自力式控制閥工作原理

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摘 要：自力式控制閥工作原理自力式調(diào)節(jié)閥是一種新型閥門，在我國工業(yè)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。文章通過對自力式調(diào)節(jié)閥原理、使用條件以及優(yōu)缺點的解析，以便于自力式調(diào)節(jié)閥在生產(chǎn)中更好地使用和維護。
關(guān)鍵字：自動式調(diào)節(jié)閥 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu) 調(diào)節(jié)閥原理

1 自力式調(diào)節(jié)閥的定義
之前介紹彈簧微啟式燃氣安全閥應(yīng)用，現(xiàn)在介紹自力式調(diào)節(jié)閥又稱自力式控制閥，它依靠流經(jīng)閥內(nèi)介質(zhì)自身的壓力、溫度作為能源驅(qū)動閥門自動工作，不需要外接電源和二次儀表。和有源動力的調(diào)節(jié)閥相比，自力式調(diào)節(jié)閥主要從本質(zhì)上可以穩(wěn)定壓差或流量，而不是調(diào)節(jié)。它具有響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單，易維護，價格低的特點。

2 自力式控制閥工作原理自力式調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和工作原理
2.1自力式調(diào)節(jié)閥的分類
自力式調(diào)節(jié)閥按作用方式分類，可以分為直接作用式調(diào)節(jié)閥和間接作用式調(diào)節(jié)閥。
直接作用式調(diào)節(jié)閥又稱為彈簧負載式調(diào)節(jié)閥，其結(jié)構(gòu)內(nèi)有彈性元件：如彈簧、波紋管、波紋管式的溫包等，利用彈性力與反饋信號平衡的原理。

間接作用式調(diào)節(jié)閥會增加一個先導(dǎo)閥，先導(dǎo)閥對反饋信號放大，然后通過執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動主閥閥瓣運動達到改變閥門開度的目的。如果是壓力調(diào)節(jié)閥，反饋信號就是閥出口壓力，通過信號管引入執(zhí)行機構(gòu)。如果是流量調(diào)節(jié)閥，閥的出口處就會有一個孔板（或者是其他阻力裝置）由孔板兩端取出壓差信號引入到執(zhí)行機構(gòu)。如果是溫度調(diào)節(jié)閥，閥的出口就會有溫度傳感器（或者溫包）通過溫度傳感器內(nèi)介質(zhì)的熱脹冷縮來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。
按照自力式調(diào)節(jié)閥的控制參量分類，可以分為如下四類：

（1）控制網(wǎng)路中某個部分的流量；

（2）控制網(wǎng)路中某個部分的壓差；

（3）控制熱交換裝置的出水溫度；

（4）控制供暖或者空調(diào)房間的溫度。文章將以前兩種自力式調(diào)節(jié)閥作為討論對象。
自力式調(diào)節(jié)閥具有節(jié)能功能，因此，在一些控制要求不高的場合被廣泛應(yīng)用。自力式調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)膜頭的輸入信號是控制閥前或閥后的壓力或兩端的壓差，或經(jīng)溫包轉(zhuǎn)換后的壓力信號。執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)類似氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)。
    自力式調(diào)節(jié)閥對被控介質(zhì)有一定要求，例如，自力式壓力調(diào)節(jié)閥的被控介質(zhì)溫度應(yīng)低于某一規(guī)定值，介質(zhì)應(yīng)干凈，當(dāng)介質(zhì)溫度較高時，例如，用于蒸汽或150℃以上的液體時，應(yīng)設(shè)置冷凝器，使進入執(zhí)行機構(gòu)比較器內(nèi)的介質(zhì)溫度低于規(guī)定值。

2.2 自力式流量控制閥
自力式流量控制閥的作用是在閥的進出口壓差有變化的情況下，維持通過閥門的流量恒定，從而維持與之串聯(lián)的被控對象的流量恒定。自力式流量控制閥的名稱較多，如自力式流量平衡閥、自平衡閥、定流量閥、動態(tài)流量平衡閥等。各種類型的自力式流量控制閥，結(jié)構(gòu)各有相異，但工作原理相似。下面以ZL47型自力式流量控制閥為例，介紹其結(jié)構(gòu)和工作原理。
如圖1所示，ZL47型自力式流量控制閥從結(jié)構(gòu)上說，是一個雙閥組合，即由一個手動調(diào)節(jié)閥組和自動平衡閥組組成。手動調(diào)節(jié)閥組的作用是來設(shè)定流量，自動平衡閥的作用是維持流量恒定。

圖1 ZL47自力式流量控制結(jié)構(gòu)示意圖
對于手動調(diào)節(jié)閥組來說，流量，式中Kυ為手動調(diào)節(jié)閥閥口流量系數(shù)，P2－P3為手動調(diào)節(jié)閥閥口兩側(cè)壓差。Kυ的大小取決于開度，開度固定，Kυ即為常數(shù)，則流量C不變。而P2－P3差值的恒定是由自動平衡閥組控制的。比如進出口壓差P1－P3增大，則通過感壓膜和彈簧的作用使自動平衡閥組關(guān)小，使P1－P2增大，從而維持P2－P3的恒定；反之如果P1－P3減小，則自動平衡閥組開大，使P1－P2減小，維持P2－P3的恒定。
手動調(diào)節(jié)閥組的每一個開度對應(yīng)一個流量，開度和流量的關(guān)系由試驗標(biāo)定，并配有開度的顯示和鎖定裝置。
2.3 自力式壓差控制閥
自力式壓差控制閥的作用是維持施加在被控對象上的壓差恒定。這里以ZY47型自力式壓差控制閥為例解析其結(jié)構(gòu)和工作原理。
如圖2所示，ZY47型自力式壓差控制閥按照安裝方式分為供水式結(jié)構(gòu)和回水式結(jié)構(gòu)，二者不可互換使用。這種閥門由閥體、雙節(jié)流閥座、閥瓣、感壓膜、彈簧以及壓差調(diào)整裝置組成。圖2（a）為回水式結(jié)構(gòu)示意圖，圖2（b）為其安裝位置示意圖。

圖2 ZY47型自力式壓差控制閥回水式結(jié)構(gòu)及安裝示意圖
當(dāng)網(wǎng)路的供回水壓差P1－P3增大，則感壓膜帶動閥瓣下移，使得P2－P3增大，從而維持P1－P2（施加于被控環(huán)路的壓差）恒定；反之，P1－P3減小，則閥瓣上移，P2－P3減小，使P1－P2不變。
若P1－P3不變，而圖2（b）所示的環(huán)路內(nèi)部阻力發(fā)生變化，比如某一支路判斷，則環(huán)路的總阻力增大，在這個瞬間P2減小，P1－P2增大；但隨之感壓膜的受力平衡被打破，閥瓣下移，壓差控制閥的阻力會增大，而使P2又回升到原來的大小，即P1－P2不變?？梢?，無論是網(wǎng)路壓力出現(xiàn)波動，還是被控對象內(nèi)部阻力發(fā)生變化，自力式壓差控制閥都可以維持施加于被控對象的壓差恒定。
                                   
    自力式壓力調(diào)節(jié)閥根據(jù)取壓點位置分閥前和閥后兩類，取壓點在閥前時，用于控制閥前壓力恒定；取壓點在閥后時，用于控制閥后壓力恒定。對蒸汽介質(zhì)，可采用冷凝器將介質(zhì)蒸汽冷凝，保護進入膜頭的介質(zhì)溫度在現(xiàn)場環(huán)境溫度，避免使膜片損壞。對氣體介質(zhì)，可直接將被控氣體送入膜頭。
    控制閥前壓力的自力式調(diào)節(jié)閥

控制閥后壓力的自力式調(diào)節(jié)閥
                                    
   上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥,蒸汽減壓閥 當(dāng)閥前和閥后壓力同時引入執(zhí)行機構(gòu)的氣室兩側(cè)時，自力式壓差調(diào)節(jié)閥可以控制調(diào)節(jié)閥兩側(cè)的壓差恒定，也可將安裝在管道上孔板兩端的壓差引入氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)的氣室兩側(cè)，組成自力式流量控制閥，或用其他方式將流量檢測后用自力式調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)流量控制。
    右側(cè)圖示是自力式壓差調(diào)節(jié)閥。圖中，流量設(shè)定調(diào)整用于調(diào)節(jié)流阻。設(shè)定調(diào)整用于改變彈簧的初始預(yù)緊力，調(diào)節(jié)壓差的設(shè)定值。圖中的壓差是用兩個薄膜執(zhí)行機構(gòu)輸出推力的比較來實現(xiàn)的，也可只用一個薄膜執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)取壓點的信號來自同一管道上安裝的孔板兩側(cè)時，可用于控制流量。
    帶指揮器的自力式調(diào)節(jié)閥和直接作用自力式調(diào)節(jié)閥類似，其設(shè)定信號由指揮器的設(shè)定彈簧設(shè)置。
    另有一種采用重錘作為設(shè)定的自力式調(diào)節(jié)閥。重錘經(jīng)杠桿連接到閥桿，其重力經(jīng)放大后作用在閥桿上，只有兩者平衡時，閥桿才不移動。由于其結(jié)構(gòu)簡單，維護量少，在一些不重要或初級的壓力控制系統(tǒng)中被采用，例如，蒸汽分壓缸的壓力控制等。

    3 自力式調(diào)節(jié)閥的優(yōu)缺點
自力式調(diào)節(jié)閥是一個新的調(diào)節(jié)閥種類。相對于手動調(diào)節(jié)閥，其優(yōu)點是能夠自動調(diào)節(jié)；相對于自動調(diào)節(jié)閥，其優(yōu)點是不需要外部動力。應(yīng)用實踐證明，在閉式水循環(huán)系統(tǒng)（如空調(diào)冷凍水系統(tǒng)、熱水供暖系統(tǒng)）中，正確使用這種閥門，可以方便地實現(xiàn)系統(tǒng)的流量分配；可以實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)平衡；可以簡化系統(tǒng)的調(diào)試工作；可以穩(wěn)定泵的工作狀態(tài)等。主要的優(yōu)點可以概括為：

（1）調(diào)節(jié)精度高。

（2）執(zhí)行機構(gòu)的檢測精度高。

（3）閥門動作靈敏，操作簡單。

（4）調(diào)節(jié)閥反應(yīng)速度快，控制。

（5）能在無電無氣的工況下工作，節(jié)約了能源。
缺點是現(xiàn)在的這種閥門大多數(shù)在DCS沒有監(jiān)控顯示，不能直接判斷閥門的狀態(tài)，只能通過前后的壓力表或流量計判斷閥門有沒有正常工作。還有這種閥門對其密封性能要求很高。

4 自力式控制閥密封性能
自力式調(diào)節(jié)閥密封性能和強度性能是一切自力式調(diào)節(jié)閥基本、重要的性能。自力式調(diào)節(jié)閥的密封分內(nèi)密封和外密封兩個部分。內(nèi)密封是閥瓣與閥座之間的密封；外密封是閥桿運動部位與閥蓋之間、閥體與閥蓋之間和閥體與管道聯(lián)接部位之間的密封。自力式調(diào)節(jié)閥在使用時不僅要求密封性能好，而且必須保證安全。

如果因密封不好而發(fā)生泄漏或因強度不夠而使零件破壞，將會造成不同程度的經(jīng)濟損失，如輸送有毒、易燃易爆或有強腐蝕性流體，還可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。為了保證自力式調(diào)節(jié)閥的密封和強度，除了必須遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定合理地進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、確保工藝質(zhì)量外，還必須正確地選用材料。
5 自力式調(diào)節(jié)閥使用注意點
除了一些普通閥門使用注意點外，自力式調(diào)節(jié)閥必須注意以下幾點：

（1）閥在氣體或低粘度液體介質(zhì)中使用時，自力式壓力調(diào)節(jié)閥為直立安裝在水平管上，當(dāng)位置空間不允許時才倒裝或斜裝。

（2）閥在蒸汽或高粘度液體介質(zhì)中使用時，通常自力式壓力調(diào)節(jié)閥為倒立安裝在水平管上，冷凝器（蒸汽用自力式）應(yīng)高于調(diào)壓閥的執(zhí)行機構(gòu)而低于閥前后接管。使用前冷凝器應(yīng)灌滿冷水，以后約3個月需要灌水一次。

（3）盡量安裝閥前過濾器，除非是潔凈液體或氣體。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：減壓閥裂紋檢修