正確認(rèn)識(shí)和選用自力式水力平衡控制閥
〔摘要〕供熱節(jié)能是一個(gè)系統(tǒng)工程，本文針對(duì)市場(chǎng)上為解決供熱系統(tǒng)中水力失調(diào)而出現(xiàn)的各類(lèi)自力式水力平衡控制閥進(jìn)行了認(rèn)真的分析，簡(jiǎn)單介紹了各類(lèi)自力式控制閥的工作原理、適用條件、失效原因，供同行參考。
〔關(guān)鍵詞〕水力失調(diào)；自力式水力平衡控制閥；工作原理；選用。
近幾年，隨著供熱規(guī)模的日益擴(kuò)大，供熱半徑的不斷增加，系統(tǒng)中水力失調(diào)的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，所謂水力失調(diào)即系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)流經(jīng)各用戶(hù)的水量與設(shè)計(jì)水量不符，導(dǎo)致熱力工況與設(shè)計(jì)不符。
具體表現(xiàn)為熱（冷）源近端的用戶(hù)室內(nèi)溫度過(guò)（低），而遠(yuǎn)端用戶(hù)室內(nèi)溫度過(guò)低（高）。
為緩解水力失調(diào)的問(wèn)題，使用戶(hù)達(dá)到滿意的效果，傳統(tǒng)的做法是采用“大流量、小溫差”運(yùn)行，依靠增大熱網(wǎng)管徑、增大循環(huán)泵的流量，造成能源的極大浪費(fèi)，要*解決系統(tǒng)的水力失調(diào)問(wèn)題，必須做好系統(tǒng)的調(diào)節(jié)工作，zui簡(jiǎn)單有效的辦法是在系統(tǒng)中安裝動(dòng)態(tài)水力平衡元件，以實(shí)現(xiàn)供熱（冷）系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
各類(lèi)自力式水力平衡控制閥門(mén)應(yīng)運(yùn)而生，目前供熱系統(tǒng)中比較常用的主要有自力式流量控制閥和自力式壓差控制閥。
自力式流量控制閥的工作原理
自力式流量控制閥是一個(gè)雙閥組合，即由一個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥和一個(gè)自動(dòng)平衡閥組組成。
如圖1所示，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壓差△P=P2-P3恒定，對(duì)于手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組來(lái)說(shuō)，流量G=KV(P>2-P3),式中KV為手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，P2-P3為手動(dòng)調(diào)節(jié)閥兩側(cè)的壓差。
KV的大小取決于手動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(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)出口壓差的P1-P3增大，則通過(guò)感壓膜和彈簧的作用使用自動(dòng)平衡閥組關(guān)小，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，從而維持P2-P3的恒定；手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組的每一個(gè)開(kāi)大對(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。
自力式流量控制閥是一種直觀簡(jiǎn)便的流量調(diào)節(jié)控制裝置，可直接根據(jù)設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)定流量，閥門(mén)可自動(dòng)消除管線的剩余壓頭及壓力波動(dòng)對(duì)的流量影響，系統(tǒng)壓力在一定范圍內(nèi)變化可以保持設(shè)定流量不變。
自力式壓差控制閥按照安裝在供水管上或回水管上，分為供水式和回水式，二者不可互換使用。
圖2a為回水式結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2b為其安裝位置示意圖。
圖中P1為通過(guò)導(dǎo)壓管傳至感壓膜上部的外網(wǎng)供水壓力，P2為被控環(huán)路的回水壓力，P3為外網(wǎng)的回水壓力。
當(dāng)外網(wǎng)的供回水壓差P1-P3增大，則感壓膜帶動(dòng)閥瓣下移，使閥的阻力增大，P2-P3增大，從而使P1-P2（即施加于被控環(huán)路的壓差）保持不變；反之P1-P3減小，則感壓膜帶動(dòng)閥瓣上移，使閥的阻力減小，P2-P3減小，從而使P1-P3保持不變。
當(dāng)被控環(huán)路內(nèi)部的阻力發(fā)生改變，比如某一支路關(guān)斷，則環(huán)路的總阻力增大，P1-P2增大，但隨之感壓膜的受力平衡被打破，閥瓣下移，閥的阻力增大，又使P2-P3增大，P2又回升到原來(lái)的大小，即P1-P2不變。
可見(jiàn)無(wú)論是外網(wǎng)壓力出現(xiàn)波動(dòng)，還是被控環(huán)路內(nèi)部的阻力發(fā)生變化，自力式壓差控制閥均可維持施加于被控環(huán)路的壓差恒定。
兩種控制閥的性能比較及選用
（一）自力式流量控制閥的性能與應(yīng)用
1、性能特點(diǎn)
（1）自力式流量控制閥的結(jié)構(gòu)形式不分供水式和回水式，可以根據(jù)工程需要安裝在供水管或回水管上；
（2）自力式流量控制閥控制的是它所控制的系統(tǒng)的流量；
（3）自力式流量控制閥不支持它所控制的系統(tǒng)內(nèi)部的自主調(diào)節(jié)，即被控系統(tǒng)內(nèi)部自主調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部各分支流量進(jìn)行重新分配，但總流量仍保持不變；
（4）自力式流量控制閥可以在一定范圍內(nèi)吸收外網(wǎng)的壓力波動(dòng)；
（5）自力式流量控制閥能保證系統(tǒng)的水力平衡，減少調(diào)整的工作量，提高供熱（冷）質(zhì)量；
2、設(shè)計(jì)與應(yīng)用
在以下的分析中，忽略了一些影響較小的因素。
自力式流量控制閥控制的是被控系統(tǒng)的流量，可以安裝在供水管上，也可以安裝在回水管上。
從實(shí)質(zhì)上講，自力式流量控制閥控制的是閥自身的流量，被控系統(tǒng)中的各個(gè)用戶(hù)分配通過(guò)該閥的流量，閥自身的流量根據(jù)被控系統(tǒng)中的各用戶(hù)的需求確定，一旦閥的流量設(shè)定以后，當(dāng)外網(wǎng)的壓力在一定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，對(duì)被控系統(tǒng)的干擾被流量控制閥吸收，保證被控制系統(tǒng)的流量不變，但當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部某用戶(hù)進(jìn)行自主調(diào)節(jié)時(shí)，自力式流量控制閥仍然保持總流量不變，使總流量在被控系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行重新分配，其節(jié)能效果不如壓差控制閥。
注意事項(xiàng)：自力式流量控制閥是一個(gè)阻力元件，有zui小工作壓差的要求，一般產(chǎn)品要求zui小工作壓差20Kpa，當(dāng)安裝在zui不利環(huán)路上時(shí)，會(huì)造成無(wú)效的壓力損失，在選用時(shí)應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行考慮；系統(tǒng)能夠采用量調(diào)節(jié)方式運(yùn)行時(shí)，自力式流量控制閥不支持該種調(diào)節(jié)方式；自力式流量控制閥不支持被控系統(tǒng)內(nèi)用戶(hù)的自主調(diào)節(jié)。
（二）自力式壓差控制閥的性能與應(yīng)用
1、性能特點(diǎn)
（1）自力式壓差控制閥從結(jié)構(gòu)上分為供水和回水式，分別安裝在供水和回水管上，兩者不可互換；
（2）自力式壓差控制閥控制的是它所控制的系統(tǒng)的壓差；
（3）自力式壓差控制閥支持它所控制的系統(tǒng)內(nèi)部的自主調(diào)節(jié)；
（4）在一定范圍內(nèi)吸收外網(wǎng)的壓力波動(dòng)；
（5）自力式壓差控制法能保證系統(tǒng)的水力平衡，減少調(diào)整的工作量，提高供熱（冷）質(zhì)量；
2、設(shè)計(jì)應(yīng)用
在以下分析中，忽略了一些影響較小的因素
自力式壓差控制閥控制的是被控系統(tǒng)的供回水壓差，即設(shè)定△P=P2-P3=常數(shù)。
對(duì)每一個(gè)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，有對(duì)應(yīng)的流量特性系數(shù)S，根據(jù)△P=SV2,當(dāng)△P和S都是常數(shù)時(shí)，用戶(hù)的流量就是確定值，當(dāng)某個(gè)用戶(hù)進(jìn)行自主調(diào)整時(shí)，自力式壓差控制閥就會(huì)有相應(yīng)的動(dòng)作，也就是保持△P不變，其余用戶(hù)的S值不變，也就不會(huì)發(fā)生所控系統(tǒng)內(nèi)的流量在分配；在外網(wǎng)供回水壓力在一定范圍內(nèi)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，自力式壓差控制閥也會(huì)有相應(yīng)的動(dòng)作，保證△P等于設(shè)定值，進(jìn)而保證用戶(hù)按設(shè)定流量運(yùn)行。
注意事項(xiàng)：自力式壓差控制閥是一個(gè)阻力元件，當(dāng)安裝在zui不利環(huán)路上時(shí)，會(huì)造成無(wú)效的壓力損失；設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)在系統(tǒng)中的位置當(dāng)選用供水式或回水式。
失效的原因及現(xiàn)象
1、由于自力式壓差控制閥的供回水直接按的導(dǎo)壓管很細(xì)，在管網(wǎng)水質(zhì)很差的情況下，極易堵塞，不能夠采集有關(guān)信號(hào)，起不到調(diào)節(jié)壓差的作用，導(dǎo)致自力式壓差控制閥動(dòng)作失靈。
2、目前，大部分系統(tǒng)中的水質(zhì)很差，各種雜質(zhì)及漂浮物很多，經(jīng)常發(fā)生壓差閥的閥瓣被卡，無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)，造成閥后沒(méi)有流量或流量很小。
3、由于自力式壓差控制閥分供水式和回水式兩種，對(duì)于安裝于被控系統(tǒng)的供水管和回水管上，兩者不可互換。由于安裝隊(duì)伍素質(zhì)不高或工作責(zé)任心不強(qiáng)，將位置裝錯(cuò)造成自力式壓差控制閥調(diào)節(jié)失靈。
4、自力式壓差控制閥內(nèi)的膜片因橡膠老化或工作責(zé)任心不強(qiáng)，將位置裝錯(cuò)造成自力式壓差控制閥調(diào)節(jié)適量。
5、由于在供熱系統(tǒng)的末端也普遍安裝了自力式控制閥，造成局部阻力增大，導(dǎo)致進(jìn)戶(hù)流量減少，影響用戶(hù)的供熱效果。
無(wú)論是自力式流量控制閥還是自力式壓差控制閥，zui終控制的都是被控系統(tǒng)的流量，其目的是使系統(tǒng)達(dá)到水力平衡，使每個(gè)客戶(hù)得到所需要的流量，使被控系統(tǒng)有良好的熱力工況，特別是在設(shè)計(jì)供回水溫差較大的情況下，流量的變化對(duì)散熱量的影響更為明顯。
自力式流量控制閥的流量值是在試驗(yàn)臺(tái)上通過(guò)試驗(yàn)標(biāo)定的，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，當(dāng)外界的條件變化時(shí)，對(duì)流量存在較大的偏差，在實(shí)際的工作中需要重新進(jìn)行調(diào)整，一般采用超聲波流量計(jì)來(lái)進(jìn)行，但是在閥門(mén)井中.
因?yàn)榘惭b尺寸的限制，超聲波流量計(jì)測(cè)出的流量會(huì)有一定的誤差，操作也十分不便，需要的儀器和專(zhuān)業(yè)的人員，有一些規(guī)模較小的公司不具備該能力。
自力式壓差控制閥控制的是所控系統(tǒng)供回水壓差，針對(duì)不同的用戶(hù)，內(nèi)部阻力系數(shù)S值不同，相同的壓差的情況下，會(huì)存在不同的流量，我們不借助其它工具無(wú)法感知其流量，特別是在大型的系統(tǒng)中，是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行壓差的設(shè)定，所設(shè)壓差缺乏科學(xué)性。
針對(duì)上述的情況，一種帶有流量顯示功能的流量控制閥門(mén)已投入市場(chǎng)，該產(chǎn)品除具有自力式流量控制閥的控制功能外，還具有流量測(cè)量及顯示功能.
其顯示器與閥體分離，流量數(shù)據(jù)隨用隨取，顯示器全密封，具有防潮防水功能，流量測(cè)量機(jī)構(gòu)裝有防堵罩，防止雜物堵塞流量傳感器，閥體內(nèi)部的傳感器上午電源，顯示器不工作時(shí)自動(dòng)休眠，節(jié)能電能，電池設(shè)計(jì)壽命十年以上，不論顯示器工作與否，均不影響閥門(mén)的流量調(diào)節(jié)控制功能。
流量顯示功能使閥門(mén)工作情況直觀，被控系統(tǒng)的流量一目了然，使復(fù)雜的工作簡(jiǎn)單化，是供熱領(lǐng)域具有很大發(fā)展前景的一種產(chǎn)品，將會(huì)給供熱（冷）節(jié)能工作提供很大的幫助，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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