自力式調(diào)節(jié)閥是一種無需外來能源，依靠被調(diào)介質(zhì)自身的壓力、溫度、流量變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的節(jié)能儀表。具有測量、執(zhí)行、控制的綜合功能。尤其適合于在無電源無氣源的場合工作。廣泛應(yīng)用于城市供熱、供暖系統(tǒng)及石油、化工、冶金、電力、輕工等工業(yè)部門的自控系統(tǒng)。 目前，由于各種因素的影響（包括工藝條件不準(zhǔn)確，計(jì)算公式及計(jì)算方法上的差異及實(shí)際工藝條件與計(jì)算時(shí)考慮的工藝條件不一致），加上不可預(yù)見的因素，往往理論上計(jì)算出的數(shù)據(jù)，選擇的產(chǎn)品不能滿足現(xiàn)場實(shí)際需要。選擇的調(diào)節(jié)閥口徑過大或過小。選擇的材料及公稱壓力不合適，同樣會(huì)造成事故和不必要的浪費(fèi)。本文將就自力式調(diào)節(jié)閥通用的選擇原則、選擇方法、流量系數(shù)計(jì)算及選擇注意事項(xiàng)等進(jìn)行闡述。
1 自力式調(diào)節(jié)閥介紹
自力式調(diào)節(jié)閥可分為自力式壓力調(diào)節(jié)閥、自力式溫度調(diào)???閥及自力式流量調(diào)節(jié)閥3種。其中自力式壓力調(diào)節(jié)閥應(yīng)用*為廣泛。
1.1 自力式壓力調(diào)節(jié)閥
根據(jù)作用形式的不同，自力式壓力調(diào)節(jié)閥又可分為直接作用式和指揮器操作式2種。指揮器操作式自力式壓力調(diào)節(jié)閥控制精度高，可比一般的直接作用式壓力調(diào)節(jié)閥高一倍左右，壓力調(diào)節(jié)范圍廣，尤其是在微壓方面，故適合在控制精度要求比較高或壓力調(diào)節(jié)設(shè)定值比較小的場合應(yīng)用。氮封裝置就是其典型應(yīng)用之一。
根據(jù)被調(diào)壓力取壓點(diǎn)的不同，又分為閥前壓力調(diào)節(jié)型（K型，用于背壓調(diào)節(jié)）和閥后壓力調(diào)節(jié)型（B型，用于減壓調(diào)節(jié)）2種。閥前壓力調(diào)節(jié)型自力式壓力調(diào)節(jié)閥，其初始位置的閥芯在關(guān)閉位置，當(dāng)閥前壓力逐漸升高，閥門逐漸打開，直至閥前壓力穩(wěn)定在要求的給定值；閥后壓力調(diào)節(jié)型自力式壓力調(diào)節(jié)閥，其初始位置的閥芯在開啟位置，當(dāng)閥后壓力逐漸升高，閥門逐漸關(guān)閉，直至閥后壓力穩(wěn)定在要求的給定值。
此外，還有一種自力式差壓（微壓）調(diào)節(jié)閥，也分為差壓上升閥開啟（K型）和差壓上升閥關(guān)閉（B型）2種形式。將自力式差壓調(diào)節(jié)閥的低壓端通大氣，即變?yōu)樽粤κ轿赫{(diào)節(jié)閥。
1.2 自力式溫度調(diào)節(jié)閥
自力式溫度調(diào)節(jié)閥是基于液體受熱體積膨脹的原理工作的。當(dāng)溫度升高時(shí)，溫包內(nèi)工作液體積急劇增大，使密封容室的壓力增高，壓迫波紋管向上移動(dòng)，推動(dòng)彈簧向上位移，從而使推桿、閥芯也向上運(yùn)動(dòng)，關(guān)小閥門，使被調(diào)介質(zhì)溫度向設(shè)定值方向靠攏，閥芯便停留在新的位置上，即閥芯的位移正比于被測溫度的變化量，形成一定的比例調(diào)節(jié)特性。
自力式溫度調(diào)節(jié)閥可分為溫度升高閥開啟（K型，用于冷卻調(diào)節(jié)）和溫度升高閥關(guān)閉（B型，用于加熱調(diào)節(jié)）2種形式。
1.3 自力式流量調(diào)節(jié)閥
自力式流量調(diào)節(jié)閥（亦稱流量限制器，或稱恒流量調(diào)節(jié)閥）是具有恒流量功能的調(diào)節(jié)閥，它是將自力式的壓差控制裝置和流量調(diào)節(jié)裝置組合而成的閥門，其工作原理：用壓差控制裝置控制并穩(wěn)定流量調(diào)節(jié)裝置前后的壓差，從而使閥門前后的壓差大于恒流啟動(dòng)值之后，通過的流量不再隨閥門前后的壓差而變化，在壓差控制的范圍內(nèi)，通過閥門某一開度的流量能夠自動(dòng)保持恒定，流量的變化只需調(diào)節(jié)閥門開度即可實(shí)現(xiàn)，與閥門前后的壓差無關(guān)。
自力式流量調(diào)節(jié)閥在城市集中供暖或中央空調(diào)的循環(huán)水管網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。
此外，自力式調(diào)節(jié)閥的閥體有單座、雙座及套筒3種形式；閥蓋有標(biāo)準(zhǔn)型、加長型和散熱型（適合溫度350~550℃工況）；執(zhí)行機(jī)構(gòu)有膜片式（普通膜片、增強(qiáng)膜片和金屬膜片）和活塞式2種。
自力式調(diào)節(jié)閥一般采用快開流量特性。
2 自力式調(diào)節(jié)閥的選擇
自力式調(diào)節(jié)閥在自控系統(tǒng)中，既是可調(diào)的節(jié)流元件，又是承受一定溫度、壓力的容器。所以在選擇時(shí)，既要考慮其適用性，又要保證**可靠。
2.1 選擇的一般原則
具體選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)被調(diào)介質(zhì)的種類、性質(zhì)、溫度、壓力及工藝要求的其他條件，遵循以下的選擇原則：閥的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、流動(dòng)性、腐蝕性、控制范圍以及嚴(yán)密性要求；閥的材料應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、腐蝕性要求；閥的額定流量系數(shù)及口徑應(yīng)能滿足工藝的流量要求；閥的允許壓差應(yīng)能滿足現(xiàn)場實(shí)際壓差的要求；閥的實(shí)際使用條件應(yīng)與計(jì)算選擇時(shí)考慮的相一致。
2.2 材料及使用溫度的選擇
選擇材料時(shí)，主要考慮材料的強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕及高溫、低溫的特性，首先應(yīng)滿足自力式調(diào)節(jié)閥的**可靠，其次是使用的性能、壽命和經(jīng)濟(jì)性。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量選擇便宜、易得的材料。一般情況下，閥體和閥蓋可選擇多種材料制造（如：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼及鑄不銹鋼）。而閥內(nèi)組件一般用不銹鋼材料制造。
2.3 公稱壓力及壓差的選擇
根據(jù)工藝介質(zhì)的*大工作壓力來選擇調(diào)節(jié)閥的公稱壓力時(shí)，必須對照工藝溫度條件綜合選擇，因?yàn)楣Q壓力是在一定基準(zhǔn)溫度下依據(jù)強(qiáng)度條件定出。一旦工作溫度超過了基準(zhǔn)溫度，其允許的*大工作壓力必定低于公稱壓力，這一點(diǎn)應(yīng)該引起足夠的重視。
除了注意選定調(diào)節(jié)閥公稱壓力外，在選用時(shí)，還應(yīng)從推力角度出發(fā)，考慮調(diào)節(jié)閥能否正常工作的問題。用特征數(shù)值表達(dá)就是允許壓差是否大于*大工作壓差。因此，在選用時(shí)，要使*大工作壓差小于閥的允許壓差。
2.4 流量系數(shù)計(jì)算
流量系數(shù)Kv（或稱流通能力），是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)。它反映流體通過調(diào)節(jié)閥的能力，亦即反映調(diào)節(jié)閥的容量。根據(jù)計(jì)算出的流量系數(shù)Kv值的大小，選擇閥的額定流量系數(shù)Kvs，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。如果選擇的額定流量系數(shù)過大，就會(huì)使調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度的情況下，影響控制質(zhì)量，引起振蕩和噪音，縮短閥的使用壽命。相反，如果選擇的額定流量系數(shù)過小，則會(huì)使調(diào)節(jié)閥的開度過大，閥門超負(fù)荷運(yùn)行，不能滿足流量要求，容易出現(xiàn)事故，造成不必要的浪費(fèi)。為了合理選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸，必須正確計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)Kv值。
調(diào)節(jié)閥的額定流量系數(shù)Kvs定義：在規(guī)定條件下，即閥的兩端壓差為100kPa，流體密度為1g/cm3時(shí)，額定行程時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量是以立方米每小時(shí)或噸每小時(shí)計(jì)的流量數(shù)。
2.4.1 液體的Kv值計(jì)算
1）非阻塞流
判別式 
（1）
流量系數(shù)計(jì)算公式
（2）
（3）
式中 FL—壓力恢復(fù)系數(shù)；
FF— 液體臨界壓力比系數(shù)；
PV— 閥入口溫度下，介質(zhì)的飽和蒸汽壓（**壓力），kPa；
Pc— 熱力學(xué)臨界壓力（**壓力），kPa；
qv— 液體流量，m3/h；
ρ— 液體密度，g/cm3；
P1— 閥前壓力（**壓力），kPa；
P2— 閥后壓力（**壓力），kPa。
2）阻塞流
判別式
（4）
流量系數(shù)計(jì)算公式
（5）
由式（5）可以看出，在阻塞流情況下，Kv值的計(jì)算公式有變化，壓差一項(xiàng)用FL2（P- FFpv）代替實(shí)際壓差P1-P2。這樣，比用實(shí)際壓差計(jì)算出的Kv值要大，即由于阻塞流的作用，使閥的流通能力不能充分發(fā)揮，必須按更大的Kv值來選擇閥的口徑，才能滿足流量的要求。
2.4.2 低雷諾數(shù)Re修正（高黏度液體Kv值計(jì)算）
液體黏度過高時(shí)，由于雷諾數(shù)下降，改變了流體的流動(dòng)狀態(tài)。在Re〈2300時(shí)，流體處于層流低速流動(dòng)，這樣按原公式計(jì)算出的Kv值就會(huì)導(dǎo)致較大的誤差，實(shí)際流通能力達(dá)不到計(jì)算值，必須進(jìn)行修正。當(dāng)液體為高黏度時(shí)，調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Kv 的計(jì)算公式為
（6）
式中 ψ—黏度修正系數(shù)，按Re查圖1求得。
關(guān)于Re在流體力學(xué)中已有論述，主要與流體性質(zhì)及流經(jīng)的管路兩方面因素有關(guān)。對于只有1個(gè)流路的自力式調(diào)節(jié)閥（如單座閥、套筒閥等），Re的計(jì)算公式為
（7）
對于只有2個(gè)平行流路的自力式調(diào)節(jié)閥（如雙座閥），Re的計(jì)算公式為
（8）
式中K'v— 不考慮黏度修正時(shí)的流量系數(shù)；
v—流體運(yùn)動(dòng)粘度，10-6m2/s。
2.4.3 氣體的Kv值計(jì)算
氣體與液體不同，它具有可壓縮性。氣體流過調(diào)節(jié)閥后，密度變小，不能再用液體公式來計(jì)算。關(guān)于氣體的Kv值計(jì)算方法，目前有閥前密度法、閥后密度法、平均密度法、壓縮系數(shù)法等多種方法。因?yàn)槠骄芏确ǖ挠?jì)算結(jié)果比較接近實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故應(yīng)用*多。這里推薦采用平均密度法來計(jì)算氣體的Kv值。
當(dāng)P2>0.5p1時(shí)
（9）
當(dāng)P2≤0.5p1時(shí)
（10）
式中qvN— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體流量，m3/h；
Pm— **壓力，kPa；
Δp— 閥前后壓差，kPa；
d — 氣體相對密度，空氣d=1；
t — 氣體溫度，℃ 。
2.4.4 蒸汽的Kv值計(jì)算
1）飽和蒸汽
當(dāng)P2>0.5p1時(shí)
（11）
當(dāng)p2≤0.5p1時(shí)
（12）
式中qv蒸— 蒸汽流量，kg/h；
K— 蒸汽修正系數(shù)，各種蒸汽的K值：水蒸汽 K=19.4，甲烷、乙烯蒸氣 K=37，氨蒸氣K=25，丙烷、丙烯蒸汽K=41.5，氟利昂11 K=68.5，丁烷、異丁烷蒸氣 K=43.5。
2）過熱水蒸汽
當(dāng)P2>0.5p1 時(shí)
（13）
當(dāng)p2≤0.5pl時(shí)
（14）
式中Δt— 水蒸汽過熱溫度，℃。
2.4.5 兩相流的Kv值計(jì)算
當(dāng)介質(zhì)為氣液兩相流時(shí)，一般采用分別計(jì)算液體的Kv液和氣體的Kv氣值，然后相加求取調(diào)節(jié)閥總Kv值。
Kv=Kv液+Kv氣
這種方法是基于兩種介質(zhì)相互獨(dú)立，互不影響的觀點(diǎn)。但實(shí)際上，隨著液相和氣相組成成分的變化，流體的狀態(tài)趨向也不同，因此，計(jì)算出的Kv值誤差較大。
2.5 調(diào)節(jié)閥的口徑選擇
2.5.1 一般的選擇步驟
根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷確定*大流量和*小流量qvmax、qvmin；根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)、壓力分配和管路損失，確定*大壓差和*小壓差Δpvmax、Δpvmin；按流量系數(shù)計(jì)算公式，求得*大流量和*小流量時(shí)的流量系數(shù)Kvmax、Kvmin；根據(jù)求出的Kvmax，在產(chǎn)品樣本中選取大于Kvmax，并*接近Kvmax的Kvs值；由計(jì)算出的Kvmax，Kvmin驗(yàn)算閥的開度（一般要求閥開度在10%~80%之間）；根據(jù)Kvmax、Kvmin計(jì)算可調(diào)比R（一般要求R=Kvmax/KVmin≤30∶1）；各項(xiàng)計(jì)算驗(yàn)證合格后，根據(jù)Kvs值，確定調(diào)節(jié)閥的口徑。
2.5.2 常用的選擇步驟
按照qvmax及Δpvmin計(jì)算出Kvmax；將Kvmax乘以（1.3~1.5），求得K'vmax（根據(jù)具體情況定）；按Kvmax選擇Kvs（查產(chǎn)品樣本），應(yīng)選擇*靠近K'vmax且大于K'vmax的Kvs值，保證Kvmax/Kvs≤0.75，按Kvs值，確定調(diào)節(jié)閥的口徑。
但是應(yīng)保證液體流速在2.5m/s以下，氣體流速在80~100m/s以下，否則易產(chǎn)生噪音。
2.5.3 自力式流量調(diào)節(jié)閥的選擇
當(dāng)介質(zhì)為液體時(shí)，自力式流量調(diào)節(jié)閥的口徑選擇將有所不同。實(shí)際上有效壓力（指調(diào)節(jié)閥節(jié)流閥板前后的壓差）下的*大流量已經(jīng)限制了自力式流量調(diào)節(jié)閥的流量值，所以在選擇閥流量時(shí)，不能按照Kv值選擇，只能按照工藝條件qvmax的大小選擇流量。
根據(jù)qvmax值的大小和系統(tǒng)壓差來選取合適的流量，然后確定Kvs值和閥的口徑。選擇時(shí)應(yīng)注意閥前后壓差應(yīng)大于有效壓力，還應(yīng)注意閥的開度。自力式流量調(diào)節(jié)閥一般多用于液體介質(zhì)的流量控制。
當(dāng)介質(zhì)為氣體時(shí)，應(yīng)保持氣體的壓力比較穩(wěn)定。在計(jì)算時(shí)，應(yīng)按Kv值選取閥的口徑。
2.6 選擇時(shí)注意事項(xiàng)
自力式調(diào)節(jié)閥主要應(yīng)用在被控參數(shù)一旦調(diào)定后，不經(jīng)常改變（調(diào)整）的場合，而被控參數(shù)經(jīng)常改變（調(diào)整）的場合，應(yīng)使用氣動(dòng)或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；自力式調(diào)節(jié)閥一般應(yīng)用在非腐蝕性工藝條件下；被控參數(shù)不應(yīng)超過或接近所選擇的調(diào)整范圍的極限值，應(yīng)留有一定裕量；自力式溫度調(diào)節(jié)閥一般用于溫度變化比較緩慢的場合，不適用于溫度急劇變化的場合；當(dāng)介質(zhì)溫度超過140℃時(shí)，在控制管線安裝隔離罐，當(dāng)介質(zhì)溫度超過200℃時(shí)，除在控制管線安裝隔離罐，還應(yīng)在控制閥與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間加裝散熱片（不同制造商的產(chǎn)品，此溫度值會(huì)有所不同）；隔離罐應(yīng)高于調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)而低于閥前后接管；對于非潔凈流體，在閥前應(yīng)安裝過濾器，一般情況下，應(yīng)將閥門倒立安裝，即控制閥在上，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在下，此種安裝方式可使其重心在下，有利于閥門的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)介質(zhì)溫度低于80℃時(shí)，閥門可以正立安裝，當(dāng)介質(zhì)溫度高于80℃時(shí)，則閥門必須倒立安裝。