自力式压差控制阀在闭式水系统中的应用

      0 引言

     自力式压差控制阀能够自动恒定被控环路的压差且又不需外部动力，因而它在闭式水系统中的应用日渐受到关注。但是，压差控制阀在我国出现的时间不长，如何正确应用尚有许多值得研究之处，本文针对其在闭式水系统中的应用进行一些探讨。

      1 压差控制阀的工作原理

    压差控制阀分供水式结构和回水式结构，分别适于安装在供水管和回水管上，二者不能互换。图1所示为ZY47型自力式压差控制阀的回水式结构及其安装图，导压管连接在供水管上。图1中所示压差控制阀的控制压差为P₁－P₂。对安装在回水管上的压差控制阀以感压膜为对象进行受力分析，如图2所示。感压膜受力平衡时有：

     P₁＝F+P₂

      即

     △P＝P₁－P₂＝F。

      式中：

     P₁－导压管与供水管连接点处的压力，       P₂－回水管上压差阀的入口压力，       F  －弹簧弹力，F＝K△L，       K  －弹性系数，       △L－弹簧压缩量。

    例如当供水压力P₁增加，该瞬间，回水压力P₃不变，网路的供回水压差（P₁－P₃）增大，感压膜带动阀瓣下移，使此时阀门的阻力增大，（P₂－P₃）增大，即P₂增大。新平衡态时有，△P''＝P₁''－P₂’＝K△L’。显然，新的平衡工况下，△L''≠△L，所以△p''≠△p。但是，由于弹簧的预压缩量较大，使阀芯的行程△L''－△L相对弹簧预压缩量△L非常小，所以△L''近似与△L相等，则工况变化前后压差△P与△P''近似相等。严格地讲，不同开度下，平衡态的控制压差是不同的，但通过对弹簧刚度、预压缩量的选择完全可以将平衡态的控制压差相对预设定值的偏离控制在较小范围（如5%）之内。对供水式结构进行分析，压差阀也能维持被控环路的压差恒定。

    压差控制阀上有一个调节装置，用来调节被控环路的压差值。此调节装置一经设定，无论是网路压力出现波动，还是被控对象内部的阻力发生变化，压差控制阀都将维持被控对象上的压差恒定^[1]。即同一口径的压差控制阀可以根据需要，在其控制范围内选择不同的控制压差值进行设定。

      2压差控制阀在闭式水系统中的应用

      2.1 压差控制阀的作用

      2.1.1吸收外扰的作用

    由于压差控制阀具有自动恒定被控环路压差的功能，因而，无论系统压力如何变化，也无论被控环路以外的支路如何调节，压差控制阀都能维持被控环路的压差恒定。由上述压差控制阀工作原理的分析，可知外网压力发生变化时，压差控制阀通过调节自身的开度，吸收外界压力变化，改变流体通过压差控制阀的压差以维持被控环路上的压差恒定，从而隔离被控环路以外的压力变化对被控环路造成的影响。

      2.1.2削弱内扰的作用

    对具有多个并联支路的环路装设ZY47型压差控制阀，不但可以吸收外网的压力波动，而且具有减弱被控环路内部各支路负载间的相互影响的功能。假设A－B是水系统中的一个环路，对环路A－B装设压差控制阀（见图3a），则当环路的某个支路进行调节时，如1支路阀门关小，则节点C、B间环路内总阻力数增大，由于压差控制阀能自动恒定被控环路压差，施加于被控环路的压差（P_c－P_E）保持不变；由于环路内总阻力数增大，故环路内总流量减小。又由于支干管CD、BE的阻力数不变，所以支干管CD、BE上压降减小，压力曲线变缓，压差△P_DE增大；而支干管DF、EG阻力数没变，所以管段DF、EG内流量增大，压力曲线变陡。由于支路2和支路3没有调节，阻力数不变，所以2、3支路呈一致等比失调，流量均增大（图4a）。

    如果该环路不设压差控制阀，而是设置一般的手动调节阀（图3b），则当1支路关小时，由于总阻力数增大，导致通过AB环路的总流量减小，AC、BE上的压降减小，手动调节间上的压降也减小，导致施加于被控环路的压差（P_C－P_E）增大。由于干管CD的阻力数不变，而环路内总流量减小，所以压差△P_CD减小，压差△P_DE增大；支干管DF、EG的阻力数没变，所以管段DF、EG内流量增加，压力曲线变陡；支路2、3支路没有调节，阻力数也不变，2、3支路流量也增大，呈一致等比失调（图4b）。

    从图4明显可以看出，当1支路关小时，设置压差控制阀时D、E两节点间压差△P_DE小于设置手动调节间时的△P_DE，相应地2、3支路的流量变化受1支路的调节影响就小些。支路的调节幅度越大，这种差别就越明显。即压差控制阀可以减弱被控环路内部各支路负载间的相互影响。

      2.2压差控制阀的应用

     2.2.1压差控制阀的在闭式水系统中的设置

   对于分户热计量的供热系统，由于收费与用热相结合，按规范规定^[2]设计上就应更注重用户的自主调节性，减少用户支路间的调节干扰，满足用户对流量的需求。所以，宜在具有多支路的环路上安装压差控制阀（图5）。

    对各并联支路为同程的水系统，由于各并联支路的负载不可能完全相同，即使同程也未必阻力相等。若装设压差控制阀，可以减少环路内各支路调节对其它支路的干扰，使同程系统的性能更好。所以，可以在同程的并联环路处设置压差控制阀（图6）。

    对于末端设置电动二通网的交流量空调水系统，为保证调节间具有较好的调节性能，宜采用压差控制阀与电动二通阀串联装设（图7）。

    一般在设计中，要求调节间的阀权度不低于0.3^[3]。由于电动阀口径规格的限制，往往找不到流通能力恰好符合要求的口径的电动阀，而选用口径偏小的达不到流量要求，一般选用流通能力大于要求的zui大流通能力的调节阀。这样可能造成多数时间下，电动阀在较小的开度下工作，使电动问的工作流量特性严重偏离其理想流量特性，导致控制不，达不到控制要求。串联压差控制阀可以吸收网路的压力波动和负载的变化，保证电动间在接近全开时达到设计要求，同时又能恒定电动阀上的压差，使其阀权度大于0.3，从而使电动阀的工作特性与理论特性接近，具有较好的调节性。

    集中采暖系统建筑入口资用压差过大时，除在具有并联支路的环路处设置压差控制阀外，建筑入口处也可以设压差控制阀，消耗掉一部分剩余压差，同时维持资用压差的恒定，这是节流孔板代替不了的。

    对于末端定水量的系统，可以在末端装置处串联压差控制阀，当无内扰时，能恒定末端水流量，其作用同流量控制阀。若定水量的末端包含多个支路，显然压差控制阀具有流量控制阀所不能的减弱内扰的作用，使系统更稳定。

     2.2.2控制压差值的确定

    目前庄差控制阀的选用主要是依据厂家的资料，按照计算的zui大和zui小流量系数必须在压差控制阀的流量系数范围内的原则，尽量选择口径与管径接近的压差控制阀。

    压差控制阀的控制压差是可以调节的。其设定值直接影响压差控制阀在系统中应用的成功与否。如果压差控制阀的设定值小于要求值，则不能满足控制环路流量的要求，如果控制压差设置得过大，又会造成系统资源和能量的浪费，有的还可能引起系统振荡，所以控制压差必须认真计算确定，提交给阀门安装人员。

    压差控制阀设置于在有多个并联支路的环路时，理论上，控制压差值按照被控部分的调节阀开度满足被控部分zui大流量要求时的总阻力损失之和来确定；如果因施工或其它原因造成管路或设备等与设计不同，会导致被控部分的阻力与所计算的阻力不相同，这种情况下建议测量出zui大流量时被控部分的实际压差，并以此值作为被控环路的压差值进行设定。

    当资用压差较大时，可以根据经济比摩阻法进行水力计算，从而确定控制部分阻力损失，再乘以1.05～1.10的安全系数，并以此值作为控制压差值。

     当压差控制阀串联电动二通阀设置时（图7），应按阀门流通能力C选择电动二通阀，C值可由（1）式计算。

      （1）

      计算C值时，△P＝0.5～0.7（P_g－P_h）（pa）^[4]，P_g、P_h（pa）分别指环路的供回水压差；w（m³/h）指通过末端的zui大水流量：ρs（g/cm³）指水的密度。假设所选电动阀的流通能力为C''，再应用公式（1），反算出△P值即为所需确定的控制压差值。

    当建筑入口和环路上同时设置有压差控制阀时；建筑入口控制压差仍按照zui不利环路的阻力损失进行计算，被控部分内环路压差控制阀的压降按照可能出现的zui大压降取值。

      3结束语

    总之，在闭式水系统中应用压差控制阀；可以起到吸收网路外扰，削弱被控部分内扰的作用。由于其结构和功能的特殊，在不同的应用场合，应根据使用要求、系统形式来确定压差阀的设置位置，并计算、设定控制压差值。由于本文也未能详尽各种系统情况，压差控制阀的应用值得我们今后进一步研究和探讨。

      参考文献

     1符永正，刘万岭，迟小光等.ZY47型自力式压差控制阀的适用条件与选型[J].阀门，2002       2 采暖通风空气调节设计规范GB500019－2002      3施俊良著.调节阀的选择[M].中国建筑工业出版社，1986，12      4郎四维等译.水力管网全面平衡技术[M].中国建筑工业出版社，1991，12