浅议自动恒温阀的工作原理、特点及应用

发布时间:2011-02-12  点击数:2224
    自动温控阀是一种控制流体温度的新型调节阀,又称自力式温控阀或自动恒温阀,简称恒温阀。它依靠感温传感器内感温材料的膨胀力来驱动阀门启闭,从而调节进入阀门的冷、热流体流量达到控制流体出口温度的目的。它是一种不需外接能源,而由热敏元件吸收流体的热量并转换为机械能,使执行机构按一定的调节规律工作的自动温度控制器。
一、工作原理和性能特点
    1.特点
    相对于电动、气动、电磁温度控制阀,自动恒温阀有如下的优点:
    ①无需电源或压缩空气等外部动力,结构简单,安全性高。
    ②温度控制精度高,工作稳定。
    ③过温保护装置灵敏可靠,保护范围大,能确保特殊情况下设备安全运行。
    ④比例式控制,不会引起水锤危害。
    ⑤适用范围广,可用于多种介质的温控场合。
    ⑥体积小,不怕冻,重量轻,安装方便。
    2.工作原理
    自动温控阀其基本结构由感温传感器自力式执行机构和阀体组成。感温元件结构如图1所示,流体通过阀门时,位于阀体内部感温元件受热(或遇冷)→热量通过刚性纯铜密封容器外壁使杯内感温蜡受热熔化(或冷凝)体积膨胀(或收缩)→推动横隔膜、锥形橡胶体→推动活塞→带动调节启闭件,从而调节阀门的开度。实际结构中,一般还设计有:
    (1)放大机构将活塞传递来的微小的轴向位移放大到环向,使得对阀门的开度调节能力大大增加。
    (2)复位弹簧机构使得感温蜡体积遇冷收缩时活塞回位。
    (3)温度控制设定机构使得该阀门在使用中可根据实际情况对控制温度进行设定和调整。
二、自动温控阀的应用
    广泛应用于采暖、热水供应、航天航空、电力、能源动力、冶金、船舶等工业各种热交换设备的温度自动控制,如压缩机、汽轮机、内燃机、齿轮箱、大型真空泵等需要恒温润滑的机械冷却系统中及印染、纺织、食品、皮革等行业需恒温排放流体的场合。自动温度控制阀的工业应用有以下几个方面。
    1.在液压系统冷却回路恒温系统中的应用
    液压系统要求对其油液温度进行控制,特别是对运行中温度控制准确度要求较高的液压系统,如伺服系统、比例系统、液压元件试验台及连续运行的大型液压设备等,目前较多采用电测电控和机械组合匹配的冷却控制即电磁水阀的方式,这种控制方式最大的缺点是控制形式属开关量控制,不能实现随系统发热量的变化而调节冷却水量,并且常因水中锈垢和混杂颗粒,造成电磁水阀阀心动作失灵、电磁铁烧坏等故障和造成水源浪费。另一种是使用比例式冷却水控制方式即电动调节阀的方式,与前一种方法相比,它具有能随系统发热量的变化调节冷却水量和控制精度高的优点,但因其组成环节多,故障率高,且目前与电动执行器组成最小的输水阀通径都在50mm以上,而液压系统常用的都在50mm以下,因此在使用中受到限制。
    在液压系统冷却回路应用自动温控阀则具有结构简单,动作可靠,性能稳定,无须外部动力,精度高等特点,它与冷却器组成一个闭环冷却水调节系统,是一种较为理想的液压系统冷却水调节方法。国外已经有大量新型液压系统选用自动温控阀作为冷却水调节元件,运行情况十分理想。
    2.在动力机械润滑冷却系统中的应用
    压缩机、汽轮机、内燃机等高速回转的动力机械其轴承部位需要良好的润滑和冷却。且对于润滑油的温度要求十分严格,油温过高或过低都会影响机器的正常运行。实际工程中常用冷却器换热的方法来降温,但难于控制冷却后的温度。在润滑油循环管路中安装自动温度控制阀,将冷却后的润滑油与未经冷却的润滑油分别通入自动温度控制阀,其出口油温将自动保证确定的最佳油温。比如在螺杆式压缩机润滑油冷却回路的恒温系统中,当润滑油温度保持在42℃±5℃时才能保证良好的活性和润滑性能。自动温渡控制阀与热器在冷却回路中的安装如图5所示。这种配置很好地保换持了油温的稳定,既保证油温不会过高而造成润滑油黏度下降、润滑性能降低,也避免了油温过低引起润滑油黏度过大,甚至水份在系统内析出。根据介绍,高精度自动温控阀可将油温控制到42℃±5℃。
    在汽轮机、内燃机、变速器齿轮箱中的应用也是如此。目前,我国300MW以上发电机组主要采用引进设备或技术,其中汽轮机润滑油冷却系统中皆采用自动温控阀来控制润滑油油温。机车内燃机、船用柴油发动机、V8汽车发动机也都采用冷却器前加三通自动温控阀的配置来控制润滑油的温度。
    航空器发动机增速器齿轮箱在高速运转时的情况也与动力机械的工况相近,故也采用三通自动温控阀的形式来保持润滑油冷却回路的恒温。
    3.在生产过程中流体温度控制中的应用
    自动温控阀大量地应用在各种生产工艺流程的流体温度控制中,如印染、纺织、食品、皮革等行业需恒温排放流体的场合。
    例如在连续铸锭生产线结晶器冷却水温度控制中的应用:包头钢铁公司立弯式连续铸锭生产线结晶器冷却水属于闭路软水循环系统,炽热钢液(温度大于1600℃)的初凝是在结晶器内完成的,形成3-8mm坯壳(中心仍是炽热钢液),在引锭杆作用下进入扇形段,进一步喷淋固化直至拉矫机,形成最终铸坯。如果在结晶器内冷却不均匀或成形不好,就出现拉漏、沾钢的严重后果。该系统由德国西马克公司进行基础设计,采用的就是DN500三通自动温控阀,通过旁路回水与板式换热器的回水混合,经热平衡达到浇铸工艺要求的温度40-45℃。
    德国L&E公司为了提高效率,降低能耗和减少污染,在新型造纸机尤其是能源消耗最大的是造纸机的干燥部分,其真空站冷凝器冷却水出口温度控制,采用了三通自动温控阀,用来自动地改变冷却水的排出量而控制其排出温度,防止热污染,并使冷却水得以充分利用。既减少了冷却水的消耗量,又能把一定温度的水送入其他工序利用。
三、结论
    随着科技的发展、工业规模的扩大,工业生产呈现大容量、高参数、高效低耗、低污染和高自动化的趋势,对温度控制的精度和安全可靠性要求也愈来愈高。自动温控阀以其优越的性能而有着广阔的发展空间。目前,国内已经有一些企业和高校正在从事这方面的研究和开发工作,这无疑有利于中国重大技术装备的国产化进程。

    参考资料
    赵海鹰立弯式铸机生产线结晶器循环冷却水温度控制[T].工业用水与废水,2002(2)
    王淑英德国L&E公司造纸机干部热量整体循环利用系统介绍[T].北方造纸,1997(3)
    王为恩、盛伟等.油温控制阀的特性分析[T].东北电力学院学报,1999((5)2345
    Katl Storck.thermostatic temperature regulation in hydraulic systems[j].Journal of Sustems and Control Engineering,1998
    沈延康温度控制自动调节水阀及其应用[T].液压与气动,1999(4)