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各种阀门的工作原理及应用教材

温控阀的工作原理及应用

发布日期：

[2006-4-17]   共阅[203]次

摘要：

温控阀是供暖系统流量调节的最主要的调节设备，一个供暖系统如果不设置温控阀就不能称之谓热计量收费系统。

本文简介了温控阀的构造和原理，通过分析温控阀的流量特性，结合散热器的流量特性，同时引进阀权度的概念，阐述在散热器热特性、温控阀流量特性和阀权度的共同作用下如何确保散热器系统调节的有效性；并介绍了温控阀的安装方案；最后阐述温控阀节能作用。

关键词：

温控阀流量特性阀权度热计量节能

1、散热器温控阀的构造及工作原理

   用户室内的温度控制是通过散热器恒温控制阀来实现的。

散热器恒温控制阀是由恒温控制器、流量调节阀以及一对连接件组成，其中恒温控制器的核心部件是传感器单元，即温包。

温包可以感应周围环境温度的变化而产生体积变化，带动调节阀阀芯产生位移，进而调节散热器的水量来改变散热器的散热量。

恒温阀设定温度可以人为调节，恒温阀会按设定要求自动控制和调节散热器的水量，从而来达到控制室内温度的目的。

2、散热器的调节特性是由散热器热特性、温控阀流量特性及阀权度共同决定的。

   温控阀在某开度下的流量与全开流量之比G/Gmax称为相对流量；温控阀在某开度下的行程与全行程之比l称为相对行程。

相对行程和相对流量间的关系称为温控阀的流量特性，即：

G/Gmax=f（l）。

它们之间的关系表现为线性特性、快开特性、等百分比特性、抛物线特性等几种特性曲线。

   对散热器而言，从水利稳定性和热力是调度角度讲，散热量与流量的关系表现为一簇上抛的曲线，随着流量G的增加，散热量Q逐渐趋于饱和。

为使系统具有良好的调节特性，易于采用等百分比流量特性的调节阀以补偿散热器自身非线性的影响

（1）。

   阀权度对调节特性的影响。

可调比R为温控阀所能控制的最大流量与最小流量之比：

   R=Gmax/Gmin

   Gmax为温控阀全开时的流量，也可看作是散热器的设计流量；Gmin则随温控阀阀权度大小而变化。

在散热器系统中，由于温控阀与散热器为串联，故可调节比R与阀权度的关系为：

R=Rmax    

（2）

   以某型号的温控阀和散热器为例，散热器的流通能力为5m3/h,温控阀的阀权度为88%，实际可调比为28，对应的流量可调节范围100%-4%。

散热器在不同进出口温差下散热量的实际可调节范围见表。

进出口温度差（℃）

25

20

15

10

5

可调节范围（%）

100~11.6

100~13.5

100~16.1

100~20.2

100~28

   有表可知，当散热器进出口温差较小时，散热量的实际可调节范围也见小。

但散热器进出口温差小于10℃时，温控阀的最小可调节散热量约为标准散热量的20%，温控阀的有效工作范围减小。

   此外值得注意的一点是，温控阀的高阻力是由散热器的调节特性决定的，设计时必须考虑温控阀的这一特性，以免出现资用压力不够的情况。

   1、散热器温控阀的构造及工作原理

   用户室内的温度控制是通过散热器恒温控制阀来实现的。

散热器恒温控制阀是由恒温控制器、流量调节阀以及一对连接件组成，其中恒温控制器的核心部件是传感器单元，即温包。

温包可以感应周围环境温度的变化而产生体积变化，带动调节阀阀芯产生位移，进而调节散热器的水量来改变散热器的散热量。

恒温阀设定温度可以人为调节，恒温阀会按设定要求自动控制和调节散热器的水量，从而来达到控制室内温度的目的。

   2、散热器的调节特性是由散热器热特性、温控阀流量特性及阀权度共同决定的。

   温控阀在某开度下的流量与全开流量之比G/Gmax称为相对流量；温控阀在某开度下的行程与全行程之比l称为相对行程。

相对行程和相对流量间的关系称为温控阀的流量特性，即：

G/Gmax=f（l）。

它们之间的关系表现为线性特性、快开特性、等百分比特性、抛物线特性等几种特性曲线。

   对散热器而言，从水利稳定性和热力是调度角度讲，散热量与流量的关系表现为一簇上抛的曲线，随着流量G的增加，散热量Q逐渐趋于饱和。

为使系统具有良好的调节特性，易于采用等百分比流量特性的调节阀以补偿散热器自身非线性的影响

（1）。

   阀权度对调节特性的影响。

可调比R为温控阀所能控制的最大流量与最小流量之比：

   R=Gmax/Gmin

    Gmax为温控阀全开时的流量，也可看作是散热器的设计流量；Gmin则随温控阀阀权度大小而变化。

在散热器系统中，由于温控阀与散热器为串联，故可调节比R与阀权度的关系为：

R=Rmax     

（2）

   以某型号的温控阀和散热器为例，散热器的流通能力为5m3/h,温控阀的阀权度为88%，实际可调比为28，对应的流量可调节范围100%-4%。

散热器在不同进出口温差下散热量的实际可调节范围见表。

进出口温度差（℃）

25

20

15

10

5

可调节范围（%）

100~11.6

100~13.5

100~16.1

100~20.2

100~28

   有表可知，当散热器进出口温差较小时，散热量的实际可调节范围也见小。

但散热器进出口温差小于10℃时，温控阀的最小可调节散热量约为标准散热量的20%，温控阀的有效工作范围减小。

   此外值得注意的一点是，温控阀的高阻力是由散热器的调节特性决定的，设计时必须考虑温控阀的这一特性，以免出现资用压力不够的情况。

平衡阀调节原理

发布日期：

[2006-4-17]   共阅[158]次

   平衡阀属于调节阀范畴，它的工作原理是通过改变阀芯与阀座的间隙（即开度），改变流体流经阀门的流通阻力，达到调节流量的目的。

平衡阀相当于一个局部阻力可以改变的节流元件，对不可压缩流体，由流量方程式可得：

   式中：

Q--流经平衡阀的流量 ξ--平衡阀的阻力系数 P1--阀前压力 

   P2--阀后压力        F--平衡阀接管截面积 ρ--流体的密度     

   由上式可以看出，当F一定（即对某一型号的平衡阀），阀门前后压降P1-P2不变时，流量Q仅受平衡阀阻力影响而变化。

ξ增大（阀门关小时），Q减小；反之，ξ减小（阀门开大时），Q增大。

平衡阀就是以改变阀芯的开度来改变阻力系数，达到调节流量的目的。

   Kv为平衡阀的阀门系数。

它的定义是：

当平衡阀前后差压为1bar（约1kgf/cm2）时，流经平衡阀的流量值（m3/h）。

平衡阀全开时的阀门系数相当于普通阀门的流通能力。

如果平衡阀开度不变，则阀门系数Kv不变，也就是说阀门系数Kv由开度而定。

通过实测获得不同开度下的阀门系数，平衡阀就可做为定量调节流量的节流元件。

   在管网平衡调试时，用软管将被调试的平衡阀的测压小阀与专用智能仪表连接，仪表可显示出流经阀门的流量值（及压降值），经与仪表人机对话，向仪表输入该平衡阀处要求的流量值后，仪表通过计算、分析、得出管路系统达到水力平衡时该阀门的开度值。

减压阀的工作原理及选用

发布日期：

[2006-4-17]   共阅[263]次

   一、减压阀的工作原理

   直动式减压阀

   图14—1a所示为直动式带溢流阀的减压阀（简称溢流减压阀）的结构图。

   压力为P1的压缩空气，由左端输入经阀口10节流后，压力降为P2输出。

P2的大小可由调压弹簧2、3进行调节。

顺时针旋转旋钮1，压缩弹簧2、3及膜片5使阀芯8下移，增大阀口10的开度使P2增大。

若反时针旋转旋钮1，阀口10的开度减小，P2随之减小。

   若P1瞬时升高，P2将随之升高，使膜片气室6内压力升高，在膜片5上产生的推力相应增大，此推力破坏了原来力的平衡，使膜片5向上移动，有少部分气流经溢流孔12、排气孔11排出。

在膜片上移的同时，因复位弹簧9的作用，使阀芯8也向上移动，关小进气阀口10，节流作用加大，使输出压力下降，直至达到新的平衡为止，输出压力基本又回到原来值。

若输入压力瞬时下降，输出压力也下降、膜片5下移，阀芯8随之下移，进气阀口10开大，节流作用减小，使输出压力也基本回到原来值。

 逆时针旋转旋钮1。

使调节弹簧2、3放松，气体作用在膜片5上的推力大于调压弹簧的作用力，膜片向上曲，*复位弹簧的作用关闭进气阀口10。

再旋转旋钮1，进气阀芯8的顶端与溢流阀座4将脱开，膜片气室6中的压缩空气便经溢流孔12、排气孔11排出，使阀处于无输出状态。

   总之，溢流减压阀是*进气口的节流作用减压，*膜片上力的平衡作用和溢流孔的溢流作用稳压；调节弹簧即可使输出压力在一定范围内改变。

为防止以上溢流式减压阀徘出少量气体对周围环境的污染，可采用不带溢流阀的减压阀（即普通减压阀），其符号如图14—1c所示。

   先导式减压阀

   当减压阀的输出压力较高或通径较大时，用调压弹簧直接调压，则弹簧刚度必然过大，流量变化时，输出压力波动较大，阀的结构尺寸也将增大。

为了克服这些缺点，可采用先导式减压阀。

先导式减压阀的工作原理与直动式的基本相同。

先导式减压阀所用的调压气体，是由小型的直动式减压阀供给的。

若把小型直动式减压阀装在阀体内部，则称为内部先导式减压阀；若将小型直动式减压阀装在主阀体外部，则称为外部先导式减压阀。

  图14—2所示为内部先导式减压阀的结构图，与直动式减压阀相比，该阀增加了由喷嘴4、挡板3、固定节流孔9及气室B所组成的喷嘴挡板放大环节。

当喷嘴与挡板之间的距离发生微小变化时，就会使B室中的压力发生根明显的变化，从而引起膜片10有较大的位移，去控制阀芯6的上下移动，使进气阀口8开大或关小、提高了对阀芯控制的灵敏度，即提高了稳压精度。

   图14—3所示为外部先导式减压阀的主阀，其工作原理与直动式相同。

在主阀体外部还有一个小型直动式减压阀（图中末示出），由它来控制主阀。

此类阀适于通径在20mm以上，远距离（30m以内）、高处、危险处、调压困难的场合。

   定值器 

   定值器是一种高精度的减压阀，主要用于压力定值。

目前有两种压力规格的定值器：

其气源压力分别为0．14MPa和0．35MPa，输出压力范围分别为0—0．1MPa和0一0．25MPa。

其输出压力波动不大于最大输出压力的1％，常用于需要供给精确气源压力和信号压力的场合，如气动实验设备、气动自动装置等。

   图14—4所示为定值器的工作原理图。

它由三部分组成：

1是直动式减压阀的主闭部分；2是恒压降装置，相当于一定差减压阀。

主要作用是使喷嘴得到稳定气源流量；3是喷嘴挡板装置和调压部分，起调压和压力放大作用，利用被它放大了的气压去控制主阀部分。

    由于定值器具有调定、比较和放大的功能，因而稳压精度高。

   定值器处于非工作状态时，由气源输入的压缩空气经过滤器1过滤后进入A室和正室。

主阀芯19在弹簧20和气源压力作用下压在阀座上，使A室与B室断开。

进入A室的气流经由阀口（又称为活门）12至F室，再通过恒节流孔13降压后，分别进入G室和D室。

由于这时尚未对膜片8加力，挡板5与喷嘴4之间的间距较大，气体从喷嘴4流出时的气流阻力较小，G室及D室的气压较低，膜片3及15保持原始位置。

进入只室的微量气体主要经B室通过阀口2从排气口排出；另有一部分从输出口排空。

此时输出口无气流输出，由喷嘴流出而排空微量气体是维持喷嘴挡板装置工作所必须的，因其为无功耗气量，所以希望其耗量越小越好。

   定值器处于工作状态时，转动手柄7，压下弹簧6并推动膜片8连同挡板5一同下移、挡板5与喷嘴4的间距缩小，气流阻力增加，使G室和D室的气压升高。

膜片16在D室气压的作用下下移，将阀口2关闭，并向下推动主阀芯19，打开阀口，压缩空气经B室和H室由输出口输出。

与此同时，H室压力上升并反馈到膜片8上，当膜片8所受反馈作用力与弹簧力平衡时，定值器便输出一定压力的气体。

 当输入压力波动时，如压力上升，B室和H室气压瞬时增高、使膜片8上移，导致挡板5与喷嘴4之间的间距加大，G室和D室的气压下降。

由于B室压力增高，D室压力下降，膜片15在压差的作用下向上移动，使主阀口减小，输出压力下降，直到稳定到调定压力上。

此外，在输入压力上升时，E室压力和F室瞬时压力也上升，膜片3在上下差压的作用下上移，关小稳压阀口12。

由于节流作用加强，F室气压下降，始终保持节流孔13的前后压差恒定，故通过节流孔13的气体流量不变，使喷嘴挡板的灵敏度得到提高。

当输入压力降低时，B室和H室的压力瞬时下降，膜片8连同挡板5由于受力平衡破坏而下移，喷嘴4与挡板5间间距减小，G室和D室压力上升，膜片3和15下移。

膜片15下移使主阀口开度加大，使B室及H室气压回升，直到与调定压力平衡为止。

而膜片3下移，使稳压口12开大，F室气压上升，始终保持恒节流孔13前后压差恒定。

同理，当输出压力波动时，将与输入压力波动时得到同样的调节。

   由于定值器利用输出压力的反馈作用和喷嘴挡板的放大作用控制主阀，使其能对较小的压力变化作出反应，从而使输出压力得到及时调节，保持出口压力基本稳定，即定值稳压精度较高。

   二、减压阀的基本性能 

（1） 调压范围：

它是指减压阀输出压力P2的可调范围，在此范围内要求达到规定的精度。

调压范围主要与调压弹簧的刚度有关。

（2） 压力特性：

它是指流量g为定值时，因输入压力波动而引起输出压力波动的特性。

输出压力波动越小，减压阀的特性越好。

输出压力必须低于输入压力—定值才基本上不随输入压力变化而变化。

   （3） 流量特性：

它是指输入压力—定时，输出压力随输出流量g的变化而变化的持性。

当流量g发生变化时，输出压力的变化越小越好。

一般输出压力越低，它随输出流量的变化波动就越小。

   三、减压阀的选用

   根据使用要求选定减压阀的类型和调压精度，再根据所需最大输出流量选择其通径。

决定阀的气源压力时，应使其大于最高输出压力0．1MPa。

减压阀一般安装在分水滤气器之后，油雾器或定值器之前，并注意不要将其进、出口接反；阀不用时应把旋钮放松，以免膜片经常受压变形而影响其性能。

安全阀的工作原理

发布日期：

[2006-4-17]   共阅[222]次

  安全阀在系统中起安全保护作用。

当系统压力超过规定值时，安全阀汀开，将系统中的一部分气体排入大气，使系统压力不超过允许值，从而保证系统不因压力过高而发生事故。

安全阀又称溢流阀。

图示为安全阀的几种典型结构形式。

图a为活塞式安全阀，阀芯是一平板。

气源压力作用在活塞A上，当压力超过由弹簧力确定的安全值时，活塞A被顶开，一部分压缩空气即从阀口排入大气；当气源压力低于安全值时，弹簧驱动活塞下移，关闭阀口。

    图b和c分别为球阀式和膜片式安全阀，工作原理与活塞式完全相同。

这三种安全阀都是弹簧提供控制力，调节弹簧预紧力，即可改变安全值大小，故称之为直动式安全阀。

    图d为先导式安全阀，以小型直动阀提供控制压力作用于膜片上，膜片上硬芯就是阀芯，压在阀座上。

当气源压力A大于安全压力时，阀芯开启，压缩空气从左侧输出孔排入大气。

膜片式安全阀和先导式安全阀压力特性较好、动作灵敏；但最大开启力比较小，即流量特性较差。

实际应用时，应根据实际需要选择安全阀的类型，并根据最大排气量选择其通径。

单向阀的工作原理

发布日期：

[2006-4-17]   共阅[214]次

  如图l所示，单向阀是气流只能一个方向流动而不能反向流动的方向控制阀。

其工作原理与液压单向阀一样。

压缩空气从尸口进入，克服弹簧力和摩擦力使单向阀阀口开启，压缩空气从P流至A；当P口无压缩空气时，在弹簧力和A口（腔）余气力作用下；阀口处于关闭状 态，使从A至P气流不通。

单向阀应用于不允许气流反向流动的场合，如空压机向气罐充气 时，在空压机与气罐之间设置一单向阀，当空压机停止工作时，可防止气罐中的压缩空气回流 到空压机。

单向阀还常与节流阀、顺序阀等组合成单向节流阀、单向顺序阀使用。

单向阀的工作原理

  如图l所示，单向阀是气流只能一个方向流动而不能反向流动的方向控制阀。

其工作原理与液压单向阀一样。

压缩空气从尸口进入，克服弹簧力和摩擦力使单向阀阀口开启，压缩空气从P流至A；当P口无压缩空气时，在弹簧力和A口（腔）余气力作用下；阀口处于关闭状 态，使从A至P气流不通。

单向阀应用于不允许气流反向流动的场合，如空压机向气罐充气 时，在空压机与气罐之间设置一单向阀，当空压机停止工作时，可防止气罐中的压缩空气回流 到空压机。

单向阀还常与节流阀、顺序阀等组合成单向节流阀、单向顺序阀使用。

梭阀的工作原理

发布日期：

[2006-4-17]   共阅[151]次

   如图1所示，梭阀相当于两个单向阀组合的阀，其作用相当于“或门”。

其工作原理与梭阀相同。

梭阀有两个进气口P1和P2，一个出口A，其中P1和P2都可与A口相通、但P1和P2不相通。

P1和P2中的任一个有信号输入，A都有输出。

若P1和P2都有信号输入，则先加入侧或信号压力高侧的气信号通过A输出，另一侧则被堵死，仅当P1和P2都无信号输入时，A才无信号输出。

梭阀在气动系统中应用较广，它可将控制信号有次序地输入控制执行元件，常见的手动与自动控制的并联回路中就用到梭阀。

   如图1所示，梭阀相当于两个单向阀组合的阀，其作用相当于“或门”。

其工作原理与梭阀相同。

梭阀有两个进气口P1和P2，一个出口A，其中P1和P2都可与A口相通、但P1和P2不相通。

P1和P2中的任一个有信号输入，A都有输出。

若P1和P2都有信号输入，则先加入侧或信号压力高侧的气信号通过A输出，另一侧则被堵死，仅当P1和P2都无信号输入时，A才无信号输出。

梭阀在气动系统中应用较广，它可将控制信号有次序地输入控制执行元件，常见的手动与自动控制的并联回路中就用到梭阀。

液压控制阀---顺序阀

发布日期：

[2006-4-17]   共阅[216]次

1 工作原理：

按工作原理和结构，顺序阀分直动式和先导式两类；按压力控制方式，顺序阀有内控和外控之分。

 在顺序阀中装有单向阀，能通过反向液流的复合阀称为单向顺序阀。

一般说来，这种阀使用较多。

    2 功能及应用：

顺序阀的基本功能是控制多个执行元件的顺序动作，根据其功能的不同，分别称为顺序阀、背压阀、卸荷阀和平衡阀。

 顺序阀的性能与溢流阀基本相同，但由于功能的不同，对顺序阀还有其特殊的要求：

（1）为了使执行元件准确实现顺序动作，要求顺序阀的调压精度高，偏差小；  

（2）为了顺序动作的准确性，要求阀关闭时内泄漏量小；  

　　（3）对于单向顺序阀，要求反向压力损失及正向压力损失值均应较小。

    顺序阀的主要作用有：

（1）控制多个元件的顺序动作；  

（2）用于保压回路；  

　　（3）防止因自重引起油缸活塞自由下落而做平衡阀用；  

　　（4）用外控顺序阀做卸荷阀，使泵卸荷；  

　　（5）用内控顺序阀作背压阀。

　　3 生产顺序阀产品厂家：

国内主要是榆次液压集团有限公司、北京华德液压集团有限公司、上海立新液压件厂等。

国外有美国Vickers、德国Rexroth等厂家。

　　4 顺序阀的选用：

顺序阀根据装配结构的不同，可以实现不同的回路功能，如溢流阀、顺序阀和平衡阀的功能。

    顺序阀的启闭特性如果太差，则流量较大时一次压力过高，回路效率降低。

启闭特性带有滞环，开启压力低于闭合压力，负载流量变化时应予注意。

开启压力过低的阀，再压力低于设定压力时发生前漏，引起执行器误动作。

通过阀的流量远小于额定流量时，产生振动或其他不稳定现象。

此时要再回路上采取措施

双压阀的工作原理

发布日期：

[2006-4-17]   共阅[124]次

  如图1所示，双压阀也相当于两个单向阀的组合结构形式，其作用相当于“与门”。

它有两个输入口P1和P2、一个输出口A。

当P1和P2单独有输入时，阀芯被推向另一侧，A无输出。

只有当P1和P2同时有输入时，A才有输出。

当P1和P2输入的气压不等时，气压低的通过A输出。

双压阀在气动回路中常当“与门”元件使用。

快速排气阀的工作原理

发布日期：

[2006-4-17]   共阅[161]次

   如图1所示，它有三个阀口P、A、T、，P接气源，A接执行元件，T通大气。

当P有压缩空气输入时，推动阀芯右移、P与A通，给执行元件供气；当P无压缩空气输入时，执行元件中的气体通过A使阀芯左移，堵住P、A通路，同时打开A、T通路，气体通过T快速排出。

快速排气阀常装在换向阀和气缸之间，使气缸的排气不用通过换向阀而快速排出。

从而加快了气缸往复运动速度，缩短了工作周期。

快速排气阀的工作原理

发布日期：

[2006-4-17]   共阅[162]次

   如图1所示，它有三个阀口P、A、T、，P接气源，A接执行元件，T通大气。

当P有压缩空气输入时，推动阀芯右移、P与A通，给执行元件供气；当P无压缩空气输入时，执行元件中的气体通过A使阀芯左移，堵住P、A通路，同时打开A、T通路，气体通过T快速排出。

快速排气阀常装在换向阀和气缸之间，使气缸的排气不用通过换向阀而快速排出。

从而加快了气缸往复运动速度，缩短了工作周期。

调速阀的工作原理

发布日期：

[2006-4-17]   共阅[160]次

   如图所示,调速阀是进行了压力补偿的节流阀。

它有定差减压阀和节流阀串联而成。

节流阀前、后的压力p2和p3分别引到减压阀阀芯右、左两端，当负载压力p3增大，于是作用在减压阀芯左端的液压力增大，阀芯右移，减压口加大，压降减小，使p2也增大，从而使节流阀的压差（p2-p3）保持不变；反之亦然。

这样就是调速阀的流量恒定不变（不受负载影响）。

溢流节流阀的工作原理

发布日期：

[2006-4-17]   共阅[136]次

   如图所示，溢流节流阀也是