自力式調節閥是一種無需外來能源，依靠被調介質自身的壓力、溫度、流量變化進行自動調節的節能儀表。具有測量、執行、控制的綜合功能。尤其適合于在無電源無氣源的場合工作。廣泛應用于城市供熱、供暖系統及石油、化工、冶金、電力、輕工等工業部門的自控系統。

     關于Re在流體力學中已有論述，主要與流體性質及流經的管路兩方面因素有關。對于只有1個流路的自力式調節閥（如單座閥、套筒閥等），Re的計算公式為

                          （7）

     對于只有2個平行流路的自力式調節閥（如雙座閥），Re的計算公式為

                        （8）

      式中K''_v— 不考慮黏度修正時的流量系數；
             v—流體運動粘度，10^-6m²/s。

     2.4.3 氣體的K_v值計算

     氣體與液體不同，它具有可壓縮性。氣體流過調節閥后，密度變小，不能再用液體公式來計算。關于氣體的K_v值計算方法，目前有閥前密度法、閥后密度法、平均密度法、壓縮系數法等多種方法。因為平均密度法的計算結果比較接近實驗數據，故應用*多。這里推薦采用平均密度法來計算氣體的K_v值。

     當P₂>0.5p₁時

                （9）

     當P₂≤0.5p₁時

            （10）

      式中q_vN— 標準狀態下氣體流量，m³/h；
             P_m— 絕對壓力，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K_v值計算

      1）飽和蒸汽

     當P₂>0.5p₁時

            （11）

     當p₂≤0.5p₁時

                                           （12）

      式中q_v蒸— 蒸汽流量，kg/h；
             K— 蒸汽修正系數，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P₂>0.5p₁ 時

            （13）

     當p₂≤0.5pl時

                       （14）

      式中Δt— 水蒸汽過熱溫度，℃。

     2.4.5 兩相流的Kv值計算

     當介質為氣液兩相流時，一般采用分別計算液體的K_v液和氣體的K_v氣值，然后相加求取調節閥總K_v值。

     K_v=K_v液+K_v氣

     這種方法是基于兩種介質相互獨立，互不影響的觀點。但實際上，隨著液相和氣相組成成分的變化，流體的狀態趨向也不同，因此，計算出的K_v值誤差較大。

     2.5 調節閥的口徑選擇

     2.5.1 一般的選擇步驟

     根據生產能力、設備負荷確定流量和*小流量q_vmax、q_vmin；根據系統特點、壓力分配和管路損失，確定壓差和*小壓差Δp_vmax、Δp_vmin；按流量系數計算公式，求得流量和*小流量時的流量系數K_vmax、K_vmin；根據求出的K_vmax，在產品樣本中選取大于K_vmax，并*接近K_vmax的K_vs值；由計算出的K_vmax，K_vmin驗算閥的開度（一般要求閥開度在10%~80%之間）；根據K_vmax、K_vmin計算可調比R（一般要求R=K_vmax/K_Vmin≤30∶1）；各項計算驗證合格后，根據K_vs值，確定調節閥的口徑。

     2.5.2 常用的選擇步驟

     按照q_vmax及Δp_vmin計算出K_vmax；將K_vmax乘以（1.3~1.5），求得K''_vmax（根據具體情況定）；按K_vmax選擇K_vs（查產品樣本），應選擇*靠近K''_vmax且大于K''_vmax的K_vs值，保證K_vmax/K_vs≤0.75，按K_vs值，確定調節閥的口徑。

     但是應保證液體流速在2.5m/s以下，氣體流速在80~100m/s以下，否則易產生噪音。

     2.5.3 自力式流量調節閥的選擇

     當介質為液體時，自力式流量調節閥的口徑選擇將有所不同。實際上有效壓力（指調節閥節流閥板前后的壓差）下的流量已經限制了自力式流量調節閥的流量值，所以在選擇閥流量時，不能按照K_v值選擇，只能按照工藝條件q_vmax的大小選擇流量。

     根據q_vmax值的大小和系統壓差來選取合適的流量，然后確定K_vs值和閥的口徑。選擇時應注意閥前后壓差應大于有效壓力，還應注意閥的開度。自力式流量調節閥一般多用于液體介質的流量控制。

     當介質為氣體時，應保持氣體的壓力比較穩定。在計算時，應按K_v值選取閥的口徑。

     2.6 選擇時注意事項

     自力式調節閥主要應用在被控參數一旦調定后，不經常改變（調整）的場合，而被控參數經常改變（調整）的場合，應使用氣動或電動調節閥；自力式調節閥一般應用在非腐蝕性工藝條件下；被控參數不應超過或接近所選擇的調整范圍的極限值，應留有一定裕量；自力式溫度調節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；當介質溫度超過140℃時，在控制管線安裝隔離罐，當介質溫度超過200℃時，除在控制管線安裝隔離罐，還應在控制閥與執行機構之間加裝散熱片（不同制造商的產品，此溫度值會有所不同）；隔離罐應高于調節閥的執行機構而低于閥前后接管；對于非潔凈流體，在閥前應安裝過濾器，一般情況下，應將閥門倒立安裝，即控制閥在上，執行機構在下，此種安裝方式可使其重心在下，有利于閥門的穩定運行。當介質溫度低于80℃時，閥門可以正立安裝，當介質溫度高于80℃時，則閥門必須倒立安裝。

     目前，由于各種因素的影響（包括工藝條件不準確，計算公式及計算方法上的差異及實際工藝條件與計算時考慮的工藝條件不一致），加上不可預見的因素，往往理論上計算出的數據，選擇的產品不能滿足現場實際需要。選擇的調節閥口徑過大或過小。選擇的材料及公稱壓力不合適，同樣會造成事故和不必要的浪費。本文將就自力式調節閥通用的選擇原則、選擇方法、流量系數計算及選擇注意事項等進行闡述。

      1 自力式調節閥介紹

     自力式調節閥可分為自力式壓力調節閥、自力式溫度調節閥及自力式流量調節閥3種。其中自力式壓力調節閥應用*為廣泛。

      1.1 自力式壓力調節閥

     根據作用形式的不同，自力式壓力調節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節閥控制精度高，可比一般的直接作用式壓力調節閥高一倍左右，壓力調節范圍廣，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節設定值比較小的場合應用。氮封裝置就是其典型應用。

     根據被調壓力取壓點的不同，又分為閥前壓力調節型（K型，用于背壓調節）和閥后壓力調節型（B型，用于減壓調節）2種。閥前壓力調節型自力式壓力調節閥，其初始位置的閥芯在關閉位置，當閥前壓力逐漸升高，閥門逐漸打開，直至閥前壓力穩定在要求的給定值；閥后壓力調節型自力式壓力調節閥，其初始位置的閥芯在開啟位置，當閥后壓力逐漸升高，閥門逐漸關閉，直至閥后壓力穩定在要求的給定值。

     此外，還有一種自力式差壓（微壓）調節閥，也分為差壓上升閥開啟（K型）和差壓上升閥關閉（B型）2種形式。將自力式差壓調節閥的低壓端通大氣，即變為自力式微壓調節閥。

      1.2 自力式溫度調節閥

     自力式溫度調節閥是基于液體受熱體積膨脹的原理工作的。當溫度升高時，溫包內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，推動彈簧向上位移，從而使推桿、閥芯也向上運動，關小閥門，使被調介質溫度向設定值方向靠攏，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，形成一定的比例調節特性。

     自力式溫度調節閥可分為溫度升高閥開啟（K型，用于冷卻調節）和溫度升高閥關閉（B型，用于加熱調節）2種形式。

      1.3 自力式流量調節閥

     自力式流量調節閥（亦稱流量限制器，或稱恒流量調節閥）是具有恒流量功能的調節閥，它是將自力式的壓差控制裝置和流量調節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定流量調節裝置前后的壓差，從而使閥門前后的壓差大于恒流啟動值之后，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，通過閥門某一開度的流量能夠自動保持恒定，流量的變化只需調節閥門開度即可實現，與閥門前后的壓差無關。

     自力式流量調節閥在城市集中供暖或中央空調的循環水管網系統中應用廣泛。

     此外，自力式調節閥的閥體有單座、雙座及套筒3種形式；閥蓋有標準型、加長型和散熱型（適合溫度350~550℃工況）；執行機構有膜片式（普通膜片、增強膜片和金屬膜片）和活塞式2種。

     自力式調節閥一般采用快開流量特性。

      2 自力式調節閥的選擇

     自力式調節閥在自控系統中，既是可調的節流元件，又是承受一定溫度、壓力的容器。所以在選擇時，既要考慮其適用性，又要保證安全可靠。

      2.1 選擇的一般原則

     具體選擇時，應根據被調介質的種類、性質、溫度、壓力及工藝要求的其他條件，遵循以下的選擇原則：閥的結構形式應能滿足介質溫度、壓力、流動性、腐蝕性、控制范圍以及嚴密性要求；閥的材料應能滿足介質溫度、壓力、腐蝕性要求；閥的額定流量系數及口徑應能滿足工藝的流量要求；閥的允許壓差應能滿足現場實際壓差的要求；閥的實際使用條件應與計算選擇時考慮的相一致。

      2.2 材料及使用溫度的選擇

     選擇材料時，主要考慮材料的強度、硬度、耐腐蝕及高溫、低溫的特性，首先應滿足自力式調節閥的安全可靠，其次是使用的性能、壽命和經濟性。在滿足使用要求的前提下，應盡量選擇便宜、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

     根據工藝介質的工作壓力來選擇調節閥的公稱壓力時，必須對照工藝溫度條件綜合選擇，因為公稱壓力是在一定基準溫度下依據強度條件定出。一旦工作溫度超過了基準溫度，其允許的工作壓力必定低于公稱壓力，這一點應該引起足夠的重視。

     除了注意選定調節閥公稱壓力外，在選用時，還應從推力角度出發，考慮調節閥能否正常工作的問題。用特征數值表達就是允許壓差是否大于工作壓差。因此，在選用時，要使工作壓差小于閥的允許壓差。

      2.4 流量系數計算

     流量系數K_v（或稱流通能力），是調節閥的重要參數。它反映流體通過調節閥的能力，亦即反映調節閥的容量。根據計算出的流量系數K_v值的大小，選擇閥的額定流量系數K_vs，就可以確定調節閥的公稱通徑。如果選擇的額定流量系數過大，就會使調節閥經常工作在小開度的情況下，影響控制質量，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過小，則會使調節閥的開度過大，閥門超負荷運行，不能滿足流量要求，容易出現事故，造成不必要的浪費。為了合理選擇調節閥的尺寸，必須正確計算調節閥的流量系數K_v值。

     調節閥的額定流量系數K_vs定義：在規定條件下，即閥的兩端壓差為100kPa，流體密度為1g/cm³時，額定行程時流經調節閥的流量是以立方米每小時或噸每小時計的流量數。

      2.4.1 液體的Kv值計算

      1）非阻塞流

     判別式          （1）

     流量系數計算公式

                        （2）

                 （3）

      式中 F_L—壓力恢復系數；
            F_F— 液體臨界壓力比系數；
            P_V— 閥入口溫度下，介質的飽和蒸汽壓（絕對壓力），kPa；
             P_c— 熱力學臨界壓力（絕對壓力），kPa；
             q_v— 液體流量，m³/h；
            ρ— 液體密度，g/cm³；
            P₁— 閥前壓力（絕對壓力），kPa；
             P₂— 閥后壓力（絕對壓力），kPa。

      2）阻塞流

      判別式         （4）

      流量系數計算公式

            （5）

     由式（5）可以看出，在阻塞流情況下，K_v值的計算公式有變化，壓差一項用F_L²（P- F_Fp_v）代替實際壓差P₁-P₂。這樣，比用實際壓差計算出的K_v值要大，即由于阻塞流的作用，使閥的流通能力不能充分發揮，必須按更大的K_v值來選擇閥的口徑，才能滿足流量的要求。

      2.4.2 低雷諾數Re修正（高黏度液體K_v值計算）

     液體黏度過高時，由于雷諾數下降，改變了流體的流動狀態。在Re〈2300時，流體處于層流低速流動，這樣按原公式計算出的K_v值就會導致較大的誤差，實際流通能力達不到計算值，必須進行修正。當液體為高黏度時，調節閥流量系數K_v 的計算公式為

                 （6）

      式中 ψ—黏度修正系數，按Re查圖1求得。