处：

（1）现代装置生产能力越来越大、阀门通径大、压力高、遇到开停车或紧急事故停车时，人工处理开关阀门的工作量非常大，一个大阀门往往需要多人上去开关操作数分钟甚至几十分钟；如是遇到事故停车时，操作人员还需冒着爬高摔伤和随时着火和爆炸的危险上前处理阀门的开关。他们是以一些工作中的亲身经历和体会，对曾遇到过的一些生产装置发生过以及近几年来石化企业所发生过的重大事恶性故的处置过程分析，一致认为如果使用勃阀，一可以大量减轻操作人员在处理这些事情上的劳动强度、提高工作效率性；二在处理事故紧急停车时，操作工可以避免到现场操作的风险，在远离事故现场快速处理阀门的开关；三此时由于能在关键的时刻将关键的阀门得到及时处理，这对于遏制事故可能朝着恶性化方面发展，或减少事故造成的损失将都是大有作为的。

(2)在生产装置中平时对于处置阀门阀杆密封的跑冒滴漏的维修量是很大的。甚至于需要采取临时停车来处理这一类事情。而他们看到勃阀是无阀杆的阀，可以无需为阀杆密封的泄漏而烦神，这一点它们也是很欣赏的。当他们分析了解到勃阀的活塞密封寿命可以在20年期间无需维修；勃阀还是一种可以抵住水捶破坏力的阀、使用寿命会比一般其他阀门长的分阀，更是希望以后在检修更换阀门时能使用上这种阀门。

(3)在他们看到电控勃阀可以采用遥控器在百米以外来操作遥控时，而带动勃阀操作的是小小的15W微电机，并且它作为泵的出口阀时还可兼做截止阀和止回阀两用功能阀使用，而产品价格不算高时，很快联想到将所有的泵站用阀都来采用电控勃阀，将电控勃阀与电子计算机调节控制器联网建立PLC自控系统，由此改造成全自动化无人操作泵房的设想。他们产生这种愿望是有原因的。目前企业的泵房所用的阀门主要是手动阀，在企业减人增效的改革下，剩下的几个操作工在事故状态下处理开停车时，在短时间内要去开关十几个直径在200mm乃至800mm以上的大阀，实在是力不从心，难以应付。并且根据厂领导宣传从国外考察水厂无人操作泵房的学习心得来说，大家的这种期望一定可以实现的。

他们已计划定购DN150和DN200两台勃阀，将试用在污水处理系统中。

而我已完成阀门设计图纸，正在制作阀门模具，以后将委托阀门生产厂加工成成品供货。

(4) 在与南京水务局的领导介绍勃阀的技术时，当他们详细了解到勃阀的技术性能中，电控勃阀的电力能源可由设置太阳能蓄电池方式满足提供，使之能独立在野外工作时，他们在我的面前打开电脑中南京地区密密麻麻的供水管网图，上面密布安装有10000多个大大小小都是手动的阀门。其中直径在500mm以上的阀门就有两千多个。在讨论勃阀在城市供水管网应用中，都认为，供水管网上要都使用上电控勃阀，以现代的程控技术水平城市管网完全可以实现中央程控管理。这种的实现将是完成对城市公用工程管网系统实现自动化管理的一次世界性的重大技术革命。他们期望勃阀能早日商业开发成功，出产品，他们会争取试用的。

从以上走访实例可以得出结论，勃阀的技术是一种有着重大使用价值的创新技术，可以在工业和城市的公用工程装置系统中，引发一场普及应用自动化管理技术的革命。因此提到发明与开发勃阀技术得必要性就在于此。

1.在这里要提到的相似产品是水力控制阀，是一种自力阀，它们的结构是在阀门的进口腔中设置有薄膜与压缩弹簧组合的执行机构，通过一个将阀前压力引入薄膜腔中的充压调节阀门和一个将腔中压力引出薄膜腔外的卸压调节阀门，来操作阀门的开关。这种类型的阀门是截止型的水力阀。

现在有一种水力阀的变种名为电液阀的产品。即在上述水力阀中的手动形式的充、卸压阀改为电磁阀形式。这种阀门主要在油库发油系统上作为发油控制阀使用。

以上所说的水力阀类的阀门，需要在大阻力降的工况下才能启动阀门开关工作（△P＞0.1MPa）。因此只适合作为管端控制阀使用。又由于使用了薄膜材料作为承压执行机构的技术，受材质影响，只能在低压和常温阀的级别上采用，因此水力阀系的阀门多为低压阀。

勃阀的性能和用途在以上已介绍了许多，对比之下勃阀的产品技术性能确是大大优于水力阀产品，而生产成本基本相同。因此勃阀产品作为工业通用自动阀门将有可能全面来替代水力阀产品。

2. 其他阀门

对阀门的理解是这样的。阀门在工业前的时代，是以考克（即旋塞阀）为主导。此后，在漫长的工业年代里，都是以旋塞阀、截止阀、闸阀和调节阀为主导。由于这些阀门在操作上启动力矩大，在上世纪六七十年代后出现新颖的操作力距小，以90°回转操作角操作阀门关闭件形式的产品蝶阀和球阀。他们发展到今天，由于在价格上有竞争优势，在阀门市场上的占有量发展趋势大有盖过旋塞阀、截止阀和闸阀。随之而来的为蝶阀和球阀配套的气动和电动执行机构技术也有大的发展，替代手动操作，促使蝶阀和球阀朝着自动化方向发展。以此，现在有这样说法：在阀门领域中，今后大有可能成为是蝶阀和球阀为主导的年代。

尽管如此，球阀和蝶阀相继经过近10至20年的使用过程，已显现出了许多不足的地方，阀门的密封副的密封性能还需要不断地在改进，大部分同产品只能适用于低压，还须克服密封副使用寿命短、维修不方便、可能在关闭件的背面产生气蚀、硬密封面损坏情况下无法修复等弊端。另外，蝶阀和球阀在自动化进程中采用的气动或电动执行机构成本与手动阀门比还是很高的，并还会受到使用环境和使用工艺的制约。

然而，相比之下勃阀除了已叙述过的技术优势外，这里还要说一下其制作成本优势和密封副的技术优势以及劣势

作成本优势：

其在制作成本上略高于同规格的截止阀门，以这种制作成本制作出可以替代一般截止型的工业通用阀门的勃阀，在阀门市场上以性价比而论，完全可以制定出极具有市场竞争力的价格来与其他产品竞争；

密封副的技术优势：

其在密封副上采用的是历史久远的截止阀阀瓣形式的密封副，这种密封副结构简洁，容易制作、使用可靠、寿命长、易维修保养，如今的高压和高温的阀门还是以采用截止阀为主。更可观的是勃阀的密封副可以可以就地维修撤换，可以大大延长阀的使用寿命，这对于大通道的阀门说尤为有意义；

劣势：

其唯一的劣势是阀门的流阻系数较闸阀、球阀、蝶阀大，而类似于一般的截止阀。但是如将勃阀的阀座设计成V字形（结构图已设计出来），流阻系数的差距可以大为缩小。

因此，可以这样认为，在今后阀门发展方向是普及自动化技术，勃阀技术的发明将会促进这个进程的早日来到。一般截止型的工业通用阀门产品技术是无法当但此任的。因此，也无法与之竞争。

 工业通用阀门的最大的用户是石化行业、电力部门、冶金部门、化工部门和城市建设部门。

 石化行业主要采用的是API标准的闸阀、截止阀、和止回阀；

电力部门主要采用的是电站用高温高压闸阀、截止阀、止回阀、安全阀、一部分用于给排水系统的低压蝶阀和闸阀；

化工行业主要采用的是不锈钢闸阀、截止阀、止回阀；

冶金部门主要采用的是大口径蝶阀、氧气截止阀、氧气球阀；

城市建设部门如城市供水主要采用的是大口径闸阀、蝶阀；楼寓主要采用中线蝶阀；城市供暖主要采用的是闸阀、金属密封蝶阀；

输油输气管线大量采用的是球阀、平板闸阀；

由于我国经济持久高速的增长，大装备国产化能力不断提高，今后对阀门的需求量是巨大的。我国每年阀门市场成交额高达一种说法300亿元左右，一种说法500亿元左右。

目前，我国阀门企业约有6000余家，其中年产值超过500万元的有900家。国内上市的阀门公司3家，即中核科技、洪城、广东明珠。2004年他们的营业财务收入分别为2.35亿元、1.46亿元、1.5亿元。这些企业，无论是其规模，还是产品质量，目前都无法与国外同类企业抗衡。在国内阀门市场中却有100多亿元的市场被国外阀门企业占领。（以上材料摘之慧聪中国行业资讯大全泵阀行业卷2005－2006。

在《泵阀世界》2005年第61期的“阀门类产品市场需求量大”一文中提到：最近，ARC咨询集团对阀门类相关产品的市场进行了调查，认为智能阀门定位器和智能阀执行器是整个控制阀门市场中增长最快部分。年增长率估计会超过50%，销售额从1997年的2020万美元增长到2002年的15800美元。按销售额，世界市场排位如下：中东、欧洲、非洲37.3%；北美36.8%；日本13.5%；亚洲其他国家10.7%；拉丁美洲1.7%。

 

勃阀作为自动阀门，由于它可以无需其他配套设施像所有手动截止类工业通用阀门那样安装使用，勃阀所能涉及到的使用工艺对象基本上涵盖到目前截止类工业通用阀门的大部分领域，并还会涉及到未实现的领域。所以，今后在选用阀门通径在≥80mm以上的阀门以及中、高压阀门时，一定会优先考虑到选用自动阀门勃阀。

在前面章节中已论述了电控勃阀今后，是唯一可以低使用成本作为执行器的为工业和城市的公用工程设置和管道系统实施自动化控制系统中提供技术支持的自动阀门。由此，勃阀一旦在商业上开发成功，自动化技术对于目前还无法推广普及的工业和城市的公用工程设置和管道系统就会像雨后春笋那样迅速得到普及和发展。这是当今技术发展史的可以预见的规律。

可以预见

（1） 城市输水，燃料气、供热管网的中央集中控制管理技术将在世界数万个城市中展开；

（2） 在城市，工业企业的数十万个污水处理厂中建立PLC的自动控制系统；

（3） 在数十万个国家级、城市级和工厂级的油品储运系统建立全自动化操作管理系统；

（4） 在工厂企业的数十万个的泵房建立PLC全自动化的操作系统。

预见在勃阀商业开发的10年后，通径DN100～1000（mm）以上的勃阀世界年需求量在数百万台。市场年市值在百亿元以上。

通过对阀门应用工艺的调查研究，预测：勃阀的市场商业开发到第3年国内外阀门市场营销值可达5000万元左右；5年20000万元左右；10年达到100亿元人民币。

3经济效益分析（简介）

据有关资料介绍国内工业通用阀门市场营销值在400亿万元左右。

3.1勃阀的投资策略

建议建立“勃阀技术开发应用有限公司”。该公司将着重对勃阀技术的研究开发和应用技术的研究开发以及市场研究开发；

组建勃阀的控制操作机构——阀门定位器生产车间；产品开发试验车间；电子仪表配套车间，勃阀的铸模由公司自己开发拥有；

组织十个加盟厂生产勃阀厂。

3.2投资

勃阀公司注册金500万元人民币；

吸纳3－5个投资人建立勃阀创业团队。

3.3公司经营预测

3年——销售值达到5000万元人民；利润率50％～70％三年收回投资资金；

5年——达到2000万元人民币；利润率50％～70％；

10年——国内外市场年销售值达到100亿元以上。

4 必要的基本条件和现有的状况分析（略）