集中供熱系統(tǒng)普遍存在水力失調(diào)問題，在實(shí)際運(yùn)行中各熱用戶單位供暖面積供熱介質(zhì)流量與設(shè)計(jì)流量不符，導(dǎo)致近熱遠(yuǎn)冷的熱力失調(diào)現(xiàn)象。為解決水力失調(diào)問題，供熱單位往往采取大流量、小溫差的運(yùn)行方式，從而導(dǎo)致供熱系統(tǒng)造價(jià)升高，運(yùn)行費(fèi)用增大，能源浪費(fèi)嚴(yán)重^[1]。由于大流量運(yùn)行能掩蓋局部水力失調(diào)帶來的問題，因此設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理人員都默認(rèn)了這種既不合理又不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。按設(shè)計(jì)要求，一般住宅建筑的單位供暖面積供熱介質(zhì)體積流量為2~3L/（m².h），但實(shí)際運(yùn)行中已達(dá)到4~5L/（m^2.h）。設(shè)計(jì)供、回水溫差為25℃，但大多數(shù)供熱系統(tǒng)僅為5~10℃。因此，有必要采取措施消除供熱系統(tǒng)水力失調(diào)，其中在供熱管道上設(shè)置流量調(diào)節(jié)元件是措施。本文對自力式流量控制閥控制流量的理論依據(jù)、結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行分析。

      1 流量調(diào)節(jié)元件

     *初的水力調(diào)節(jié)使用調(diào)節(jié)性能很差的閘閥或截止閥進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)，收效甚微。隨后出現(xiàn)了在供熱管道上加設(shè)調(diào)壓孔板的調(diào)節(jié)方法，但調(diào)壓孔板的規(guī)格繁多，須經(jīng)常更換，而且調(diào)節(jié)精度不高。近年來，國內(nèi)研制了一種調(diào)節(jié)元件——自力式流量控制閥。自力式流量控制閥是一種不需外加動力即可自動消除供熱系統(tǒng)剩余壓頭，并使供熱介質(zhì)流量恒定的裝置^[2~4]。自力式流量控制閥的初始設(shè)定極為方便，只需根據(jù)供熱介質(zhì)設(shè)計(jì)流量，使用專用工具旋轉(zhuǎn)流量設(shè)定調(diào)節(jié)閥，使流量刻度與設(shè)計(jì)流量值相同即可。一經(jīng)設(shè)定，自力式流量控制閥不受供熱介質(zhì)壓力或熱負(fù)荷變化的影響，可始終保持初設(shè)值。自力式流量控制閥的性能穩(wěn)定，實(shí)際運(yùn)行中供熱系統(tǒng)水力失調(diào)度的變化范圍為0.9~1.1。

      2 理論依據(jù)

     孔板節(jié)流原理是自力式流量控制閥使流量恒定的理論依據(jù)。通過孔板孔口的供熱介質(zhì)體積流量計(jì)算式為：

                       （1）

     式中q_v——通過孔板孔口的供熱介質(zhì)體積流量，m³/s
            d_h——孔口直徑，m
            △p—孔口前后供熱介質(zhì)壓力差，Pa
            ρ——供熱介質(zhì)密度，kg/m³
            d_p—— 供熱管道直徑，m

     由式（1）可知，當(dāng)供熱管道直徑d_p、孔口前后供熱介質(zhì)壓力差△p不變時(shí)，供熱介質(zhì)體積流量q_v與孔口直徑d_h有關(guān)。自力式流量控制閥就是將孔口直徑d_h可任意調(diào)節(jié)的孔板，安裝在能自動消除供熱系統(tǒng)剩余壓頭的裝置內(nèi)，利用壓力差為動力，自動使供熱介質(zhì)流量恒定的一種調(diào)節(jié)元件。

      3 結(jié)構(gòu)及工作原理

      3.1 結(jié)構(gòu)

     自力式流量控制閥結(jié)構(gòu)見圖1。

     由圖1可知，自力式流量控制閥由1個(gè)流量設(shè)定調(diào)節(jié)閥（手動調(diào)節(jié)孔板）與由2個(gè)自動閥瓣及彈簧、膜片等組成的自動調(diào)節(jié)閥（自動調(diào)節(jié)孔板）組成。

      3.2 工作原理

     孔口前后供熱介質(zhì)壓力差的計(jì)算式為：

     △P=Sq²_v               （2）

     式中：S——孔板阻力數(shù)，Pa.h²/m⁶

     由式（2）可知，當(dāng)手動調(diào)節(jié)孔板兩端的壓力差與孔板的阻力數(shù)恒定時(shí)，通過該孔板的供熱介質(zhì)體積流量為恒定值。當(dāng)自動調(diào)節(jié)孔板兩端的壓力差與孔板的阻力數(shù)成等比變化時(shí)，通過自動調(diào)節(jié)孔板的供熱介質(zhì)體積流量為恒定值。將手動、自動調(diào)節(jié)孔板結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)了自動恒定供熱介質(zhì)流量。

     若供熱系統(tǒng)中供水壓力提高，自力式流量控制閥兩端的壓力差（P_i-P₀）增大，由于手動調(diào)節(jié)孔板定位后阻力數(shù)不變，而膜片前后壓力差（P-P₀）也增大，從而克服彈簧的彈力，帶動自動閥瓣上移，縮小流通面積，直到膜片受力平衡為止，這時(shí)膜片前后壓力差（P-P₀）又恢復(fù)至設(shè)定值，供熱介質(zhì)流量也恢復(fù)到初設(shè)值。

     供熱系統(tǒng)是復(fù)雜的水力系統(tǒng)，各環(huán)路間水力工況的變化相互影響、相互制約。只要有1個(gè)熱用戶供熱介質(zhì)流量發(fā)生變化，就會引起其他熱用戶供熱介質(zhì)流量發(fā)生改變，因此使用手動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量已不能適應(yīng)各環(huán)路間水力工況的變化。自力式流量控制閥除了有恒定流量的功能外，更重要的是有自動消除供熱系統(tǒng)剩余壓頭的功能，可在復(fù)雜的供熱系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)定后便保持供熱介質(zhì)流量恒定不變的效果。即使在供熱介質(zhì)壓力或熱用戶用熱情況頻繁變化時(shí)，也能恒定供熱介質(zhì)流量，從而解決了供熱系統(tǒng)水力失調(diào)問題。

      4 結(jié)語

     實(shí)踐證明，安裝自力式流量控制閥后，供熱系統(tǒng)水力工況穩(wěn)定，熱盡其用，因此安裝自力式流量控制閥是一項(xiàng)很好的節(jié)能措施。

      參考文獻(xiàn)：

     [1]包敦巖王曉東供熱系統(tǒng)的熱力平衡及水力調(diào)節(jié)[J].煤氣與熱力，2005，25（10）：24~27
     [2]陶建黨李建民自力式流量控制閥在二級熱網(wǎng)應(yīng)用的效益分析[J].煤氣與熱力2002，22（4）：340~341
     [3]黃普.自力式壓差控制閥使用的探討[J].煤氣與熱力，2002，22（5）：459~461.
      [4]魏一然.熱計(jì)量供暖系統(tǒng)節(jié)能控制的探討[J].煤氣與熱力，2002，22（6）：507~509

原創(chuàng)作者：上海艾迪爾自控儀表有限公司