摘要：本文主要对自力式压力差控制阀结构的特点及应用，梳理应用过程中不当安装等现象，分析自力式压差控制阀不同结构的特点、工作原理以及内部安装位置的去呗。指出直通式自力式压差控制在自主调节变流量的空调系统当中的应用情况。
关键词：自力式压差控制阀；结构特性；应用情况
自力式压差控制阀是一种不需要借助任何外部动力，通过管网自身的压力进行工作的，能够保持阀门两端的压差持平的阀门，这种控制阀不同的安装方式下，主要分为直通式以及旁通式，其中回水管安装式以及供水管安装式是直通安装的两种方式，这两种方式的安装，阀门原理是相似的。近些年以来，压差控制阀在暖通空调系统当中的应用越来越频繁，因为其工作原理、内部结构、安装位等不同，应该在安装使用过程中尽可能的避免自力式压差控制阀经常发生的错误安装及使用的情况。
1.工况系统分析
1.1中央空调水系统循环水泵配置方式
单一泵系统（一级泵），冷源侧和负荷侧合用一组循环水泵系统相对简单，满负荷运行的过程中，旁通调节阀是全部关闭的。负荷不断减少，旁通调节阀的调节将水泵两端的压力进行平衡，以确保系统是可以正常运转的。这种系统当中，旁通调节阀是可以稳定系统水力的。
复式泵系统（二级泵），冷源侧和负荷侧分别配置循环水泵的系统。这种系统当中的冷源以及负荷的循环水泵是分开配置的，冷源侧受到负荷变化的影响并不大，但是系统非常复杂， 在初期需要投入大量的资金等，对大型建筑物最适用。
1.2暖通空调控制阀门的常见问题及选用
建筑用暖通空调系统实际使用过程中，如使用普通的控制阀门，容易受到各种工况的影响，比如系统压力和流量的动态变化等。通过阀门的压差变化时，其流量将随着改变（即使阀门的开度并没有改变），导致控制性差；阀门机构也容易受压差的影响而频繁动作，从而加速执行器的老化。控制房间温度时，可能导致房间温度过冷或者过热，或造成溢流，浪费用户更多能源。原理如下图1所示：
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图1：普通控制阀
如果使用动态平衡型控制阀，就可以避免以上问题，每个阀门不论远端或者近端不受流量以及压差的影响，平衡整个系统的压力，从而决定了阀门及执行器不需频繁动作，系统运行大大节能，控制性能更佳，还能够减少电力的消耗，实现节能运行的目的。
如图2
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图2：自力式压差控制阀
2.自力式压差控制阀特性及应用
2.1构造和恒压机理
自力式压差控制阀主要有直通安装式与旁通安装式两种，其中直通安装式分为回水管安装式及供水管安装式。他们的构造是不一样的，作用机理确是相似的。这里主要针对直通进水管安装式来介绍其机理。
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图5：阀芯/感压膜受力图
上图中，图3是压差控制阀构造示意图，这是可调节的压差，属于双阀座调节阀的类型。图4是工作机理图。图5为工作时间阀芯/感压膜受力图。图3中可以看住，感压膜、阀杆、阀芯以及弹簧的一段是固定在一起的，工作额时候△L方向受力与位移是一样的。P2是被控系统供水压力；P3是被控系统回水压力；F0是工作弹簧预压缩力；Ft是水流对阀芯在△L方向的不平衡力，因为比较小，除了会影响控制的精度，其他的可以忽略不及。因此：
（P
1-P
2）A=△P·A=F
0
上述公式当中：A代表的是感压膜有效面积。通过弹簧静力学不难看出，弹簧弹性变形处在极限之内，会有F
0=K·L
0+K·△L
0。上述公式中的K表示的是弹簧刚度，是常数，L0是预压缩量；△L则是阀芯的形成；控制压差△P=P1-P2。图3以及上述公式可知，控制压差△P·A以及弹簧的弹力F0是平衡的。因为阀芯的形成以及预压缩量对比比较小，是可以忽略的。因此最终的结果是F0≈K·L0。由此可见，弹簧的一个预压缩量对应一个控制压差，控制压差在调节预压缩量之后可以获得，还能够利用阀门设计，结合压差控制静谧的要求，最终确定相应的弹簧刚度、预压缩量、感压膜面积、全行程等参数。在这样的情况下，可以认为△P只有和F0相对应和在精度范围内是基本恒定的。
双阀座压差控制阀及单阀座压差控制阀对比，Ft表示的水流平衡力相对较小，但是动态水力稳定性比较理想，对高压差控制精度的提高极为有利。
2.2工作状态分析
下图中利用的是闭式循环的空调系统，当调节控制系统用户4的时候，如果是6a关小，那么系统总阻力就会加大，P2就会下降，△P=P1-P2就会增加，没有经过调节的用户就会收到影响，从而流量加大。这种影响称之为内扰。再结合图3、4不难看出，感压膜在P2反馈力减小的影响下，阀芯也因此下移，阀门开度减小，导致P2回升，因此△P、没有调节的用户的流量恢复到了没有发生变变化的状态下，这说明内部的干扰消除了。类似的这种状况，因为调节或者其他的原因，外网压力P1、P3出现波动，假如被控系统没有设置压差控制阀，那么△P=P1-P2就会产生波动，这个称作是外扰。
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图6：压差控制阀应用系统图
如果面对设有自力式压差控制阀的情况下，假如P1波动，破坏了感膜受力的平衡，阀芯被带动产生移动等过程以及减少内扰的情况，外扰也会减轻。因此，不管是被控系统内部因调解产生的内扰，还是外网压力波动形成的外扰，自力式压差控制阀都可以维持因控制系统的压差的恒定，对被控系统而言，能够发挥屏蔽、保护的功能，这也在一定程度上确保了水力的平衡。
结合以上分析，是和在试验台上对压差控制阀做出的质量检测的结果是一致的。图6是阀门在合肥通用机械研究所进行测试后的实测曲线，内扰工况实验的过程中，用户改变流量的一瞬间△P=P1-P2就会产生波动，表针先变动之后逐步恢复，差值保持在精度范围之内，产品即是符合标准的，恢复所需要的时间会因为阀门规格、扰量数值、产品固有特性、试验台特性等的影响。内外扰情况基本相同。
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图7：试验台检测流量曲线
2.3压差控制阀的动态平衡功能及效益
因为恒温阀的设定调节和自动调节引起散热器之间以及用户及用户之间的干扰，这种情况称之为水力失调。因此规范CG 50019-2003第4.9.4条又规定需要再加建筑物的入口处设置压差调节装置，以确保动态水力的平衡。设置自力式压差控制阀就是其中的一种，并且有如下的效益：
第一，因为压差控制阀的恒压差作用，个散热器都处于稳定并且独立工作的压差状态下，这对恒温阀控制质量的提升有积极的作用，能够确保采暖的品质。
第二，压差控制阀之后的以及控制部件动作频率减少，实际上是对设备的保护，能够延长使用的寿命。
第三，将自力式压差控制阀及恒温阀当成一个自合体，室内电气、人体发射以及太阳辐射热等自由热可以充分利用起来，以减少热水的流量，在延伸到水泵、锅炉等，进而减轻负荷运行，有明显的节能的效果，有相关数据表明能够节省10%-30%。
第四，调网的工作量大大减少。传统的定流量集中质调节的暖通空调系统当中，为了确保水力平衡，需要花费大量的人力、物力、财力来进行调网，并且需要进行反复多次的工作才能最终达到静态平衡的状态，如果一旦出现工程扩建的情况，还需要重新进行一遍调网。自力式压差控制阀设置之后，只需要在系统投入使用的初期阶段进行一次调网即可，并且单个压差阀独立调整，互相之间不会受到影响，工程扩建也仅仅是调整受到影响的部分。
第五，自力式压差控制阀结构简单，不需要外部能源，对周围的环境要求也没有那么苛刻，性能稳定，后期维修工作较小，价格合理，对我国当前采暖系统水质以及运行管理条件更契合。多数的品牌产品的技术参数及质量等指标，基本都是可以满足建筑工程以及热网系统的要求的。
3.选型方法以及注意事项
3.1选型
结合设计流量、工作压差选择相应规格的阀门，不需要直接采用和管道等径的阀门。这是因为采暖系统的热水流速因为噪声要求以及水利平衡的影响并不大，管道直径较大，或者资用压头较大，通常会遇到缩径选用。
如果选择的型号不合适，选出的阀门直径过小，压差控制阀额流通能力不强，无法满足用户的需求，假如选出的直径过大，为了能够满足控制压差的需求，让阀门在很小开度的情况下工作，阀芯及阀座之间的热水流速过大，也会形成诸多问题，例如产生噪声或震动，阀门无法正常工作，出现汽蚀情况，阀门的使用寿命缩短。
系统提供压差控制阀的资用压头过大的时候，产品的工作范围超出，这个时候应该控制阀前设置手动平衡阀等节流配件，将一部分资用压头吸收。
自力式压差控制阀在管理系统当中，需要有足够的阀权度，通常情况下需要大于30%，这是为了提高阀门的调节性能及系统运行的水力稳定性。
3.2注意事项
自力式压差控制阀不需要过多的串联设置。
感压膜的自力式压差控制阀承受压力能力最薄弱的环节使用的条件会因为热水的温度以及两侧的压差受到限制，因此选择型号的时候，要注意产品的资料规定的最高限制。
内扰工况分析的过程中可知，压差阀工作过程中的F0基本是恒定的，是与并联系统共用管段有阻力存在的，某一用户调节导致的流量变化，对没有调节的用户是会产生干扰的，压差阀起到的作用仅仅是调节内扰的，因此系统设计的时候，对并联系统的支干管直径适当的放大，以便减少干扰。
4.结语
作为一种节能新型控制阀门，自力式压差控制阀具备以下几点特点：
（1）适用于末端设备自主调节的变流量热水供热采暖系统，能够让动态水力平衡；
（2）控制压差基本恒定，被控系统各并联之路可以单独调节，彼此之间不会干扰，并且外网压力的波动不会对其造成影响；
（3）和散热器恒温阀联合运行，能够起到节约能源、提高采暖品质的目的，并且可以提高恒温阀的工作寿命；
（4）控制压差范围是可以调节的，能够解决设计设计阻力造成的损失与实际阻力存在差异的矛盾；
以此设定调节，就可以实现系统水利平衡，调网的工作量大大减少，并且工程改建是不会对整体产生影响，仅仅调节被改变内的部分即可。
以上，笔者对自力式压差控制阀的技术特性以及应用情况作了分析，通过分析不难看出，新的节能设备的优势，因此，应该充分发挥其优势，为节省我国能源贡献力量。
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