自力式调节阀是一种无需外来能源，依靠被测介质自身压力或温度或流量变化，按预先设定值，进行自动调节的控制装置，是一种节能型仪表。它集控制、执行诸多功能于一身。自成1个独立的仪表控制系统。集变送器、控制器及执行机构的功能于一体。不同于一般含义上的控制阀。

     自力式调节阀有自力式压力（微压）调节阀、自力式（压差）流量调节阀、自力式温度调节阀等几类。自力式压力调节阀是其家族成员之一，由于它无需外来能源，产品结构简单，使用方便，维护工作量少等优点，特别适用于城市供热、供暧及没有供电、供气又需控制的场合。据德国报道，城市供热、供暖系统采用该产品，热效率比以前提高30%~40% 。节能效果显著。

      本文仅就自力式压力调节阀的原理、结构特性及工程应用经验进行论述。

      1 自力式压力调节阀分类及工作原理

      1.1 自力式压力调节阀的分类

      1）按阀后、阀前控制分为两类：自力式阀后（减压）控制阀；自力式阀前（泄压）控制阀。

      2）按是否带指挥器分为两大类：直接作用型自力式调节阀；指挥器操作型自力式调节阀。

      1.2 工作原理

      1）自力式阀后压力调节的工作原理。阀前压力P₁经过阀芯、阀座的节流后，变为阀后压力P₂。P₂经过管线输入上膜室内作用在顶盘上，产生的作用力与弹簧的反作用力相平衡，决定了阀芯、阀座的相对位置，控制阀后压力。当P₂增加时，P₂作用在顶盘上的作用力也随之增加。此时，顶盘上的作用力大于弹簧的反作用力，使阀芯关向阀座的位置。这时，阀芯与阀座之间的流通面积减少，流阻变大，P₂降低，直到顶盘上的作用力与弹簧反作用力相平衡为止，从而使P₂降为设定值。同理，当P₂降低时。作用方向与上述相反，这就是阀后压力调节的工作原理。 

      2）自力式阀前压力调节的工作原理同阀后压力调节的工作原理,应注意阀芯反装。 

      1.3 自力式压力调节阀与控制阀的区别

      这两类产品的区别，主要在于控制阀既需要外界能源（如电源或气源）做驱动能，又需要接受外来控制仪表信号才能改变阀内截流件相对位置，从而实现改变流体流量。而自力式压力调节阀则既不需外来能源，又不需要接受外来控制仪表信号，仅靠被调介质的压力信号，便可实现压力调节。两者区别可见图5。

      2 自力式压力调节阀的特点

      由于自力式压力调节阀没有外来驱动能源。因此该产品的操作力较小，它具有如下特点。

      1）平衡式阀芯结构，如平衡型单座。双阀芯平衡型，套筒平衡型等。

      2）快开流量特性，其阀芯为平板型。 

      3）公称通径与阀体特征：DN20~100mm（或125）。阀上设有波纹管，阀芯为单座（有的厂家产品DN20mm的没波纹管，阀芯也为单座）；公称通径大于100mm 时。阀上盖内不设波纹管，阀芯为双阀芯或套筒结构。

      4）执行机构种类推荐：设定值≤0.6MPa时，选薄膜式执行机构；设定值>0.6 MPa时，选气缸式执行机构。

      3 安装方式

      3.1 直管段的设置

      自力式压力调节阀前、后应尽量保持一定的直管段（一般为6D（管径）左右）。阀前取压点距阀的距离应大于2D；阀后取压应大于6D。阀前、后还应装有压力表，压力表应靠近取压点，以便使设定值与取压值真实一致。

      3.2 旁路系统的设置

      为保证检修及出故障时生产能继续运行，最好设置旁路系统。

      3.3 过滤器的设置

      该系统中的过滤器在工艺介质干净、没杂质的情况下，可以省略。

      当介质中有杂质或用带指挥器的自力式压力调节阀时应装过滤器，以防阻塞引压管路或指挥器、卡死气缸执行机构及阀芯等。

      注：图中虚线所示的取压法不提倡

      若限于管路安装空间或经费，可将过滤网装在阀前的截止阀上游处。取代过滤器。

      3.4 安装方式与介质、温度的关系

      1）自力式压力调节阀安装方式原则上宜采用，气体介质正立安装（执行机构在上、阀体在下），液体与蒸汽介质倒装。

      2）气体介质温度高于70℃低于140℃ 、液体介质温度高于140℃时，自力式压力调节阀除采用倒装外，还应在引压管路上加装隔离罐，并应在引压管路、隔离罐、膜头处注满冷媒，以防膜片受高温老化。

      3）气体介质温度高于70℃低于140℃时.若仍采用正立安装，应在设计文件（设备表）中注明采用高温膜片（如乙丙橡胶膜片、硅橡胶膜片等），否则会造成普通膜片老化。

      4 应用及注意事项

      4.1 适用场所的应用及注意事项

      自力式压力调节阀主要适用于没有腐蚀性且黏度低的液体、气体、蒸汽（最高温度可达300~350℃）等介质的压力控制。如轻质油品、水、水蒸汽、空气等。在设计条件提供与阀门选用时应注意以下情况。

      1）所提阀前、阀后压力及设定值条件应接近实际工艺条件。

      自力式压力调节阀对所提工艺条件的要求较一般控制阀要严谨。工艺参数确定后，不允许有较大范围的更改。由于该类产品所允许的设定值调整范围较小。一般直接作用型调节阀其设定值允许偏差为±8%、带指挥器操作型调节阀其设定值允许偏差±4%左右。若超出设定弹簧的允许调压值，为达到原设定值要求，则必须通过更换设定弹簧的办法才可实现，这需送回生产厂才能完成。

      2）选用允许压差时，应注意到该产品的允许压差值小的特点。这是由于该产品输出力小及波纹管内外允许压差小，导致允许压差较普通控制阀小，且无法像普通控制阀可通过提高供气压力来增大压差。特别在小口径时两者压差相差更大。如表1所列。

      表1 允许压差比较表

      注：Δp为允许差压。

      3）因该产品调节精度为±5%及流量特性为快开特性所致，因此只适用无外来能源和调节品质要求不高的场合。

      4）该产品不宜在往复泵出口压力—流量调节方案中使用。该方案是旁路调节法常见方法之一。在该方案选型时，应注意其压力控制回路不宜“采用直接作用式（自力式）压力调节阀”。 

      这是因为为确保自力式压力调节阀正常工作，该产品要求工艺参数确定后，不允许有较大范围的变动。若用于往复泵时，由于往复泵输出流量是周期性脉动，造成该阀在设定值附近处于周期性脉动，因而达不到稳定压力的作用，使整个控制系统无法正常工作。

      以上分析可知，自力式阀前控制阀用于往复泵出口做泄压控制是可行的方案。即该阀在设定值附近处于周期性脉动，使泵出口压力不超出设定压力值。该方案已在上海炼油厂罐装站应用多年。

      4.2 特殊介质中的应用及注意事项

      4.2.1 黏度较高的介质中的应用

      从自力式压力调节阀的原理和结构特点可知。该产品能否应用在黏度较高的介质场合，就需从下述两方面综合考虑。

      1）被调介质黏度对执行机构—引压管、指挥器、膜片的影响。为避免这方面的影响，可采取在引压管上加装隔离罐，注满隔离液，以使黏稠介质不堵塞引压管和进入到执行机构内，影响被调介质作用力的传送。

      2）被调介质黏度对阀内件及平衡元件—波纹管的影响。

      这是由于被调介质流过阀内件时，将被引入平衡压力元件—波纹管内与外，黏度过高将使其无法起到压力平衡作用。若介质在停工后易凝固也将使波纹管无法在开工后正常工作。

      上述分析，归根结底是介质黏度值的界定问题。目前，国内制造厂的产品样本未见推荐值。国外已有厂家推荐，在油和液体情况下，允许使用的介质运动黏度为600mPa?S；Samson允许的介质黏度为100mPa?s（密度0.8）。只有当两要求均满足时，才能使用。

      4.2.2 高黏度的介质不宜使用

      4.2.3 不允许泄漏的气体介质中的应用

      不允许泄漏的气体介质使用时，出于安全原因及避免贵重气体浪费因素，应考虑下述两点。

      1）填料函及其他连接处的密封性能达到标准。

      该产品应符合国家标准GB/T4123-92气动调节阀要求无渗漏现象，这一点同一般控制阀要求一样。

      2）气动执行机构的气室密封性要求要确保无渗漏。

      该产品要求比GB/T4123-92规定高，不允许渗漏。因为GB/T4123-92标准对气室的密封性规定：“气动执行机构的气室应保证气密性。在额定气源压力下，5min内薄膜气室内的压力下降不得大于2.5kPa；”

      国内该类产品鉴于没统一的产品标准，有不少产品对该项要求不严或没考虑此种气体介质使用要求，仅参照GB/T4123-92生产，这对安全生产或节约贵重原料造成不利。因此该产品不适宜用于液化气减压，若要采用，需要与制造厂详细讨论。

      4.2.4 使用在腐蚀性介质场合应慎重对待

      该产品使用在腐蚀性介质场合，与使用在黏度较高的场合一样，需要从介质对执行机构和调节机构两大部件耐腐蚀性进行双重考虑，只有两者均满足时才可使用。由此可见，它比控制阀要求更复杂，使用面更狭窄。

      为便于设计人员在腐蚀性介质场合的选用，现将执行机构与调节机构抗腐材料现状列于表2，供参考。

      以波纹管平衡型阀为例，由于目前国内波纹管的防腐蚀材料只能做到304和316。仅从调节机构上选，它将无法使用在氯气、次氯酸钠、液氯、铬酸、盐酸、硫酸、氯化锌等介质。增大了使用局限性。

      在这种介质中使用时，快捷的办法是，设计和制造单位根据工艺条件和要求及制造水平共同确认能否使用。

      自力式压力调节阀的计算同控制阀，不再赘述。

      表2 执行机构与调节机构抗腐蚀材料 

      注：1）膜片抗腐蚀性请见常用气动薄膜执行机构的膜片特性及适用范围表；
            2）金属材料的抗腐蚀性见美国仪表学会提供的抗腐蚀性材料表。

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