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(chǎng)上稱為平衡閥的產(chǎn)品，僅是附加了流量測(cè)試功能的一種手動(dòng)調(diào)節(jié)閥。
靜態(tài)平衡閥是指手動(dòng)調(diào)節(jié)閥或手動(dòng)平衡閥。動(dòng)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AutomoticBalamce Valve即自動(dòng)平衡閥。
二、水力工況和水力工況平衡
一般地說(shuō)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(diǎn)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(diǎn)的壓力或增加管路后點(diǎn)的壓力。流量變化必然導(dǎo)致壓力的變???；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(shuō)沒(méi)有一咱不影響壓力的流量控制閥，也沒(méi)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(jì)者在進(jìn)行水力工況計(jì)算時(shí)在各分支流量為設(shè)計(jì)值的假想情況下進(jìn)行的。由于管材及*高流速成的限制，設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)水力平衡幾乎是不可能的。這樣勢(shì)必造成近端阻力系數(shù)不能達(dá)到設(shè)計(jì)理想狀態(tài)，形成近端流量過(guò)大，遠(yuǎn)端流量不足的失調(diào)現(xiàn)象。
由于水力工況設(shè)計(jì)成了一個(gè)設(shè)計(jì)水壓圖，而實(shí)際運(yùn)行時(shí)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(guò)程是建立合理水壓圖的過(guò)程，在設(shè)計(jì)合理的情況下，這兩個(gè)水壓圖會(huì)會(huì)合得很好。
由于運(yùn)行水力工況是水泵的工作曲線與外**性曲線交點(diǎn)形成的。
對(duì)于外**性曲線△P=SG2，由于并聯(lián)的近端支路S值會(huì)小于設(shè)計(jì)值，造成總S值遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，循環(huán)水泵在小揚(yáng)程大流量工況下運(yùn)行，使水泵在大軸功率，低效率點(diǎn)運(yùn)行。嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)軸功率大于電機(jī)銘牌功率，電機(jī)超額定電流，直至燒電機(jī)事故發(fā)生。
調(diào)網(wǎng)的過(guò)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(jì)值，總S值增大至設(shè)計(jì)值。使遠(yuǎn)近流量分配均勻合理，循環(huán)水泵在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，達(dá)到節(jié)熱、節(jié)電，提高供熱質(zhì)量的目的。
運(yùn)行崗們工作者常對(duì)一些水力工況失衡現(xiàn)象形成誤解：
（1）水泵出力不足，水泵實(shí)際揚(yáng)程小于銘牌揚(yáng)程，導(dǎo)致辭末端過(guò)不去水。
實(shí)際上是由于近端支線阻力小、流量大，造成遠(yuǎn)端流量小，水泵工作點(diǎn)偏移在大流量、小揚(yáng)程、低效率的工作點(diǎn)。
（2）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(yuǎn)小于實(shí)際阻力。
實(shí)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%。
（3）鍋爐出力不足
實(shí)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(wèn)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(guò)程是利用平衡閥使各分支達(dá)到合理流量的過(guò)程。近端資用壓頭大于用戶需用壓頭必然導(dǎo)致流量過(guò)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(diǎn)，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(shí)際供水壓力為P2，回水壓力為P3。如果壓力過(guò)低會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行倒空，壓力過(guò)高導(dǎo)致耐壓等級(jí)較低的元件（如散熱器）的壓力破壞。
因此對(duì)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(duì)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(duì)平衡閥安裝位置應(yīng)作特殊考慮。
煙臺(tái)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(dá)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(yùn)行倒空。因此從設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)平衡閥調(diào)整壓力，使閥前壓力達(dá)到0.25MPa的滿水運(yùn)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(dòng)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(dòng)調(diào)整壓力時(shí)，可能出現(xiàn)運(yùn)行倒空而影響供熱效果，不可能發(fā)生事故。
四、用戶主動(dòng)變流量和熱源主動(dòng)變流量的概念
對(duì)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(yùn)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(shí)現(xiàn)變流量運(yùn)行。這種變流量運(yùn)可定義為熱源主動(dòng)變流量方式。
在熱計(jì)量收費(fèi)的運(yùn)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(jī)制可定義為用戶主動(dòng)變流量方式。
有一些業(yè)內(nèi)人士提出計(jì)量收費(fèi)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(yùn)行，這里估且不論水平跨越是否可實(shí)現(xiàn)流量運(yùn)行，單就定流量運(yùn)行方式浪費(fèi)運(yùn)行電能這一項(xiàng)就應(yīng)予以廢止。
這種計(jì)量收費(fèi)流量控制方案，以下述方案為*佳可行方案：取3—5個(gè)末端供回水壓差信號(hào)為熱循環(huán)流量的控制信號(hào)，當(dāng)全部壓差信號(hào)都大于設(shè)定值時(shí)循環(huán)水泵降低轉(zhuǎn)速，當(dāng)任意一個(gè)壓差小于設(shè)定值時(shí)，循環(huán)水泵增加轉(zhuǎn)速。
五、平衡閥的性能與用途
1、手動(dòng)平衡閥
手動(dòng)平衡閥具有造價(jià)低，元件使用權(quán)用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)支路不多的小型管網(wǎng)也可方便進(jìn)行水力工況平衡。對(duì)于熱源主動(dòng)變量管網(wǎng)只能采用手動(dòng)平衡閥，因?yàn)橹挥惺謩?dòng)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(dòng)流量運(yùn)行。如前述大型直聯(lián)管網(wǎng)手動(dòng)平衡閥可用于壓力工況的調(diào)整。
1.1手動(dòng)平衡閥的特性曲線
1）截止閥特性曲線
2）線性特性閥實(shí)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(méi)有意義的，那么開(kāi)度從0—5%即實(shí)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(cè)試，而實(shí)際工況只要閥權(quán)度不為1則閥門在小開(kāi)度下閥前后壓差大，大開(kāi)度時(shí)閥前后壓差小，導(dǎo)至閥dG/dC值在小開(kāi)度變大，在大開(kāi)度時(shí)變小，使閥門實(shí)際工作曲線向快開(kāi)方向偏移，閥權(quán)越小其偏移越大，對(duì)于直線特性的閥門由于實(shí)際性能的偏移會(huì)導(dǎo)致閥門的有效調(diào)節(jié)的開(kāi)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(duì)數(shù)）特性曲線閥門，在閥權(quán)度0.3—0.5時(shí)實(shí)際工作曲線可能接近直線特性。
1.2閥門的汽蝕振動(dòng)
通常閥門在小開(kāi)度情況下閥口的流速過(guò)高，在閥后會(huì)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(duì)應(yīng)的飽和壓力時(shí)水蒸汽的閃發(fā)會(huì)導(dǎo)致氣水擊現(xiàn)象：嚴(yán)重的噪章，閥門及管道的振動(dòng)，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(jì)上考慮閥塞和閥座在小開(kāi)度時(shí)形成狹長(zhǎng)的節(jié)流流道，約束旺盛紊流蝸旋的形成；其次選用閥門時(shí)盡量加大閥權(quán)度，以避免閥門在小開(kāi)度下運(yùn)行。另外，在不牽涉壓力工況問(wèn)題時(shí)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
（1）孔板流量計(jì)——導(dǎo)閥——主閥原理。主閥前設(shè)置一個(gè)流量孔板，導(dǎo)閥感測(cè)、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(guò)設(shè)定流量，導(dǎo)閥控制主閥做關(guān)閥動(dòng)作。如感測(cè)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(kāi)閥動(dòng)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(jì)的流量壓差對(duì)應(yīng)關(guān)系受到前流態(tài)影響極重，如果要求流量精度達(dá)到10%，則必須閥前有10d以上的直管段，而這一點(diǎn)工程實(shí)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(huì)超過(guò)2：1。
（2）“Kv·=常數(shù)”原理，自由彈簧和感壓膜構(gòu)成閥門開(kāi)關(guān)動(dòng)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(gè)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*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(guò)堵管調(diào)整設(shè)定流量；另一種是用一手動(dòng)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(dòng)死區(qū)，在水中氯離子含量較高時(shí)，極易產(chǎn)生腐蝕。
（3）自力式壓差控制閥與手動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥組原理。這種原理是現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)流量控制閥*廣泛采用的。手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的每一個(gè)開(kāi)度位置對(duì)應(yīng)一個(gè)Kv值，由自力式壓差控制閥控制手動(dòng)調(diào)節(jié)閥前的壓差不變，則G=Kv·不變，改變流量時(shí)只需調(diào)整手動(dòng)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(huì)有變化，但使
H/△L=1/10
H——自力閥*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(dá)3%。
這咱自力式流量控制閥的缺點(diǎn)在于閥門有*小工作壓差的要求，一般產(chǎn)品要求*小工作壓差20KPa，如果安裝在*不利回路上，勢(shì)必要求循環(huán)泵多增加2米水柱的工作揚(yáng)程，所以應(yīng)采取近端安裝，遠(yuǎn)端不安的辦法。用戶離熱源距離大于供熱半徑的80%時(shí)就不宜安裝這種自力式流量控制閥。
（4）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(jì)流量G，△P=SG2,通過(guò)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(cè)試儀器如超聲波流量計(jì)。這種方式對(duì)于遠(yuǎn)端用戶，閥門不會(huì)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(jiǎn)單便捷。尤其多熱源管網(wǎng)，熱源切換運(yùn)行時(shí)不會(huì)對(duì)用戶流量產(chǎn)生影響。
但對(duì)于變流量運(yùn)行的管網(wǎng)不可采用自力式流量控制閥。在熱源主動(dòng)變流量的情況下，近端回路維持流量不變，而遠(yuǎn)端回路流量會(huì)嚴(yán)重不足。在熱用戶主動(dòng)變流量的情況下，用戶主動(dòng)調(diào)小流量時(shí)，自力式流量控制閥會(huì)開(kāi)大閥門，盡量維護(hù)原流量，直到全開(kāi)失效為止。用戶主動(dòng)調(diào)大流量時(shí)，自力式流量控制閥會(huì)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(dòng)的流量要求才能實(shí)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
（1）自力式壓差控制閥消耗系統(tǒng)的富裕壓頭。
（2）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(xiàng)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(shí)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(kāi)度下工作，甚至于在振動(dòng)工況下工作。這對(duì)溫控閥是十分不利的，溫控閥*初希望的作用**于利用自由熱量，我們很多業(yè)內(nèi)人士對(duì)其寄予的希望過(guò)大了。
（3）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(diǎn)
2、用戶主動(dòng)調(diào)整流量后形成的工作點(diǎn)
3、循環(huán)水泵變速——壓差閥動(dòng)作形成工作點(diǎn)
4、循環(huán)水泵變速無(wú)壓差閥作用的工作點(diǎn)
（4）對(duì)于電動(dòng)控制的自動(dòng)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(dòng)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(dòng)供熱和特殊嚴(yán)寒工況下用戶的供熱需求會(huì)超出熱源的供熱能力，自力式壓差控制閥會(huì)有效的限制近端流量使遠(yuǎn)端用戶達(dá)到預(yù)定的采暖效果。
3.2自力式壓差控制閥選用參數(shù)。
（1）壓差可調(diào)性
一般情況下設(shè)計(jì)上很難準(zhǔn)確計(jì)算戶內(nèi)阻力，而戶內(nèi)阻力（在設(shè)計(jì)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。
（2）流量系數(shù)Kv的*大值和*小值
*大流量系數(shù)是閥門全開(kāi)的流量系數(shù)；*小流量系數(shù)為閥門全關(guān)位的漏過(guò)流量系數(shù)。這兩閥門參數(shù)對(duì)閥門的應(yīng)用選型是至關(guān)重要的，閥門供應(yīng)商必須實(shí)測(cè)并公開(kāi)這兩個(gè)參數(shù)。
*大流量系數(shù)應(yīng)能保證*小富裕壓頭下達(dá)到設(shè)計(jì)流量；*小流量系數(shù)應(yīng)能保證*大富裕壓頭下達(dá)到調(diào)節(jié)工況可能的*小流量值。
（3）壓差控制精度，應(yīng)達(dá)到10%以保證流量精度達(dá)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(huì)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(dá)到設(shè)計(jì)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(shí)施分戶控制的準(zhǔn)備計(jì)量收費(fèi)的工程中，也應(yīng)采用自力式壓差控制閥。在未計(jì)量收費(fèi)前壓差閥同樣可以平衡分配流量，避免在計(jì)量表安裝時(shí)，重新?lián)Q閥門。