正确认识和选用自力式水力平衡控制阀

〔摘要〕供热节能是一个系统工程，本文针对市场上为解决供热系统中水力失调而出现的各类自力式水力平衡控制阀进行了认真的分析，简单介绍了各类自力式控制阀的工作原理、适用条件、失效原因，供同行参考。

〔关键词〕水力失调；自力式水力平衡控制阀；工作原理；选用。

近几年，随着供热规模的日益扩大，供热半径的不断增加，系统中水力失调的现象日趋严重，所谓水力失调即系统在实际运行时流经各用户的水量与设计水量不符，导致热力工况与设计不符。

具体表现为热（冷）源近端的用户室内温度过（低），而远端用户室内温度过低（高）。

为缓解水力失调的问题，使用户达到满意的效果，传统的做法是采用“大流量、小温差”运行，依靠增大热网管径、增大循环泵的流量，造成能源的极大浪费，要*解决系统的水力失调问题，必须做好系统的调节工作，zui简单有效的办法是在系统中安装动态水力平衡元件，以实现供热（冷）系统的动态调节。

各类自力式水力平衡控制阀门应运而生，目前供热系统中比较常用的主要有自力式流量控制阀和自力式压差控制阀。

自力式流量控制阀的工作原理

自力式流量控制阀是一个双阀组合，即由一个手动调节阀和一个自动平衡阀组组成。

如图1所示，手动调节阀组的作用是设定流量，自动平衡阀组的作用是维持压差△P=P2-P3恒定，对于手动调节阀组来说，流量G=KV(P>2-P3),式中KV为手动调节阀的流量系数，P2-P3为手动调节阀两侧的压差。

KV的大小取决于手动调节阀开度，开度固定，KV即为常数。那么只要P2-P3不变，则流量G不变。而P2-P3的恒定是由自动平衡阀组控制的。

比如进出口压差的P1-P3增大，则通过感压膜和弹簧的作用使用自动平衡阀组关小，从而维持P2-P3的恒定；反之P1-P3减小，则自动平衡阀组开大，从而维持P2-P3的恒定；手动调节阀组的每一个开大对应一个流量，开度和流量的关系由试验台试验标定。

自力式流量控制阀是一种直观简便的流量调节控制装置，可直接根据设计来设定流量，阀门可自动消除管线的剩余压头及压力波动对的流量影响，系统压力在一定范围内变化可以保持设定流量不变。

自力式压差控制阀按照安装在供水管上或回水管上，分为供水式和回水式，二者不可互换使用。

图2a为回水式结构示意图。

图2b为其安装位置示意图。

图中P1为通过导压管传至感压膜上部的外网供水压力，P2为被控环路的回水压力，P3为外网的回水压力。

当外网的供回水压差P1-P3增大，则感压膜带动阀瓣下移，使阀的阻力增大，P2-P3增大，从而使P1-P2（即施加于被控环路的压差）保持不变；反之P1-P3减小，则感压膜带动阀瓣上移，使阀的阻力减小，P2-P3减小，从而使P1-P3保持不变。

当被控环路内部的阻力发生改变，比如某一支路关断，则环路的总阻力增大，P1-P2增大，但随之感压膜的受力平衡被打破，阀瓣下移，阀的阻力增大，又使P2-P3增大，P2又回升到原来的大小，即P1-P2不变。

可见无论是外网压力出现波动，还是被控环路内部的阻力发生变化，自力式压差控制阀均可维持施加于被控环路的压差恒定。

两种控制阀的性能比较及选用

（一）自力式流量控制阀的性能与应用

1、性能特点

（1）自力式流量控制阀的结构形式不分供水式和回水式，可以根据工程需要安装在供水管或回水管上；

（2）自力式流量控制阀控制的是它所控制的系统的流量；

（3）自力式流量控制阀不支持它所控制的系统内部的自主调节，即被控系统内部自主调节时，系统内部各分支流量进行重新分配，但总流量仍保持不变；

（4）自力式流量控制阀可以在一定范围内吸收外网的压力波动；

（5）自力式流量控制阀能保证系统的水力平衡，减少调整的工作量，提高供热（冷）质量；

2、设计与应用

在以下的分析中，忽略了一些影响较小的因素。

自力式流量控制阀控制的是被控系统的流量，可以安装在供水管上，也可以安装在回水管上。

从实质上讲，自力式流量控制阀控制的是阀自身的流量，被控系统中的各个用户分配通过该阀的流量，阀自身的流量根据被控系统中的各用户的需求确定，一旦阀的流量设定以后，当外网的压力在一定范围内波动时，对被控系统的干扰被流量控制阀吸收，保证被控制系统的流量不变，但当系统内部某用户进行自主调节时，自力式流量控制阀仍然保持总流量不变，使总流量在被控系统内进行重新分配，其节能效果不如压差控制阀。

注意事项：自力式流量控制阀是一个阻力元件，有zui小工作压差的要求，一般产品要求zui小工作压差20Kpa，当安装在zui不利环路上时，会造成无效的压力损失，在选用时应适当进行考虑；系统能够采用量调节方式运行时，自力式流量控制阀不支持该种调节方式；自力式流量控制阀不支持被控系统内用户的自主调节。

（二）自力式压差控制阀的性能与应用

1、性能特点

（1）自力式压差控制阀从结构上分为供水和回水式，分别安装在供水和回水管上，两者不可互换；

（2）自力式压差控制阀控制的是它所控制的系统的压差；

（3）自力式压差控制阀支持它所控制的系统内部的自主调节；

（4）在一定范围内吸收外网的压力波动；

（5）自力式压差控制法能保证系统的水力平衡，减少调整的工作量，提高供热（冷）质量；

2、设计应用

在以下分析中，忽略了一些影响较小的因素

自力式压差控制阀控制的是被控系统的供回水压差，即设定△P=P2-P3=常数。

对每一个用户来说，有对应的流量特性系数S，根据△P=SV2,当△P和S都是常数时，用户的流量就是确定值，当某个用户进行自主调整时，自力式压差控制阀就会有相应的动作，也就是保持△P不变，其余用户的S值不变，也就不会发生所控系统内的流量在分配；在外网供回水压力在一定范围内发生波动时，自力式压差控制阀也会有相应的动作，保证△P等于设定值，进而保证用户按设定流量运行。

注意事项：自力式压差控制阀是一个阻力元件，当安装在zui不利环路上时，会造成无效的压力损失；设计时需根据在系统中的位置当选用供水式或回水式。

失效的原因及现象

1、由于自力式压差控制阀的供回水直接按的导压管很细，在管网水质很差的情况下，极易堵塞，不能够采集有关信号，起不到调节压差的作用，导致自力式压差控制阀动作失灵。

2、目前，大部分系统中的水质很差，各种杂质及漂浮物很多，经常发生压差阀的阀瓣被卡，无法进行调节，造成阀后没有流量或流量很小。

3、由于自力式压差控制阀分供水式和回水式两种，对于安装于被控系统的供水管和回水管上，两者不可互换。由于安装队伍素质不高或工作责任心不强，将位置装错造成自力式压差控制阀调节失灵。

4、自力式压差控制阀内的膜片因橡胶老化或工作责任心不强，将位置装错造成自力式压差控制阀调节适量。

5、由于在供热系统的末端也普遍安装了自力式控制阀，造成局部阻力增大，导致进户流量减少，影响用户的供热效果。

无论是自力式流量控制阀还是自力式压差控制阀，zui终控制的都是被控系统的流量，其目的是使系统达到水力平衡，使每个客户得到所需要的流量，使被控系统有良好的热力工况，特别是在设计供回水温差较大的情况下，流量的变化对散热量的影响更为明显。

自力式流量控制阀的流量值是在试验台上通过试验标定的，在实际的应用过程中，当外界的条件变化时，对流量存在较大的偏差，在实际的工作中需要重新进行调整，一般采用超声波流量计来进行，但是在阀门井中.

因为安装尺寸的限制，超声波流量计测出的流量会有一定的误差，操作也十分不便，需要的仪器和专业的人员，有一些规模较小的公司不具备该能力。

自力式压差控制阀控制的是所控系统供回水压差，针对不同的用户，内部阻力系数S值不同，相同的压差的情况下，会存在不同的流量，我们不借助其它工具无法感知其流量，特别是在大型的系统中，是根据经验进行压差的设定，所设压差缺乏科学性。

针对上述的情况，一种带有流量显示功能的流量控制阀门已投入市场，该产品除具有自力式流量控制阀的控制功能外，还具有流量测量及显示功能.

其显示器与阀体分离，流量数据随用随取，显示器全密封，具有防潮防水功能，流量测量机构装有防堵罩，防止杂物堵塞流量传感器，阀体内部的传感器上午电源，显示器不工作时自动休眠，节能电能，电池设计寿命十年以上，不论显示器工作与否，均不影响阀门的流量调节控制功能。

流量显示功能使阀门工作情况直观，被控系统的流量一目了然，使复杂的工作简单化，是供热领域具有很大发展前景的一种产品，将会给供热（冷）节能工作提供很大的帮助，产生巨大的经济效益和社会效益。