自力式調(diào)節(jié)閥適用條件分析

　　自力式調(diào)節(jié)閥是一個(gè)新的自力式調(diào)節(jié)閥種類。相對(duì)于手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，它的優(yōu)點(diǎn)是能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)；相對(duì)于電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，它的優(yōu)點(diǎn)是不需要外部動(dòng)力。應(yīng)用實(shí)踐證明，在閉式水循環(huán)系統(tǒng)（如熱水供暖系統(tǒng)、空調(diào)冷凍水系統(tǒng)）中，正確使用這種閥門，可以很方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的流量分配；可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡；可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的調(diào)試工作；可以穩(wěn)定泵的工作狀態(tài)等。因此，自力式調(diào)節(jié)閥在供熱空調(diào)工程中有著廣闊的應(yīng)用前景。由于這種閥門在我國(guó)出現(xiàn)時(shí)間不長(zhǎng)，所以對(duì)其適用條件還研究不夠，本文試作一些分析，算作參加對(duì)這個(gè)問(wèn)題的討論。

　　按照自力式調(diào)節(jié)閥的控制參量可以分為四類：① 控制網(wǎng)路中某個(gè)部分的流量；②控制網(wǎng)路中某個(gè)部分的壓差；③ 控制熱交換裝置的出水溫度；④控制供暖或空調(diào)房間的溫度。本文以前兩種自力式調(diào)節(jié)閥為討論對(duì)象。

      2 自力式調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

???　2.1 自力式流量控制閥

　　自力式流量控制閥的作用是在閥的進(jìn)出口壓差變化的情況下，維持通過(guò)閥門的流量恒定，從而維持與之串聯(lián)的被控對(duì)象（如一個(gè)環(huán)路、一個(gè)用戶、一臺(tái)設(shè)備等，下同）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、定流量閥、自平衡閥、動(dòng)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。這里以ZL47型自力式流量控制閥為例，介紹其結(jié)構(gòu)和工作原理。

圖1 ZL47自力式流量控制結(jié)構(gòu)示意圖閥

　　ZL47型自力式流量控制閥從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，是一個(gè)雙閥組合，即由一個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組和自動(dòng)平衡閥組組成，如圖1所示。手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組的作用是設(shè)定流量，自動(dòng)平衡閥的作用是維持流量恒定。

　　對(duì)于手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組來(lái)說(shuō)，流量，式中K_V 為手動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥口的流量系數(shù)，P₂- P₃為手動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥口兩側(cè)的壓差。K_V 的大小取決于開度，開度固定，K_V 即為常數(shù)，那么只要不變，則流量C不變。而P₂- P₃的恒定是由自動(dòng)平衡閥組控制的。比如進(jìn)出口壓差P₁- P₃增大，則通過(guò)感壓膜和彈簧的作用使自動(dòng)平衡閥組關(guān)小，使P₁- P₂增大，從而維持P₂- P₃的恒定；反之P₁- P₃減小，則自動(dòng)平衡閥組開大，使P₁- P₂減小，維持P₂- P₃的恒定。

　　手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組的每一個(gè)開度對(duì)應(yīng)一個(gè)流量，開度和流量的關(guān)系由試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)標(biāo)定，并配有開度的顯示和鎖定裝置。

　　2.2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(duì)象上的壓差恒定。這里介紹ZY47型自力式壓差控制閥的結(jié)構(gòu)和工作原理。

　　ZY47型自力式壓差控制閥按照安裝在供水管還是回水管上，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、彈簧及壓差調(diào)整裝置組成。圖2a為回水式結(jié)構(gòu)示意圖，圖2b為其安裝位置示意圖。

（a）

（b）

圖2ZY47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(dòng)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2b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(gè)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，壓差控制閥的阻力增大，而使P₂又回升到原來(lái)的大小，即P₁-P₂不變。可見，無(wú)論是網(wǎng)路壓力出現(xiàn)波動(dòng)，還是被控對(duì)象內(nèi)部阻力發(fā)生變化，自力式壓差控制閥均可維持施加于被控對(duì)象的壓差恒定。

    3 系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式與自力式調(diào)節(jié)閥的選擇

　　（1）當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)采用熱源主動(dòng)進(jìn)行的集中量調(diào)節(jié)（比如隨室外溫度的變化而改變流量）時(shí)，不能采用自力式調(diào)節(jié)閥。因?yàn)檫@種調(diào)節(jié)是通過(guò)改變水量實(shí)現(xiàn)的，因而調(diào)節(jié)時(shí)改變了系統(tǒng)的水力工況，所以若采用自力式調(diào)節(jié)閥，勢(shì)必造成有的閥能正常工作，但被控對(duì)象流量過(guò)大（超過(guò)此時(shí)的熱負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的流量），有的閥全開仍達(dá)不到流量要求，有的閥因兩端壓差達(dá)不到啟動(dòng)壓差而不能正常工作，即再現(xiàn)流量分配的混亂。顯然，由于自力式調(diào)節(jié)閥的存在而造成了系統(tǒng)集中調(diào)節(jié)的不能實(shí)現(xiàn)。

　　這里若采用手動(dòng)調(diào)節(jié)閥（比如平衡閥），則系統(tǒng)總流量增減時(shí)，各支路、各用戶的流量可以同比例增減，即系統(tǒng)的集中調(diào)節(jié)可以傳達(dá)至每一個(gè)末端裝置。

　　（2）當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)為質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí)，可以采用自力式流量控制閥和自力式壓差控制閥，因?yàn)檫@種調(diào)節(jié)方式只改變供水溫度，而與系統(tǒng)的水力工況無(wú)關(guān)，即在不改變系統(tǒng)的水力工況的情況下，把調(diào)節(jié)傳達(dá)到每個(gè)用戶和設(shè)備，采用自力式流量控制閥，可以吸收網(wǎng)路的壓力波動(dòng)，維持被控負(fù)荷載的流量恒定。采用自力式壓差控制閥可以吸收網(wǎng)路的壓力波動(dòng)，以及克服內(nèi)擾（被控環(huán)路內(nèi)部的阻力變化），以維持施加于被控環(huán)路上的壓差恒定。

　　（3）當(dāng)系統(tǒng)采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí)，雖然每個(gè)階段流量不變，但若采用自力式調(diào)節(jié)閥，每個(gè)流量階段要對(duì)控制流量或控制壓差進(jìn)行設(shè)定，給運(yùn)行管理帶來(lái)很大不便，所以不宜采用。

      4被控對(duì)象的內(nèi)部調(diào)節(jié)與自力式調(diào)節(jié)閥的選擇

　　4.1有內(nèi)部調(diào)節(jié)

　　如圖3所示，在一個(gè)環(huán)路入口處裝設(shè)自力式流量控制閥，則環(huán)路流量恒定，那么環(huán)路中的一個(gè)支路進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)量必然全部轉(zhuǎn)移到其他支路上去。比如支路2關(guān)閉，則支路1和支路3的流量增大，兩支路的流量增量即原支路2的流量。顯然，裝設(shè)自力式流量控制閥使各支路間出現(xiàn)較大的調(diào)節(jié)干擾；環(huán)路的水力穩(wěn)定性很差。

圖3自力式壓差控制閥與電動(dòng)二通閥的配合使用

　　而若如圖2b所示，在環(huán)路入口處裝設(shè)自力式壓差控制閥，由于可以保持環(huán)路的壓差（即P₁-P₂）恒定，將大大減弱各支路間的調(diào)節(jié)干擾。如果環(huán)路中干管的阻力相對(duì)于支路的阻力可以略不計(jì)，則可把干管視為靜壓箱，各支路的調(diào)節(jié)互不干擾，即一個(gè)支路的流量調(diào)節(jié)對(duì)另外支路的流量不產(chǎn)生影響。實(shí)際上，由于干管阻力的存在，使得各支路間的調(diào)節(jié)干擾不可避免，比如一個(gè)支路關(guān)小，其它支路的流量均將程度不同的有所增加。但在設(shè)計(jì)合理的情況下，這種干擾是微弱的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于被控環(huán)路的干管采用相對(duì)較大的管徑，且在干管上不再裝設(shè)其它閥門盡可能減小干管的阻力，可以使各支路間的調(diào)節(jié)干擾降到*低程度，使環(huán)路具有較好的水力穩(wěn)定性。

　　對(duì)于分戶熱計(jì)量的供暖系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)用熱調(diào)節(jié)的自主性，而又必須從設(shè)計(jì)上考慮盡可能減輕各用戶是的調(diào)節(jié)干擾，所以宜采用自力式壓差控制閥。

　　4.2無(wú)內(nèi)部調(diào)節(jié)

　　在被控制對(duì)象無(wú)內(nèi)部調(diào)節(jié)時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部阻力不變，所以壓差恒定必然流量恒定，因而裝設(shè)自力式壓差控制閥和裝設(shè)自力式流量控制閥，具有同樣的效果，都可以起到吸收網(wǎng)路的壓力波動(dòng)，保持被控對(duì)象流量恒定的作用。這種情況下，二者可以互換。

　　對(duì)于采用集中質(zhì)調(diào)節(jié)的供暖系統(tǒng)，一個(gè)支路上連接多個(gè)用戶，無(wú)疑在支路入口處可以裝設(shè)自力式壓差控制閥。但如果各用戶的調(diào)節(jié)是不經(jīng)常的、無(wú)規(guī)律的以及相對(duì)于支路的總流量來(lái)說(shuō)調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的影響是輕微的，則也可以把支路的流量視為恒定，采用自力式流量控制閥。

　　對(duì)于二者均可采用的場(chǎng)合，推薦采用自力式流量控制閥，因?yàn)榱髁靠刂崎y可以直接設(shè)定和顯示流量，且無(wú)需連接導(dǎo)壓管。

      5自力式壓差控制閥與電動(dòng)二通調(diào)節(jié)閥的配合使用

　　電動(dòng)二通調(diào)節(jié)閥的選型應(yīng)遵循兩個(gè)原則：①系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工況時(shí)，閥門全開的流量稍大于設(shè)計(jì)流量（有的文獻(xiàn)[1]認(rèn)為應(yīng)在開度90%時(shí)為設(shè)計(jì)流量）；②閥權(quán)度足夠大，文獻(xiàn)[1]認(rèn)為不能小于0.3，文獻(xiàn)[2]認(rèn)為不能小于0.5。對(duì)于第①個(gè)條件往往難以滿足，因?yàn)橥环N電動(dòng)閥相鄰兩種口徑的流通能力（即全開時(shí)的流量系數(shù)）大約相差60%，所以往往找不到流通能力恰好符合要求的口徑，而只好選偏大的口徑。那么對(duì)于口徑偏大的電動(dòng)閥，一是可能造成較多的時(shí)間閥在較小開度甚至接近于關(guān)閉的狀態(tài)下工作，使閥的控制不穩(wěn)定和不**；二是全開狀態(tài)不可避免（比如系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，以及大的擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)），而全開將使被控環(huán)路出現(xiàn)過(guò)流，同時(shí)使其他環(huán)路流量不足。

　　對(duì)于這種情況，一個(gè)簡(jiǎn)單的解決辦法是與電動(dòng)閥串聯(lián)一個(gè)平衡閥，消耗一部分壓差，從而使電動(dòng)閥在接近全開時(shí)流量為設(shè)計(jì)流量。但這樣處理又可能使閥權(quán)度過(guò)小，即不符合第②個(gè)要求。如圖4a所示，負(fù)載（可以是一個(gè)環(huán)路，一個(gè)用戶，一臺(tái)設(shè)備等）入口壓差為80KPa，設(shè)計(jì)流量為8.5T/h，設(shè)計(jì)工況下負(fù)荷的阻力損失為40KPa。則所選電動(dòng)閥在設(shè)計(jì)工況下的壓降應(yīng)為40KPa，流通能力應(yīng)為：

（a）                                 （b）                            （c）

圖4自力式壓差控制閥與電動(dòng)二通閥的配合使用

　　根據(jù)文獻(xiàn)[1]中給出的ZAP型電動(dòng)閥的參數(shù)表，ZAP-32B的流通能力為12，ZAP-40B的流通能力為20，所以只能選ZAP-40B，流量特性按線性考慮，則設(shè)計(jì)流量對(duì)應(yīng)的開度只有68%。如圖4b所示，串聯(lián)一個(gè)平衡閥，使二通電動(dòng)閥在全開時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)流量（為了分析和計(jì)算的方便，這里姑且以全開時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)流量考慮），則由：

     可算得，此時(shí)電動(dòng)閥門壓降為ΔP=18KPa，平衡閥的壓降為80-40-18=28KPa，電動(dòng)閥的閥權(quán)度為Pv=18/80=0.225，顯然閥權(quán)度太小。閥權(quán)度過(guò)小將導(dǎo)致閥工作時(shí)的壓差變動(dòng)范圍較大，閥的工作特性嚴(yán)重偏離理論特性，使控制的**度變差。此時(shí)可如圖4c所示，與電動(dòng)閥串聯(lián)裝設(shè)一個(gè)自力式壓差控制閥（此圖是ZY47型壓差控制閥供水式結(jié)構(gòu)的連接方法）。壓差控制閥既可以代替平衡閥的作用，使電動(dòng)閥在接近全開時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)流量，又可以保證電動(dòng)閥上的壓恒定，即閥權(quán)度接近于1，閥的工作特性與理論特性基本吻合，使電動(dòng)閥工作穩(wěn)定，控制**。本例中仍按電動(dòng)閥全開達(dá)到設(shè)計(jì)流量考慮，電動(dòng)閥的設(shè)定壓差應(yīng)為18KPa。壓差控制閥可以保證電動(dòng)閥始終在這個(gè)壓差下工作，剩余壓差、網(wǎng)絡(luò)的壓力波動(dòng)及負(fù)載的壓降變化，均由壓差控制閥吸收。

      6 平衡閥與自力式調(diào)節(jié)閥的配合使用

     一般而言，裝設(shè)了自力式調(diào)節(jié)閥的地方，不需再裝設(shè)手動(dòng)平衡閥，但在如下兩種情況可以考慮二者串聯(lián)裝設(shè)，配合使用。

     （1）每一種自力式調(diào)節(jié)閥都有其可以正常工作的壓差范圍，超出這個(gè)范圍，就不能很好發(fā)揮應(yīng)有的功能，甚至不能工作。所以當(dāng)作用于自力式調(diào)節(jié)閥的壓差過(guò)大時(shí)，可串聯(lián)一個(gè)平衡閥，吸收一部分壓差，以保障自力式調(diào)節(jié)閥的正常工作。

     （2）手動(dòng)平衡閥一個(gè)很重要的功能就是可以進(jìn)行流量的測(cè)定（實(shí)際上是測(cè)壓差，結(jié)合閥的特性算流量），所以手動(dòng)平衡閥可以說(shuō)是一個(gè)“診斷”工具。因而對(duì)流量的**程度要求較高的系統(tǒng)，為了監(jiān)測(cè)被控對(duì)象的流量，監(jiān)測(cè)自力式調(diào)節(jié)閥的工作是否正常，從而做出相應(yīng)的調(diào)整，可以與自力式調(diào)節(jié)閥串聯(lián)一個(gè)平衡閥。并且，平衡閥的判斷和泄水功能也是自力式調(diào)節(jié)閥所不具有的。

      7 結(jié)論

　　（1）對(duì)于質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可根據(jù)恒定流量和恒定壓差的需要，選用自力式流量控制閥和自力式壓差控制閥。
　　（2）對(duì)于量調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，因運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)改變了系統(tǒng)的水力式工況，所以不能采用自力式流量調(diào)節(jié)閥和自力式壓差控制閥。若采用手動(dòng)平衡閥，系統(tǒng)總流量變化時(shí)，各支路、各用戶、各末端裝置的流量同比例變化，系統(tǒng)的集中量調(diào)節(jié)可以滿足系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)對(duì)流量分配的要求。
　　（3）當(dāng)被控對(duì)象有內(nèi)部調(diào)節(jié)時(shí)，裝設(shè)自力式流量控制閥，將使被控對(duì)象內(nèi)部的各支路間出現(xiàn)較大的調(diào)節(jié)干擾。而裝設(shè)自力式壓差控制閥，既可吸收網(wǎng)路的壓力波動(dòng)、又可以使被控對(duì)象內(nèi)部各支路間的調(diào)節(jié)干擾大大減弱。因而被控對(duì)象有內(nèi)部調(diào)節(jié)時(shí)，可裝設(shè)自力???壓差控制閥，不可裝設(shè)自力式流量控制閥。對(duì)于分戶熱計(jì)量的質(zhì)調(diào)節(jié)供暖系統(tǒng)，在一個(gè)向多戶供暖的支路入口處，宜裝設(shè)自力式壓差控制閥。
　　（4）被控對(duì)象無(wú)內(nèi)部調(diào)節(jié)時(shí)，裝設(shè)自力式流量控制閥和自力式壓差控制閥，具有相同的效果，二者可以互換。當(dāng)二者均可采用時(shí)，推薦采用自力式流量控制閥。
　　（5）自力式壓差控制閥可與電動(dòng)閥配合使用，以維持電動(dòng)閥上的壓差恒定，從而使電動(dòng)閥工作穩(wěn)定，控制**。
　　（6）有時(shí)平衡閥與自力式調(diào)節(jié)閥可串聯(lián)裝設(shè)，配合使用。