一、平衡閥
平衡閥正確地理解應(yīng)為水力工況平衡用閥。從這一觀念出發(fā)一切用于水力工況平衡的閥門如調(diào)節(jié)閥、減壓閥、自力式流量控制閥、自力式壓差控制閥都應(yīng)看成水力工況平衡用閥——平衡閥。而市場上稱為平衡閥的產(chǎn)品，僅是附加了流量測試功能的一種手動調(diào)節(jié)閥。
靜態(tài)平衡閥是指手動調(diào)節(jié)閥或手動平衡閥。動態(tài)平衡閥是指自力式流量控制閥和自力式壓差控制閥。自力式流量控制閥也曾稱作自力式流量控制器、自力式平衡閥。自力式壓差控制閥在北歐也稱為Automotic Balamce Valve即自動平衡閥。
二、水力工況和水力工況平衡
一般地說供熱、空調(diào)的管網(wǎng)都是閉路循環(huán)的管網(wǎng)，其水力工況是指系統(tǒng)各點的壓力，各管段的流量、壓差。由公式△P=SG2
△P——壓差或稱阻力損失
S——管段或系統(tǒng)的阻力系數(shù)
G——管段或系統(tǒng)的流量
可知，流量和壓力是相關(guān)參數(shù)，流量和壓力的調(diào)控互為手段和目的。減壓手段是減少上游管路的流量；減少流量也必湎是減少管路前點的壓力或增加管路后點的壓力。流量變化必然導(dǎo)致壓力的變化；S值不變的系統(tǒng)，壓差的變化必然起因于流量的改變。因此說沒有一咱不影響壓力的流量控制閥，也沒有一種不影響流量的壓力控制閥。
水力工況平衡是指流理的合理分配。在供熱和空調(diào)管網(wǎng)中，水是熱載體介質(zhì)，水流量的合理分配是熱力工況平衡的基礎(chǔ)。以供熱系統(tǒng)為例，設(shè)計者在進行水力工況計算時在各分支流量為設(shè)計值的假想情況下進行的。由于管材及zui高流速成的限制，設(shè)計上實現(xiàn)水力平衡幾乎是不可能的。這樣勢必造成近端阻力系數(shù)不能達到設(shè)計理想狀態(tài)，形成近端流量過大，遠端流量不足的失調(diào)現(xiàn)象。
由于水力工況設(shè)計成了一個設(shè)計水壓圖，而實際運行時這一水壓圖必須由閥門平衡調(diào)節(jié)而形成。用閥門調(diào)節(jié)水力工況的過程是建立合理水壓圖的過程，在設(shè)計合理的情況下，這兩個水壓圖會會合得很好。
由于運行水力工況是水泵的工作曲線與外網(wǎng)特性曲線交點形成的。
對于外網(wǎng)特性曲線△P=SG2，由于并聯(lián)的近端支路S值會小于設(shè)計值，造成總S值遠小于設(shè)計值，循環(huán)水泵在小揚程大流量工況下運行，使水泵在大軸功率，低效率點運行。嚴(yán)重時可能出現(xiàn)軸功率大于電機銘牌功率，電機超額定電流，直至燒電機事故發(fā)生。
調(diào)網(wǎng)的過程就是用平衡閥增加近端阻力，使近端支路S值增大至設(shè)計值，總S值增大至設(shè)計值。使遠近流量分配均勻合理，循環(huán)水泵在設(shè)計工況下運行，達到節(jié)熱、節(jié)電，提高供熱質(zhì)量的目的。
運行崗們工作者常對一些水力工況失衡現(xiàn)象形成誤解：
?。?）水泵出力不足，水泵實際揚程小于銘牌揚程，導(dǎo)致辭末端過不去水。
實際上是由于近端支線阻力小、流量大，造成遠端流量小，水泵工作點偏移在大流量、小揚程、低效率的工作點。
?。?）鍋爐或換熱器阻力大，所有鍋爐或換熱器廠商標(biāo)稱阻力都遠小于實際阻力。
實際上總循環(huán)水量的加大必然導(dǎo)致辭鍋爐換熱器等阻力加大。水流量增大40%，阻力增加100%。
?。?）鍋爐出力不足
實際上流量加大后供回水溫差不可能更大。當(dāng)然煤質(zhì)和風(fēng)系統(tǒng)不正常也可能造成鍋爐出力問題。
三、調(diào)網(wǎng)水壓圖分析和平衡閥的安裝位置
調(diào)網(wǎng)的過程是利用平衡閥使各分支達到合理流量的過程。近端資用壓頭大于用戶需用壓頭必然導(dǎo)致流量過大。必須用閥門消耗富裕壓頭富裕壓頭=資用壓頭-需用壓頭）
圖二示意用戶閥門及各壓力點，如果用戶供水管安裝平衡閥調(diào)網(wǎng)，則P3近似等于P4，P2壓力線如圖三所示，近乎平行P4。如果用戶回水管安裝平衡閥調(diào)網(wǎng)，則P2近似等于P1，P3壓力線近乎平行P1。
戶內(nèi)實際供水壓力為P2，回水壓力為P3。如果壓力過低會導(dǎo)致運行倒空，壓力過高導(dǎo)致耐壓等級較低的元件（如散熱器）的壓力破壞。
因此對地形高差大的管網(wǎng)應(yīng)按上述因素考慮平衡閥的安裝位置。即在地形低洼處樓群平衡閥宜安裝于供水，以保證戶內(nèi)不起壓；在地形較高位置平衡閥宜安裝于回水，以保證用戶不倒空。
對于大型直聯(lián)管網(wǎng)，如電廠凝汽供熱管網(wǎng)，供熱半徑很大，外網(wǎng)供回水壓差很大，因此對平衡閥安裝位置應(yīng)作特殊考慮。
煙臺某電廠凝汽供管網(wǎng)外網(wǎng)供回水壓差52米水柱，考慮散熱器耐壓能力，末端回水壓力設(shè)定為0.35MPa（35米水柱），前端回水壓力僅為0.1MPa（10米水柱），而前端供水壓力高達0.62MPa（62米水柱），如果平衡閥安裝在回水管上，被控用戶的回水壓力P3可能接近0.6MPa，必將造成散熱器的壓力破壞；如果平衡閥安裝于供水管上，近端用戶的供水壓力P2只有十幾米水柱必然導(dǎo)致運行倒空。因此從設(shè)計上應(yīng)采取供回水都安裝平衡閥的方案，形成圖四的水壓圖。
具體作法是入戶口供水管安裝自力式流量控制閥，在地形高差不超出10米的建筑群的分支回水管上安裝手動的平衡閥。這里自力式流量控制閥負(fù)責(zé)控制分配流量；手動平衡閥調(diào)整壓力，使閥前壓力達到0.25MPa的滿水運行工況。自力式流量控制閥只依據(jù)流量大小“肓目”控制壓力，如果安裝回水管上，不待手動調(diào)整壓力，已經(jīng)出現(xiàn)壓力破壞事故。自力閥安裝在供水未手動調(diào)整壓力時，可能出現(xiàn)運行倒空而影響供熱效果，不可能發(fā)生事故。
四、用戶主動變流量和熱源主動變流量的概念
對于供熱系統(tǒng)在傳統(tǒng)的供熱體制下是一種平均分配的供熱模式，這種供熱模式一般采取定流量的質(zhì)調(diào)節(jié)供熱方式。也有少數(shù)大型管網(wǎng)出于節(jié)約運行電能的目的，采取質(zhì)量并調(diào)方式。但在平均代熱的前提下，流理的變化僅決定于室外氣溫變化，因此其控制方式，僅考慮采用室外溫度單一參數(shù)控制熱源循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)變流量運行。這種變流量運可定義為熱源主動變流量方式。
在熱計量收費的運行方式下，供熱負(fù)荷及循環(huán)水流量的變化取決于用戶需求，系統(tǒng)總循環(huán)流量的變化決定于用戶的變化，這種變流量機制可定義為用戶主動變流量方式。
有一些業(yè)內(nèi)人士提出計量收費的室內(nèi)系統(tǒng)采用水平跨越管式系統(tǒng)，企圖沿用定流量方式運行，這里估且不論水平跨越是否可實現(xiàn)流量運行，單就定流量運行方式浪費運行電能這一項就應(yīng)予以廢止。
這種計量收費流量控制方案，以下述方案為*可行方案：取3—5個末端供回水壓差信號為熱循環(huán)流量的控制信號，當(dāng)全部壓差信號都大于設(shè)定值時循環(huán)水泵降低轉(zhuǎn)速，當(dāng)任意一個壓差小于設(shè)定值時，循環(huán)水泵增加轉(zhuǎn)速。
五、平衡閥的性能與用途
1、手動平衡閥
手動平衡閥具有造價低，元件使用權(quán)用壽命長等優(yōu)點，對支路不多的小型管網(wǎng)也可方便進行水力工況平衡。對于熱源主動變量管網(wǎng)只能采用手動平衡閥，因為只有手動平衡閥才能保證流量的一致等比變化，而一切自力式平衡閥都不能保證熱源主動流量運行。如前述大型直聯(lián)管網(wǎng)手動平衡閥可用于壓力工況的調(diào)整。
1.1手動平衡閥的特性曲線
1）截止閥特性曲線
2）線性特性閥實際工作曲線（閥權(quán)度0.2）
3）線性特性
4）等百分比特性曲線
閥門特性曲線決定了閥門的調(diào)節(jié)性能，如截止閥的流量曲線，如果認(rèn)為95%—100%之間的流量變化是沒有意義的，那么開度從0—5%即實現(xiàn)了流量的全程變化，這樣的閥門是不能作為水力工況平衡調(diào)節(jié)使用的。
由于閥門理論特性曲線是在定壓差下測試，而實際工況只要閥權(quán)度不為1則閥門在小開度下閥前后壓差大，大開度時閥前后壓差小，導(dǎo)至閥dG/dC值在小開度變大，在大開度時變小，使閥門實際工作曲線向快開方向偏移，閥權(quán)越小其偏移越大，對于直線特性的閥門由于實際性能的偏移會導(dǎo)致閥門的有效調(diào)節(jié)的開度空間變小，因此閥門的理論性曲線以下弦弧如等百分比特性為好。等百分比（對數(shù)）特性曲線閥門，在閥權(quán)度0.3—0.5時實際工作曲線可能接近直線特性。
1.2閥門的汽蝕振動
通常閥門在小開度情況下閥口的流速過高，在閥后會形成旺盛紊流的蝸旋區(qū)，蝸旋區(qū)核心壓力很低，該處壓力低于水溫對應(yīng)的飽和壓力時水蒸汽的閃發(fā)會導(dǎo)致氣水擊現(xiàn)象：嚴(yán)重的噪章，閥門及管道的振動，閥門、管道、管支架的破壞。
防止這種事故的發(fā)生應(yīng)首先在閥門流道設(shè)計上考慮閥塞和閥座在小開度時形成狹長的節(jié)流流道，約束旺盛紊流蝸旋的形成；其次選用閥門時盡量加大閥權(quán)度，以避免閥門在小開度下運行。另外，在不牽涉壓力工況問題時盡量將平衡閥安裝在水溫較低的回水上。
2、自力式流量控制閥
2.1自力式控制閥工作原理
?。?）孔板流量計——導(dǎo)閥——主閥原理。主閥前設(shè)置一個流量孔板，導(dǎo)閥感測、比較孔板前后壓力差，如壓力差大于設(shè)定壓差，意味著流量超過設(shè)定流量，導(dǎo)閥控制主閥做關(guān)閥動作。如感測壓差小于設(shè)定壓差，則意味著流量小于設(shè)定流量，導(dǎo)閥控制主閥開閥動作。導(dǎo)閥上的設(shè)定壓差可調(diào)，調(diào)大調(diào)小設(shè)定壓差，可以調(diào)大調(diào)小設(shè)定流量。
由于孔板流量計的流量壓差對應(yīng)關(guān)系受到前流態(tài)影響極重，如果要求流量精度達到10%，則必須閥前有10d以上的直管段，而這一點工程實際中極難保障。另外這種閥出廠后的流量可調(diào)范圍很小，在保持流量精度的前提下，流量可調(diào)比不會超過2：1。
?。?）“Kv·=常數(shù)”原理，自由彈簧和感壓膜構(gòu)成閥門開關(guān)動力系統(tǒng)△P/S=εL
S—感膜工作面積，ε—彈簧的胡克系數(shù)，L—閥行程
由此可知閥門的每一個行程位置決定△P值的大小，如果閥行程位的Kv與成反比，則G=Kv·是恒定值。這一原理的閥zui初做成流量不可調(diào)的流量限制器，近年生產(chǎn)的流量可調(diào)式一種是做成多管通道，通過堵管調(diào)整設(shè)定流量；另一種是用一手動閥改變自力閥Kv與行程的關(guān)系，但這種辦法很難保證Kv與在每一調(diào)整位置的反比關(guān)系，造成調(diào)整位的流量控制精度不高。另外有的產(chǎn)品用波紋管制作感壓膜和自由彈簧的一體化產(chǎn)品，由于不銹鋼波紋管處在流動死區(qū)，在水中氯離子含量較高時，極易產(chǎn)生腐蝕。
?。?）自力式壓差控制閥與手動調(diào)節(jié)閥閥組原理。這種原理是現(xiàn)在國產(chǎn)流量控制閥zui廣泛采用的。手動調(diào)節(jié)閥的每一個開度位置對應(yīng)一個Kv值，由自力式壓差控制閥控制手動調(diào)節(jié)閥前的壓差不變，則G=Kv·不變，改變流量時只需調(diào)整手動調(diào)節(jié)閥的Kv值。
這種閥的流量控制精度決定于壓差控制閥精度，壓差
△P=N/S
N——彈簧力
S——感壓膜工作面積
彈簧力在自力閥的行程內(nèi)會有變化，但使
H/△L=1/10
H——自力閥zui大位移行程
△L——彈簧的預(yù)壓縮量
則△P的變化僅為±5%，流量精度可達3%。
這咱自力式流量控制閥的缺點在于閥門有zui小工作壓差的要求，一般產(chǎn)品要求zui小工作壓差20KPa，如果安裝在zui不利回路上，勢必要求循環(huán)泵多增加2米水柱的工作揚程，所以應(yīng)采取近端安裝，遠端不安的辦法。用戶離熱源距離大于供熱半徑的80%時就不宜安裝這種自力式流量控制閥。
?。?）用自力式壓差控制閥直接控制流量
戶內(nèi)阻力系數(shù)S，在平均供熱的前提下是不變值，戶內(nèi)設(shè)計流量G，△P=SG2,通過控制戶內(nèi)供回水壓差，一樣可以控制循環(huán)流量，調(diào)節(jié)控制壓差就可調(diào)節(jié)循環(huán)流量。用這種辦法調(diào)控流量，只是必須借助便攜式流量測試儀器如超聲波流量計。這種方式對于遠端用戶，閥門不會增加消耗壓頭。
2.2自力式流量控制閥的適用性
自力式流量控制閥在大型管網(wǎng)上應(yīng)用可以使流量分配工作變得簡單便捷。尤其多熱源管網(wǎng)，熱源切換運行時不會對用戶流量產(chǎn)生影響。
但對于變流量運行的管網(wǎng)不可采用自力式流量控制閥。在熱源主動變流量的情況下，近端回路維持流量不變，而遠端回路流量會嚴(yán)重不足。在熱用戶主動變流量的情況下，用戶主動調(diào)小流量時，自力式流量控制閥會開大閥門，盡量維護原流量，直到全開失效為止。用戶主動調(diào)大流量時，自力式流量控制閥會關(guān)小閥門，直到全閉失效為止。亦即只有自力式流量控制閥失效，用戶主動的流量要求才能實現(xiàn)。
3、自力式壓差控制閥
3.1自力式壓差控制閥的應(yīng)用意義
?。?）自力式壓差控制閥消耗系統(tǒng)的富裕壓頭。
?。?）自力式壓差控制閥起到隔絕用戶間流量變化互相干擾作用。
這兩項功能有的業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為散熱器上的溫控閥可以起作用，實際上如果讓溫控制閥產(chǎn)生這樣的作用必然導(dǎo)致溫控閥在小開度下工作，甚至于在振動工況下工作。這對溫控閥是十分不利的，溫控閥zui初希望的作用于利用自由熱量，我們很多業(yè)內(nèi)人士對其寄予的希望過大了。
?。?）自力式壓差控制閥起到隔絕用戶流量變化互相干擾作用。
1、原工作點
2、用戶主動調(diào)整流量后形成的工作點
3、循環(huán)水泵變速——壓差閥動作形成工作點
4、循環(huán)水泵變速無壓差閥作用的工作點
（4）對于電動控制的自動控制系統(tǒng)，隔絕各并聯(lián)支路間調(diào)節(jié)的干擾，避免自控系統(tǒng)的多余動作提高自控系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性。
（5）起到特殊工況的限流作用。在起動供熱和特殊嚴(yán)寒工況下用戶的供熱需求會超出熱源的供熱能力，自力式壓差控制閥會有效的限制近端流量使遠端用戶達到預(yù)定的采暖效果。
3.2自力式壓差控制閥選用參數(shù)。
?。?）壓差可調(diào)性
一般情況下設(shè)計上很難準(zhǔn)確計算戶內(nèi)阻力，而戶內(nèi)阻力（在設(shè)計流量下）可能在0.01—0.03MPa間變化，因此自力式壓差可調(diào)比至少應(yīng)為1：3以上。
?。?）流量系數(shù)Kv的zui大值和zui小值
zui大流量系數(shù)是閥門全開的流量系數(shù)；zui小流量系數(shù)為閥門全關(guān)位的漏過流量系數(shù)。這兩閥門參數(shù)對閥門的應(yīng)用選型是至關(guān)重要的，閥門供應(yīng)商必須實測并公開這兩個參數(shù)。
zui大流量系數(shù)應(yīng)能保證zui小富裕壓頭下達到設(shè)計流量；zui小流量系數(shù)應(yīng)能保證zui大富裕壓頭下達到調(diào)節(jié)工況可能的zui小流量值。
?。?）壓差控制精度，應(yīng)達到10%以保證流量精度達到5%。
3.3在分戶控制未安裝熱量表的情況下，自力式壓差控制閥同樣會起到定流量分配作用。其調(diào)節(jié)方法只需調(diào)節(jié)控制壓差流量達到設(shè)計流量。與自力式流量控制閥一樣各分支流量調(diào)整互不干擾使流量調(diào)節(jié)可一次完成。
因此，在大多數(shù)實施分戶控制的準(zhǔn)備計量收費的工程中，也應(yīng)采用自力式壓差控制閥。在未計量收費前壓差閥同樣可以平衡分配流量，避免在計量表安裝時，重新?lián)Q閥門。
