技術(shù)文章
自動(dòng)溫控閥工作原理、性能特點(diǎn)與分類
一、前言
自動(dòng)溫控閥是一種控制流體溫度的新型閥門，又稱 自力式溫控閥或自動(dòng)恒溫閥，簡(jiǎn)稱恒溫閥。它依靠感溫 傳感器內(nèi)感溫材料的膨脹力來驅(qū)動(dòng)閥門啟閉，從而調(diào)節(jié) 進(jìn)入閥門的冷、熱流體流量達(dá)到控制流體出口溫度的目 的。它是一種不需外接能源，而由熱敏元件吸收流體的 熱量并轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律工 作的自動(dòng)溫度控制器。
二、自動(dòng)溫控閥工作原理、性能特點(diǎn)與分類
1. 工作原理
自動(dòng)溫控閥其基本結(jié)構(gòu)由感溫傳感器自力式執(zhí)行機(jī) 構(gòu)和閥體組成。感溫元件結(jié)構(gòu)如圖1所示，流體通過閥門時(shí)，位于閥體內(nèi)部感溫元件受熱（或遇冷）→熱量 通過剛性純銅密封容器外壁使杯內(nèi)感溫蠟受熱熔化（或冷凝）體積膨脹（或收縮）→推動(dòng)橫隔膜、錐形橡膠體→推動(dòng)活塞→帶動(dòng)調(diào)節(jié)啟閉件，從而調(diào)節(jié)閥門的開度。 實(shí)際結(jié)構(gòu)中，一般還設(shè)計(jì)有：
（1）放大機(jī)構(gòu) 將活塞傳遞來的微小的軸向位移放 大到環(huán)向，使得對(duì)閥門的開度調(diào)節(jié)能力大大增加。
（2）復(fù)位彈簧機(jī)構(gòu) 使得感溫蠟體積遇冷收縮時(shí)活 塞回位。
（3）溫度控制設(shè)定機(jī)構(gòu) 使得該閥門在使用中可根 據(jù)實(shí)際情況對(duì)控制溫度進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整［1］、［2］。
圖2為單執(zhí)行機(jī)構(gòu)三通閥結(jié)構(gòu)圖、圖3為兩通自動(dòng)恒溫閥結(jié)構(gòu)圖，圖4為適合于大流量時(shí)使用的多執(zhí)行機(jī)構(gòu)三通閥結(jié)構(gòu)圖。
2.自動(dòng)恒溫閥特點(diǎn)［1］、［2］
相對(duì)于電動(dòng)、氣動(dòng)、電磁溫度控制閥，自動(dòng)恒溫閥 有如下的優(yōu)點(diǎn)：①無需電源或壓縮空氣等外部動(dòng)力，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，**性高。⒅溫度控制精度高，工作穩(wěn)定。③過溫保護(hù)裝置靈敏可靠，保護(hù)范圍大，能確保特殊情 況下設(shè)備**運(yùn)行。④比例式控制，不會(huì)引起水錘危 害。⑤適用范圍廣，可用于多種介質(zhì)的溫控場(chǎng)合。⑥體 積小，不怕凍，重量輕，安裝方便。
三、自動(dòng)溫控閥的應(yīng)用
廣泛應(yīng)用于采暖、熱水供應(yīng)、航天航空、電力、能 源動(dòng)力、冶金、船舶等工業(yè)各種熱交換設(shè)備的溫度自動(dòng) 控制，如壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、齒輪箱、大型真空 泵等需要恒溫潤(rùn)滑的機(jī)械冷卻系統(tǒng)中及印染、紡織、食 品、皮革等行業(yè)需恒溫排放流體的場(chǎng)合。自動(dòng)溫度控制 閥的工業(yè)應(yīng)用有以下幾個(gè)方面。
1. 在動(dòng)力機(jī)械潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用
壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高速回轉(zhuǎn)的動(dòng)力機(jī)械其 軸承部位需要良好的潤(rùn)滑和冷卻。且對(duì)于潤(rùn)滑油的溫度 要求十分嚴(yán)格，油溫過高或過低都會(huì)影響機(jī)器的正常運(yùn) 行。實(shí)際工程中常用冷卻器換熱的方法來降溫，但難于 控制冷卻后的溫度。在潤(rùn)滑油循環(huán)管路中安裝自動(dòng)溫度 控制閥，將冷卻后的潤(rùn)滑油與未經(jīng)冷卻的潤(rùn)滑油分別通 入自動(dòng)溫度控制閥，其出口油溫將自動(dòng)保證確定的*佳 油溫。比如在螺桿式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油冷卻回路的恒溫系統(tǒng) 中，當(dāng)潤(rùn)滑油溫度保持在 42℃±5℃時(shí)才能保證良好的活性和潤(rùn)滑性能。自動(dòng)溫渡控制閥與換熱器在冷卻回路 中的安裝如圖5 所示。這種配置很好地保持了油溫的穩(wěn) 定，既保證油溫不會(huì)過高而造成潤(rùn)滑油黏度下降、潤(rùn)滑性能降低，也避免了油溫過低引起潤(rùn)滑油黏度過大，甚 至水份在系統(tǒng)內(nèi)析出。根據(jù)介紹，高精度自動(dòng)溫控閥可 將油溫控制到 42℃±5℃。
在汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、變速器齒輪箱中的應(yīng)用也是如此。目前，我國(guó)300MW以上發(fā)電機(jī)組主要采用引進(jìn)設(shè) 備或技術(shù)，其中汽輪機(jī)潤(rùn)滑油冷卻系統(tǒng)中皆采用自動(dòng)溫控閥來控制潤(rùn)滑油油溫。機(jī)車內(nèi)燃機(jī)、船用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、V8 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)也都采用冷卻器前加三通自動(dòng)溫控 閥的配置來控制潤(rùn)滑油的溫度［3］。
航空器發(fā)動(dòng)機(jī)增速器齒輪箱在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的情況也 與動(dòng)力機(jī)械的工況相近，故也采用三通自動(dòng)溫控閥的形 式來保持潤(rùn)滑油冷卻回路的恒溫。
2. 在液壓系統(tǒng)冷卻回路恒溫系統(tǒng)中的應(yīng)用
液壓系統(tǒng)要求對(duì)其油液溫度進(jìn)行控制，特別是對(duì)運(yùn)行中溫度控制準(zhǔn)確度要求較高的液壓系統(tǒng)，如伺服系統(tǒng)、比例系統(tǒng)、液壓元件試驗(yàn)臺(tái)及連續(xù)運(yùn)行的大型液壓設(shè)備等，目前較多采用電測(cè)電控和機(jī)械組合匹配的冷卻 控制即電磁水閥的方式，這種控制方式*大的缺點(diǎn)是控制形式屬開關(guān)量控制，不能實(shí)現(xiàn)隨系統(tǒng)發(fā)熱量的變化而調(diào)節(jié)冷卻水量，并且常因水中銹垢和混雜顆粒，造成電磁水閥閥心動(dòng)作失靈、電磁鐵燒壞等故障和造成水源浪 費(fèi)。另一種是使用比例式冷卻水控制方式即電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 的方式，與前一種方法相比，它具有能隨系統(tǒng)發(fā)熱量的 變化調(diào)節(jié)冷卻水量和控制精度高的優(yōu)點(diǎn)，但因其組成環(huán) 節(jié)多，故障率高，且目前與電動(dòng)執(zhí)行器組成*小的輸水 閥通徑都在 50mm 以上，而液壓系統(tǒng)常用的都在 50mm 以下，因此在使用中受到限制。
在液壓系統(tǒng)冷卻回路應(yīng)用自動(dòng)溫控閥則具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 動(dòng)作可靠，性能穩(wěn)定，無須外部動(dòng)力，精度高等特點(diǎn)，它與冷卻器組成一個(gè)閉環(huán)冷卻水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是一種較為理想的液壓系統(tǒng)冷卻水調(diào)節(jié)方法。國(guó)外已經(jīng)有大量新型液壓系 統(tǒng)選用自動(dòng)溫控閥作為冷卻水調(diào)節(jié)元件，運(yùn)行情況十分理想［4］、［5］。
3. 在生產(chǎn)過程中流體溫度控制中的應(yīng)用
自動(dòng)溫控閥大量地應(yīng)用在各種生產(chǎn)工藝流程的流體溫度控制中，如印染、紡織、食品、皮革等行業(yè)需恒溫排放流體的場(chǎng)合。
例如在連續(xù)鑄錠生產(chǎn)線結(jié)晶器冷卻水溫度控制中的應(yīng) 用：包頭鋼鐵公司立彎式連續(xù)鑄錠生產(chǎn)線結(jié)晶器冷卻水屬 于閉路軟水循環(huán)系統(tǒng)，熾熱鋼液（溫度大于1600℃）的初 凝是在結(jié)晶器內(nèi)完成的，形成 3-8mm 坯殼（中心仍是熾熱鋼液），在引錠桿作用下進(jìn)入扇形段，進(jìn)一步噴淋固化直至拉矯機(jī)，形成*終鑄坯。如果在結(jié)晶器內(nèi)冷卻不均勻或 成形不好，就出現(xiàn)拉漏、沾鋼的嚴(yán)重后果。該系統(tǒng)由德國(guó)西馬克公司進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，采用的就是DN500 三通自動(dòng)溫控閥，通過旁路回水與板式換熱器的回水混合，經(jīng)熱平衡 達(dá)到澆鑄工藝要求的溫度40-45℃［6］。
德國(guó) L&E公司為了提高效率，降低能耗和減少污染， 在新型造紙機(jī)尤其是能源消耗*大的是造紙機(jī)的干燥部分， 其真空站冷凝器冷卻水出口溫度控制，采用了三通自動(dòng)溫 控閥，用來自動(dòng)地改變冷卻水的排出量而控制其排出溫度， 防止熱污染，并使冷卻水得以充分利用。既減少了冷卻水的消耗量，又能把一定溫度的水送入其他工序利用，如漿 的制備等，由此又利用了熱能［7］。
四. 結(jié)束語(yǔ)
隨著科技的發(fā)展，工業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，工業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn) 大容量，高參數(shù)，高效低耗，低污染和高自動(dòng)化的趨勢(shì)，對(duì)溫度控制的精度和**可靠性要求愈來愈高。自 動(dòng)溫控閥以其優(yōu)越的性能而有著廣闊的發(fā)展空間。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些企業(yè)和高校正在從事這方面的研究 和開發(fā)，這無疑有利于中國(guó)重大技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化。
