自力式调节阀是一个新的
自力式调节阀种类。相对于手动
调节阀，它的优点是能够自动调节；相对于
电动调节阀，它的优点是不需要外部动力。应用实践证明，在闭式水循环系统（如热水供暖系统、空调冷冻水系统）中，正确使用这种调节阀，可以很方便地实现系统的流量分配；可以实现系统的动态平衡；可以大大简化系统的调试工作；可以稳定泵的工作状态等。因此，自力式调节阀在供热空调工程中有着广阔的应用前景。由于这种
阀门在我国出现时间不长，所以对其适用条件还研究不够，本文试作一些分析，算作参加对这个问题的讨论。
按照自力式调节阀的控制参量可以分为四类：① 控制网路中某个部分的流量；②控制网路中某个部分的压差；③ 控制热交换装置的出水温度；④控制供暖或空调房间的温度。本文以前两种自力式调节阀为讨论对象。
一、自力式调节阀的结构和工作原理
1、自力式流量
控制阀 自力式流量控制阀的作用是在阀的进出口压差变化的情况下，维持通过阀门的流量恒定，从而维持与之串联的被控对象（如一个环路、一个用户、一台设备等，下同）的流量恒定。自力式流量控制阀的名称较多，如自力式流量平衡阀、定流量阀、自平衡阀、动态流量平衡阀等。各种类型的自力式流量控制阀，结构各有相异，但工作原理相似。这里以ZL47型自力式流量控制阀为例，介绍其结构和工作原理。
图1 ZL47自力式流量控制结构示意图阀
ZL47型自力式流量控制阀从结构上说，是一个双阀组合，即由一个手动调节阀组和自动平衡阀组组成，如图1所示。手动调节阀组的作用是设定流量，自动平衡阀的作用是维持流量恒定。
对于手动调节阀组来说，流量
，式中K
V 为手动调节阀阀口的
流量系数，P
2-P
3为手动调节阀阀口两侧的压差。K
V的大小取决于开度，开度固定，K
V 即为常数，那么只要不变，则流量C不变。而P
2-P
3的恒定是由自动平衡阀组控制的。比如进出口压差P
1-P
3增大，则通过感压膜和弹簧的作用使自动平衡阀组关小，使P
1-P
2增大，从而维持P
2-P
3的恒定；反之P
1-P
3减小，则自动平衡阀组开大，使P
1-P
2减小，维持P
2- P
3的恒定。
手动调节阀组的每一个开度对应一个流量，开度和流量的关系由试验台试验标定，并配有开度的显示和锁定装置。
2、自力式压差控制阀
自力式压差控制阀的作用是维持施加在被控对象上的压差恒定。这里介绍ZY47型自力式压差控制阀的结构和工作原理。
ZY47型自力式压差控制阀按照安装在供水管还是回水管上，分为供水式结构和回水式结构，二者不可互换使用。这种阀门由阀体、双节流阀座、阀瓣、感压膜、弹簧及压差调整装置组成。图2a为回水式结构示意图，图2b为其安装位置示意图。
（a）
（b）
图2ZY47型自力式压差控制阀回水式结构及安装示意图
当网路的供回水压差P
1-P
3增大，则感压膜带动阀瓣下移，使得P
2-P
3增大，从而维持P
1-P
2（施加于被控环路的压差）恒定；反之，P
1-P
3减小，则阀瓣上移，P
2-P
3减小，使P
1- P
2不变。
若P
1-P
3不变，而图2b所示的环路内部阻力发生变化，比如某一支路判断，则环路的总阻力增大，在这个瞬间P
2减小，P
1-P
2增大；但随之感压膜的受力平衡被打破，阀瓣下移，压差控制阀的阻力增大，而使P
2又回升到原来的大小，即P
1-P
2不变。可见，无论是网路压力出现波动，还是被控对象内部阻力发生变化，自力式压差控制阀均可维持施加于被控对象的压差恒定。
二、系统的运行调节方式与自力式调节阀的选择
（1）当系统的运行调节采用热源主动进行的集中量调节（比如随室外温度的变化而改变流量）时，不能采用自力式调节阀。因为这种调节是通过改变水量实现的，因而调节时改变了系统的水力工况，所以若采用自力式调节阀，势必造成有的阀能正常工作，但被控对象流量过大（超过此时的热负荷所对应的流量），有的阀全开仍达不到流量要求，有的阀因两端压差达不到启动压差而不能正常工作，即再现流量分配的混乱。显然，由于自力式调节阀的存在而造成了系统集中调节的不能实现。
这里若采用手动调节阀（比如平衡阀），则系统总流量增减时，各支路、各用户的流量可以同比例增减，即系统的集中调节可以传达至每一个末端装置。
（2）当系统的运行调节为质调节时，可以采用自力式流量控制阀和自力式压差控制阀，因为这种调节方式只改变供水温度，而与系统的水力工况无关，即在不改变系统的水力工况的情况下，把调节传达到每个用户和设备，采用自力式流量控制阀，可以吸收网路的压力波动，维持被控负荷载的流量恒定。采用自力式压差控制阀可以吸收网路的压力波动，以及克服内扰（被控环路内部的阻力变化），以维持施加于被控环路上的压差恒定。
（3）当系统采用分阶段改变流量的质调节时，虽然每个阶段流量不变，但若采用自力式调节阀，每个流量阶段要对控制流量或控制压差进行设定，给运行管理带来很大不便，所以不宜采用。
三、被控对象的内部调节与自力式调节阀的选择
1、有内部调节 如图3所示，在一个环路入口处装设自力式流量控制阀，则环路流量恒定，那么环路中的一个支路进行流量调节，其调节量必然全部转移到其他支路上去。比如支路2关闭，则支路1和支路3的流量增大，两支路的流量增量即原支路2的流量。显然，装设自力式流量控制阀使各支路间出现较大的调节干扰；环路的水力稳定性很差。
图3自力式压差控制阀与电动二通阀的配合使用
而若如图2b所示，在环路入口处装设自力式压差控制阀，由于可以保持环路的压差（即P
1-P
2）恒定，将大大减弱各支路间的调节干扰。如果环路中干管的阻力相对于支路的阻力可以略不计，则可把干管视为静压箱，各支路的调节互不干扰，即一个支路的流量调节对另外支路的流量不产生影响。实际上，由于干管阻力的存在，使得各支路间的调节干扰不可避免，比如一个支路关小，其它支路的流量均将程度不同的有所增加。但在设计合理的情况下，这种干扰是微弱的。系统设计时对于被控环路的干管采用相对较大的管径，且在干管上不再装设其它阀门尽可能减小干管的阻力，可以使各支路间的调节干扰降到最低程度，使环路具有较好的水力稳定性。
对于分户热计量的供暖系统，强调用热调节的自主性，而又必须从设计上考虑尽可能减轻各用户是的调节干扰，所以宜采用自力式压差控制阀。
2、无内部调节 在被控制对象无内部调节时，因为内部阻力不变，所以压差恒定必然流量恒定，因而装设自力式压差控制阀和装设自力式流量控制阀，具有同样的效果，都可以起到吸收网路的压力波动，保持被控对象流量恒定的作用。这种情况下，二者可以互换。
对于采用集中质调节的供暖系统，一个支路上连接多个用户，无疑在支路入口处可以装设自力式压差控制阀。但如果各用户的调节是不经常的、无规律的以及相对于支路的总流量来说调节所产生的影响是轻微的，则也可以把支路的流量视为恒定，采用自力式流量控制阀。
对于二者均可采用的场合，推荐采用自力式流量控制阀，因为流量控制阀可以直接设定和显示流量，且无需连接导压管。
四、自力式压差控制阀与电动二通调节阀的配合使用
电动二通调节阀的选型应遵循两个原则：①系统为设计工况时，阀门全开的流量稍大于设计流量（有的文献[1]认为应在开度90%时为设计流量）；②阀权度足够大，文献[1]认为不能小于0.3，文献[2]认为不能小于0.5。对于第①个条件往往难以满足，因为同一种电动阀相邻两种口径的流通能力（即全开时的流量系数）大约相差60%，所以往往找不到流通能力恰好符合要求的口径，而只好选偏大的口径。那么对于口径偏大的电动阀，一是可能造成较多的时间阀在较小开度甚至接近于关闭的状态下工作，使阀的控制不稳定和不精确；二是全开状态不可避免（比如系统启动时，以及大的扰动出现时），而全开将使被控环路出现过流，同时使其他环路流量不足。
对于这种情况，一个简单的解决办法是与电动阀串联一个平衡阀，消耗一部分压差，从而使电动阀在接近全开时流量为设计流量。但这样处理又可能使阀权度过小，即不符合第②个要求。如图4a所示，负载（可以是一个环路，一个用户，一台设备等）入口压差为80KPa，设计流量为8.5T/h，设计工况下负荷的阻力损失为40KPa。则所选电动阀在设计工况下的压降应为40KPa，流通能力应为：
（a） （b） （c）
图4自力式压差控制阀与电动二通阀的配合使用
根据文献[1]中给出的ZAP型电动阀的参数表，ZAP-32B的流通能力为12，ZAP-40B的流通能力为20，所以只能选ZAP-40B，
流量特性按线性考虑，则设计流量对应的开度只有68%。如图4b所示，串联一个平衡阀，使二通电动阀在全开时达到设计流量（为了分析和计算的方便，这里姑且以全开时达到设计流量考虑），则由：
可算得，此时电动阀门压降为ΔP=18KPa，平衡阀的压降为80-40-18=28KPa，电动阀的阀权度为Pv=18/80=0.225，显然阀权度太小。阀权度过小将导致阀工作时的压差变动范围较大，阀的工作特性严重偏离理论特性，使控制的精确度变差。此时可如图4c所示，与电动阀串联装设一个自力式压差控制阀（此图是ZY47型压差控制阀供水式结构的连接方法）。压差控制阀既可以代替平衡阀的作用，使电动阀在接近全开时达到设计流量，又可以保证电动阀上的压恒定，即阀权度接近于1，阀的工作特性与理论特性基本吻合，使电动阀工作稳定，控制精确。本例中仍按电动阀全开达到设计流量考虑，电动阀的设定压差应为18KPa。压差控制阀可以保证电动阀始终在这个压差下工作，剩余压差、网络的压力波动及负载的压降变化，均由压差控制阀吸收。
五、平衡阀与自力式调节阀的配合使用
一般而言，装设了自力式调节阀的地方，不需再装设手动平衡阀，但在如下两种情况可以考虑二者串联装设，配合使用。
（1）每一种自力式调节阀都有其可以正常工作的压差范围，超出这个范围，就不能很好发挥应有的功能，甚至不能工作。所以当作用于自力式调节阀的压差过大时，可串联一个平衡阀，吸收一部分压差，以保障自力式调节阀的正常工作。
（2）手动平衡阀一个很重要的功能就是可以进行流量的测定（实际上是测压差，结合阀的特性算流量），所以手动平衡阀可以说是一个“诊断”工具。因而对流量的精确程度要求较高的系统，为了监测被控对象的流量，监测自力式调节阀的工作是否正常，从而做出相应的调整，可以与自力式调节阀串联一个平衡阀。并且，平衡阀的判断和泄水功能也是自力式调节阀所不具有的。
六、结论
（1）对于质调节系统可根据恒定流量和恒定压差的需要，选用自力式流量控制阀和自力式压差控制阀。
（2）对于量调节的系统，因运行调节时改变了系统的水力式工况，所以不能采用自力式
流量调节阀和自力式压差控制阀。若采用手动平衡阀，系统总流量变化时，各支路、各用户、各末端装置的流量同比例变化，系统的集中量调节可以满足系统负荷变化时对流量分配的要求。
（3）当被控对象有内部调节时，装设自力式流量控制阀，将使被控对象内部的各支路间出现较大的调节干扰。而装设自力式压差控制阀，既可吸收网路的压力波动、又可以使被控对象内部各支路间的调节干扰大大减弱。因而被控对象有内部调节时，可装设自力式压差控制阀，不可装设自力式流量控制阀。对于分户热计量的质调节供暖系统，在一个向多户供暖的支路入口处，宜装设自力式压差控制阀。
（4）自力式压差控制阀可与电动阀配合使用，以维持电动阀上的压差恒定，从而使电动阀工作稳定，控制精确。
（5）有时平衡阀与自力式调节阀可串联装设配合使用。
(6）被控对象无内部调节时，装设自力式流量控制阀和自力式压差控制阀，具有相同的效果，二者可以互换。当二者均可采用时，推荐采用自力式流量控制阀。
参考资料
1.Robert·Petitjean等著，郎四维，冯铁栓译，水力管网全面平衡技术，中国建筑工业出版社。1991
2.施俊良，调节阀的选择，中国建筑工业出版社，1986
