ZZYM自力式波纹管平衡型调节阀技术规范

ZZYM自力式波纹管平衡型调节阀技术规范

    自力式调节阀是这几年技术更新与工程应用推广比较快的一种自控阀门，在空调供暖、市政给排水及化工等领域得到了广泛的应用。它无需电力、气源等外来能源，仅靠介质自身的力量即可实现对温度、压力、流量等参数的较精确的控制，在能源日益紧张的今天，它的意义不言自明。而且，它只需在调试时设定好，以后即可自动控制，不需要另外的传感器和控制器，既方便控制，又可节约设备成本，实在是一种不可替代的新型控制阀，预计在以后的工业自动化控制中有着越来越广阔的市场。现结合本人多年的控制阀生产与使用经验，谈谈自力式调节阀的具体选型，聊陈管见，以期抛砖引玉。先谈自力式温度调节阀。这种阀利用探头来测量温包或储罐的温度，介质温度的变化引起探头内可膨胀液体的体积的变化，它们之间有一个线性关系。膨胀的液体产生的压力通过毛细管传递到活塞，推动活塞向下运动，进而使阀芯产生位移，达到对介质流量的控制，较终实现对温包、换热器或储罐温度的控制。如果通过的是蒸汽，阀芯结构一般是流开式，即阀芯向下为关；而如果用它来给储罐或温包降温（即通过的介质为冷水），则需选用流关式结构，即阀芯向下运动为开。而若是调节阀用在温包或换热器后面， 测温点仍然在温包内，选用的自力式温度调节阀的内部结构正好与前面相反。

把握这个原则，选型时就不会有大的问题了。至于其它的一些细节当然也不可忽视，诸如介质温度、压力等理化参数。比如用一自力式温度调节阀来控制蒸汽的流量，来给储罐内的硫酸加热，使硫酸的温度稳定在某一个值，测温点在储罐内。这就必须要注意探头的选材了，应该选用316L不锈钢，否则在使用过程中就会因探头材质不耐腐蚀而大大缩短调节阀的使用寿命。当然，这种调节阀的控制精度一般只有±5%，低于电、气动调节阀，但成本和方便则是它的优势。而且，现在又出现了自力式温度调节阀的变种，即自力式电控温度调节阀，它把调节器和控制器集成在电动执行器内，通过热电阻来采集温度信号，在执行器内进行比较、运算，输出控制信号驱动执行器电机，进而驱动阀门。这种温度调节阀的控制精度和可靠性要优于前者。

 自力式压差调节阀是一种无需外加能源，仅利用被调介质自身能量为动力源引入执行机构控制阀芯位置的装备。它通过改变两端的压差和流量使阀前(或阀后)压力稳定，具有动作灵敏、密封性好、压力设定点波动力小等优点，它是集检测、控制、执行诸多功能于一体的调节阀，自成一个独立的仪表控制系统。按阀后、阀前控制分为两类，即自力式调节阀后(减压)调节阀和自力式阀前(泄压)调节阀。目前己被广泛的用于城市集中供热、供水、供气等民用行业及石油、化工、电力、冶金、轻纺等工业领域，可对蒸汽、液体、气体及燃气等介质进行减压稳压或泄压稳压的自动控制。为了方便自力式压差调节阀的选型与维护，需要深入的探究其基本原理。
    通过对比自力式阀后(减压)类型的两种自力式压差调节阀，分析了波纹管平衡型自力式压差调节阀的工作原理和优点。

一、ZZYM自力式波纹管平衡型调节阀技术规范的结构和原理
    1、结构
    波纹管平衡型自力式压差调节阀由阀体、阀杆、阀芯、波纹管平衡件、阀座、弹簧、膜片、引压管组成。波纹管平衡件内腔与阀出口连接，而波纹管平衡件外腔则通过引压管与阀入口连接。作为执行机构膜片一端与阀杆连接，另一端则通过引压管与阀出口连接(见图1)。
    2、工作原理
    如图1所示，阀前压力P1经过阀芯、阀座后，减为阀后压力P2，P2经过管道输入上膜室内反馈作用到调节阀的执行元件膜片上，产生的作用力与弹簧的反作用力相平衡，决定了阀芯、阀座的相对位置，控制阀后压力P2。当P2升高时，P2作用在膜片上的作用力也随之增加。此时，膜片上的作用力大于弹簧的反作用力，使阀芯向关向阀座的位置移动。这时，阀芯与阀座之间的流通面积减少，流阻变大，P2降低，直到膜片上的作用力与弹簧反作用力相平衡为止，阀芯便停留在新的平衡位置上，从而使P2降低，压力达到设定值，阀后压力得到稳定。  

二、ZZYM自力式波纹管平衡型调节阀技术规范的比较
    1、无平衡元件的自力式压差调节阀的受力分析
    无平衡元件自力式压力调节阀的结构及其静态力平衡分析见图2，当工作点设定好以后，弹簧的预载一直增加，直到达到能够控制系统所要求的设定值：  
式中　FF———弹簧力；
　　　kF———弹簧刚度；
　　　x———弹簧压缩量；
　　　FM———作用于膜片上的力；
　　　FK———作用于阀芯上的力；
　　　AM———膜片面积；
　  　ΔP———上下游压差；
　　　AS———阀座面积。
    由式(1)可知，系统的扰动变量是上下游压力差ΔP，流体通过阀体部件，上下游压力分别作用于阀芯阀杆上，阀芯受到静压和动压所产生的作用力，如果压力差很大或阀座直径大由此产生的阀芯力也就很大，将会增加阀体内阀芯与阀座之间的静摩擦力和滑动摩擦力。无平衡元件的自力式压差调节阀
    由于没有采取压力平衡措施，无平衡元件自力式压差调节阀的性能受调节阀进出口压力变化影响较大，导致调节阀的调节精度和适用压力范围受到限制。对于单座调节阀，其不平衡力较大，特别在高压差大口径场合不平衡力则更大。为了减少不平衡力的不利影响，提高调节阀性能，在设计中设计了压力平衡系统，即波纹管平衡型自力式压差调节阀(见图3)，通过引压管将调节阀进出口压力引入到压力平衡元件———波纹管的内外表面，波纹管将相应的伸长或缩短，从而平衡了阀门进出口压差对阀芯的扰动作用力，使调节阀的性能有较大提高。

    2、ZZYM自力式波纹管平衡型调节阀技术规范关键部件的受力分析
    (1)波纹管平衡机构作用于阀芯的力的分析
    由式(1)可知，弹簧刚度的变化、薄膜有效面积的变化以及阀杆和填料之间的摩擦力会使执行机构产生非线形偏差和行程偏差，采用了波纹管压力平衡机构，由波纹管作为平衡件平衡阀芯力，下游压力P2作用于波纹管内表面，上游压力P1作用于波纹管外表面，这样作用于阀芯上的上游和下游的压力就可相互平衡：
 式中　AB———波纹管横截面积；
　    　　FB———作用于波纹管的力。
波纹管平衡型自力式压差调节阀
    如果AB、AS的有效面积可以保持恒等，并且假设阀芯阀杆的相交叉部分面积忽略不计，用作用在波纹管上的力是可以补偿阀芯力FK的，平衡阀芯力是为了实现控制过程的精度。
    (2)自力式压差调节阀膜片力的平衡分析
    联立式(1)、式(2)可以得出：    
    式中　l———阀芯位移；
 　       xpl———弹簧的预载压缩量。
    由式(4)可知，随着出口压力成比例变化的弹簧的形变量x的变化等同于阀门行程的变化。ΔP和Δl的关系是不变的，基本上是膜片的大小及弹簧的刚度所决定的一个静态常数。
    (3)弹簧复位力
    根据图3，弹簧复位力为：
    式中　x———弹簧、波纹管位移；
      　　kB———波纹管刚度；
      　　Fpl———弹簧预载附加力。
    由图2和图3中静态平衡力的分析比较可得，压力平衡阀相对于非平衡阀要求较小的执行机构力。又根据式(5)可知，弹簧复位力与波纹管的弹性也有关连。
ZZYM自力式波纹管平衡型调节阀技术规范主要技术参数

注：压力分段范围可根据用户要求进行设计。
四、ZZYM自力式波纹管平衡型调节阀技术规范 主要性能指标注

五、ZZYM自力式波纹管平衡型调节阀技术规范 外形尺寸及重量

三、ZZYM自力式波纹管平衡型调节阀技术规范的选用和安装

    1、特点
    波纹管平衡型自力式压差调节阀具有以下特点。
    (1)无需外加驱动能源的节能型自控系统，设备费用低，适用于爆炸性环境。
    (2)结构简单，维护工作量小。
    (3)设定点可调，且范围较宽，便于用户在设定范围内连续调整。
    由于其具有波纹管压差平衡机构，关闭时阀泄漏量小，并且系统的扰动变量是阀前、阀后压力差，对阀芯的作用力大大减小，作用在波纹管上的力用来补偿阀芯力，使得调节阀反应灵敏、控制精度较高、允许压差较大。适用于工业生产过程中对各种气体、蒸汽进行精密稳压的场合，特别适用于城市供热、供暖及无外界供电、供气且又需控制流体及气体压力的场合。据报道，城市供热、供暖系统采用自力式压差调节阀，节能效率比以前提高30%～40%。
    2、自力式压差调节阀的选用
    根据文献对气动薄膜执行机构的动态特性的分析可知，自力式压差调节阀是一种纯比例调节系统，比例控制的优点是反应快，控制及时，缺点是存在余差。调节精度一般为±5%～±10%。适用于调节品质要求不是很高的场合。
    对波纹管平衡型自力式压差调节阀与无平衡元件的自力式压差调节阀的比较可知，波纹管平衡型自力式压差调节阀反应灵敏，控制精度相对较高，允许压差较大，但是波纹管平衡型自力式压差调节阀相对于普通自力式压差调节阀造价较高，使用寿命由于有波纹管平衡件原因而相对较低，管理维护也较为复杂。
    3、安装方法
    波纹管平衡型自力式压差调节阀符合一般自力式压差调节阀的安装要求，在供热系统中安装方式如图4所示。自力式压差调节阀安装方式原则上宜采用气体介质正立安装(执行机构在上、阀体在下)，液体与蒸汽介质倒装。气体介质温度高于70℃，低于140℃、液体介质温度高于140℃时，自力式压力调节阀除采用倒装外，还应在引压管路上加装隔离罐，并应在引压管路、隔离罐、膜头处注满冷媒，以防膜片受高温老化。
    自力式温度调节阀的流量特性一般是快开，也可设计成直线型，温度调节范围在0～270℃之间。

4.ZZYM自力式波纹管平衡型调节阀技术规范技术要求
4. 1工作条件
4. 1门工作介质:经过滤无杂质的蒸汽。
4.1.2工作介质温度:镇200℃。
4.1.3环境温度:5^,55 0C。
4.1.4调节阀与管道连接:通径20 mm及其以下的为螺纹连接;通径32 mm的为法兰连接。
4. 2气源
4. 2. 1气源应为清洁、干燥的空气，不含有明显的腐蚀性气体、溶剂和其他液体。
    a.气源中所含固体微粒数量应少于0. 1 g/m3，且微粒直径应不大于6 um;
    b.气源中含油量应小于18 mg}m}
4. 2. 2调节阀讯号压力范围为0. 03-} 0. 62 MPa o
4.3密封性
    气动执行机构的气室应保证气密，在*大讯号压力作用下5 min，气室内压力下降不得大于0. 002 5MPa 
4. 4泄漏量
    调节阀在规定试验条件下的泄漏量应符合表2的规定。
4.5耐压强度
    调节阀应以1. 5倍公称压力的试验压力进行5  min的耐压强度试验，试验时目视阀体阀盖处不应有
可见的渗漏。
4. 6调压特性
当阀前压力P1= 0. 7 MPa恒定值时，讯号压力#'讯与阀后压力尸:的对应值应符合表3的规定。P2的极限偏差为士0. 0l MPa。
4.7压力变化特性
调节阀在输入压力波动时，输出压力仍能保持相对稳定，其输出压力波动值与输入压力波动值之比应不大于0. 029。
4.8耐振动性能
调节阀进行振动频率为10^-60 Hz、幅值为0. 14 mm和振动频率为60～150 Hz、加速度为2g的正弦扫频振动试验。试验后调节阀应符合4.3、4.4和4. 6条的规定。
4. 9寿命
    调节阀在规定工作条件下动作10万次后，其密封性、泄漏量、调压特性和压力变化特性应符合本标准的规定。
4. 10外观
    调节阀的外表面涂银粉漆，阀体上的箭头及文字涂红色漆。表面涂层应光洁、完好，不得有剥落、碰伤和斑痕等缺陷。紧固件不得有松动、损伤等现象。

5ZZYM自力式波纹管平衡型调节阀技术规范试验方法
5.1外观检查
用目测法检查外观应符合4.10条的规定。
5.2密封性试验
将0. 6 MPa压力的气源输入执行机构的气室内，切断气源，保压5 min，气室内的压力降应符合4. 3条的规定(试验时，阀体内输入0. 6 MPa压力的气体，以防膜片变形)。
5. 3泄漏量试验
5. 3. 1试验介质为10^50℃的清洁空气或氮气。
5. 3. 2试验介质压力为0. 35 MPa。
5. 3.3将试验介质按规定流向输入阀内，在阀出口连接流量计或管道(接管公称通径为6 mm，壁厚为1 mm，管端表面光滑、无倒角和毛刺)，并垂直浸入5～10 mm深的水中，测取5 min的泄漏量，其平均值不得超过4. 4条的规定。
5.4耐压强度试验(可在装配前进行)
试验时，气室内应无膜片。用1. 5倍公称压力的室温水，按调节阀的入口方向输入阀体内，输出口和其他接管孔口均封闭，阀腔承受试验压力5 min，应符合4. 5条的规定。
5. 5调压特性试验
5.5.1试验应在校验装置上进行。试验时，当升高讯号压力时，阀后的放空阀可关闭或视情况略启开;当降低讯号压力时，必须先略启开阀后的放空阀，再控制讯号压力降低，以免使气室内膜片变形。
5. 5. 2当阀前压力为恒定值0. 7 MPa时，缓慢增大和减小输入的讯号压力，观察阀后压力值的变化，并按4. 6条的规定校验读数。重复试验两次，其对应值应符合4. 6条的规定。
5.6压力变化特性试验
    试验应在校验装置上进行。在讯号压力保持恒定不变的条件下，使输出压力为0. 2 MPa时，记录输入压力值。当逐渐增大或减小输入压力时，目视输出压力值的变化，其输入压力的变化值(增大或减小)为0. 1 iVIPa时，输出压力值的变化应小于或等于0. 002 9 1vIPa，即符合4. 7条的规定。
5.7耐振动性能试验
5. 7. 1将调节阀按工作位置安装在振动试验台_匕并输入讯号压力范围内的任一压力，按4. 8条规定的频率、幅值或加速度进行X,Y,7三个方向的扫频振动试验。扫频应是连续和对数的，扫频速度均为每分钟0. 5个倍频程。
5. 7. 2调节阀应在引起阀杆振动幅值*大的振动方向上进行30士1mm的耐振试验。试验后，按5. 2、5. 3和5. 5条要求测量各项性能。
5. 8寿命试验
    调节阀在5^-40 C'的条件下，将频率不低于每分钟一次的0. 05 MPa的气源压力通入执行机构的气室中，使阀杆作往复运动，试验10万次后、按5.25.5和5. 6条要求测量各项性能。
5. 9测试用压力表的测量范围为0 ^} 1 MPa ,其精度等级不低于0. 4级。
6检验规则
6.1调节阀的出厂检验和型式检验应按表4规定的技术要求和试验方法条款进行。
6.2每台调节阀出厂前必须进行出厂检验。
6. 3有下列情况之一时，应进行型式检验:
a. 新产品或老产品转厂生产的试制定型鉴定;
b.产品在结构、材料和工艺上有较大改变时;
c.产品长期停产后(三年以上)，恢复生产时;
d.正常生产时，每年至少抽试一台。
6. 4当抽试的一台型式检验不合格时，应再抽试两台;若其中仍有一台不合格，则应对该批产品逐台进行型式检验。
6. 5每台调节阀必须经制造厂质量检验部门检验合格后方可出厂。出厂时，应附有产品质量合格证和主要实测数据。

7.ZZYM自力式波纹管平衡型调节阀技术规范标志、包装和贮存
7.1每台产品应在适当的明显位置上固定产品标牌，其型式、尺寸及技术要求应符合JB 8的规定。
7.2产品标志的基本内容包括:
a.制造厂名或商标;
b.产品名称和型号;
c.公称通径;
d.公称压力;
e.工作温度范围;
f.讯号压力范围;
g.出厂编号和制造日期。
7.3调节阀的阀体上应铸出或打印出表示介质流向的箭头、公称通径“Dn”和公称压力“Pn”字样及数值。
7. 4产品包装应符合HG 5-1543的规定。调节阀的出入口及讯号传送管道螺纹孔应包扎封闭。
7.5调节阀应贮存在不含有腐蚀有害介质的环境温度为5～40℃，相对湿度不大于90%的室内。

    至于自力式压力调节阀和自力式流量、差压调节阀，其控制原理基本与温度调节阀一样，我就不一一罗嗦了。所不同者，前者是用膜头来作为执行器的，介质直接进入膜头来驱动阀芯。还要注意的是，在压力调节阀选型时，如果介质是蒸汽，必须要在蒸汽管道和膜头之间加一冷凝器，否则蒸汽直接进入膜头，会烧坏膜片；还得分清楚取压点，即调节阀是用来控制阀前压力还是阀后压力的，因为这两种工作方式的阀结构是不同的，往往有选型、采购时没分清楚，使用时才发现这些问题的，徒劳往返，影响生产；工作压力也得弄清楚：一般0.4MPa以下用膜片式膜头，以上则用活塞式膜头。只要在选型时多了解一下阀门使用时的工况参数，再加细心分析，就一定可以做出正确的选择，为客户选出理想的自力式调节阀来。