1.2 自力式溫度調(diào)節(jié)閥

      自力式溫度調(diào)節(jié)閥是基于液體受熱體積膨脹的原理工作的。當(dāng)溫度升高時(shí)，溫包內(nèi)工作液體積急劇增大，使密封容室的壓力增高，壓迫波紋管向上移動(dòng)，推動(dòng)彈簧向上位移，從而使推桿、閥芯也向上運(yùn)動(dòng)，關(guān)小閥門，使被調(diào)介質(zhì)溫度向設(shè)定值方向靠攏，閥芯便停留在新的位置上，即閥芯的位移正比于被測溫度的變化量，形成一定的比例調(diào)節(jié)特性。

      自力式溫度調(diào)節(jié)閥可分為溫度升高閥開啟（K型，用于冷卻調(diào)節(jié)）和溫度升高閥關(guān)閉（B型，用于加熱調(diào)節(jié)）2種形式。

      1.3 自力式流量調(diào)節(jié)閥

      自力式流量調(diào)節(jié)閥（亦稱流量限制器，或稱恒流量調(diào)節(jié)閥）是具有恒流量功能的調(diào)節(jié)閥，它是將自力式的壓差控制裝置和流量調(diào)節(jié)裝置組合而成的閥門，其工作原理：用壓差控制裝置控制并穩(wěn)定流量調(diào)節(jié)裝置前后的壓差，從而使閥門前后的壓差大于恒流啟動(dòng)值之后，通過的流量不再隨閥門前后的壓差而變化，在壓差控制的范圍內(nèi)，通過閥門某一開度的流量能夠自動(dòng)保持恒定，流量的變化只需調(diào)節(jié)閥門開度即可實(shí)現(xiàn)，與閥門前后的壓差無關(guān)。

      自力式流量調(diào)節(jié)閥在城市集中供暖或中央空調(diào)的循環(huán)水管網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

      此外，自力式調(diào)節(jié)閥的閥體有單座、雙座及套筒3種形式；閥蓋有標(biāo)準(zhǔn)型、加長型和散熱型（適合溫度350~550℃工況）；執(zhí)行機(jī)構(gòu)有膜片式（普通膜片、增強(qiáng)膜片和金屬膜片）和活塞式2種。

      自力式調(diào)節(jié)閥一般采用快開流量特性。

      2 自力式調(diào)節(jié)閥的選擇

      自力式調(diào)節(jié)閥在自控系統(tǒng)中，既是可調(diào)的節(jié)流元件，又是承受一定溫度、壓力的容器。所以在選擇時(shí)，既要考慮其適用性，又要保證安全可靠。

      2.1 選擇的一般原則

      具體選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)被調(diào)介質(zhì)的種類、性質(zhì)、溫度、壓力及工藝要求的其他條件，遵循以下的選擇原則：閥的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、流動(dòng)性、腐蝕性、控制范圍以及嚴(yán)密性要求；閥的材料應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、腐蝕性要求；閥的額定流量系數(shù)及口徑應(yīng)能滿足工藝的流量要求；閥的允許壓差應(yīng)能滿足現(xiàn)場實(shí)際壓差的要求；閥的實(shí)際使用條件應(yīng)與計(jì)算選擇時(shí)考慮的相*。

      2.2 材料及使用溫度的選擇

      選擇材料時(shí)，主要考慮材料的強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕及高溫、低溫的特性，首先應(yīng)滿足自力式調(diào)節(jié)閥的安全可靠，其次是使用的性能、壽命和經(jīng)濟(jì)性。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量選擇便宜、易得的材料。一般情況下，閥體和閥蓋可選擇多種材料制造（如：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼及鑄不銹鋼）。而閥內(nèi)組件一般用不銹鋼材料制造。

      2.3 公稱壓力及壓差的選擇

      根據(jù)工藝介質(zhì)的zui大工作壓力來選擇調(diào)節(jié)閥的公稱壓力時(shí)，必須對照工藝溫度條件綜合選擇，因?yàn)楣Q壓力是在一定基準(zhǔn)溫度下依據(jù)強(qiáng)度條件定出。一旦工作溫度超過了基準(zhǔn)溫度，其允許的zui大工作壓力必定低于公稱壓力，這一點(diǎn)應(yīng)該引起足夠的重視。

      除了注意選定調(diào)節(jié)閥公稱壓力外，在選用時(shí)，還應(yīng)從推力角度出發(fā)，考慮調(diào)節(jié)閥能否正常工作的問題。用特征數(shù)值表達(dá)就是允許壓差是否大于zui大工作壓差。因此，在選用時(shí)，要使zui大工作壓差小于閥的允許壓差。

      2.4 流量系數(shù)計(jì)算

      流量系數(shù)Kv（或稱流通能力），是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)。它反映流體通過調(diào)節(jié)閥的能力，亦即反映調(diào)節(jié)閥的容量。根據(jù)計(jì)算出的流量系數(shù)Kv值的大小，選擇閥的額定流量系數(shù)Kvs，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。如果選擇的額定流量系數(shù)過大，就會(huì)使調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度的情況下，影響控制質(zhì)量，引起振蕩和噪音，縮短閥的使用壽命。相反，如果選擇的額定流量系數(shù)過小，則會(huì)使調(diào)節(jié)閥的開度過大，閥門超負(fù)荷運(yùn)行，不能滿足流量要求，容易出現(xiàn)事故，造成不必要的浪費(fèi)。為了合理選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸，必須正確計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)Kv值。

      調(diào)節(jié)閥的額定流量系數(shù)Kvs定義：在規(guī)定條件下，即閥的兩端壓差為100kPa，流體密度為1g/cm3時(shí)，額定行程時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量是以立方米每小時(shí)或噸每小時(shí)計(jì)的流量數(shù)。

      2.4.1 液體的Kv值計(jì)算

      1）非阻塞流

      判別式    （1）

      流量系數(shù)計(jì)算公式

      （2）

                 （3）

      式中 FL— 壓力恢復(fù)系數(shù)；
             FF— 液體臨界壓力比系數(shù)；
             PV— 閥入口溫度下，介質(zhì)的飽和蒸汽壓（壓力），kPa；
             Pc— 熱力學(xué)臨界壓力（壓力），kPa；
             qv— 液體流量，m3/h；
             ρ— 液體密度，g/cm3；
             P1— 閥前壓力（壓力），kPa；
             P2— 閥后壓力（壓力），kPa。

      2）阻塞流

      判別式         （4）

      流量系數(shù)計(jì)算公式

            （5）

      由式（5）可以看出，在阻塞流情況下，Kv值的計(jì)算公式有變化，壓差一項(xiàng)用FL2（P - FFpv）代替實(shí)際壓差P1- P2。這樣，比用實(shí)際壓差計(jì)算出的Kv值要大，即由于阻塞流的作用，使閥的流通能力不能充分發(fā)揮，必須按更大的Kv值來選擇閥的口徑，才能滿足流量的要求。

      2.4.2 低雷諾數(shù)Re修正（高黏度液體Kv值計(jì)算）

      液體黏度過高時(shí)，由于雷諾數(shù)下降，改變了流體的流動(dòng)狀態(tài)。在Re<2300時(shí)，流體處于層流低速流動(dòng)，這樣按原公式計(jì)算出的Kv值就會(huì)導(dǎo)致較大的誤差，實(shí)際流通能力達(dá)不到計(jì)算值，必須進(jìn)行修正。當(dāng)液體為高黏度時(shí)，調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Kv 的計(jì)算公式為

                  （6）

      式中 ψ— 黏度修正系數(shù)，按Re查圖1求得。

      關(guān)于Re在流體力學(xué)中已有論述，主要與流體性質(zhì)及流經(jīng)的管路兩方面因素有關(guān)。對于只有1個(gè)流路的自力式調(diào)節(jié)閥（如單座閥、套筒閥等），Re的計(jì)算公式為

                           （7）

      對于只有2個(gè)平行流路的自力式調(diào)節(jié)閥（如雙座閥），Re的計(jì)算公式為

                         （8）

      式中 Kv— 不考慮黏度修正時(shí)的流量系數(shù)；
             v— 流體運(yùn)動(dòng)粘度，10-6m2/s。

      2.4.3 氣體的Kv值計(jì)算

      氣體與液體不同，它具有可壓縮性。氣體流過調(diào)節(jié)閥后，密度變小，不能再用液體公式來計(jì)算。關(guān)于氣體的Kv值計(jì)算方法，目前有閥前密度法、閥后密度法、平均密度法、壓縮系數(shù)法等多種方法。因?yàn)槠骄芏确ǖ挠?jì)算結(jié)果比較接近實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故應(yīng)用zui多。這里推薦采用平均密度法來計(jì)算氣體的Kv值。

      當(dāng)P2>0.5p1時(shí)

                （9）

      當(dāng)P2≤0.5p1時(shí)

            （10）

      式中 qvN— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體流量，m3/h；
              Pm— 壓力，kPa；
              Δp— 閥前后壓差，kPa；
              d — 氣體相對密度，空氣d=1；
              t  — 氣體溫度，℃ 。

      2.4.4 蒸汽的Kv值計(jì)算

      1）飽和蒸汽

      當(dāng)P2>0.5p1時(shí)

            （11）

      當(dāng)p2≤0.5p1時(shí)

                                           （12）

      式中 qv蒸— 蒸汽流量，kg/h；
              K— 蒸汽修正系數(shù)，各種蒸汽的K值：水蒸汽 K=19.4，甲烷、乙烯蒸氣 K=37，氨蒸氣K=25，丙烷、丙烯蒸汽 K=41.5，氟利昂11  K=68.5，丁烷、異丁烷蒸氣 K=43.5。

      2）過熱水蒸汽

      當(dāng)P2>0.5p1 時(shí)

            （13）

      當(dāng)p2≤0.5pl時(shí)

                     （14）

      式中 Δt— 水蒸汽過熱溫度，℃。

      2.4.5 兩相流的Kv值計(jì)算

      當(dāng)介質(zhì)為氣液兩相流時(shí)，一般采用分別計(jì)算液體的Kv液和氣體的Kv氣值，然后相加求取調(diào)節(jié)閥總Kv值。

      Kv=Kv液+Kv氣

      這種方法是基于兩種介質(zhì)相互獨(dú)立，互不影響的觀點(diǎn)。但實(shí)際上，隨著液相和氣相組成成分的變化，流體的狀態(tài)趨向也不同，因此，計(jì)算出的Kv值誤差較大。

      2.5 調(diào)節(jié)閥的口徑選擇

      2.5.1 一般的選擇步驟

      根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷確定zui大流量和zui小流量qvmax、qvmin；根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)、壓力分配和管路損失，確定zui大壓差和zui小壓差Δpvmax 、Δpvmin；按流量系數(shù)計(jì)算公式，求得zui大流量和zui小流量時(shí)的流量系數(shù)Kvmax、Kvmin；根據(jù)求出的Kvmax，在產(chǎn)品樣本中選取大于Kvmax，并zui接近Kvmax的Kvs值；由計(jì)算出的Kvmax，Kvmin驗(yàn)算閥的開度（一般要求閥開度在10%~80%之間）；根據(jù)Kvmax、Kvmin計(jì)算可調(diào)比R（一般要求R=Kvmax/KVmin≤30∶1）；各項(xiàng)計(jì)算驗(yàn)證合格后，根據(jù)Kvs值，確定調(diào)節(jié)閥的口徑。

      2.5.2 常用的選擇步驟

      按照qvmax及Δpvmin 計(jì)算出Kvmax；將Kvmax乘以（1.3~1.5），求得Kvmax（根據(jù)具體情況定）；按K vmax選擇Kvs （查產(chǎn)品樣本），應(yīng)選擇zui靠近Kvmax且大于Kvmax的Kvs值，保證Kvmax/Kvs≤0.75，按Kvs值，確定調(diào)節(jié)閥的口徑。

      但是應(yīng)保證液體流速在2.5m/s以下，氣體流速在80~100m/s以下，否則易產(chǎn)生噪音。

      2.5.3 自力式流量調(diào)節(jié)閥的選擇

      當(dāng)介質(zhì)為液體時(shí)，自力式流量調(diào)節(jié)閥的口徑選擇將有所不同。實(shí)際上有效壓力（指調(diào)節(jié)閥節(jié)流閥板前后的壓差）下的zui大流量已經(jīng)限制了自力式流量調(diào)節(jié)閥的流量值，所以在選擇閥流量時(shí)，不能按照Kv值選擇，只能按照工藝條件qvmax的大小選擇流量。

      根據(jù)qvmax值的大小和系統(tǒng)壓差來選取合適的流量，然后確定Kvs值和閥的口徑。選擇時(shí)應(yīng)注意閥前后壓差應(yīng)大于有效壓力，還應(yīng)注意閥的開度。自力式流量調(diào)節(jié)閥一般多用于液體介質(zhì)的流量控制。

      當(dāng)介質(zhì)為氣體時(shí)，應(yīng)保持氣體的壓力比較穩(wěn)定。在計(jì)算時(shí)，應(yīng)按Kv值選取調(diào)節(jié)閥的口徑。