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闡述了供熱系統中水力失調情況下自力式平衡閥的合理應用，介紹了常見(jiàn)的自力式流量平衡閥和自力式壓差平衡閥的工作原理及其結構。

      1 問(wèn)題的提出
 
      近年來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，集中供熱事業(yè)發(fā)展迅速?，F代化的大型住宅小區及大型商貿區的建設，擴網(wǎng)增容的現象十分普遍，使得供熱規模越來(lái)越大，供熱系統中的水力失調現象越來(lái)越明顯。即供熱系統在實(shí)際運行時(shí)，流經(jīng)各幢建筑物，各用熱設備的水量與設計水量不符，近端熱用戶(hù)流量大，而遠端熱用戶(hù)的流量小，“近熱遠冷”的現象較為嚴重?，F在設計或用熱單位往往采用加大換熱器和循環(huán)水泵流量的方法來(lái)緩解矛盾。結果導致工程投資增加，運行費用加大，靠增加電耗和熱損失來(lái)消除水力工況失調，造成了在熱源供熱量相同的情況下，供水溫度提不上去，回水溫度降不下來(lái)，熱量得不到充分利用，形成了“大熱源，大流量，小溫差”的惡性運行方法。

      在大型的供熱管網(wǎng)系統中，只有安裝具有自動(dòng)調節功能，實(shí)現管網(wǎng)動(dòng)態(tài)平衡的控制元件，才能徹底解決水力工況失調現象，確保全系統的供熱質(zhì)量。

      2 自力式平衡閥的原理及結構

      自力式平衡閥就是一種具有自動(dòng)調節功能，能使管網(wǎng)實(shí)現動(dòng)態(tài)平衡的新型閥門(mén)。我們常用的有自力式流量平衡閥和自力式壓差平衡閥?，F將它們的結構和工作原理介紹如下：

      （1）自力式流量平衡閥的作用是在閥的進(jìn)出口壓差變化的情況下，維持通過(guò)閥門(mén)的流量恒定，從而維持與之串聯(lián)的被控對象（如一個(gè)環(huán)路、一個(gè)用戶(hù)、一臺設備等，下同）的流量恒定。

      自力式流量平衡閥從結構上說(shuō)，是一個(gè)雙閥組合，即由一個(gè)手動(dòng)調節閥組和自動(dòng)平衡閥組組成（見(jiàn)圖1）。手動(dòng)調節閥組的作用是設定流量，自動(dòng)平衡閥組的作用是維持流量恒定。

      對于手動(dòng)調節閥組來(lái)說(shuō)，流量，式中Kv為手動(dòng)調節閥口的流量系數，P2- P3為手動(dòng)調節閥閥口兩側的壓差。Kv的大小取決于開(kāi)度，開(kāi)度固定，Kv即為常數，那么只要P2- P3不變，則流量G不變。而P2- P3的恒定是由自動(dòng)平衡閥組控制的。比如進(jìn)出口壓差P1- P3增大，則通過(guò)感壓膜和彈簧的作用使自動(dòng)平衡閥組關(guān)小，使P1- P2增大，從而維持P2-P3的恒定；反之P1- P3減小，則自動(dòng)平衡閥組開(kāi)大，使P1- P2減小，維持P2-P3的恒定。

      手動(dòng)調節闊組的每一個(gè)開(kāi)度對應一個(gè)流量，開(kāi)度和流量的關(guān)系由試驗臺試驗標定，并配有開(kāi)度的顯示和鎖定裝置。

      （2）自力式壓差平衡閥的作用是維持施加在被控對象上的壓差恒定。自力式壓差平衡閥按照安裝在供水管還是回水管上，分為供水式結構和回水式結構，二者不可互換使用。這種閥門(mén)由閥體、雙節流閥座、閥瓣、感壓膜、彈簧及壓差調整裝置組成。圖2為回水式結構示意圖。圖3a為其安裝位置示意圖。

      當網(wǎng)路的供回水壓差P1- P3增大，則感壓膜帶動(dòng)閥瓣下移，使得P2- P3增大，從而維持P1- P2（即施加于被控制環(huán)路的壓差）恒定；反之，P1- P3減小，則閥瓣上移，P2- P3減小，使P1- P2不變。

      若P1- P3不變，而圖3a所示的環(huán)路內部阻力發(fā)生變化，比如某一支路關(guān)斷，則環(huán)路的總阻力增大，在這個(gè)瞬間P2減小，P1- P2增大；但隨之感壓膜的受力平衡被打破，閥瓣下移，壓差平衡閥的阻力增大，從而使P2又回升到原來(lái)的大小，即只P1- P2不變?？梢?jiàn)，無(wú)論是網(wǎng)路壓力出現波動(dòng)，還是被控對象內部的阻力發(fā)生變化，自力式壓差平衡閥均可維持施加于被控對象的壓差恒定。

      3 不同的運行調節方式與自力式平衡閥的結合應用

      （1）系統的運行調節采用集中量調節（比如水泵的變速調節等）時(shí)，不能采用自力式流量平衡閥和自力式壓差平衡閥。因為這種調節是通過(guò)改變水最實(shí)現的，因而調節時(shí)改變了系統的水力工況，所以若采用自力式平衡閥，勢必造成有的閥能正常工作，但系統流量過(guò)大（超過(guò)此時(shí)的熱負荷所對應的流量），有的閥全開(kāi)仍達不到流量要求，有的閥因兩端壓差達不到啟動(dòng)壓差而不能正常工作，即出現流量分配的混亂。顯然，由于自力式平衡閥的存在而造成了系統集中調節不能實(shí)現。

      這時(shí)若采用手動(dòng)調節閥，則系統總流量增減時(shí)，各支路、各用戶(hù)的流量可以同比例增減，即系統的集中調節可以傳達至每一個(gè)末端裝置。

      （2）當系統的運行調節為質(zhì)調節時(shí)，可以采用自力式流量平衡閥和自力式壓差平衡閥，因為這種調節方式只改變供水溫度，而與系統的水力工況無(wú)關(guān)，即在不改變系統的水力工況的情況下，把調節傳達到每個(gè)用戶(hù)和設備。采用自力式流量平衡閥，可以吸收網(wǎng)路的壓力波動(dòng)，維持被控負載的流量恒定。采用自力式壓差平衡閥可以吸收網(wǎng)路的壓力波動(dòng)，以及克服內擾（被控環(huán)路內部的阻力變化），以維持施加于被控環(huán)路上壓差恒定。

      （3）當系統采用分階段改變流量的質(zhì)調節時(shí)，雖然每個(gè)階段流量不變。但若采用自力式平衡閥，每個(gè)流量階段要對控制流量或控制壓差進(jìn)行設定，給運行管理帶來(lái)很大不便，所以不宜采用。

      4 自力式平衡閥在供熱系統內部調節方式下的應用

      （1）當被控對象有內部調節時(shí)（見(jiàn)圖3b），在一個(gè)環(huán)路入口處裝設自力式流量平衡閥，則環(huán)路流量恒定，那么環(huán)路中的一個(gè)支路進(jìn)行流量調解，其調節量必然全部轉移到其他支路上去。比如支路2關(guān)閉，則支路l和支路3的流量增大，兩支路的流量增量即原支路2的流量。顯然，裝設自力式流量平衡閥使各支路間出現較大的調節干擾，環(huán)路的水力穩定性很差。而若如圖3a所示，在環(huán)路入口處裝設自力式壓差平衡閥，由于可以保持環(huán)路的壓差（即P1- P2）恒定，將大大減弱各支路間的調節干擾。如果環(huán)路中干管的阻力相對于支路的阻力可以忽略不計，則可把干管視為靜壓箱，各支路的調節互不干擾，即一個(gè)支路的流量調節對另外支路的流量不產(chǎn)生影響。實(shí)際上，由于干管阻力的存在，使得各支路間的調節干擾不可避免，比如一個(gè)支路關(guān)小。其他支路的流量均將程度不同地有所增加。但在設計合理的情況下，這種干擾是微弱的。系統設計時(shí)對于被控環(huán)路的干管采用相對較大的管徑，且在干管上不再裝設其他閥門(mén)。盡可能減小干管的阻力，可以使各支路間的調節干擾降到最低程度，使環(huán)路具有較好的水力穩定性。

      對于分戶(hù)熱計量的供暖系統，強調用熱調節的自主性，而又必須從設計上考慮盡可能減輕各用戶(hù)間的調節干擾，所以宜采用自力式壓差平衡閥。

      （2）當被控對象無(wú)內部調節時(shí)，因為內部阻力不變，所以壓差恒定必然流景恒定，因而裝設自力式壓差平衡閥和裝設自力式流量平衡閥，具有同樣的效果，都可以起到吸收網(wǎng)路的壓力波動(dòng)，保持被控對象流量恒定的作用。這種情況下，二者可以互換。

      對于采用集中質(zhì)調節的供熱系統，一個(gè)支路上連接多個(gè)用戶(hù)，無(wú)疑在支路入口處可以裝設自力式壓差平衡閥。但如果各用戶(hù)的調節是不經(jīng)常的、無(wú)規律的以及相對于支路的總流量來(lái)說(shuō)調節所產(chǎn)生的影響是輕微的，則也可以把支路的流量視為恒定，采用自力式流量平衡閥。

      對于二者均可采用的場(chǎng)合，推薦采用自力式流量平衡閥，因為流量平衡閥可以直接設定和顯示流量，且無(wú)需連接導管。

      5 自力式平衡閥在供熱系統中應用的總結

      （1）對于質(zhì)調節系統可根據恒定流量和恒定壓差的需要，選用自力式流量平衡閥和自力式壓差平衡閥。

      （2）對于量調節系統，因運行調節時(shí)改變了系統的水力工況，所以不能采用自力式平衡閥和自力式壓差平衡閥。這時(shí)，若采用手動(dòng)平衡閥，系統總流量變化時(shí)，各支路、各用戶(hù)、各末端裝置的流量同比例變化，即系統的集中調節可以傳達至每個(gè)末端裝置。

      （3）當被控對象有內部調節時(shí)，裝設自力式流量平衡閥。將使被控對象內部的各支路間出現較大的調節干擾。而裝設自力式壓差平衡閥，既可吸收網(wǎng)路的壓力波動(dòng)、又可以使被控對象內部各支路間的調節干擾大大減弱。因而被控對象有內部調節時(shí)，可裝設自力式壓差平衡閥，不可裝設自力式流量平衡閥。對于分戶(hù)熱計量的質(zhì)調節供暖系統，在一個(gè)向多戶(hù)供暖的支路入口處，宜裝設自力式壓差平衡閥。

      （4）被控對象無(wú)內部調節時(shí)，裝設自力式流量平衡閥和自力式壓差平衡閥，具有相同的效果，二者可以互換。當二者均可采用時(shí)，推薦采用自力式流量平衡閥。

      6 在供熱系統中使用自力式平衡閥的好處

      在目前我國供熱系統以質(zhì)調為主的前提下，安裝使用自力式平衡閥是實(shí)現運行動(dòng)態(tài)調節、降低運行成本、節約能源的有效措施，對推動(dòng)集中供熱事業(yè)的發(fā)展必然產(chǎn)生深遠影響。

      （1）在管網(wǎng)系統中安裝自力式平衡閥，實(shí)現動(dòng)態(tài)調節后，管網(wǎng)中的阻力能自動(dòng)調整，確保設計的水泵G-H特性曲線(xiàn)在最佳工況下運行，從而達到節電的目的。

      （2）在管網(wǎng)系統中安裝自力式平衡閥實(shí)現管網(wǎng)運行動(dòng)態(tài)調節，可以有效地克服系統中的“近熱遠冷”現象，真正達到熱量按需分配到熱用戶(hù)的目的，既提高了供熱質(zhì)量，還能增加供熱面積。