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節閥是一種新型閥門，在我國工業領域得到了越來越廣泛的應用。文章通過對自力式調節閥原理、使用條件以及優缺點的解析，以便于自力式調節閥在生產中更好地使用和維護。
關鍵字：自動式調節閥 調節閥結構 調節閥原理

1 自力式調節閥的定義
之前介紹彈簧微啟式燃氣安全閥應用，現在介紹自力式調節閥又稱自力式控制閥，它依靠流經閥內介質自身的壓力、溫度作為能源驅動閥門自動工作，不需要外接電源和二次儀表。和有源動力的調節閥相比，自力式調節閥主要從本質上可以穩定壓差或流量，而不是調節。它具有響應速度快，結構簡單，易維護，價格低的特點。

2 自力式控制閥工作原理自力式調節閥的結構和工作原理
2.1自力式調節閥的分類
自力式調節閥按作用方式分類，可以分為直接作用式調節閥和間接作用式調節閥。
直接作用式調節閥又稱為彈簧負載式調節閥，其結構內有彈性元件：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。

間接作用式調節閥會增加一個先導閥，先導閥對反饋信號放大，然后通過執行機構驅動主閥閥瓣運動達到改變閥門開度的目的。如果是壓力調節閥，反饋信號就是閥出口壓力，通過信號管引入執行機構。如果是流量調節閥，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行機構。如果是溫度調節閥，閥的出口就會有溫度傳感器（或者溫包）通過溫度傳感器內介質的熱脹冷縮來驅動執行機構。
按照自力式調節閥的控制參量分類，可以分為如下四類：

（1）控制網路中某個部分的流量；

（2）控制網路中某個部分的壓差；

（3）控制熱交換裝置的出水溫度；

（4）控制供暖或者空調房間的溫度。文章將以前兩種自力式調節閥作為討論對象。
自力式調節閥具有節能功能，因此，在一些控制要求不高的場合被廣泛應用。自力式調節閥執行機構膜頭的輸入信號是控制閥前或閥后的壓力或兩端的壓差，或經溫包轉換后的壓力信號。執行機構的結構類似氣動薄膜執行機構。
    自力式調節閥對被控介質有一定要求，例如，自力式壓力調節閥的被控介質溫度應低于某一規定值，介質應干凈，當介質溫度較高時，例如，用于蒸汽或150℃以上的液體時，應設置冷凝器，使進入執行機構比較器內的介質溫度低于規定值。

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、動態流量平衡閥等。各種類型的自力式流量控制閥，結構各有相異，但工作原理相似。下面以ZL47型自力式流量控制閥為例，介紹其結構和工作原理。
如圖1所示，ZL47型自力式流量控制閥從結構上說，是一個雙閥組合，即由一個手動調節閥組和自動平衡閥組組成。手動調節閥組的作用是來設定流量，自動平衡閥的作用是維持流量恒定。

圖1 ZL47自力式流量控制結構示意圖
對于手動調節閥組來說，流量，式中Kυ為手動調節閥閥口流量系數，P2－P3為手動調節閥閥口兩側壓差。Kυ的大小取決于開度，開度固定，Kυ即為常數，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。
手動調節閥組的每一個開度對應一個流量，開度和流量的關系由試驗標定，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構和工作原理。
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構和回水式結構，二者不可互換使用。這種閥門由閥體、雙節流閥座、閥瓣、感壓膜、彈簧以及壓差調整裝置組成。圖2（a）為回水式結構示意圖，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構及安裝示意圖
當網路的供回水壓差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）所示的環路內部阻力發生變化，比如某一支路判斷，則環路的總阻力增大，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。可見，無論是網路壓力出現波動，還是被控對象內部阻力發生變化，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。
                                   
    自力式壓力調節閥根據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，可采用冷凝器將介質蒸汽冷凝，保護進入膜頭的介質溫度在現場環境溫度，避免使膜片損壞。對氣體介質，可直接將被控氣體送入膜頭。
    控制閥前壓力的自力式調節閥

控制閥后壓力的自力式調節閥
                                    
   上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥,蒸汽減壓閥 當閥前和閥后壓力同時引入執行機構的氣室兩側時，自力式壓差調節閥可以控制調節閥兩側的壓差恒定，也可將安裝在管道上孔板兩端的壓差引入氣動薄膜執行機構的氣室兩側，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節閥實現流量控制。
    右側圖示是自力式壓差調節閥。圖中，流量設定調整用于調節流阻。設定調整用于改變彈簧的初始預緊力，調節壓差的設定值。圖中的壓差是用兩個薄膜執行機構輸出推力的比較來實現的，也可只用一個薄膜執行機構。當取壓點的信號來自同一管道上安裝的孔板兩側時，可用于控制流量。
    帶指揮器的自力式調節閥和直接作用自力式調節閥類似，其設定信號由指揮器的設定彈簧設置。
    另有一種采用重錘作為設定的自力式調節閥。重錘經杠桿連接到閥桿，其重力經放大后作用在閥桿上，只有兩者平衡時，閥桿才不移動。由于其結構簡單，維護量少，在一些不重要或初級的壓力控制系統中被采用，例如，蒸汽分壓缸的壓力控制等。

    3 自力式調節閥的優缺點
自力式調節閥是一個新的調節閥種類。相對于手動調節閥，其優點是能夠自動調節；相對于自動調節閥，其優點是不需要外部動力。應用實踐證明，在閉式水循環系統（如空調冷凍水系統、熱水供暖系統）中，正確使用這種閥門，可以方便地實現系統的流量分配；可以實現系統的動態平衡；可以簡化系統的調試工作；可以穩定泵的工作狀態等。主要的優點可以概括為：

（1）調節精度高。

（2）執行機構的檢測精度高。

（3）閥門動作靈敏，操作簡單。

（4）調節閥反應速度快，控制。

（5）能在無電無氣的工況下工作，節約了能源。
缺點是現在的這種閥門大多數在DCS沒有監控顯示，不能直接判斷閥門的狀態，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
自力式調節閥密封性能和強度性能是一切自力式調節閥基本、重要的性能。自力式調節閥的密封分內密封和外密封兩個部分。內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接部位之間的密封。自力式調節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濟損失，如輸送有毒、易燃易爆或有強腐蝕性流體，還可能導致嚴重的安全事故。為了保證自力式調節閥的密封和強度，除了必須遵守有關標準規定合理地進行結構設計、確保工藝質量外，還必須正確地選用材料。
5 自力式調節閥使用注意點
除了一些普通閥門使用注意點外，自力式調節閥必須注意以下幾點：

（1）閥在氣體或低粘度液體介質中使用時，自力式壓力調節閥為直立安裝在水平管上，當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中使用時，通常自力式壓力調節閥為倒立安裝在水平管上，冷凝器（蒸汽用自力式）應高于調壓閥的執行機構而低于閥前后接管。使用前冷凝器應灌滿冷水，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。與本產品相關論文：減壓閥裂紋檢修