靜態(tài)平衡閥原理與應(yīng)用分析

1、靜態(tài)平衡閥亦稱平衡閥、手動(dòng)平衡閥、數(shù)字鎖定平衡閥、雙位調(diào)節(jié)閥等，它是通過改變閥芯與閥座的間隙靜態(tài)平衡閥（開度），來改變流經(jīng)閥門的流動(dòng)阻力以達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的，其作用對(duì)象是系統(tǒng)的阻力，靜態(tài)平衡閥能夠?qū)⑿碌乃堪凑赵O(shè)計(jì)計(jì)算的比例平衡分配，各支路同時(shí)按比例增減，仍然滿足當(dāng)前氣候需要下的部份負(fù)荷的流量需求，起到熱平衡的作用。靜態(tài)平衡閥原理介紹靜態(tài)平衡閥是一種具有數(shù)字鎖定特殊功能的調(diào)節(jié)型閥門，采用直流型閥體結(jié)構(gòu)，具有更好的等百分比流量特性，能夠合理地分配流量，有效地解決供熱（空調(diào)）系統(tǒng)中存在的室溫冷熱不均問題。同時(shí)能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)壓降和流量，用以改善管網(wǎng)系統(tǒng)中液體流動(dòng)狀態(tài)，達(dá)到管網(wǎng)液體平衡和節(jié)約源的目的。閥

2、門設(shè)有開啟度指示、開度鎖定裝置及用于流量測定的測壓小閥，只要在各支路及用戶入口裝上適當(dāng)規(guī)格的平衡閥，并用專用智能儀表進(jìn)行一次性調(diào)試后鎖定，將系統(tǒng)的總水量控制在合理的范圍內(nèi)、從而克服了“大流量，小溫差”的不合理現(xiàn)象。 既可安裝在供水管上，也可以安裝在回水管上，一般要安裝在回水管上，尤其對(duì)于高溫環(huán)路，為方便調(diào)試，更要裝在回水管上，安裝了平衡閥的供（回）水管不必再設(shè)截止閥。 靜態(tài)平衡閥的性能及特點(diǎn)1、優(yōu)秀的調(diào)節(jié)性能； 2、優(yōu)秀的截止功能； 3、精確到1/10圈的開啟圈數(shù)顯示； 4、理論流量特性曲線為等百分比（近似）特性，當(dāng)閥權(quán)度為30-50%時(shí)，實(shí)際流量特性為線性； 5、具備開度鎖定功能，非物業(yè)管理

3、人員無法改變?cè)O(shè)定狀態(tài)； 6、可方便有效地對(duì)壓力、流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，配套智能儀表可方便地顯示工作壓差與流量，指導(dǎo)和記錄平衡調(diào)節(jié)方案； 7、聚四氟乙烯密封，密封性能可靠，使用壽命長； 8、根據(jù)其開度百分比和閥門前后壓差，可計(jì)算通過閥門的流量； 9、內(nèi)部元件用不銹鋼、銅合金制造，抗銹蝕性能強(qiáng)； 10、內(nèi)升降閥桿無須預(yù)留操作空間； 11、閥體材質(zhì)：DN15-DN300為灰鑄鐵；DN350-DN600為碳素鑄鋼；DN15-DN32為鍛壓銅合金。 （空侶網(wǎng)暖通專家提供） 工作原理在管道系統(tǒng)中安裝靜態(tài)平衡閥，通過對(duì)其的調(diào)節(jié)來改變系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)比值，達(dá)到與設(shè)計(jì)要求一致。系統(tǒng)調(diào)試合格后，不存在靜態(tài)水力失衡問題。

4、 調(diào)試合格的系統(tǒng)如處于部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，在總流量減少時(shí)由靜態(tài)平衡閥所調(diào)節(jié)的各分支管道會(huì)自動(dòng)同比減少流量，但各分支管道所設(shè)定的流量比值不變。 應(yīng)用采用先進(jìn)的Y型設(shè)計(jì)，具多回轉(zhuǎn)刻度調(diào)整、顯示開度范圍，提供最佳的控制能力，可對(duì)整個(gè)循環(huán)水或空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行精確的控制， 使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到所需求的流量平衡。廣泛應(yīng)用于冷、熱水系統(tǒng)，可使能源得到有效的運(yùn)用，以達(dá)到節(jié)能及提高供熱（冷）效率的目的。 選型：首先看和管徑相同的靜態(tài)平衡閥最大流量能否滿足設(shè)計(jì)流量，如果滿足設(shè) 計(jì)流量就行。不滿足就放大一個(gè)口徑。 靜態(tài)平衡閥就是一個(gè)截止閥，只不過行程做的很長，容易控制流量。 主要特點(diǎn)：平衡閥是一種特殊功能的閥門，閥門本身物特殊

5、之處，只在于使用功能和場所有區(qū)別。 在某些行業(yè)中，由于介質(zhì)（各類可流動(dòng)的物質(zhì)）在管道或容器的各個(gè)部分存在較大的壓力差或流量差，為減小或平衡該差值，在相應(yīng)的管道或容器之間安設(shè)閥門，用以調(diào)節(jié)兩側(cè)壓力的相對(duì)平衡，或通過分流的方法達(dá)到流量的平衡，該閥門就叫平衡閥。 (1)直線型流量特性，即在閥門前后壓差不變情況下，流量與開度大體上成線性關(guān)系； (2)有精確的開度指示； (3)有開度鎖定裝置，非管理人員不能隨便改變開度；表連接，可方便地顯示閥門前后的壓差及流經(jīng)閥門的流量。盡管平衡閥具有很多優(yōu)點(diǎn)，但它在空調(diào)水系統(tǒng)的應(yīng)用還存在不少問題。如果這些問題解決不好，平衡閥的特點(diǎn)并不能充分顯現(xiàn)出來。平衡閥的作用是為了

6、調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)，各個(gè)分配點(diǎn)的（如每一個(gè)樓座）的預(yù)定流量。每一座樓的入口處都安裝平衡閥，可以使供暖系統(tǒng)的總流量得到合理分配。 靜態(tài)平衡閥的應(yīng)用分析一、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(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Automotic Balamce Valve

7、即自動(dòng)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(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

8、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。由于管材及最高流速成的限制，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)水力工況的過程是建立合理水壓圖的過程，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網(wǎng)特性曲線交點(diǎn)形成的。 對(duì)于外網(wǎng)特性曲線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

9、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

10、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(dá)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） 戶內(nèi)實(shí)際供水壓力為P2，回水壓力為P3。如果壓力過低會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行倒空，壓力過高導(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

11、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。 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

12、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，以下述方案為最佳可行方案：取35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

13、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有意義的，那么開度從05%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試，而實(shí)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

14、，大開度時(shí)閥前后壓差小，導(dǎo)至閥dG/dC值在小開度變大，在大開度時(shí)變小，使閥門實(shí)際工作曲線向快開方向偏移，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0.30.5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) 通常閥門在小開度情況下閥口的流速過高，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

15、考慮閥塞和閥座在小開度時(shí)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(shí)盡量加大閥權(quán)度，以避免閥門在小開度下運(yùn)行。另外，在不牽涉壓力工況問題時(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、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(dòng)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(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)

16、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2：1。 （2）“Kv·=常數(shù)”原理，自由彈簧和感壓膜構(gòu)成閥門開關(guān)動(dòng)力系統(tǒng)P/S=L S感膜工作面積，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。這一原理的閥最初做成流量不可調(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(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

17、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)在國產(chǎn)流量控制閥最廣泛采用的。手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的每一個(gè)開度位置對(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自力閥最大位移行程 L彈簧的預(yù)壓縮量 則P的變化僅為

18、77;5%，流量精度可達(dá)3%。 這咱自力式流量控制閥的缺點(diǎn)在于閥門有最小工作壓差的要求，一般產(chǎn)品要求最小工作壓差20KPa，如果安裝在最不利回路上，勢必要求循環(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(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

19、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(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)開大閥門，盡量維護(hù)原流量，直到全開失效為止。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，溫控閥最初希望的作用僅限于利用自由熱量，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