自力式自身压差控制阀

一种机械

自力式自身压差控制阀是改变自力式压差控制阀的流通截面的一种机械。

工作原理

工作原理：弹簧、感压膜和阀杆固结在一起，通过导压管将出口压力P2导入感压膜上部的密封腔，感压膜下部为入口压力P1。根据P1-P2的设定值ΔPs（以下简称设定压差）确定弹簧的预压缩量，即使弹簧的弹力与设定压差条件下感压膜对弹簧的作用力相等。并按照阀塞的行程远小于弹簧预压缩量的原则选择弹簧。这样就使得在阀门任一开度的平衡状态，阀的进、出口压差ΔP与设定压差ΔPs近似相等。严格地说，开度不同，平衡状态的ΔP是不相等的。显然，随着开度的增大，平衡状态的ΔP是增大的。但通过对弹簧的选择，完全可以在阀塞的全行程内，将平衡状态的ΔP相对于ΔPs的偏离控制在一定的范围（比如10%）之内。自力式自身压差控制阀在系统中的工作可分为两种情况进行说明：①当前状态为关闭。若阀前后压差ΔP小于设定压差ΔPs，则继续关闭，这时就是一个关断阀。若ΔP大于ΔPs，则感压膜克服弹簧的弹力，带动阀塞上升，阀门开启；达到平衡状态时，进、出口压差ΔP近似回落到设定压差ΔPs。②当前状态为开启。若系统稳定运行，进、出口压差ΔP近似为设定压差。若由于系统工况的改变，使ΔP增大，则阀门开大，流量增大；达到平衡状态时，ΔP又近似回落到ΔPs。阀门为最大开度时，出现ΔP大于ΔPs的情况，阀门不再具有调控压差的能力。若由于系统工况的改变，使进、出口压差ΔP小于ΔPs，则阀门关小，流量减小，达到平衡状态时，ΔP又近似上升到ΔPs。直至阀门关闭时，出现ΔP小于ΔPs的情况，就不再具有调控压差的能力，而成为一个关断阀。简而言之，自力式自身压差控制阀在关闭状态时，ΔP必须大于ΔPs才能开启；在开启状态时，可自动调整开度，保持阀门前后的压差基本恒定。

自力式自身压差控制阀的用途

自力式自身压差控制阀应用于冷（热）源机组的保护。安装于集、分水器之间旁通管上，当用户侧部分运行或变流量运行时，系统流量变小，导致压差增大，压差超出设定值时，阀门自动打开，部分流量从此经过，以保证机组流量不小于限制值。

自力式自身压差控制阀应用于集中供热系统中以保证某处散热设备不超压或不倒空。比如某系统高低差较大，且不分高低区系统，这时如按高处定压，低处散热设备可能压爆；如按低处定压，高处倒空。

这种情况如热源在低处可在进入高区分支水管加增压泵，回水管加压差阀使高区压力经过提升后，由阀门再降到低区回水压力；如热源在高处可进入低区供水管加装压差阀，回水加增压泵，使通过阀门压力降低的循环水能回到系统中。

特性

（1）自力式压差控制阀的作用

当阀内供暖系统介质流量在阀门限定的最大流量范围内任意变化时，无需外界动力仅靠被控介质自身能量，通过改变自力式压差控制阀的流通截面，自动保持阀内供回水管压差等于阀门的设定值。

（2）自力式压差控制阀的工作原理

压差控制阀一般安装在用户入口回水管上，阀下导压管与入口处供水管相接，P1为供水压力，P2为阀内回水压力，P3为阀外回水压力。

设阀内系统压差△Pi（△Pi=P1-P2）为阀门压差设定值时，阀门下膜室压力P1与P2加上弹簧被压缩变形产生的推力相平衡，从而确定了流体流过阀门的流通截面积A和流量系数。当流量改变时，上述力的平衡使阀门的流通截面积和流量系数发生变化，但△P1保持不变。

当流体性质、管径、当量阻力系数确定后，单管阻力计算公式可近似写为：

△P=Kqm2

式中：△P—— 管路总阻力；

K —— 管路阻抗；

qm—— 流量。

由上式可知管路阻力与质量流量的二次方管路阻抗成正比。当流量变化时使上膜室压力P2变化导致阀芯上下移动，使A及相应的流量系数均改变来调整阀内系统总阻力的变化，使△P1基本保持不变。

（3）自力式压差控制阀的工作特性曲线

阀门理论上的工作特性曲线是一条水平线，但由于阀门制作精度及流体流动特性所限，阀门实际上的工作特性是一条曲线（图1）。使用不同的弹簧及不同的加工精度，不同的阀门口径，不同的阀门压差设定值及不同的阀外管网压差△Pe，其曲线的变化趋势是相同的，但阀门的工作特性曲线都是略有不同的。

图1为一个口径DN50mm的压差控制阀在设定值△Pi.a为0.02MPa，阀外管网压差△Pe分别为0.05，0.10，0.15MPa的工作特性曲线，

图2为同一个口径的压差控制阀在阀外管网压差值△Pe为0.10MPa时，阀门设定压差值△Pi.a分别为0.01，0.02，0.03MPa的工作特性曲线，图2中的压差△Pi等于阀内（户内）管路系统的总阻力。

（4）自力式压差控制阀的实际工作特性

1、压差控制阀设定的压差只是推荐最佳工作点（区域），阀门的实际压差是随阀内管路系统的流量变化而沿其工作特性曲线变化的。

2、压差控制阀的流量在阀门口径、阀门设定的压差、阀外管网压差一定的条件下仅与阀内（户内）管路系统的阻力有关，在上述条件限定的范围内。随阀内（户内）管路系统的阻力的变化而变化。压差控制阀在一定范围内只控制压差，不控制流量。

3、压差控制阀运行工况是随阀外管网压差的变化而变化的。

选用

（1）压差控制阀应与阀外管网压差相配套

由图1可知，阀外管网压差不同，压差控制阀工作特性曲线是不同的。因此，在设计选用和管网实际运行时，应保证阀门安装位置点的管网压差在阀门允许的范围内变化。实际压差过大或过小都将使弹簧失效，导致阀门无法正常工作。

（2）压差控制阀设定压差的选取

压差控制阀设定压差应与阀内管路系统在设计流量下的阻力相匹配，以保证阀门在其最佳工作区域工作。二者相差过大将导致阀内管路系统实际流量过大，从而造成阀外管路系统水力失调或导致阀内管路系统实际流量过小影响供热效果。

（3）压差控制阀口径的选取

不同口径的压差控制阀控制的流量范围不同。在选用阀门时，应根据阀门工作特性曲线将阀内管路系统设计流量取在阀门控制流量范围的最佳工作区域内偏大侧较好。选取阀门口径过小，使阀门在其控制流量范围的高端工作，极易产生噪声。选取阀门口径过大，使阀门在其控制流量范围的低端工作，系统流量变化范围过大，易造成阀外管路系统水力失调，同时也造成经济上的浪费。一般阀门口径较阀内管路系统接口管径相等或小一号较好。

（4）压差控制阀不能代替流量控制阀

使用压差控制阀的目的是使热用户能够在一定范围内根据用热需要调节流量，使用压差控制阀的供热系统是一个变流量系统。但多数供热管网是根据供暖的基本需要确定的，管网系统实际很难做到按需无限制供热，势必造成管网系统水力失调，特别是在只安装压差控制阀而未装热表的供热系统中，水力失调现象尤为严重。在由满足基本供暖需要向按需供热转变的过渡阶段，解决这个矛盾有两种方式：①加大管网流量；②在热力入口处或在支干线上限制流量。限制流量的方法为设置流量控制阀。流量控制阀可选用自力式流量控制阀，使管网能自动平衡流量。在每个热力入口均设置自力式流量控制阀，这种方式费用较高，因此较少使用。另一种方式是在支干线上设置自力式流量控制阀。绝大多数热力入口使用锁闭式流量控制阀，这就要求在管网投运初期必须以人工方式做好初调节工作，这项工作费时、费力，较为复杂，不易适应热网工况的变化。但这是一种经济的保证供热管网水力平衡的措施。

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