闡述了供熱系統(tǒng)中水力失調(diào)情況下自力式平衡閥的合理應(yīng)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(jié)構(gòu)。

      1 問(wèn)題的提出
 
      近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，集中供熱事業(yè)發(fā)展迅速。現(xiàn)代化的大型住宅小區(qū)及大型商貿(mào)區(qū)的建設(shè)，擴(kuò)網(wǎng)增容的現(xiàn)象十分普遍，使得供熱規(guī)模越來(lái)越大，供熱系統(tǒng)中的水力失調(diào)現(xiàn)象越來(lái)越明顯。即供熱系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，流經(jīng)各幢建筑物，各用熱設(shè)備的水量與設(shè)計(jì)水量不符，近端熱用戶流量大，而遠(yuǎn)端熱用戶的流量小，“近熱遠(yuǎn)冷”的現(xiàn)象較為嚴(yán)重?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)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(jié)果導(dǎo)致工程投資增加，運(yùn)行費(fèi)用加大，靠增加電耗和熱損失來(lái)消除水力工況失調(diào)，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(yùn)行方法。

      在大型的供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，只有安裝具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)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(diào)現(xiàn)象，確保全系統(tǒng)的供熱質(zhì)量。

      2 自力式平衡閥的原理及結(jié)構(gòu)

      自力式平衡閥就是一種具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，能使管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)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。現(xiàn)將它們的結(jié)構(gòu)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(duì)象（如一個(gè)環(huán)路、一個(gè)用戶、一臺(tái)設(shè)備等，下同）的流量恒定。

      自力式流量平衡閥從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，是一個(gè)雙閥組合，即由一個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組和自動(dòng)平衡閥組組成（見(jiàn)圖1）。手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組的作用是設(shè)定流量，自動(dòng)平衡閥組的作用是維持流量恒定。

      對(duì)于手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組來(lái)說(shuō)，流量，式中Kv為手動(dòng)調(diào)節(jié)閥口的流量系數(shù)，P2- P3為手動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥口兩側(cè)的壓差。Kv的大小取決于開(kāi)度，開(kāi)度固定，Kv即為常數(shù)，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(diào)節(jié)闊組的每一個(gè)開(kāi)度對(duì)應(yīng)一個(gè)流量，開(kāi)度和流量的關(guān)系由試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)標(biāo)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(duì)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(jié)構(gòu)和回水式結(jié)構(gòu)，二者不可互換使用。這種閥門(mén)由閥體、雙節(jié)流閥座、閥瓣、感壓膜、彈簧及壓差調(diào)整裝置組成。圖2為回水式結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a為其安裝位置示意圖。

      當(dāng)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(nèi)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。可見(jiàn)，無(wú)論是網(wǎng)路壓力出現(xiàn)波動(dòng)，還是被控對(duì)象內(nèi)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(duì)象的壓差恒定。

      3 不同的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式與自力式平衡閥的結(jié)合應(yīng)用

      （1）系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)采用集中量調(diào)節(jié)（比如水泵的變速調(diào)節(jié)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?yàn)檫@種調(diào)節(jié)是通過(guò)改變水最實(shí)現(xiàn)的，因而調(diào)節(jié)時(shí)改變了系統(tǒng)的水力工況，所以若采用自力式平衡閥，勢(shì)必造成有的閥能正常工作，但系統(tǒng)流量過(guò)大（超過(guò)此時(shí)的熱負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的流量），有的閥全開(kāi)仍達(dá)不到流量要求，有的閥因兩端壓差達(dá)不到啟動(dòng)壓差而不能正常工作，即出現(xiàn)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(tǒng)集中調(diào)節(jié)不能實(shí)現(xiàn)。

      這時(shí)若采用手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，則系統(tǒng)總流量增減時(shí)，各支路、各用戶的流量可以同比例增減，即系統(tǒng)的集中調(diào)節(jié)可以傳達(dá)至每一個(gè)末端裝置。

      （2）當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)為質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí)，可以采用自力式流量平衡閥和自力式壓差平衡閥，因?yàn)檫@種調(diào)節(jié)方式只改變供水溫度，而與系統(tǒng)的水力工況無(wú)關(guān)，即在不改變系統(tǒng)的水力工況的情況下，把調(diào)節(jié)傳達(dá)到每個(gè)用戶和設(shè)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(fù)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(nèi)擾（被控環(huán)路內(nèi)部的阻力變化），以維持施加于被控環(huán)路上壓差恒定。

      （3）當(dāng)系統(tǒng)采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)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(duì)控制流量或控制壓差進(jìn)行設(shè)定，給運(yùn)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(tǒng)內(nèi)部調(diào)節(jié)方式下的應(yīng)用

      （1）當(dāng)被控對(duì)象有內(nèi)部調(diào)節(jié)時(shí)（見(jiàn)圖3b），在一個(gè)環(huán)路入口處裝設(shè)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(diào)解，其調(diào)節(jié)量必然全部轉(zhuǎn)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(shè)自力式流量平衡閥使各支路間出現(xiàn)較大的調(diào)節(jié)干擾，環(huán)路的水力穩(wěn)定性很差。而若如圖3a所示，在環(huán)路入口處裝設(shè)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(diào)節(jié)干擾。如果環(huán)路中干管的阻力相對(duì)于支路的阻力可以忽略不計(jì)，則可把干管視為靜壓箱，各支路的調(diào)節(jié)互不干擾，即一個(gè)支路的流量調(diào)節(jié)對(duì)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(diào)節(jié)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(shè)計(jì)合理的情況下，這種干擾是微弱的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于被控環(huán)路的干管采用相對(duì)較大的管徑，且在干管上不再裝設(shè)其他閥門(mén)。盡可能減小干管的阻力，可以使各支路間的調(diào)節(jié)干擾降到最低程度，使環(huán)路具有較好的水力穩(wěn)定性。

      對(duì)于分戶熱計(jì)量的供暖系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)用熱調(diào)節(jié)的自主性，而又必須從設(shè)計(jì)上考慮盡可能減輕各用戶間的調(diào)節(jié)干擾，所以宜采用自力式壓差平衡閥。

      （2）當(dāng)被控對(duì)象無(wú)內(nèi)部調(diào)節(jié)時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部阻力不變，所以壓差恒定必然流景恒定，因而裝設(shè)自力式壓差平衡閥和裝設(shè)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(duì)象流量恒定的作用。這種情況下，二者可以互換。

      對(duì)于采用集中質(zhì)調(diào)節(jié)的供熱系統(tǒng)，一個(gè)支路上連接多個(gè)用戶，無(wú)疑在支路入口處可以裝設(shè)自力式壓差平衡閥。但如果各用戶的調(diào)節(jié)是不經(jīng)常的、無(wú)規(guī)律的以及相對(duì)于支路的總流量來(lái)說(shuō)調(diào)節(jié)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(duì)于二者均可采用的場(chǎng)合，推薦采用自力式流量平衡閥，因?yàn)榱髁科胶忾y可以直接設(shè)定和顯示流量，且無(wú)需連接導(dǎo)管。

      5 自力式平衡閥在供熱系統(tǒng)中應(yīng)用的總結(jié)

      （1）對(duì)于質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可根據(jù)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(duì)于量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)改變了系統(tǒng)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(tǒng)總流量變化時(shí)，各支路、各用戶、各末端裝置的流量同比例變化，即系統(tǒng)的集中調(diào)節(jié)可以傳達(dá)至每個(gè)末端裝置。

      （3）當(dāng)被控對(duì)象有內(nèi)部調(diào)節(jié)時(shí)，裝設(shè)自力式流量平衡閥。將使被控對(duì)象內(nèi)部的各支路間出現(xiàn)較大的調(diào)節(jié)干擾。而裝設(shè)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(duì)象內(nèi)部各支路間的調(diào)節(jié)干擾大大減弱。因而被控對(duì)象有內(nèi)部調(diào)節(jié)時(shí)，可裝設(shè)自力式壓差平衡閥，不可裝設(shè)自力式流量平衡閥。對(duì)于分戶熱計(jì)量的質(zhì)調(diào)節(jié)供暖系統(tǒng)，在一個(gè)向多戶供暖的支路入口處，宜裝設(shè)自力式壓差平衡閥。

      （4）被控對(duì)象無(wú)內(nèi)部調(diào)節(jié)時(shí)，裝設(shè)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(dāng)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(tǒng)中使用自力式平衡閥的好處

      在目前我國(guó)供熱系統(tǒng)以質(zhì)調(diào)為主的前提下，安裝使用自力式平衡閥是實(shí)現(xiàn)運(yùn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)、降低運(yùn)行成本、節(jié)約能源的有效措施，對(duì)推動(dòng)集中供熱事業(yè)的發(fā)展必然產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

      （1）在管網(wǎng)系統(tǒng)中安裝自力式平衡閥，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)后，管網(wǎng)中的阻力能自動(dòng)調(diào)整，確保設(shè)計(jì)的水泵G-H特性曲線在最佳工況下運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)電的目的。

      （2）在管網(wǎng)系統(tǒng)中安裝自力式平衡閥實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，可以有效地克服系統(tǒng)中的“近熱遠(yuǎn)冷”現(xiàn)象，真正達(dá)到熱量按需分配到熱用戶的目的，既提高了供熱質(zhì)量，還能增加供熱面積。