压差控制阀在解决供热系统水力失调中的应用    

摘 要：阐述了供热系统中水力失调的原因及解决办法，介绍了压差控制阀的结构及工作原理，在水力失调情况下的应用。
关键词：水力失调；压差控制阀；工作原理及应用。
引言
随着我国城市建设的发展和城市基础设施的不断完善，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。由于供热质量的好与坏直接影响着人民的生活，并且水力失调是影响系统供热效果的重要原因，它能造成各热用户或各采暖房间过冷或过热，因此影响供热系统水力失调就是我们亟待解决的问题，必须给予足够重视。
一.水力失调和水力平衡的概念
1、水利失调
供热系统实际水力工况与设计水力工况的不一致性，称为该用户的水力失调。设供热系统的设计流量为V1(m3／h)，实际流量为V2(m3／h)，其比值X= V2／V1称为供热系统的水力失调度。系统失调一般分为一致失调和不一致失调。
2、水力平衡
供热系统各用户在其他用户流量改变时保持本身流量不变的能力，称为水力平衡或水力稳定性。水力稳定性系数的表达公式为：
 Y= V1/Vmax
式中: V1一用户的设计流量；Vmax一用户出现的最大流量。
热网的主要任务是合理地将热介质分配到每个用户，保证各个用户之问的水力和热力平衡，同时在系统水力工况发生变化时也能自动做出反应以保证用户不受影响。
二、 供热系统产生水力失调的原因
引起供热系统水力失调的原因很多，既有设计上的，也有运行管理上的，这些原因往往是不能完全避免的。
1)在进行管道设计时，由于管道内热媒流速不允许超过限定流速，管径规格有限等，在网络各分支环路或用户系统各立管环路之间，其阻力损失是不可能在设计的流量分配下达到平衡。使热用户实际流量分配不能符合设计所需的流量要求，就会产生水力失调。
2)由于新接人热用户或停运部分热用户，全网阻力特性改变，也会导致水力失调。
3)开始运行时没有很好地进行初调节，也会导致水力失调。由于网路近端热用户的作用压差很大，位于网路近端的热用户，其实际流量往往比规定流量要大得多，而位于网路远端的热用户，其作用压差和流量将小于规定的数值，这种不一致的失调需要通过网路的初调节来解决，否则，就会产生水力失调。
4)热用户室内水力工况变化，比如随意增减散热器，均会导致水力失调。
5)随意调整网路分支阀门或用户人口阀门，均会产生水力失调。
6)网路或热用户局部管道堵塞．导致相关热用户流量减少，也会产生水力失调。
三、 供热系统水力失调的解决方法
1)在设计系统时，尽量提高供热系统的水力稳定性，即相对地减小网路干管的压降，或相对地增大用户系统的压降。即在进行网路水力计算时，选用较小的比摩阻，适当地增大靠近热源的网路干管直径，对提高网路的水力稳定性，减少水力失调的发生，效果尤其显著。
2）在运行时，应合理地进行网路的初调节和运行调节．尽可能将网路干管的所有阀门开大，把剩余的作用压差消耗在用户系统上。通过初调节，能消除设计、施工和运行管理中所造成的热源水力失调。
3）增大系统的循环流量，改善单管、双管系统水力失调，这种方法即靠大水泵、增加并联台数或增设加压泵等方式
提高系统循环流量，有时系统实际运行流量要比设计流量高达好几倍。这种方法缺点是投资大、运行耗电费用高和热量浪费严重。
4）可在各用户人口处安装压差控制阀，以保证各热用户的流量恒定不受其他用户的影响。这种方式实质上就是改变用户系统总阻力，以适应用户变化工况的作用压差，从而保证流量恒定。它的特点是循环水泵在高效率点工作，减少过热用户的热量浪费，节能效果显著。
四、压差控制阀的原理及结构
本文主要谈论通过安装压差控制阀来解决供热系统的水力失调，压差控制阀的作用是维持施加在被控对象上的压差恒定。它是由一个带有上下膜盒的驱动器和一个调节阀体构成，膜盒分别连结到控制压差段的高低压侧，当控制点压差偏离设定值作用在膜盒上，压差就会推动隔膜，从而带动阀杆开大或关小阀门，调节其自身阻力，使控制点的压差变化从而产生应急补偿性调节。压差控制阀按照安装在供水管还是回水管上，分为供水式结构和回水式结构，二者不可互换使用。这种阀门由阀体、双节流阀座、阀瓣、感压膜、弹簧及压差调整装置组成。图1为压差控制阀结构示意图。 

网路的供回水压差P-P3增大，则感压膜带动阀瓣下移，使P2-P3增大，从而维持P1 --P2(即施加于被控制环路的压差)恒定；反之，只P1—P3减小，则阀瓣上移P2—P3减小，使P1—P3 不变。
若Pl—P3不变，当环路内部阻力发生变化，比如某一支路关断，则环路的总阻力增大，在这个瞬问P2 减小，P1—P2增大；但随之感压膜的受力平衡被打破，阀瓣下移，压差平衡阀的阻力增大，从而使P2又回升到原来的大小，即使P1—P2不变。可见，无论是网路压力出现波动，还是被控对象内部的阻力发生变化，压差控制阀均可维持施加于被控对象的压差恒定。
五、压差控制阀的安装
首先在热力入口(或立管)供水主管道上安装静态平衡阀，不但在系统初始调试时实现静态平衡的流量分配比例，而且是1个测量流量的测量阀，配合回水主管道上安装压差控制阀的调试，又能满足动态平衡的要求，同时由于压差变化小也不影响热表计量精度，是非常实用的方案，见图2。
       图2  压差控制阀安装示意图
六、压差控制阀在供热系统中应用的总结
在目前我国供热系统以质调为主的前提下，安装使用压差控制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。
 (1) 安装压差控制阀，既可吸收网路的压力波动、又可以使被控对象内部各支路间的调节干扰大大减弱。对于分户热计量的质调节供暖系统，在一个向多户供暖的支路入口处，宜装设压差控制阀。
（2）在管网系统中安装压差控制阀，实现动态调节后，管网中的阻力能自动调整，确保设计的水泵特性曲线在最佳工况下运行，从而达到节电的目的。
（3）在管网系统中安装压差控制阀实现管网运行动态调节，可以有效地克服系统中的“近热远冷”现象，真正达到热量按需分配到热用户的目的，既提高了供热质量，还能增加供热面积。