浅谈自力式阻力平衡阀在集中供热系统中的平衡调节作用

张淑民 秦志刚

河南煤化集团鹤煤公司（453030）

在热用户的入口处，安装具有可调性的水力平衡元件，是目前解决集中供热系统中水利失调问题的常规做法，成为供热工程设计、施工、运行中的一项基本措施。

1 供热系统运行调节方式

可调性的水力元件主要有平衡阀、自力式流量控制阀、自力式压差控制阀。供热运行的初期，通过水力平衡元件对各个热用户实际所需循环流量的调整，达到各个热用户循环流量“按需分配”，即实现所谓的热网平衡。这种供热管网的调节叫做初调节。初调节的目的是使整个供热系统中各个热用户实现流量的平衡，进而达到热量的平衡，即实现热用户室内温度一致，但并不能保证各个热用户在整个供热期间不同室外温度情况下，都能达到室内设计温度要求。要达到这个目的，还要在整体平衡的基础上，根据每天室外温度变化情况，在供热运行过程中进行整体的流量、热量调节，即运行调节。

2 初调节的方法

2.1 近似阻力平衡调节

以各个支线、用户的阻力平衡为目标，通过安装平衡阀、手动调节阀进行支线调节、热用户调节，以达到各个热用户环路的阻力平衡，从而实现流量的平衡。实际调节时，每调节一个用户阀门，都会由于热网并联用户间的相互耦合作用,全网总流量、各用户流量及分配比例均发生改变，产生振荡。因此，其调节性能很差,对于大一些的热网很难达到平衡。这种调节方法仅对于小规模的热网系统，通过与超声波流量仪配合使用,经过反复多次的调节，可以达到一定的平衡效果。且设备投资抵，无安装方面的限制，操作简单。但调节过程需要反复多次，才能达到一定的平衡效果，而且每一次调解过程需要很长的一段时间。

2.2 量化流量平衡调节

以热用户（每个楼或每一个住户）的流量平衡为目标，通过安装使用自力式流量控制阀，根据热用户的供热面积或热负荷计算出实际需要的流量，并在自力式流量控制阀上设定好，自力式流量控制阀会根据管网的压力变动情况，自动保持所设定的流量恒定不变,从而实现各个热用户的流量平衡。自力式流量控制阀最大的特点就是在调解某一用户的过程中，其他的热用户流量不会产生变化，没有相互之间的耦合现象，亦不会引起其他用户流量振荡，所以，调节性能好，稳定性好。由于调节后各个热用户的流量都有一个具体的数量，并以流量为调整的目标,因此笔者将其称为量化流量平衡调节。优点是调节过程简便，平衡效果好，大小规模热网都能胜任；缺点是由于属于流量的平衡，因此，流量调节平衡之后，热网必须在恒流量状态下运行，而循环泵的流量不能再改变,否则会出现新的水利失调。

2.3 用户主动变流量调节

这种供热系统是伴随热计量由欧洲引进的，它以热计量为目标，在热用户的入口安装自力式差压控制阀，同时在热用户室内每组散热器前安装自动温控阀。由于自动温控阀对于进出口的压差有一定的要求,也为了避免某些热用户温控阀自动调节时，引起其他热用户流量的变化，因此，在热用户的入口处加装自力式差压控制阀与温控阀配套，从而实现单个热用户调节时不会引起其他热用户的流量变化。这种系统原理上不需要供热单位人为的调节，而由住户根据自己房间的温度，通过设定温控阀开度，由温控阀根据室内温度的变化进行自动的调节，而整个系统是变流量运行的，因此，将其称为用户主动变流量系统。这种调节方法适应于有热计量自动化程度高的用户。缺点是造价高昂，对设备、人员的技术水平要求高，适合产权单一的单位、别墅、私人建筑的热计量收费系统的供热，不适合普通民用住宅。

2.4 微机自控调节

主要应用于一次热网的调节。主要元件是电动调节阀、温度传感器、压力传感器、流量传感器、电动执行器及相应控制软件。

1）热网上各热力站单独控制

热力站根据测出的室外温度和设定的供水温度对比，与供水温度不符时，调整一次侧的电动调节阀门，以改变流过水一水热交换器的一次侧水流量。从而使二次侧热交换器出口水温达到设定值。从原理上讲，只要给出合理的室外温度与二次网供水温度之间的关系式，设计好电动调节阀门的调节算法,是能够使用户侧采暖建筑达到供暖要求的。但从整个热网看,由于各热力站与热网皆为并联连接，热力站之间存在相互的耦合作用，某一个站阀门有动作,其余的热力站的电动阀门都将随之动作，总热网及各热力站之间将产生较长时间振荡现象，尤其是当室外温度变化较大，热负荷变化较大，而热源调整又不及时的时候，这种振荡会非常严重甚至导致系统不能工作。

2）热网上各热力站采用质调节

对各个热力站供水阀门的调节是以各个热力站彼此间流量平衡为目标，实行中央控制，即通过计算机网络将各热力站的现场控制机连在一起，测量出各热力站二次网侧供回水温度，计算全网调均匀后的供回水平均温度值，将此值送到各热力站作为设定值进行具体的调节。还有一种情况是根据热源的总流量，按各个热力站所需热量的比例，进行热力站流量的分配。这种均匀调节一般不会导致系统大幅度振荡。随着室外气温的变化，各热力站热负荷同步升高或降低，各热力站之间热负荷分配比例及水流量分配比例基本不变。因此系统一旦调匀，就基本能够保持平衡状态，不需随室外温度变化进行流量调节，阀门动作不频繁。各种运行数据可以实时采集，节省人力，便于对供热状况进行分析。缺点是投资昂贵，运行效果受多方面因素影响，从国内实际应用情况看，有成功的，也有不少不成功的。

3）量化的阻力平衡调节

量化的阻力平衡调节也可以叫做热源主动变流量调节。和自力式流量控制阀一样，在每个热用户的入口，安装一种自力式阻力平衡阀，根据每个热用户的计算流量，先进行流量的平衡，在此基础上，再进行各个热用户的阻力平衡，阻力平衡完成之后,我们就能知道每一个热用户环路的阻力系数、压头是多少，富裕压头是多少，循环泵不同流量下每个热用户的实际流量是多少。这种方法吸取了近似阻力平衡调节法和量化流量平衡调节法的优点，弥补了二者的缺点。因为这种方法平衡的目标是各个热用户循环环路的阻力，而热用户的阻力平衡是自动完成的，因此，将其称为自力式阻力平衡调节。调节过程比近似阻力平衡调节法简单，可以和变速循环水泵实现无缝对接，进行变流量运行，实现最大限度的节能，可以比较准确地计算出热用户的流量、压降、阻力系数的具体数据，便于实现更细致的量化运行管理。但调节过程比量化流量平衡调节法复杂。

3 自力式阻力平衡阀

近似阻力平衡调节法中采用的平衡阀、调节阀一类调节产品，虽然价格便宜，但对大一些的管网平衡效果很差；量化流量平衡调节法中使用的自力式流量控制阀价格适中，但只适用于定流量质调节运行，不能最大限度的节省循环泵的电能；适用于热计量供热的用户主动变流量调节法中使用的自力式差压控制阀和温控阀，投资过高，不适用于既有的供热建筑；微机自控调节系统，只适用于一次网，同时投资也很高。

自力式阻力平衡阀具有自力式流量控制阀平衡效果好的优点，同时吸取平衡阀之长弥补自力式流量控制阀之短，可以实现变流量运行。既适用于一次网，又适用于二次网。其具有以下特点:

1）对于一个水力元件、管段来讲，只要它的具体结构不发生变化，其所通过的流量的平方和两端的压差呈正比关系。

2）并联管段中各分支管的阻力状况不变时，即供热系统中各热用户的阻力系数不变时，网路总流量增加多少倍或减少多少倍，并联管段中各分支管段即供热系统中各热用户的流量也相应增加多少倍或减少多少倍。

3）当并联管段中任一分支管段的阻力状况发生变化时，网路总阻力系数必然随着变化，且网路总流量在各分支管段中的分配比例也相应地发生变化。

热网经初调节达到阻力平衡之后，管网上各支线、各用户阀门不再操作，其开度固定不变，热网总流量再增减变化多少，网上各用户流量也按相同的比例增减变化多少，而不会改变原来的平衡状态。

自力式阻力平衡阀保留了自力式流量控制阀的自动调节孔板、压差自动平衡机构、手动调节孔板、压力控制反馈管路、设定流量的刻度标尺等结构基础上，增加了锁定装置和压力检测孔。不使用锁定装置时本阀与自力式流量控制阀功能完全相同，具有恒定流量的功能。在热网初调节阶段，锁定装置完全打开，按自力式流量控制阀的调节方法进行调节，热用户的流量很快达到平衡状态，发挥了自力式流量控制阀在热网平衡控制上的优势。然后启动锁定装置，该阀变成了一个具有变流量性能的平衡阀。由于各个热用户平衡了，循环泵再进行变速时，各用户流量将成等比例的变化，依然保持平衡状态。自力式流量控制阀的定流量和平衡法的变流量，两种功能可以根据具体需要进行转换。测压检测孔用来测量阀的进出口压力，并根据定流量状态下的实际流量，计算出相应状态下的阻力和阻力系数，这个性能对于设计人员进行水力平衡计算和运行人员分析运行中的压力、流量、阻力情况提供了简便准确的工具。

4 结论

自力式阻力平衡阀，既克服了近似阻力平衡调节法中以平衡阀为代表的各种水力调节元件在初调节中热网难于平衡这一劣势；又克服了量化流量平衡调节法中采用自力式流量控制阀调节的热网只能按定流量的质调节方式运行，热网循环泵不能充分节能的劣势。这种以自力式阻力平衡阀为调节工具，以热网的阻力平衡为目标，以既节热又节电的质量并调为运行方式的供热运行系统，在大力建设节能社会的今天，必将得到广泛的应用。