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摘要：文章介绍了平衡阀的发展和工作原理，并探讨了平衡阀的应用场所以及安装注意事项，总结了其在供热系统中的重要作用。
关键词：供热系统；手动平衡阀；自力式流量控制阀；自力式压差控制阀
中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：
引言
近年来，随着我国经济飞速发展，集中供热事业发展迅速。现代化的大型住宅小区及大型商贸区的建设，扩网增容的现象十分普遍，使得供热规模越来越大, 供热系统中的水力失调现象越来越明显。即供热系统在实际运行时, 流经各幢建筑物，各用热设备的水量与设计水量不符，近端热用户流量大，而远端热用户的流量小，“近热远冷”的现象较为严重。现在设计或用热单位往往采用加大换热器和循环水泵流量的方法来缓解矛盾。结果导致工程投资增加，运行费用加大，靠增加电耗和热损失来消除水力工况失调，造成了在热源供热量相同的情况下，供水温度提不上去，回水温度降不下来，热量得不到充分利用，形成了“大热源，大流量，小温差”的恶性运行方法。
在大型的供热管网系统中，只有安装具有自动调节功能，实现管网动态平衡的控制元件，才能彻底解决水力工况失调现象，确保全系统的供热质量。
平衡阀的发展历程
20世纪30年代，美国发明了平衡阀，50年代传入日本，60年代在日本普遍采用，而在我国推广则是70年代后。几十年来，随着大型成套装置技术的发展，国外平衡阀也表现为大型化、高参数化、动化和成套化。目前世界上一般在DN300mm以上平衡阀已逐渐代替了闸阀。现在国际上又开发金属硬密封平衡阀。在日本近年来还开发耐气蚀、低振动、低噪声的梳齿形平衡阀；近几年我国也开发了金属硬密封平衡阀，但国产平衡阀产品主要集中在中低端市场，这些产品供过于求；对于高端产品的研发水平不高，大型成套工程配套所需的关键品种短缺。随着节能意识的不断提高，变流量系统在工程中的地位越来越重要。
平衡阀的工作原理及应用
主要介绍三种传统平衡阀，即手动平衡阀、自力式流量控制阀和自力式压差控制阀的工作原理及应用。
手动平衡阀
手动平衡阀在供热管网中是一种普遍应用的阀门，一般安装在支路的入口处，通过调节其开度实现支路流量的调节。其开度一旦设定，各支路的阻抗比就随之固定，支路间的流量比例恒定。当热源根据末端负荷变化进行量调节时，各支路流量呈现一致等比变化的特点，即新工况的流量仍以原工 况各支路的流量比例进行分配，不会出現水力失调的问题。然而在实现供热管网的平衡调节时，要顺序、重复多次地调节才能达到或近似平衡，且管网规模越大，管网水力初调节步骤越繁琐，耗时耗力。当管网中接入新用户时，需对平衡阀进行重新设置，工作量巨大。因手动平衡阀没有自动消除管网系统中剩余压头的功能，所以一般适用于供热规模小、支路较少且无新支路增加的情况。
自力式流量控制阀
自力式流量控制阀（见图1）一般安装在支路入口处，它根据各支路的设计流量锁定流量值，在一定范围内，依据系统工况的变动而自动变化阻力系数，使其通过的流量维持恒定。即当用户调小流量时，阀门增大开度，尽量维持原流量；反之亦然。自力式流量控制阀克服了手动平衡阀反复调节的难题，即使接入新的热用户也不会对之前的用户产生影响，只需适当增大总流量便可。且对管网进行调节时步骤简单，只需对各支路根据设计流量逐个进行设定，相互之间不会产生影响。
1—流量显示窗; 2—开度显示窗; 3—手动阀塞; 4—套筒式自动阀塞; 5—感压膜; 6—弹簧
图 1自力式流量平衡阀结构示意图
然而，“近端优势”现象，即只可保证靠近热源端用户的原流量，远离端则不能保证，从而会出现水力失调。 因此，自力式流量控制阀适用于系统中有足够总流量或热源进行质调节的情况。
自力式压差控制阀
自力式压差控制阀（见图2）一般安装在用户端，它是一种不依靠外界动力，利用自身压差作用来调节阀门的开度，从而保持控制压差恒定的水力工况平衡阀。即系统压差增大时，其开度减小，抵消管路阻力的变化，维持用户端压差恒定；反之亦然。自力式压差控制阀通过改变阀前后的压差来消耗系统中的富裕压头，消除用户的压差波动，维持用户端的压差恒定。它可有效限制近端流量，使远端用户达到预期的采暖效果，在很大程度上维持管网水力工况稳定。但是该阀也不支持热源量调节，它适用于用户自主调节，尤其适用于分户热计量系统。
1—压差调节装置; 2—导压管; 3—感压膜; 4—阀瓣; 5—弹簧
图 2自力式压差平衡阀结构示意图
不同的运行调节方式与自力式平衡阀的结合应用
1）系统的运行调节采用集中量调节(比如水泵的变速调节等)时，不能采用自力式流量平衡阀和自力式压差平衡阀。因为这种调节是通过改变水量实现的，因而调节时改变了系统的水力工况，所以若采用自力式平衡阀，势必造成有的阀能正常工作, 但系统流量过大(超过此时的热负荷所对应的流量)，有的阀全开仍达不到流量要求，有的阀因两端压差达不到启动压差而不能正常工作, 即出现流量分配的混乱。显然，由于自力式平衡阀的存在而造成了系统集中调节不能实现。
这时若采用手动调节阀, 则系统总流量增减时, 各支路、各用户的流 量可以同比例增减, 即系统的集中调节可以传达至每一个末端装置。
2）当系统的运行调节为质调节时, 可以采用自力式流量平衡阀和自力式压差平衡阀, 因为这种调节方式只改变供水温度, 而与系统的水力工况无关, 即在不改变系统的水力工况的情况下, 把调节传达到每个用户和设备。采用自力式流量平衡阀, 可以吸收网路的压力波动, 维持被控负载的流量恒定。采用自力式压差平衡阀可以吸收网路的压力波动, 以及克服内扰(被控环路内部的阻力变化) , 以维持施加于被控环路上压差恒定。
3）当系统采用分阶段改变流量的质调节时, 虽然每个阶段流量不变。但若采用自力式平衡阀, 每个流量阶段要对控制流量或控制压差进行设定, 给运行管理带来很大不便, 所以不宜采用。
平衡阀的安装及注意事项
1) 平衡阀起调节作用的阀片是有方向性的， 安装时不可反接，否则会减少甚至封闭流量。
2) 平衡阀可安装在热网系统各支路、用户入口、换热站出口分水缸、建筑内采暖系统各支干线上，安装在供、回水干管上均可，但当系统介质工作压力超过散热器允许工作压力时，则应安装在供水干管上，且每台换热器或每一环路中只需安装1个平衡阀即可。
3) 为了避免平衡阀入口处出现较大的扰动，平衡阀前、后应各有5倍和2倍管径长的直管段；若平衡阀装设在水泵的出口管路上，那么水泵与平衡阀之间应有10倍管径长的直管段。
4) 为保证平衡阀的平衡准确度，安装时严禁对阀体内外进行各种破坏，必须保证管路先焊接后安装平衡阀的原则，且调试时按总管、干管、支管的顺序进行。
图 3 所示为平衡阀对其前后直管段的要求。
图 3 平衡阀对其前后直管段的要求
手动平衡阀
1) 平衡阀可安装在回水管路上，也可安装在供水管路上，每个环路中只需安装一处。建议将平衡阀安装在水温较低的回水管路上。
2) 总管上的平衡阀，宜安装在水泵的出口方向。
3) 平衡阀可水平安装，也可垂直安装。
4) 介质流动方向应与阀体上标注的方向一 致。
5) 手柄上的开度指示数字应朝向调试人员能够看得见的方向，以方便调试。阀体上的测量接头前不应有障碍物，以免在调试时无法连接调试仪表。在吊顶内安装时，应使手柄的方向朝下。
安装位置如图 4所示。
圖 4 供热管网中手动平衡阀的安装位置示意图
自力式流量控制阀
1) 自力式流量控制阀安装在回水管上。如系统压力过高，为保护末端设备的安全，自力式流量控制阀宜安装在供水管上。
2) 自力式流量控制阀可水平安装，也可垂直安装，如图 5所示。
图 5 自力式流量控制阀垂直安装示意图
自力式压差控制阀
1) 自力式压差控制阀安装在回水管上，阀门上的导压管与供水管连通。
2) 自力式压差控制阀可水平安装，也可垂直安装。
平衡阀在供热系统中应用的总结
1) 手动平衡阀适用于热源进行量调节、供热规模小、支路较少且无新支路增加管路系统中，由于其只能够手动调节，因此仅能消除系统的静态水力失调，只要有足够的调试时间，系统理论上总能达到水力平衡。
2) 自力式流量控制阀适用于定流量系统，不仅能够消除系统的静态水力失调，而且可以消除系统的动态水力失调，但是不适用于变流量系统。
3) 自力式压差控制阀适用于变流量系统、分户热计量系统，用于消除系统的动态水力失调。
在目前我国供热系统以质调为主的前提下, 安装使用自力式平衡阀 是实现运行动态调节、降低运行成本、节约能源的有效措施, 对推动集中供热事业的发展必然产生深远影响。
参考文献
［1］尹瑾珉，夏学彬． 浅析供热系统中平衡阀的应用［J］，应用能源技术，2010，( 6) : 6 － 12．
［2］孙清典，李灿新，杨学敏． 供热管网热平衡调节技术探 讨［J］． 建筑节能，2010，( 7) : 21 － 23．
［3］周俊丰． 平衡阀的应用［J］． 河北职业技术学院学报， 2007，( 2) : 13 － 14．
［4］陈福寿． 应用平衡阀实现管网水力平衡［J］． 安装， 2003，( 5) : 19 － 20．
［5］胡海涛． 平衡阀在供热管网中的应用［J］． 林业科技情 报，2009，( 2) : 70 － 71．
［6］沈翔，徐欣，张彦，等． 浅议平衡阀在暖通空调管路系 统中的应用［J］． 制冷与空调，2009，( 6) : 49 － 52．
［7］韩玲，范宏志． 平衡阀的应用［J］． 节能，2000，( 4 ) : 43 － 44．
［8］符永正，刘万岭． 平衡阀的选用［J］． 暖通空调，1998， ( 3) : 73 － 74．
［9］卜维平． 平衡阀在水力管网中的应用及节能效益［R］．北京: 中国建筑科学研究院空调所，2007．
关键词：供热系统；手动平衡阀；自力式流量控制阀；自力式压差控制阀
中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：
引言
近年来，随着我国经济飞速发展，集中供热事业发展迅速。现代化的大型住宅小区及大型商贸区的建设，扩网增容的现象十分普遍，使得供热规模越来越大, 供热系统中的水力失调现象越来越明显。即供热系统在实际运行时, 流经各幢建筑物，各用热设备的水量与设计水量不符，近端热用户流量大，而远端热用户的流量小，“近热远冷”的现象较为严重。现在设计或用热单位往往采用加大换热器和循环水泵流量的方法来缓解矛盾。结果导致工程投资增加，运行费用加大，靠增加电耗和热损失来消除水力工况失调，造成了在热源供热量相同的情况下，供水温度提不上去，回水温度降不下来，热量得不到充分利用，形成了“大热源，大流量，小温差”的恶性运行方法。
在大型的供热管网系统中，只有安装具有自动调节功能，实现管网动态平衡的控制元件，才能彻底解决水力工况失调现象，确保全系统的供热质量。
平衡阀的发展历程
20世纪30年代，美国发明了平衡阀，50年代传入日本，60年代在日本普遍采用，而在我国推广则是70年代后。几十年来，随着大型成套装置技术的发展，国外平衡阀也表现为大型化、高参数化、动化和成套化。目前世界上一般在DN300mm以上平衡阀已逐渐代替了闸阀。现在国际上又开发金属硬密封平衡阀。在日本近年来还开发耐气蚀、低振动、低噪声的梳齿形平衡阀；近几年我国也开发了金属硬密封平衡阀，但国产平衡阀产品主要集中在中低端市场，这些产品供过于求；对于高端产品的研发水平不高，大型成套工程配套所需的关键品种短缺。随着节能意识的不断提高，变流量系统在工程中的地位越来越重要。
平衡阀的工作原理及应用
主要介绍三种传统平衡阀，即手动平衡阀、自力式流量控制阀和自力式压差控制阀的工作原理及应用。
手动平衡阀
手动平衡阀在供热管网中是一种普遍应用的阀门，一般安装在支路的入口处，通过调节其开度实现支路流量的调节。其开度一旦设定，各支路的阻抗比就随之固定，支路间的流量比例恒定。当热源根据末端负荷变化进行量调节时，各支路流量呈现一致等比变化的特点，即新工况的流量仍以原工 况各支路的流量比例进行分配，不会出現水力失调的问题。然而在实现供热管网的平衡调节时，要顺序、重复多次地调节才能达到或近似平衡，且管网规模越大，管网水力初调节步骤越繁琐，耗时耗力。当管网中接入新用户时，需对平衡阀进行重新设置，工作量巨大。因手动平衡阀没有自动消除管网系统中剩余压头的功能，所以一般适用于供热规模小、支路较少且无新支路增加的情况。
自力式流量控制阀
自力式流量控制阀（见图1）一般安装在支路入口处，它根据各支路的设计流量锁定流量值，在一定范围内，依据系统工况的变动而自动变化阻力系数，使其通过的流量维持恒定。即当用户调小流量时，阀门增大开度，尽量维持原流量；反之亦然。自力式流量控制阀克服了手动平衡阀反复调节的难题，即使接入新的热用户也不会对之前的用户产生影响，只需适当增大总流量便可。且对管网进行调节时步骤简单，只需对各支路根据设计流量逐个进行设定，相互之间不会产生影响。
1—流量显示窗; 2—开度显示窗; 3—手动阀塞; 4—套筒式自动阀塞; 5—感压膜; 6—弹簧
图 1自力式流量平衡阀结构示意图
然而，“近端优势”现象，即只可保证靠近热源端用户的原流量，远离端则不能保证，从而会出现水力失调。 因此，自力式流量控制阀适用于系统中有足够总流量或热源进行质调节的情况。
自力式压差控制阀
自力式压差控制阀（见图2）一般安装在用户端，它是一种不依靠外界动力，利用自身压差作用来调节阀门的开度，从而保持控制压差恒定的水力工况平衡阀。即系统压差增大时，其开度减小，抵消管路阻力的变化，维持用户端压差恒定；反之亦然。自力式压差控制阀通过改变阀前后的压差来消耗系统中的富裕压头，消除用户的压差波动，维持用户端的压差恒定。它可有效限制近端流量，使远端用户达到预期的采暖效果，在很大程度上维持管网水力工况稳定。但是该阀也不支持热源量调节，它适用于用户自主调节，尤其适用于分户热计量系统。
1—压差调节装置; 2—导压管; 3—感压膜; 4—阀瓣; 5—弹簧
图 2自力式压差平衡阀结构示意图
不同的运行调节方式与自力式平衡阀的结合应用
1）系统的运行调节采用集中量调节(比如水泵的变速调节等)时，不能采用自力式流量平衡阀和自力式压差平衡阀。因为这种调节是通过改变水量实现的，因而调节时改变了系统的水力工况，所以若采用自力式平衡阀，势必造成有的阀能正常工作, 但系统流量过大(超过此时的热负荷所对应的流量)，有的阀全开仍达不到流量要求，有的阀因两端压差达不到启动压差而不能正常工作, 即出现流量分配的混乱。显然，由于自力式平衡阀的存在而造成了系统集中调节不能实现。
这时若采用手动调节阀, 则系统总流量增减时, 各支路、各用户的流 量可以同比例增减, 即系统的集中调节可以传达至每一个末端装置。
2）当系统的运行调节为质调节时, 可以采用自力式流量平衡阀和自力式压差平衡阀, 因为这种调节方式只改变供水温度, 而与系统的水力工况无关, 即在不改变系统的水力工况的情况下, 把调节传达到每个用户和设备。采用自力式流量平衡阀, 可以吸收网路的压力波动, 维持被控负载的流量恒定。采用自力式压差平衡阀可以吸收网路的压力波动, 以及克服内扰(被控环路内部的阻力变化) , 以维持施加于被控环路上压差恒定。
3）当系统采用分阶段改变流量的质调节时, 虽然每个阶段流量不变。但若采用自力式平衡阀, 每个流量阶段要对控制流量或控制压差进行设定, 给运行管理带来很大不便, 所以不宜采用。
平衡阀的安装及注意事项
1) 平衡阀起调节作用的阀片是有方向性的， 安装时不可反接，否则会减少甚至封闭流量。
2) 平衡阀可安装在热网系统各支路、用户入口、换热站出口分水缸、建筑内采暖系统各支干线上，安装在供、回水干管上均可，但当系统介质工作压力超过散热器允许工作压力时，则应安装在供水干管上，且每台换热器或每一环路中只需安装1个平衡阀即可。
3) 为了避免平衡阀入口处出现较大的扰动，平衡阀前、后应各有5倍和2倍管径长的直管段；若平衡阀装设在水泵的出口管路上，那么水泵与平衡阀之间应有10倍管径长的直管段。
4) 为保证平衡阀的平衡准确度，安装时严禁对阀体内外进行各种破坏，必须保证管路先焊接后安装平衡阀的原则，且调试时按总管、干管、支管的顺序进行。
图 3 所示为平衡阀对其前后直管段的要求。
图 3 平衡阀对其前后直管段的要求
手动平衡阀
1) 平衡阀可安装在回水管路上，也可安装在供水管路上，每个环路中只需安装一处。建议将平衡阀安装在水温较低的回水管路上。
2) 总管上的平衡阀，宜安装在水泵的出口方向。
3) 平衡阀可水平安装，也可垂直安装。
4) 介质流动方向应与阀体上标注的方向一 致。
5) 手柄上的开度指示数字应朝向调试人员能够看得见的方向，以方便调试。阀体上的测量接头前不应有障碍物，以免在调试时无法连接调试仪表。在吊顶内安装时，应使手柄的方向朝下。
安装位置如图 4所示。
圖 4 供热管网中手动平衡阀的安装位置示意图
自力式流量控制阀
1) 自力式流量控制阀安装在回水管上。如系统压力过高，为保护末端设备的安全，自力式流量控制阀宜安装在供水管上。
2) 自力式流量控制阀可水平安装，也可垂直安装，如图 5所示。
图 5 自力式流量控制阀垂直安装示意图
自力式压差控制阀
1) 自力式压差控制阀安装在回水管上，阀门上的导压管与供水管连通。
2) 自力式压差控制阀可水平安装，也可垂直安装。
平衡阀在供热系统中应用的总结
1) 手动平衡阀适用于热源进行量调节、供热规模小、支路较少且无新支路增加管路系统中，由于其只能够手动调节，因此仅能消除系统的静态水力失调，只要有足够的调试时间，系统理论上总能达到水力平衡。
2) 自力式流量控制阀适用于定流量系统，不仅能够消除系统的静态水力失调，而且可以消除系统的动态水力失调，但是不适用于变流量系统。
3) 自力式压差控制阀适用于变流量系统、分户热计量系统，用于消除系统的动态水力失调。
在目前我国供热系统以质调为主的前提下, 安装使用自力式平衡阀 是实现运行动态调节、降低运行成本、节约能源的有效措施, 对推动集中供热事业的发展必然产生深远影响。
参考文献
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