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技术文章

自动温控阀工作原理、性能特点与分类
 一、前言 
    自动温控阀是一种控制流体温度的新型阀门，又称 自力式温控阀或自动恒温阀，简称恒温阀。它依靠感温 传感器内感温材料的膨胀力来驱动阀门启闭，从而调节 进入阀门的冷、热流体流量达到控制流体出口温度的目 的。它是一种不需外接能源，而由热敏元件吸收流体的 热量并转换为机械能，使执行机构按一定的调节规律工 作的自动温度控制器。 

    二、自动温控阀工作原理、性能特点与分类

     1. 工作原理
     自动温控阀其基本结构由感温传感器自力式执行机 构和阀体组成。感温元件结构如图1所示，流体通过阀门时，位于阀体内部感温元件受热（或遇冷）→热量 通过刚性纯铜密封容器外壁使杯内感温蜡受热熔化（或冷凝）体积膨胀（或收缩）→推动横隔膜、锥形橡胶体→推动活塞→带动调节启闭件，从而调节阀门的开度。 实际结构中，一般还设计有：

                

    （1）放大机构 将活塞传递来的微小的轴向位移放 大到环向，使得对阀门的开度调节能力大大增加。
    （2）复位弹簧机构 使得感温蜡体积遇冷收缩时活 塞回位。 
    （3）温度控制设定机构 使得该阀门在使用中可根 据实际情况对控制温度进行设定和调整［1］、［2］。
     图2为单执行机构三通阀结构图、图3为两通自动恒温阀结构图，图4为适合于大流量时使用的多执行机构三通阀结构图。

                
　　

    2.自动恒温阀特点［1］、［2］ 
    相对于电动、气动、电磁温度控制阀，自动恒温阀 有如下的优点：①无需电源或压缩空气等外部动力，结 构简单，**性高。⒅温度控制精度高，工作稳定。③过温保护装置灵敏可靠，保护范围大，能确保特殊情 况下设备**运行。④比例式控制，不会引起水锤危 害。⑤适用范围广，可用于多种介质的温控场合。⑥体 积小，不怕冻，重量轻，安装方便。 

    三、自动温控阀的应用 

    广泛应用于采暖、热水供应、航天航空、电力、能 源动力、冶金、船舶等工业各种热交换设备的温度自动 控制，如压缩机、汽轮机、内燃机、齿轮箱、大型真空 泵等需要恒温润滑的机械冷却系统中及印染、纺织、食 品、皮革等行业需恒温排放流体的场合。自动温度控制 阀的工业应用有以下几个方面。
    1. 在动力机械润滑冷却系统中的应用 
    压缩机、汽轮机、内燃机等高速回转的动力机械其 轴承部位需要良好的润滑和冷却。且对于润滑油的温度 要求十分严格，油温过高或过低都会影响机器的正常运 行。实际工程中常用冷却器换热的方法来降温，但难于 控制冷却后的温度。在润滑油循环管路中安装自动温度 控制阀，将冷却后的润滑油与未经冷却的润滑油分别通 入自动温度控制阀，其出口油温将自动保证确定的*佳 油温。比如在螺杆式压缩机润滑油冷却回路的恒温系统 中，当润滑油温度保持在 42℃±5℃时才能保证良好的活性和润滑性能。自动温渡控制阀与换热器在冷却回路 中的安装如图5 所示。这种配置很好地保持了油温的稳 定，既保证油温不会过高而造成润滑油黏度下降、润滑性能降低，也避免了油温过低引起润滑油黏度过大，甚 至水份在系统内析出。根据介绍，高精度自动温控阀可 将油温控制到 42℃±5℃。



    在汽轮机、内燃机、变速器齿轮箱中的应用也是如此。目前，我国300MW以上发电机组主要采用引进设 备或技术，其中汽轮机润滑油冷却系统中皆采用自动温控阀来控制润滑油油温。机车内燃机、船用柴油发动机、V8 汽车发动机也都采用冷却器前加三通自动温控 阀的配置来控制润滑油的温度［3］。
     航空器发动机增速器齿轮箱在高速运转时的情况也 与动力机械的工况相近，故也采用三通自动温控阀的形 式来保持润滑油冷却回路的恒温。 
    2. 在液压系统冷却回路恒温系统中的应用 
    液压系统要求对其油液温度进行控制，特别是对运行中温度控制准确度要求较高的液压系统，如伺服系统、比例系统、液压元件试验台及连续运行的大型液压设备等，目前较多采用电测电控和机械组合匹配的冷却 控制即电磁水阀的方式，这种控制方式*大的缺点是控制形式属开关量控制，不能实现随系统发热量的变化而调节冷却水量，并且常因水中锈垢和混杂颗粒，造成电磁水阀阀心动作失灵、电磁铁烧坏等故障和造成水源浪 费。另一种是使用比例式冷却水控制方式即电动调节阀 的方式，与前一种方法相比，它具有能随系统发热量的 变化调节冷却水量和控制精度高的优点，但因其组成环 节多，故障率高，且目前与电动执行器组成*小的输水 阀通径都在 50mm 以上，而液压系统常用的都在 50mm 以下，因此在使用中受到限制。
    在液压系统冷却回路应用自动温控阀则具有结构简单， 动作可靠，性能稳定，无须外部动力，精度高等特点，它与冷却器组成一个闭环冷却水调节系统，是一种较为理想的液压系统冷却水调节方法。国外已经有大量新型液压系 统选用自动温控阀作为冷却水调节元件，运行情况十分理想［4］、［5］。
    3. 在生产过程中流体温度控制中的应用
    自动温控阀大量地应用在各种生产工艺流程的流体温度控制中，如印染、纺织、食品、皮革等行业需恒温排放流体的场合。 
    例如在连续铸锭生产线结晶器冷却水温度控制中的应 用：包头钢铁公司立弯式连续铸锭生产线结晶器冷却水属 于闭路软水循环系统，炽热钢液（温度大于1600℃）的初 凝是在结晶器内完成的，形成 3-8mm 坯壳（中心仍是炽热钢液），在引锭杆作用下进入扇形段，进一步喷淋固化直至拉矫机，形成*终铸坯。如果在结晶器内冷却不均匀或 成形不好，就出现拉漏、沾钢的严重后果。该系统由德国西马克公司进行基础设计，采用的就是DN500 三通自动温控阀，通过旁路回水与板式换热器的回水混合，经热平衡 达到浇铸工艺要求的温度40-45℃［6］。
     德国 L&E公司为了提高效率，降低能耗和减少污染， 在新型造纸机尤其是能源消耗*大的是造纸机的干燥部分， 其真空站冷凝器冷却水出口温度控制，采用了三通自动温 控阀，用来自动地改变冷却水的排出量而控制其排出温度， 防止热污染，并使冷却水得以充分利用。既减少了冷却水的消耗量，又能把一定温度的水送入其他工序利用，如浆 的制备等，由此又利用了热能［7］。

    四. 结束语 

    随着科技的发展，工业规模的扩大，工业生产呈现 大容量，高参数，高效低耗，低污染和高自动化的趋势，对温度控制的精度和**可靠性要求愈来愈高。自 动温控阀以其优越的性能而有着广阔的发展空间。目前，国内已经有一些企业和高校正在从事这方面的研究 和开发，这无疑有利于中国重大技术装备国产化。




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