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 問題的提出
 
      近年來，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)模越來越大，供熱系統(tǒng)中的水力失調(diào)現(xiàn)象越來越明顯。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。現(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，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。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，維持通過閥門的流量恒定，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，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)閥組來說，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的大小取決于開度，開度固定，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)開度對(duì)應(yīng)一個(gè)流量，開度和流量的關(guān)系由試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)標(biāo)定，并配有開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又回升到原來的大小，即只P1- P2不變。可見，無論是網(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)流量過大（超過此時(shí)的熱負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的流量），有的閥全開仍達(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。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、無規(guī)律的以及相對(duì)于支路的總流量來說調(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。