0 引言

      自力式壓差控制閥能夠自動(dòng)恒定被控環(huán)路的壓差且又不需外部動(dòng)力，因而它在閉式水系統(tǒng)中的應(yīng)用日漸受到關(guān)注。但是，壓差控制閥在我國(guó)出現(xiàn)的時(shí)間不長(zhǎng)，如何正確應(yīng)用尚有許多值得研究之處，本文針對(duì)其在閉式水系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行一些探討。

      1 壓差控制閥的工作原理

      壓差控制閥分供水式結(jié)構(gòu)和回水式結(jié)構(gòu)，分別適于安裝在供水管和回水管上，二者不能互換。圖1所示為ZY47型自力式壓差控制閥的回水式結(jié)構(gòu)及其安裝圖，導(dǎo)壓管連接在供水管上。圖1中所示壓差控制閥的控制壓差為P₁－P₂。對(duì)安裝在回水管上的壓差控制閥以感壓膜為對(duì)象進(jìn)行受力分析，如圖2所示。感壓膜受力平衡時(shí)有：

      P₁＝F+P₂

      即

      △P＝P₁－P₂＝F。

      式中：

      P₁－導(dǎo)壓管與供水管連接點(diǎn)處的壓力，
      P₂－回水管上壓差閥的入口壓力，
      F  －彈簧彈力，F(xiàn)＝K△L，
      K  －彈性系數(shù)，
      △L－彈簧壓縮量。

      例如當(dāng)供水壓力P₁增加，該瞬間，回水壓力P₃不變，網(wǎng)路的供回水壓差（P₁－P₃）增大，感壓膜帶動(dòng)閥瓣下移，使此時(shí)閥門的阻力增大，（P₂－P₃）增大，即P₂增大。新平衡態(tài)時(shí)有，△P＇＝P₁＇－P₂’＝K△L’。顯然，新的平衡工況下，△L＇≠△L，所以△p＇≠△p。但是，由于彈簧的預(yù)壓縮量較大，使閥芯的行程△L＇－△L相對(duì)彈簧預(yù)壓縮量△L非常小，所以△L＇近似與△L相等，則工況變化前后壓差△P與△P＇近似相等。嚴(yán)格地講，不同開(kāi)度下，平衡態(tài)的控制壓差是不同的，但通過(guò)對(duì)彈簧剛度、預(yù)壓縮量的選擇完全可以將平衡態(tài)的控制壓差相對(duì)預(yù)設(shè)定值的偏離控制在較小范圍（如5%）之內(nèi)。對(duì)供水式結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，壓差閥也能維持被控環(huán)路的壓差恒定。

      壓差控制閥上有一個(gè)調(diào)節(jié)裝置，用來(lái)調(diào)節(jié)被控環(huán)路的壓差值。此調(diào)節(jié)裝置一經(jīng)設(shè)定，無(wú)論是網(wǎng)路壓力出現(xiàn)波動(dòng)，還是被控對(duì)象內(nèi)部的阻力發(fā)生變化，壓差控制閥都將維持被控對(duì)象上的壓差恒定^[1]。即同一口徑的壓差控制閥可以根據(jù)需要，在其控制范圍內(nèi)選擇不同的控制壓差值進(jìn)行設(shè)定。

      2 壓差控制閥在閉式水系統(tǒng)中的應(yīng)用

      2.1 壓差控制閥的作用

      2.1.1 吸收外擾的作用

      由于壓差控制閥具有自動(dòng)恒定被控環(huán)路壓差的功能，因而，無(wú)論系統(tǒng)壓力如何變化，也無(wú)論被控環(huán)路以外的支路如何調(diào)節(jié)，壓差控制閥都能維持被控環(huán)路的壓差恒定。由上述壓差控制閥工作原理的分析，可知外網(wǎng)壓力發(fā)生變化時(shí)，壓差控制閥通過(guò)調(diào)節(jié)自身的開(kāi)度，吸收外界壓力變化，改變流體通過(guò)壓差控制閥的壓差以維持被控環(huán)路上的壓差恒定，從而隔離被控環(huán)路以外的壓力變化對(duì)被控環(huán)路造成的影響。

      2.1.2 削弱內(nèi)擾的作用

      對(duì)具有多個(gè)并聯(lián)支路的環(huán)路裝設(shè)ZY47型壓差控制閥，不但可以吸收外網(wǎng)的壓力波動(dòng)，而且具有減弱被控環(huán)路內(nèi)部各支路負(fù)載間的相互影響的功能。假設(shè)A－B是水系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)路，對(duì)環(huán)路A－B裝設(shè)壓差控制閥（見(jiàn)圖3a），則當(dāng)環(huán)路的某個(gè)支路進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，如1支路閥門關(guān)小，則節(jié)點(diǎn)C、B間環(huán)路內(nèi)總阻力數(shù)增大，由于壓差控制閥能自動(dòng)恒定被控環(huán)路壓差，施加于被控環(huán)路的壓差（P_c－P_E）保持不變；由于環(huán)路內(nèi)總阻力數(shù)增大，故環(huán)路內(nèi)總流量減小。又由于支干管CD、BE的阻力數(shù)不變，所以支干管CD、BE上壓降減小，壓力曲線變緩，壓差△P_DE增大；而支干管DF、EG阻力數(shù)沒(méi)變，所以管段DF、EG內(nèi)流量增大，壓力曲線變陡。由于支路2和支路3沒(méi)有調(diào)節(jié)，阻力數(shù)不變，所以2、3支路呈一致等比失調(diào)，流量均增大（圖4a）。

      如果該環(huán)路不設(shè)壓差控制閥，而是設(shè)置一般的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥（圖3b），則當(dāng)1支路關(guān)小時(shí)，由于總阻力數(shù)增大，導(dǎo)致通過(guò)AB環(huán)路的總流量減小，AC、BE上的壓降減小，手動(dòng)調(diào)節(jié)間上的壓降也減小，導(dǎo)致施加于被控環(huán)路的壓差（P_C－P_E）增大。由于干管CD的阻力數(shù)不變，而環(huán)路內(nèi)總流量減小，所以壓差△P_CD減小，壓差△P_DE增大；支干管DF、EG的阻力數(shù)沒(méi)變，所以管段DF、EG內(nèi)流量增加，壓力曲線變陡；支路2、3支路沒(méi)有調(diào)節(jié)，阻力數(shù)也不變，2、3支路流量也增大，呈一致等比失調(diào)（圖4b）。

      從圖4明顯可以看出，當(dāng)1支路關(guān)小時(shí)，設(shè)置壓差控制閥時(shí)D、E兩節(jié)點(diǎn)間壓差△P_DE小于設(shè)置手動(dòng)調(diào)節(jié)間時(shí)的△P_DE，相應(yīng)地2、3支路的流量變化受1支路的調(diào)節(jié)影響就小些。支路的調(diào)節(jié)幅度越大，這種差別就越明顯。即壓差控制閥可以減弱被控環(huán)路內(nèi)部各支路負(fù)載間的相互影響。

      2.2 壓差控制閥的應(yīng)用

      2.2.1 壓差控制閥的在閉式水系統(tǒng)中的設(shè)置

     對(duì)于分戶熱計(jì)量的供熱系統(tǒng)，由于收費(fèi)與用熱相結(jié)合，按規(guī)范規(guī)定^[2]設(shè)計(jì)上就應(yīng)更注重用戶的自主調(diào)節(jié)性，減少用戶支路間的調(diào)節(jié)干擾，滿足用戶對(duì)流量的需求。所以，宜在具有多支路的環(huán)路上安裝壓差控制閥（圖5）。

      對(duì)各并聯(lián)支路為同程的水系統(tǒng)，由于各并聯(lián)支路的負(fù)載不可能完全相同，即使同程也未必阻力相等。若裝設(shè)壓差控制閥，可以減少環(huán)路內(nèi)各支路調(diào)節(jié)對(duì)其它支路的干擾，使同程系統(tǒng)的性能更好。所以，可以在同程的并聯(lián)環(huán)路處設(shè)置壓差控制閥（圖6）。

      對(duì)于末端設(shè)置電動(dòng)二通網(wǎng)的交流量空調(diào)水系統(tǒng)，為保證調(diào)節(jié)間具有較好的調(diào)節(jié)性能，宜采用壓差控制閥與電動(dòng)二通閥串聯(lián)裝設(shè)（圖7）。

      一般在設(shè)計(jì)中，要求調(diào)節(jié)間的閥權(quán)度不低于0.3^[3]。由于電動(dòng)閥口徑規(guī)格的限制，往往找不到流通能力恰好符合要求的口徑的電動(dòng)閥，而選用口徑偏小的達(dá)不到流量要求，一般選用流通能力大于要求的流通能力的調(diào)節(jié)閥。這樣可能造成多數(shù)時(shí)間下，電動(dòng)閥在較小的開(kāi)度下工作，使電動(dòng)問(wèn)的工作流量特性嚴(yán)重偏離其理想流量特性，導(dǎo)致控制不精確，達(dá)不到控制要求。串聯(lián)壓差控制閥可以吸收網(wǎng)路的壓力波動(dòng)和負(fù)載的變化，保證電動(dòng)間在接近全開(kāi)時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)又能恒定電動(dòng)閥上的壓差，使其閥權(quán)度大于0.3，從而使電動(dòng)閥的工作特性與理論特性接近，具有較好的調(diào)節(jié)性。

      集中采暖系統(tǒng)建筑入口資用壓差過(guò)大時(shí)，除在具有并聯(lián)支路的環(huán)路處設(shè)置壓差控制閥外，建筑入口處也可以設(shè)壓差控制閥，消耗掉一部分剩余壓差，同時(shí)維持資用壓差的恒定，這是節(jié)流孔板代替不了的。

      對(duì)于末端定水量的系統(tǒng)，可以在末端裝置處串聯(lián)壓差控制閥，當(dāng)無(wú)內(nèi)擾時(shí)，能恒定末端水流量，其作用同流量控制閥。若定水量的末端包含多個(gè)支路，顯然壓差控制閥具有流量控制閥所不能的減弱內(nèi)擾的作用，使系統(tǒng)更穩(wěn)定。

      2.2.2 控制壓差值的確定

      目前莊差控制閥的選用主要是依據(jù)廠家的資料，按照計(jì)算的和*小流量系數(shù)必須在壓差控制閥的流量系數(shù)范圍內(nèi)的原則，盡量選擇口徑與管徑接近的壓差控制閥。

      壓差控制閥的控制壓差是可以調(diào)節(jié)的。其設(shè)定值直接影響壓差控制閥在系統(tǒng)中應(yīng)用的成功與否。如果壓差控制閥的設(shè)定值小于要求值，則不能滿足控制環(huán)路流量的要求，如果控制壓差設(shè)置得過(guò)大，又會(huì)造成系統(tǒng)資源和能量的浪費(fèi)，有的還可能引起系統(tǒng)振蕩，所以控制壓差必須認(rèn)真計(jì)算確定，提交給閥門安裝人員。

      壓差控制閥設(shè)置于在有多個(gè)并聯(lián)支路的環(huán)路時(shí)，理論上，控制壓差值按照被控部分的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度滿足被控部分流量要求時(shí)的總阻力損失之和來(lái)確定；如果因施工或其它原因造成管路或設(shè)備等與設(shè)計(jì)不同，會(huì)導(dǎo)致被控部分的阻力與所計(jì)算的阻力不相同，這種情況下建議測(cè)量出流量時(shí)被控部分的實(shí)際壓差，并以此值作為被控環(huán)路的壓差值進(jìn)行設(shè)定。

      當(dāng)資用壓差較大時(shí)，可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)比摩阻法進(jìn)行水力計(jì)算，從而確定控制部分阻力損失，再乘以1.05～1.10的安全系數(shù)，并以此值作為控制壓差值。

      當(dāng)壓差控制閥串聯(lián)電動(dòng)二通閥設(shè)置時(shí)（圖7），應(yīng)按閥門流通能力C選擇電動(dòng)二通閥，C值可由（1）式計(jì)算。

      （1）

      計(jì)算C值時(shí)，△P＝0.5～0.7（P_g－P_h）（pa）^[4]，P_g、P_h（pa）分別指環(huán)路的供回水壓差；w（m³/h）指通過(guò)末端的水流量：ρs（g/cm³）指水的密度。假設(shè)所選電動(dòng)閥的流通能力為C＇，再應(yīng)用公式（1），反算出△P值即為所需確定的控制壓差值。

      當(dāng)建筑入口和環(huán)路上同時(shí)設(shè)置有壓差控制閥時(shí)；建筑入口控制壓差仍按照*不利環(huán)路的阻力損失進(jìn)行計(jì)算，被控部分內(nèi)環(huán)路壓差控制閥的壓降按照可能出現(xiàn)的壓降取值。

      3 結(jié)束語(yǔ)

      總之，在閉式水系統(tǒng)中應(yīng)用壓差控制閥；可以起到吸收網(wǎng)路外擾，削弱被控部分內(nèi)擾的作用。由于其結(jié)構(gòu)和功能的特殊，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)根據(jù)使用要求、系統(tǒng)形式來(lái)確定壓差閥的設(shè)置位置，并精確計(jì)算、設(shè)定控制壓差值。由于本文也未能詳盡各種系統(tǒng)情況，壓差控制閥的應(yīng)用值得我們今后進(jìn)一步研究和探討。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動(dòng)化儀表有限公司