自力式调节阀组

                              上海申弘阀门有限公司
  之前介绍进口智能电动防爆调节阀VTON，现在介绍自力式调节阀以可旋转的不同形状的蝶形叶片作为闭合部件。阀件旁边执行机构杆的运动使水平阀杆旋转60'开度或旋转900开度，以获得更大的通过能力。蛛阀常用的规格为2.54 -508.Ocm。不同的调节阀制造厂生产了许多不同的蛛阀。操阀的优点是有较宽的流通能力.在等百分比流量特性上有宽的可调范围。但它们也需耍大的力矩.而且易产生噪音和气蚀。自力式调节阀也称球阀.适用于一般或zui高压力和沮度场合，具有zui大范围的规格类型。球阀可具有各种流量特性.但与其他阀相比，可调范围不是很大。自力式调节阀是一个新的自力式调节阀种类。相对于手动调节阀，它的优点是能够自动调节；相对于电动调节阀，它的优点是不需要外部动力。应用实践证明，在闭式水循环系统（如热水供暖系统、空调冷冻水系统）中，正确使用这种阀门，可以很方便地实现系统的流量分配；可以实现系统的动态平衡；可以大大简化系统的调试工作；可以稳定泵的工作状态等。因此，自力式调节阀在供热空调工程中有着广阔的应用前景。由于这种阀门在我国出现时间不长，所以对其适用条件还研究不够，本文试作一些分析，算作参加对这个问题的讨论。调压装置是利用调压阀以及一路截止阀作为旁通将压力调节至所需值的阀组。设计有进出口法兰、截止阀、压力调节阀、安全阀、压力表、过滤器、排空阀等。调压装置压力调节阀的型号以及管路的口径根据所需调节后的压力和流量确定，适用于氧气、氩气、氮气、二氧化碳、天然气等气体的压力调节。

◆压力调节阀前设计有过滤器，保护压力调节阀不受损坏；
◆压力调节阀前后设计有压力表，方便读数；
◆压力调节阀前后设计有安全阀和排空阀，保证了系统管路阀门的安全；
◆自力式压力调节阀设计有压力回馈补偿机构，调压精度达到±5%，在阀后流量发生改变的工况下仍 能将压力稳定在设定值；
◆所有管路均采用不锈钢抛光管道，并且经过严格的脱脂处理，清洁安全；
◆设计有固定支架，安全、方便、可靠
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀自力式调节阀组按照自力式调节阀的控制参量可以分为四类：① 控制网路中某个部分的流量；② 控制网路中某个部分的压差；③ 控制热交换装置的出水温度；④ 控制供暖或空调房间的温度。本文以前两种自力式调节阀为讨论对象。

     2 自力式调节阀组自力式调节阀的结构和工作原理
2.1 自力式流量控制阀
自力式流量控制阀的作用是在阀的进出口压差变化的情况下，维持通过阀门的流量恒定，从而维持与之串联的被控对象（如一个环路、一个用户、一台设备等，下同）的流量恒定。自力式流量控制阀的名称较多，如自力式流量平衡阀、定流量阀、自平衡阀、动态流量平衡阀等。各种类型的自力式流量控制阀，结构各有相异，但工作原理相似。这里以ZL47型自力式流量控制阀为例，介绍其结构和工作原理。是一种无需外加能源而直接依靠被调介质自身的压力变化进行自动调节压力的节能型产品，可用于非腐蚀性（zui高温度350摄氏度）液体、气体和蒸汽等介质的压力装置。广泛应用于石油、化工、冶金、轻工等工业部门及城市供热、供暖系统。

    在安装时，应注意以下几点：
(1)阀在气体或低粘度液体介质中使用时，自力式压力调节阀为直立安装在水平管上，当位置空间不允许时才倒装或斜装。
(2)阀在蒸汽或高粘度液体介质中使用时，通自力式压力调节阀为倒立安装在水平管上，冷凝器(蒸汽用自力式)应高于调压阀的执行机构而低于阀前后接管。使用前冷凝器应灌满冷水，以后约3个月灌水一次。
(3)取压点应取在调压阀适当位置，阀前调压应大于2倍管道直径，阀后调压应大于6倍管道直径。
(4)为便于现场维修及操作，调压阀四周应留有适当空间。
(5)当介质为洁净气体或液体时，阀前过滤器可不安装。
(6)调压阀通径过大(DN≥100时)，应有固定支架。
(7)当确认介质很洁净时，件3可不安装。
(8)位置实在不允许时，傍通阀(手动)可以省略(我们不推荐)．
(9)阀组后根据需要用户可选配止回阀、安全阀等
(10)自力式阀根据计算通径可以小于管道直径，而截止阀、切断球阀、傍通阀、过滤器则不能小于管道直径。

图1 ZL47自力式流量控制结构示意图阀
ZL47型自力式流量控制阀从结构上说，是一个双阀组合，即由一个手动调节阀组和自动平衡阀组组成，如图1所示。手动调节阀组的作用是设定流量，自动平衡阀的作用是维持流量恒定。
对于手动调节阀组来说，流量，式中KV 为手动调节阀阀口的流量系数，P2- P3为手动调节阀阀口两侧的压差。KV 的大小取决于开度，开度固定，KV 即为常数，那么只要不变，则流量C不变。而P2- P3的恒定是由自动平衡阀组控制的。比如进出口压差P1- P3增大，则通过感压膜和弹簧的作用使自动平衡阀组关小，使P1- P2增大，从而维持P2- P3的恒定；反之P1- P3减小，则自动平衡阀组开大，使P1- P2减小，维持P2- P3的恒定。
手动调节阀组的每一个开度对应一个流量，开度和流量的关系由试验台试验标定，并配有开度的显示和锁定装置。
2.2 自力式压差控制阀
自力式压差控制阀的作用是维持施加在被控对象上的压差恒定。这里介绍ZY47型自力式压差控制阀的结构和工作原理。
ZY47型自力式压差控制阀按照安装在供水管还是回水管上，分为供水式结构和回水式结构，二者不可互换使用。这种阀门由阀体、双节流阀座、阀瓣、感压膜、弹簧及压差调整装置组成。图2a为回水式结构示意图，图2b为其安装位置示意图。

图2 ZY47型自力式压差控制阀回水式结构及安装示意图
当网路的供回水压差P1- P3增大，则感压膜带动阀瓣下移，使得P2- P3增大，从而维持P1- P2（施加于被控环路的压差）恒定；反之，P1- P3减小，则阀瓣上移，P2- P3减小，使P1- P2不变。
若P1- P3不变，而图2b所示的环路内部阻力发生变化，比如某一支路判断，则环路的总阻力增大，在这个瞬间P2减小，P1- P2增大；但随之感压膜的受力平衡被打破，阀瓣下移，压差控制阀的阻力增大，而使P2又回升到原来的大小，即P1- P2不变。可见，无论是网路压力出现波动，还是被控对象内部阻力发生变化，自力式压差控制阀均可维持施加于被控对象的压差恒定。3 系统的运行调节方式与自力式调节阀的选择
（1）当系统的运行调节采用热源主动进行的集中量调节（比如随室外温度的变化而改变流量）时，不能采用自力式调节阀。因为这种调节是通过改变水量实现的，因而调节时改变了系统的水力工况，所以若采用自力式调节阀，势必造成有的阀能正常工作，但被控对象流量过大（超过此时的热负荷所对应的流量），有的阀全开仍达不到流量要求，有的阀因两端压差达不到启动压差而不能正常工作，即再现流量分配的混乱。显然，由于自力式调节阀的存在而造成了系统集中调节的不能实现。
这里若采用手动调节阀（比如平衡阀），则系统总流量增减时，各支路、各用户的流量可以同比例增减，即系统的集中调节可以传达至每一个末端装置。
（2）当系统的运行调节为质调节时，可以采用自力式流量控制阀和自力式压差控制阀，因为这种调节方式只改变供水温度，而与系统的水力工况无关，即在不改变系统的水力工况的情况下，把调节传达到每个用户和设备，采用自力式流量控制阀，可以吸收网路的压力波动，维持被控负荷载的流量恒定。采用自力式压差控制阀可以吸收网路的压力波动，以及克服内扰（被控环路内部的阻力变化），以维持施加于被控环路上的压差恒定。
（3）当系统采用分阶段改变流量的质调节时，虽然每个阶段流量不变，但若采用自力式调节阀，每个流量阶段要对控制流量或控制压差进行设定，给运行管理带来很大不便，所以不宜采用。
      4 被控对象的内部调节与自力式调节阀的选择
4.1 有内部调节
如图3所示，在一个环路入口处装设自力式流量控制阀，则环路流量恒定，那么环路中的一个支路进行流量调节，其调节量必然全部转移到其他支路上去。比如支路2关闭，则支路1和支路3的流量增大，两支路的流量增量即原支路2的流量。显然，装设自力式流量控制阀使各支路间出现较大的调节干扰；环路的水力稳定性很差。

图3 自力式压差控制阀与电动二通阀的配合使用
而若如图2b所示，在环路入口处装设自力式压差控制阀，由于可以保持环路的压差（即P1- P2）恒定，将大大减弱各支路间的调节干扰。如果环路中干管的阻力相对于支路的阻力可以略不计，则可把干管视为静压箱，各支路的调节互不干扰，即一个支路的流量调节对另外支路的流量不产生影响。实际上，由于干管阻力的存在，使得各支路间的调节干扰不可避免，比如一个支路关小，其它支路的流量均将程度不同的有所增加。但在设计合理的情况下，这种干扰是微弱的。系统设计时对于被控环路的干管采用相对较大的管径，且在干管上不再装设其它阀门尽可能减小干管的阻力，可以使各支路间的调节干扰降到zui低程度，使环路具有较好的水力稳定性。
对于分户热计量的供暖系统，强调用热调节的自主性，而又必须从设计上考虑尽可能减轻各用户是的调节干扰，所以宜采用自力式压差控制阀。
4.2 无内部调节
在被控制对象无内部调节时，因为内部阻力不变，所以压差恒定必然流量恒定，因而装设自力式压差控制阀和装设自力式流量控制阀，具有同样的效果，都可以起到吸收网路的压力波动，保持被控对象流量恒定的作用。这种情况下，二者可以互换。
对于采用集中质调节的供暖系统，一个支路上连接多个用户，无疑在支路入口处可以装设自力式压差控制阀。但如果各用户的调节是不经常的、无规律的以及相对于支路的总流量来说调节所产生的影响是轻微的，则也可以把支路的流量视为恒定，采用自力式流量控制阀。
对于二者均可采用的场合，推荐采用自力式流量控制阀，因为流量控制阀可以直接设定和显示流量，且无需连接导压管。
     5 自力式压差控制阀与电动二通调节阀的配合使用
电动二通调节阀的选型应遵循两个原则：①系统为设计工况时，阀门全开的流量稍大于设计流量（有的文献[1]认为应在开度90%时为设计流量）；②阀权度足够大，文献[1]认为不能小于0.3，文献[2]认为不能小于0.5。对于第①个条件往往难以满足，因为同一种电动阀相邻两种口径的流通能力（即全开时的流量系数）大约相差60%，所以往往找不到流通能力恰好符合要求的口径，而只好选偏大的口径。那么对于口径偏大的电动阀，一是可能造成较多的时间阀在较小开度甚至接近于关闭的状态下工作，使阀的控制不稳定和不；二是全开状态不可避免（比如系统启动时，以及大的扰动出现时），而全开将使被控环路出现过流，同时使其他环路流量不足。
对于这种情况，一个简单的解决办法是与电动阀串联一个平衡阀，消耗一部分压差，从而使电动阀在接近全开时流量为设计流量。但这样处理又可能使阀权度过小，即不符合第②个要求。如图4a所示，负载（可以是一个环路，一个用户，一台设备等）入口压差为80KPa，设计流量为8.5T/h，设计工况下负荷的阻力损失为40KPa。则所选电动阀在设计工况下的压降应为40KPa，流通能力应为：

图4 自力式压差控制阀与电动二通阀的配合使用
根据文献[1]中给出的ZAP型电动阀的参数表，ZAP-32B的流通能力为12，ZAP-40B的流通能力为20，所以只能选ZAP-40B，流量特性按线性考虑，则设计流量对应的开度只有68%。如图4b所示，串联一个平衡阀，使二通电动阀在全开时达到设计流量（为了分析和计算的方便，这里姑且以全开时达到设计流量考虑），则由：
           
      可算得，此时电动阀门压降为ΔP=18KPa，平衡阀的压降为80-40-18=28 KPa，电动阀的阀权度为Pv=18/80=0.225，显然阀权度太小。阀权度过小将导致阀工作时的压差变动范围较大，阀的工作特性严重偏离理论特性，使控制的度变差。此时可如图4c所示，与电动阀串联装设一个自力式压差控制阀（此图是ZY47型压差控制阀供水式结构的连接方法）。压差控制阀既可以代替平衡阀的作用，使电动阀在接近全开时达到设计流量，又可以保证电动阀上的压恒定，即阀权度接近于1，阀的工作特性与理论特性基本吻合，使电动阀工作稳定，控制。本例中仍按电动阀全开达到设计流量考虑，电动阀的设定压差应为18KPa。压差控制阀可以保证电动阀始终在这个压差下工作，剩余压差、网络的压力波动及负载的压降变化，均由压差控制阀吸收。   6 平衡阀与自力式调节阀的配合使用
      一般而言，装设了自力式调节阀的地方，不需再装设手动平衡阀，但在如下两种情况可以考虑二者串联装设，配合使用。
      （1）每一种自力式调节阀都有其可以正常工作的压差范围，超出这个范围，就不能很好发挥应有的功能，甚至不能工作。所以当作用于自力式调节阀的压差过大时，可串联一个平衡阀，吸收一部分压差，以保障自力式调节阀的正常工作。
      （2）手动平衡阀一个很重要的功能就是可以进行流量的测定（实际上是测压差，结合阀的特性算流量），所以手动平衡阀可以说是一个“诊断”工具。因而对流量的程度要求较高的系统，为了监测被控对象的流量，监测自力式调节阀的工作是否正常，从而做出相应的调整，可以与自力式调节阀串联一个平衡阀。并且，平衡阀的判断和泄水功能也是自力式调节阀所不具有的。
      7 结论
（1）对于质调节系统可根据恒定流量和恒定压差的需要，选用自力式流量控制阀和自力式压差控制阀。
（2）对于量调节的系统，因运行调节时改变了系统的水力式工况，所以不能采用自力式流量调节阀和自力式压差控制阀。若采用手动平衡阀，系统总流量变化时，各支路、各用户、各末端装置的流量同比例变化，系统的集中量调节可以满足系统负荷变化时对流量分配的要求。
（3）当被控对象有内部调节时，装设自力式流量控制阀，将使被控对象内部的各支路间出现较大的调节干扰。而装设自力式压差控制阀，既可吸收网路的压力波动、又可以使被控对象内部各支路间的调节干扰大大减弱。因而被控对象有内部调节时，可装设自力式压差控制阀，不可装设自力式流量控制阀。对于分户热计量的质调节供暖系统，在一个向多户供暖的支路入口处，宜装设自力式压差控制阀。
（4）被控对象无内部调节时，装设自力式流量控制阀和自力式压差控制阀，具有相同的效果，二者可以互换。当二者均可采用时，推荐采用自力式流量控制阀。
（5）自力式压差控制阀可与电动阀配合使用，以维持电动阀上的压差恒定，从而使电动阀工作稳定，控制。
（6）有时平衡阀与自力式调节阀可串联装设，配合使用。
       自力式调节阀可以不卸下阀体就从上部取出阀内件。球阀还可安上低噪音组件.但阀门通过能力会随之降低。许多球阀用于控制和调节，其尺寸为2.54 -182.Man。称为球阀是因为它内含一个穿过中心的圆洞的完整球体。其他类型的调节球阀使用了球的一部分。调节阀具有等百分比流量特性，有高的通过能力(可达到双座阀流通能力的2-2.5倍)和宽的可调范围(可达到300:1).球阀密封紧密。球阀的结构使其在价格上比其他控制阀更有竞争力。良好的密封来自被上游压力压向球体的密封环。因此.球阀操作需要比其他阀更大的力矩。由于球体在阀密封上运动，球阀密封更容易磨损。在愉油管道上，常用电动液压式调节球阀作为输油泵站的出站压力调节阀，用来控制泵站的进泵压力不低于允许的zui大吸人压力，出站压力不高于管线的zui高允许操作压力.以及当管道发生水击时，通过提前改变调节阀的压力设定值，确保压力不会超过zui大允许操作压力。与本文相关的论文：卡套减压阀在能源化工研究院